KR20080094471A - Electrode of high power lithium polymer battery for residual stress solution - Google Patents

Electrode of high power lithium polymer battery for residual stress solution Download PDF

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Abstract

A unit electrode of a high power lithium polymer battery is provided to prevent a bending phenomenon by removing residual stress occurred at the interface between a coated part and an uncoated part. A unit electrode(100) of a high power lithium polymer battery having reduced residual stress includes a coated part(12) in which an active material is applied onto one surface or both surfaces of a current collector(11), and an uncoated part(13) which is not coated with the active material. A long-side length(a) of the uncoated part is formed shorter than the short-side length(d) of the current collector. The uncoated part is continuously occupied in a length of 40-70% of the short-side length of the current collector.

Description

잔류응력이 해소된 고출력 리튬 폴리머 전지의 단위 전극{Electrode of high power lithium polymer battery for residual stress solution}Electrode of high power lithium polymer battery for residual stress solution

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to

도 1은 종래의 리튬 폴리머 전지의 단위 전극을 제조하는 공정 중 일부분을 개략적으로 나타내는 도면.1 is a view schematically showing a part of a process of manufacturing a unit electrode of a conventional lithium polymer battery.

도 2는 도 1의 단윈 전극을 나타내는 정면도.FIG. 2 is a front view showing the dan electrode of FIG. 1. FIG.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 폴리머 전지의 단위 전극을 나타내는 평면도.3 is a plan view showing a unit electrode of a lithium polymer battery according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4는 도 3의 단위 전극을 나타내는 정면도.4 is a front view illustrating the unit electrode of FIG. 3.

도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 리튬 폴리머 전지의 단위 전극을 나타내는 평면도.5 is a plan view illustrating a unit electrode of a lithium polymer battery according to another exemplary embodiment of the present invention.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

a : 무지부의 장축길이 d : 집전체의 단축길이a: Long axis length of uncoated area d: Short axis length of current collector

11, 21 : 집전체 12, 22 : 유지부11, 21: current collector 12, 22: maintenance unit

13, 23 : 무지부 100, 200 : 단위 전극13, 23: plain 100, 200: unit electrode

본 발명은 잔류응력이 해소된 고출력 리튬 폴리머 전지의 단위 전극에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무지부의 길이를 단위 전극의 단축길이보다 작도록 형성하여 잔류응력이 해소된 고출력 리튬 폴리머 전지의 단위 전극에 관한 것이다.The present invention relates to a unit electrode of a high-output lithium polymer battery in which residual stress is eliminated, and more particularly, to a unit electrode of a high-output lithium polymer battery in which residual stress is eliminated by forming a length of an uncoated portion smaller than a short length of the unit electrode. It is about.

일반적으로, 리튬 폴리머 전지(LiPB : Lithium ion Polymer Battery)의 전극 제조공정에 있어, 집전체에 일정량의 전극 슬러리를 코팅한다. 그 후 전해질 함침 및 리튬 이온(Li ion)의 이동경로 확보를 위해 특정 기공율을 가질 수 있도록 전극 즉, 슬러리가 도포된 집전체를 롤 프레스(roll press)하는 공정(도 1 참조)이 존재하게 되는데, 이때 집전체(1) 상에 전극 슬러리가 코팅된 면(이하 '유지부'라 함)과 코팅되지 않고 집전체만 드러난 부분(이하 '무지부'라 함)으로 이루어진 단위 전극(10)이 제조된다.In general, in the electrode manufacturing process of a lithium polymer battery (LiPB: Lithium ion Polymer Battery), a certain amount of electrode slurry is coated on a current collector. Thereafter, there is a process of rolling press the electrode, that is, the slurry-coated current collector (see FIG. 1), to have a specific porosity in order to impregnate the electrolyte and to secure a migration path of lithium ions. At this time, the unit electrode 10 including a surface (hereinafter referred to as 'holding portion') coated with an electrode slurry on a current collector 1 and a portion where only the current collector is exposed without being coated (hereinafter referred to as 'unknown portion') Are manufactured.

그러나, 상기와 같은 롤 프레스 공정 후 유지부(2)와 무지부(3)의 단차로 인하여 유지부(2)와 무지부(3)의 경계면에 원형의 롤에 의한 잔류응력이 존재하게 된다. 이러한 영향으로 직사각형 형태의 단위 전극(10)을 생산하는데 있어 전극 내 유지부(2)와 무지부(3) 경계면에 일방향으로 휨(bending) 현상이 발생된다. 이와 같은 휨 현상은 무지부(3)의 면적이 증가할수록 심해지는데, 이러한 경우 전지 조립 공정 시 각 공정별 공차 유지에 문제를 발생시키고, 결국 전체 공정의 불량률을 증가시키게 된다.However, due to the step between the holding portion 2 and the plain portion 3 after the roll press process as described above, residual stress due to the circular roll is present on the interface between the holding portion 2 and the plain portion 3. Due to this effect, in the production of the rectangular unit electrode 10, bending occurs in one direction on the interface between the holding part 2 and the uncoated part 3 in the electrode. Such warpage phenomenon is aggravated as the area of the plain portion 3 increases. In this case, the battery assembly process causes a problem in maintaining tolerances for each process, and eventually increases the defective rate of the entire process.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 유지부와 무지부의 경계면에서 발생되는 잔류응력을 해소하여 휨 현상을 방지할 수 있는 잔류응력이 해소된 고출력 리튬 폴리머 전지의 단위 전극을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and provides a unit electrode of a high output lithium polymer battery in which residual stress is eliminated to solve the residual stress generated at the interface between the holding portion and the non-supporting portion, thereby preventing bending. Its purpose is to.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 잔류응력이 해소된 고출력 리튬 폴리머 전지의 단위 전극은, 집전체의 양면 또는 한 면에 활물질이 도포된 유지부와 활물질이 도포되지 않은 무지부로 이루어진 단위 전극에 있어서, 상기 집전체의 단축 길이보다 무지부의 장축 길이가 짧도록 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the unit electrode of the high-output lithium polymer battery in which residual stress has been solved according to the present invention is a unit comprising a holding part coated with an active material on both sides or one side of a current collector and an uncoated part not coated with an active material. The electrode is characterized in that the long axis length of the plain portion is shorter than the short axis length of the current collector.

상기 무지부의 길이는 집전체의 단축길이 대비 40% 내지 70%의 길이를 연속적으로 갖는 것이 바람직하다.It is preferable that the length of the non-coated portion has a length of 40% to 70% of the shorter length of the current collector continuously.

바람직하게, 상기 무지부는 단위 전극의 중심축을 기준으로 좌우 양쪽 중 어느 한쪽으로 치우쳐 형성된다.Preferably, the uncoated portion is formed to be biased to either one of left and right on the basis of the central axis of the unit electrode.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라 서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, which can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be various equivalents and variations.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 폴리머 전지의 단위 전극을 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 3의 단위 전극을 나타내는 정면도이다.3 is a plan view illustrating a unit electrode of a lithium polymer battery according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a front view illustrating the unit electrode of FIG. 3.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 단위 전극(100)은 활물질이 도포된 유지부(12)와 도포되지 않은 무지부(13)로 구성된다.3 and 4, the unit electrode 100 includes a holding part 12 coated with an active material and an uncoated uncoated part 13.

상기 무지부(13)의 장축 길이(a)는 단위 전극(100)의 단축 길이(d)보다 짧도록 형성된다. 바람직하게, 무지부(13)의 장축 길이(a)는 단위 전극(100)의 단축 길이(d) 대비 40% 내지 70%의 길이를 갖는다. 한편, 무지부(13)의 적절한 길이는 절단 공정에 의해 형성된다.The long axis length a of the uncoated portion 13 is formed to be shorter than the short axis length d of the unit electrode 100. Preferably, the long axis length a of the non-coating portion 13 has a length of 40% to 70% of the short axis length d of the unit electrode 100. On the other hand, the appropriate length of the plain fabric 13 is formed by a cutting process.

상기 유지부(12)는 집전체(11)의 일부분에 활물질이 도포되어 코팅된 부분이다. 상기 무지부(13)는 활물질이 코팅되지 않은 부분으로 유지부(12)의 일측으로 연장 형성된다.The holding part 12 is a part coated with an active material applied to a part of the current collector 11. The uncoated portion 13 is formed to extend to one side of the holding portion 12 as a portion that is not coated with the active material.

한편, 상기와 같이 제조된 단위 전극(100)은 금속 박판 및 도포된 슬러리의 재질에 따라 양극판 또는 음극판으로 사용된다. 예를 들면, 양극판은 알루미늄과 같은 금속(foil) 집전체의 양면 또는 일면에 양극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 음극판은 구리와 같은 금속 집전체의 양면 또는 일면에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작된다. 본 명세서에서는, 양극판 및 음극판을 구분하지 않고 극판을 이루는 유지부(12)와 무지부(13)에 의한 집전체(11) 즉, 단위 전극(100)의 구조를 설명한다.On the other hand, the unit electrode 100 manufactured as described above is used as a positive electrode plate or a negative electrode plate according to the material of the metal thin plate and the applied slurry. For example, the positive electrode plate is manufactured by coating and drying the positive electrode active material on both surfaces or one side of a metal current collector such as aluminum, and the negative electrode plate is coated with the negative electrode active material on both sides or one surface of the metal current collector such as copper and dried. Is produced. In the present specification, the structure of the current collector 11, that is, the unit electrode 100, by the holding unit 12 and the non-coating unit 13, which constitutes the pole plate, does not distinguish between the positive plate and the negative plate.

상기와 같이 무지부(13)의 길이를 줄여 제조된 단위 전극(100), 즉 무지부(13)의 길이가 집전체(11)의 단축길이 대비 40% 내지 70%의 길이를 갖는 단위 전극(100)에 대해 응력 발생시 그 결과를 실험한 실시예를 이하에 기재한다. 여기서, 상기 무지부의 장축길이가 집전체의 단축길이 대비 40% 미만인 경우와, 70% 초과한 경우의 단위전극은, 본 발명의 도 3에 의해 충분히 예측 가능함으로 도시하지 아니하였다.As described above, the unit electrode 100 manufactured by reducing the length of the non-coating part 13, that is, the unit electrode having a length of 40% to 70% of the shorter length of the current collector 11 has a length of the non-coating part 13 ( The example which tested the result at the time of the stress generation in 100) is described below. Here, the unit electrode when the long axis length of the non-coated portion is less than 40% of the short axis length of the current collector and exceeds 70% is not shown as sufficiently predictable by FIG. 3 of the present invention.

먼저, 집전체(11)의 길이 대비 무지부(13)의 길이가 40% 미만으로 형성된 단위 전극(100)을 전극과 분리막을 이용하여 스택 구조체(전지)를 형성한 뒤, 양, 음극 무지부(13)와 단자간 용접을 실시하였다. 이때, 전지 설계 이론상 용량 및 출력을 발현하기 위해서는 전술한 무지부(13)와 단자 간의 충분한 접촉면적이 확보되어야 한다. 따라서, 용접 면적 즉, 단자와 무지부(13) 간의 접촉면적이 적을 경우, 고전류의 충방전 싸이클 환경에서 불필요한 열 발산이 많아지게 되며, 또한 무지부(13)와 단자의 용접부위에 진동이나 외부의 충격 및 기타 기계적 스트레스가 가해지는 경우 무지부(13)의 단락을 초래할 수 있는 문제점이 있다. 이에, 상기 무지부(13)는 집전체(11)의 단축길이 대비 무지부(13)의 장축 길이가 40% 이상인 것이 바람직하다.First, a stack structure (battery) is formed using the electrode and the separator on the unit electrode 100 having the length of the non-coating portion 13 less than 40% of the length of the current collector 11, and then, the positive and negative electrode non-coating portions Welding between 13 and the terminal was performed. At this time, in order to express capacity and output in theory of battery design, sufficient contact area between the above-described plain portion 13 and the terminal should be ensured. Therefore, when the welding area, that is, the contact area between the terminal and the uncoated part 13 is small, unnecessary heat dissipation increases in a high-current charge / discharge cycle environment, and vibration or outside of the welded part of the uncoated part 13 and the terminal is increased. If a shock and other mechanical stress is applied there is a problem that can cause a short of the uncoated portion (13). Accordingly, the non-coating portion 13 preferably has a longer length of the non-coating portion 13 than the short axis length of the current collector 11 is 40% or more.

다음으로, 집전체(11)의 길이 대비 무지부(13)의 길이가 70% 초과하여 형성된 단위 전극(100)을 이용시, 무지부(13)를 집전체(11)의 장축길이 대비 30%를 제 거시킨다하더라도, 전극 중앙부에서의 휨 현상이 완화되지 못한다. 따라서, 전술한 바와 같이, 전지 제작 완료 후 전지면적 내에서 전체적으로 휨 현상이 발생하여, 완성된 전지의 위치별로 균일한 두께치를 얻을 수 없다. 또한, 이와 같은 전지를 이용하여 전지 모듈 및 팩(pack)을 구성할 경우 냉각을 위한 유로 확보 등에 문제가 발생할 수 있다. 이에, 상기 무지부(13)는 집전체(11)의 단축길이 대비 무지부(13)의 장축 길이가 70% 이하인 것이 바람직하다.Next, when using the unit electrode 100 formed by exceeding 70% of the length of the non-coating portion 13 to the length of the current collector 11, the non-coating portion 13 is 30% of the long axis length of the current collector 11 Even if removed, the warpage at the center of the electrode is not alleviated. Therefore, as described above, warpage occurs as a whole within the battery area after the completion of battery production, and a uniform thickness value cannot be obtained for each position of the completed battery. In addition, when the battery module and the pack are configured using such a battery, problems such as securing a flow path for cooling may occur. Accordingly, the non-coating portion 13 preferably has a long axis length of the non-coating portion 13 relative to the shorter length of the current collector 11 is 70% or less.

부가적으로, 도 2 및 도 4는 위 실험을 통해 단위 전극의 두께가 변화된 것을 나타내는 정면도로서, 잔류응력이 많이 발생하는 무지부와 유지부의 경계면에 의해 전극의 두께가 변화된, 즉 전극의 휨 현상이 발생한 것을 알 수 있다. 즉, 종래의 단위 전극(10)은 본 발명의 단위 전극(100)에 비해 휨 현상이 두드러지게 발생되었다. 결과적으로, 무지부(13)의 길이를 줄임으로써 휨 현상이 완화되었다.In addition, FIGS. 2 and 4 are front views illustrating a change in the thickness of the unit electrode through the above experiment, in which the thickness of the electrode is changed by the interface between the uncoated portion and the retaining portion where a large amount of residual stress occurs, that is, the bending of the electrode. It can be seen that this occurred. That is, the conventional unit electrode 10 has a significantly more warpage phenomenon than the unit electrode 100 of the present invention. As a result, the warping phenomenon was alleviated by reducing the length of the plain portion 13.

이와 같은 실험결과로부터, 본 발명의 무지부(13) 길이를 변형한 단위 전극(100)은 잔류응력을 완화하여 단위 전극의 휨 형상을 방지하는 역할을 함을 알 수 있다.From the above experimental results, it can be seen that the unit electrode 100 whose length of the non-coating portion 13 of the present invention is deformed serves to relieve residual stress and to prevent bending of the unit electrode.

도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 리튬 폴리머 전지의 단위 전극을 나타내는 평면도이다.5 is a plan view illustrating a unit electrode of a lithium polymer battery according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 상기 단위 전극(200)은 집전체(21)의 양면 또는 한 면에 활물질이 도포된 유지부(22)와 활물질이 도포되지 않은 무지부(23)로 구성된다.Referring to FIG. 5, the unit electrode 200 includes a holding part 22 coated with an active material on both surfaces or one surface of the current collector 21, and an uncoated part 23 having no active material applied thereto.

상기 무지부(23)는 유지부(22)의 중심축, 즉 단위 전극(200)의 중심축으로부터 좌우 양쪽 중 어느 한쪽으로 치우쳐 형성된다.The non-coating portion 23 is formed to be biased toward either of left and right from the central axis of the holding part 22, that is, the central axis of the unit electrode 200.

이와 같은 구조로 이루어진 단위 전극(200)의 무지무(23)는 전기적으로 연결되는 리드(미도시)와 용접가능한 크기 및 길이를 갖도록 형성되고, 어느 방향에 설치되어도 무지부(23)가 갖는 고유의 특성이 변환되지 않는다.The non-coated 23 of the unit electrode 200 having such a structure is formed to have a size and a length that can be welded to a lead (not shown) that is electrically connected, and the inherent portion of the non-coated portion 23 may be installed in any direction. The characteristics of are not converted.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 잔류응력이 해소된 고출력 리튬 폴리머 전지의 단위 전극은 다음과 같은 효과를 가진다.As described above, the unit electrode of the high output lithium polymer battery in which the residual stress is removed according to the present invention has the following effects.

유지부와 무지부의 단차에 의한 전극 내 잔류응력 해소를 통하여, 단위 전극 제조시 공정성 향상과 더불어 전지 조립공정의 공차 유지 및 불량률감소의 효과를 기대할 수 있다.By resolving the residual stress in the electrode by the step between the holding portion and the uncoated portion, it is possible to improve the processability in manufacturing the unit electrode, and to maintain the tolerance of the battery assembly process and reduce the defective rate.

Claims (3)

집전체의 양면 또는 한 면에 활물질이 도포된 유지부와 활물질이 도포되지 않은 무지부로 이루어진 단위 전극에 있어서,In the unit electrode consisting of a holding portion coated with the active material on both sides or one side of the current collector and a non-coating portion not coated with the active material, 상기 집전체의 단축 길이보다 무지부의 장축 길이가 짧도록 형성된 것을 특징으로 하는 잔류응력이 해소된 고출력 리튬 폴리머 전지의 단위 전극.The unit electrode of the high output lithium polymer battery, the residual stress is eliminated, characterized in that the long axis length of the non-coating portion is shorter than the short axis length of the current collector. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 무지부의 길이는 집전체의 단축길이 대비 40% 내지 70%의 길이를 연속적으로 갖는 것을 특징으로 하는 잔류응력이 해소된 고출력 리튬 폴리머 전지의 단위 전극.The length of the uncoated portion is a unit electrode of the high output lithium polymer battery, the residual stress is eliminated, characterized in that having a length of 40% to 70% of the shorter length of the current collector continuously. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 무지부는 단위 전극의 중심축을 기준으로 좌우 양쪽 중 어느 한쪽으로 치우쳐 형성된 것을 특징으로 하는 잔류응력이 해소된 고출력 리튬 폴리머 전지의 단위 전극.The uncoated part is a unit electrode of a high-output lithium polymer battery, the residual stress is eliminated, characterized in that formed on one of both sides of the left and right relative to the central axis of the unit electrode.
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