KR20130136603A

KR20130136603A - 스택-폴드형 전극조립체

Info

Publication number: KR20130136603A
Application number: KR1020120060093A
Authority: KR
Inventors: 김현태; 안순호; 김기웅
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2013-12-13

Abstract

본 발명은, 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판의 양면에 배치되는 분리막을 포함하고 지그재그로 접히고 적층되어 형성되는 스택-폴드형 전극조립체에 있어서, 상기 양극판 및 음극판에 활물질이 코팅되는 평탄부와, 상기 양극판 및 음극판에 활물질이 코팅되지 않는 굴곡부가 형성되는 것을 특징으로 하는 스택-폴드형 전극조립체에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 전극조립체를 제조하는 과정에서 활물질 코팅부분에 발생하는 크랙을 방지할 수 있다. 또한, 젤리-롤형 전극조립체에 비해 체적 에너지 밀도가 높은 전극조립체를 제공할 수 있다. 따라서, 젤리-롤형 전극조립체보다 성능이 향상되는 전극조립체를 제공할 수 있으며, 이를 통해 이차전지의 성능 향상을 도모할 수 있다.

Description

스택-폴드형 전극조립체{Stack-fold type electrode assembly}

본 발명은 스택-폴드형 전극조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 성능이 향상된 스택-폴드형 전극조립체에 관한 것이다.

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기 화학 소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기 화학 소자는 이러한 측면에서 가장 주목 받고 있는 분야이고, 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다. 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발이 진행되고 있다.

현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다. 그러나, 이러한 리튬 이차전지는 유기 전해액을 사용하는 데 따르는 발화 및 폭발 등의 안전 문제가 존재하고, 제조가 까다로운 단점이 있다.

이러한 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 충방전이 가능한 전극조립체를 전지케이스에 장착한 구조로 이루어져 있으며, 상기 전극조립체의 대표적인 예로는 젤리-롤형 전극조립체를 들 수 있다.

그러나, 이러한 젤리-롤형 전극조립체의 경우, 말리고 압착되는 과정에서 평탄부와 굴곡부가 존재함으로써 굴곡부에서 크랙이 발생하는 문제점이 있었다.

일반적인 젤리-롤형 전극조립체(10)는 양극판(100), 음극판(200) 및 분리막(300)을 포함하고, 평탄부(11)와 굴곡부(12)가 형성된다.

양극판(100) 및 음극판(200)에는 그 표면에 활물질이 코팅되는데, 코팅된 활물질은 연성 기타 기계적 강도가 약하므로 상기 젤리-롤형 전극조립체(10) 형성과정에서 상기 굴곡부(11)에서 코팅된 활물질에 크랙이 발생할 가능성이 높은 문제점이 있다.

따라서, 크랙을 방지하기 위해 상기 굴곡부(10)에 적은 량의 활물질을 코팅하거나, 활물질을 코팅하지 않는 방법을 취하는 경우도 있다.

그러나, 젤리-롤형 전극조립체(10)에서 상기 굴곡부(10)가 차지하는 면적은 크기 때문에, 여기에 활물질을 적게 코팅하거나 코팅하지 않는 경우 전극조립체의 체적 에너지 밀도(volume energy density)가 낮아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 크랙발생을 방지하고 체적 에너지 밀도를 높인 스택-폴드형 전극조립체를 제공한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판의 양면에 배치되는 분리막을 포함하고 지그재그로 접히고 적층되어 형성되는 스택-폴드형 전극조립체에 있어서, 상기 양극판 및 음극판에 활물질이 코팅되는 평탄부와, 상기 양극판 및 음극판에 활물질이 코팅되지 않는 굴곡부가 형성되는 것을 특징으로 하는 스택-폴드형 전극조립체를 제공한다.

또한, 상기 평탄부와 상기 굴곡부는 일정한 간격을 두고 교대로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 평단부는 전극조립체의 길이방향으로 폭이 각각 일정한 것일 수도 있다.

또한, 상기 굴곡부는 전극조립체의 길이방향으로 폭이 각각 일정할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 전극조립체를 제조하는 과정에서 활물질 코팅부분에 발생하는 크랙을 방지할 수 있다.

또한, 젤리-롤형 전극조립체에 비해 체적 에너지 밀도가 높은 전극조립체를 제공할 수 있다.

따라서, 젤리-롤형 전극조립체보다 성능이 향상되는 전극조립체를 제공할 수 있으며, 이를 통해 이차전지의 성능 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 일반적인 젤리-롤형 전극조립체를 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스택-폴드형 전극조립체를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스택-폴드형 전극조립체의 적층이 완료된 상태를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스택-폴드형 전극조립체에 사용되는 음극전극을 나타낸 평면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스택-폴드형 전극조립체에 사용되는 양극전극을 나타낸 평면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다. 그리고 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위내에서 다른 실시예를 용이하게 실시할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 범위 내에 속함은 물론이다.

본 발명의 스택-폴드형 전극조립체(20)는 도 2에 도시된 바와 같다.

상기 스택-폴드형 전극조립체(20)는 양극판(100) 및 음극판(200) 사이와 각 전극의 표면에 고분자 재료로 된 분리막(300)이 코팅된 상태에서 지그재그로 접히고 적층되어 제조된다.

도 2는 상기 스택-폴드형 전극조립체(20)가 지그재그로 접힌 상태를 도시한 것이다.

이때, 상기 양극판(100) 및 음극판(200)은 접히는 부위인 굴곡부(22)와 접히지 않는 부위인 평탄부(21)를 포함한다.

도 2에서는 굴곡부(22)를 기준으로 음극판(200)이 원주의 내측에, 양극판(100)이 원주의 외측에 위치하는 것으로 도시되었으나 서로 위치가 바뀔 수 있음은 당연하며, 이는 도 3에서도 마찬가지다.

활물질은 일반적으로 연성 기타 기계적 강도가 약하기 때문에 상기 굴곡부(22)에 활물질이 코팅되면 상기 스택-폴드형 전극조립체(20)가 접히는 과정에서 코팅된 활물질에 크랙이 발생할 가능성이 높다.

따라서, 이러한 크랙발생을 방지하기 위해 상기 굴곡부(22)에는 활물질이 코팅되지 않고, 상기 평탄부(21)에만 활물질이 코팅된다.

상기 스택-폴드형 전극조립체(20)가 압착되어 적층이 완료된 상태는 도 3에 도시되었다.

젤리-롤형 전극조립체(도 1에서 10)에서 굴곡부(도 1에서 12)의 크랙방지를 위해 그 굴곡부(도 1에서 12)에 활물질 코팅을 하지 않거나, 적은 양의 활물질을 코팅하게 된다.

그러나, 이로 인해 젤리-롤형 전극조립체의 활물질 코팅량은 현저히 줄어든다.

이는 젤리-롤형 전극조립체의 구조적 특성상 외곽으로 갈수록 굴곡부(도 1에서 12)가 차지하는 면적이 커지기 때문이다.

반면, 도 3에 도시된 스택-폴드형 전극조립체(20)는 젤리-롤형 전극조립체에 비해 굴곡부(22)가 차지하는 면적이 현저히 작기 때문에 상대적으로 많은 양의 활물질이 코팅될 수 있다.

따라서, 활물질의 코팅량이 많아질수록 전극조립체의 충전용량은 높아지고, 이는 상태적으로 작은 전극조립체의 체적에 비해 많은 에너지를 저장할 수 있음을 의미한다.

결국, 본 발명의 스택-폴드형 전극조립체(20)는 젤리-롤형 조립체에 비해 상대적으로 큰 체적 에너지 밀도를 가짐과 동시에 굴곡부(22)의 크랙을 방지할 수 있는 것이다.

도 4 및 도 5에서는 본 발명에 사용되는 양극판(100) 및 음극판(200)이 도시되었다.

상기 양극판(100) 및 음극판(200)은 평탄부(21)의 길이(L)가 일정하고, 굴곡부(22)의 길이(l)도 일정하다.

또한, 상기 평탄부(21)와 굴곡부(22)는 교대로 형성되는데, 이는 스택-폴드형 전극조립체의 구조적 특성에 기인한다.

또한, 도 3에서 보면 상기 굴곡부(22)에서 원주의 내측에 위치한 양극판(100)과 외측에 위치한 음극판(200)의 원주반경에 차이가 있으나, 이는 상기 굴곡부(22)의 상기 양극판(100) 및 음극판(200)이 충분한 연성을 가지므로, 상기 양극판(100) 및 음극판(200)의 굴곡부(22)와 평탄부(21)의 길이를 달리할 필요가 없다.

다만, 제조공정의 편의 등을 이유로 상기 양극판(100) 및 음극판(200)의 굴곡부(22)와 평탄부(21)의 길이에 다소 차이를 둘 수 있음은 물론이다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10: 젤리-롤형 전극조립체
20: 스택-폴드형 전극조립체
21: 평탄부
22: 굴곡부
100: 양극판
200: 음극판
300: 분리막
L: 평탄부의 길이
l: 굴곡부의 길이

Claims

양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판의 양면에 배치되는 분리막을 포함하고 지그재그로 접히고 적층되어 형성되는 스택-폴드형 전극조립체에 있어서,
상기 양극판 및 음극판에 활물질이 코팅되는 평탄부와, 상기 양극판 및 음극판에 활물질이 코팅되지 않는 굴곡부가 형성되는 것을 특징으로 하는 스택-폴드형 전극조립체.
제1항에 있어서,
상기 평탄부와 상기 굴곡부는 일정한 간격을 두고 교대로 형성되는 것을 특징으로 하는 스택-폴드형 전극조립체.
제1항에 있어서,
상기 평단부는 전극조립체의 길이방향으로 폭이 각각 일정한 것을 특징으로 하는 스택-폴드형 전극조립체.
제1항에 있어서,
상기 굴곡부는 전극조립체의 길이방향으로 폭이 각각 일정한 것을 특징으로 하는 스택-폴드형 전극조립체.