KR20140050182A - Electrode assembly with improved safety, and battery cell, battery pack and device comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 리튬이차전지에 사용되는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 폴리머 타입의 전지에 있어서, 전지의 충전 및 방전 중에 전지 온도의 상승으로 인해 전극의 스웰링 또는 가스 발생시에 전극 계면이 들뜨는 현상을 억제하여 전지 성능 열화를 방지할 수 있는 전극조립체, 전지셀, 전지 팩 및 디바이스에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrode assembly used in a lithium secondary battery, a battery cell, a battery pack, and a device including the electrode assembly. More specifically, in a polymer type battery, a battery temperature rises during charging and discharging of the battery. Therefore, the present invention relates to an electrode assembly, a battery cell, a battery pack, and a device capable of suppressing a phenomenon in which an electrode interface is lifted during swelling or gas generation, thereby preventing battery performance deterioration.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
Recently, secondary batteries capable of charging and discharging have been widely used as energy sources of wireless mobile devices. In addition, the secondary battery is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (HEV), and the like, which are proposed as solutions for air pollution of existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels (Plug-In HEV) and the like.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
One or two or four battery cells are used for small mobile devices, whereas medium and large battery modules, which are electrically connected to a plurality of battery cells, are used in medium and large devices such as automobiles due to the necessity of high output capacity.
모바일 기기들의 경량화 및 소형화되는 경향에 따라 그에 사용되는 전지셀들 역시 더욱 가볍고 얇은 구조가 요구되고 있다. 또한, 중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 전지셀이 요구되어 있다.
As mobile devices become lighter and smaller, battery cells used for them are also required to be lighter and thinner. In addition, since the medium-large battery module is preferably manufactured in as small a size and weight as possible, a battery cell that can be charged with high integration and has a small weight for capacity is required.
이러한 측면에서, 각형 전지, 파우치형 전지 등의 사용량이 최근 증가하고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
In this respect, the usage of square batteries, pouch-type batteries, and the like has recently increased. In particular, a pouch-type battery using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has attracted much attention in recent years due to advantages such as low weight, low manufacturing cost, and easy form deformation.
이러한 파우치형 전지는 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 유닛셀이 적층된 전극조립체가 라미네이트 시트의 전지케이스에 장착되는 형태로 제조된다.
The pouch type battery is manufactured in a form in which an electrode assembly in which a unit cell having a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode is stacked is mounted on a battery case of a laminate sheet.
또한, 이러한 종래의 리튬 폴리머 전지는 열 방출 특성이 우수하지 않아 전지의 사용 가능 시간이 단축되는 문제가 있다. 즉, 파우치 형태의 외장재는 기본적으로 방열 성능을 저하시키는 절연층이 표면에 형성되어 있음으로써, 전지의 충방전중 발생하는 발열 현상에 적극적으로 대응할 수 없고, 또한 온도 증가에 따라 방전량이 증가하여 전지의 사용 가능 시간이 급격히 감소하는 문제가 있다.
In addition, such a conventional lithium polymer battery is not excellent in heat dissipation characteristics, there is a problem that the usable time of the battery is shortened. That is, the pouch-shaped exterior material is basically formed with an insulating layer on the surface that degrades the heat dissipation performance, it can not actively respond to the heat generation phenomenon generated during charging and discharging of the battery, and the discharge amount increases with increasing temperature There is a problem that the usable time of the abruptly decreases.
더불어, 상기와 같은 전지의 발열 현상에 따라 전지의 온도가 기준 온도 이상이 되면, 전극 조립체 또는 전해액이 분해되고, 이로 인하여 다량의 가스가 발생하게 되는데, 이때 외장재가 연성이기 때문에 그 외장재가 너무 쉽게 부풀어오르게 되어, 전극 계면의 단락을 유발하고, 이로 인해 전지 수명을 단축시키는 문제가 있다.
In addition, when the temperature of the battery is higher than the reference temperature according to the heat generation phenomenon of the battery as described above, the electrode assembly or the electrolyte is decomposed, thereby generating a large amount of gas, the exterior material is too easy because the exterior material is ductile It swells, causing a short circuit at the electrode interface, thereby shortening the battery life.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, 종래에는 전지 케이스 또는 전지 팩 등의 셀 외부에서의 구조적인 장치를 통해 전지의 형태를 유지토록 하여 스웰링에 따른 전극 들뜸 현상을 억제하고자 하였다.
In order to solve such a problem, conventionally, to maintain the shape of the battery through a structural device outside the cell, such as a battery case or a battery pack, it was intended to suppress the electrode lifting phenomenon due to swelling.
예를 들어, 한국특허공개 제2006-0028713호에는 내부 외장재의 양측면에 금속판을 밀착시키고, 내외 외장재와 금속판을 외부 외장재를 사용하여 일체로 감싸도록 함으로써 전지의 스웰링을 억제하고자 한다.
For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2006-0028713 intends to suppress swelling of a battery by bringing a metal plate into close contact with both sides of an inner sheathing material and wrapping the inner and outer sheathing material and the metal plate integrally using an outer sheathing material.
그러나, 이와 같이 전지의 외부에서의 구조적 장치를 통해서는 전극의 들뜸현상을 억제하는 데에는 한계가 있다. 즉, 전지는 복수의 유닛셀이 적층된 전극조립체 및 이러한 전극조립체를 복수개 적층되어 형성되는 것으로서, 각 유닛셀에서의 전극 계면에서 조금만 들뜨는 현상이 일어나더라도 전체 배터리에서의 스웰링 현상은 크게 되어, 전지를 외부 외장재로는 전지의 형태를 유지하기가 용이하지 않다.
However, there is a limit in suppressing the floating phenomenon of the electrode through the structural device outside the battery. That is, the battery is formed by stacking a plurality of electrode assemblies and a plurality of electrode assemblies in which a plurality of unit cells are stacked. Even if a slight lifting occurs at the electrode interface in each unit cell, the swelling phenomenon in the entire battery becomes large. It is not easy to maintain the shape of the battery as an external exterior material.
본 발명은 전지의 충전 및 방전 사이클 중에 스웰링 현상이나 가스 발생으로 인해 전극간의 계면이 들뜨는 현상이 발생함으로 인해 전지의 성능이 열화되어 전지의 수명이 단축되는 현상을 억제하고자 하는 것으로서, 셀 외부가 아닌 내부에서 균일한 압력을 가함으로써 전극 계면의 들뜸 현상을 억제하여 전지 성능 열화를 억제하고자 한다.
The present invention is to suppress the phenomenon that the performance of the battery is deteriorated due to the phenomenon of the interface between the electrodes due to the swelling phenomenon or gas generation during the charge and discharge cycle of the battery to reduce the life of the battery, In addition, by applying a uniform pressure in the inside to suppress the phenomenon of lifting the electrode interface to suppress the deterioration of battery performance.
본 발명은 전극 조립체에 관한 것으로서, 분리막을 사이에 두고 양극과 음극이 위치하는 유닛셀이 2 이상 적층된 하나 또는 그 이상의 유닛셀 적층체; 및 전해액과의 반응성이 없는 열수축 부재를 포함하되, 상기 열수축부재는 상기 유닛셀 적층체의 적어도 전극 탭이 형성되는 상단 및 하단은 개방되고, 상기 유닛셀 적층체의 양 표면 표면 및 양 측면을 둘러싸도록 배치되는 전극 조립체를 제공한다.The present invention relates to an electrode assembly, comprising: one or more unit cell stacks in which two or more unit cells in which an anode and a cathode are positioned with a separator interposed therebetween are stacked; And a heat shrink member that is not reactive with an electrolyte solution, wherein the heat shrink member has an upper end and a lower end formed with at least an electrode tab of the unit cell stack, and surround both surface surfaces and both sides of the unit cell stack. It provides an electrode assembly disposed so as to.
상기 열수축 부재는 전극탭이 존재하는 상단면 및 그 반대의 하단면과 각각 인접하여 연속되는 양 표면 및 양 측면의 일부가 개방되어 있을 수 있다.The heat-shrinkable member may have portions of both surfaces and both sides which are adjacent to the upper surface where the electrode tab is present and the lower surface opposite thereto, respectively.
이때, 상기 전극조립체는 상기 상단면 및 하단면은 독립적으로 유닛셀 적층체의 전체 길이(L)의 반(L/2)에 대하여 5 내지 20% 범위로 개방될 수 있다.In this case, the electrode assembly may be open in the range of 5 to 20% with respect to half (L / 2) of the total length (L) of the unit cell stack independently of the top and bottom surfaces.
한편, 상기 열수축 부재는 표면에 복수의 관통홀이 형성될 수 있다.Meanwhile, the heat shrinkable member may have a plurality of through holes formed on a surface thereof.
나아가, 상기 열수축 부재는 50 내지 80℃의 온도 범위에서 열수축되되, 열수축율이 전체 면적대비 5% 이상의 열수축율을 갖는 것을 사용할 수 있다.Further, the heat shrinkable member may be heat shrinked at a temperature in the range of 50 to 80 ° C., and the heat shrinkage member may have a heat shrinkage of 5% or more relative to the total area.
한편, 상기 열수축 부재는 열수축 튜브일 수 있다.On the other hand, the heat shrink member may be a heat shrink tube.
상기 열수축 부재는 바람직하게는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The heat shrinkable member may be preferably polypropylene, polyethylene, polyethylene terephthalate, polyester or a mixture thereof.
이때, 상기 열수축 부재는 두께가 10 내지 40㎛인 것이 바람직하다. At this time, the heat shrink member is preferably 10 to 40㎛ thickness.
본 발명에 있어서, 상기 유닛셀 적층체는 스택 타입(stack type), 와인딩 타입(winding type) 또는 Z 폴딩 타입(folding type)의 적층체일 수 있다.
In the present invention, the unit cell stack may be a stack type, a winding type, or a Z folding type stack.
본 발명은 상기 전극 조립체를 포함하는 전지셀을 제공한다.The present invention provides a battery cell including the electrode assembly.
상기 전지셀은 리튬이온 이차 전지 또는 리튬이온 폴리머 이차 전지일 수 있으며, 상기 전극 조립체가 전지 케이스에 내장되어 있는 전지셀일 수 있다.The battery cell may be a lithium ion secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery, and may be a battery cell in which the electrode assembly is embedded in a battery case.
한편, 상기 전지 케이스는 파우치형 케이스일 수 있다.
The battery case may be a pouch type case.
본 발명은 상기 전지셀을 2 이상 포함하는 전지팩을 제공한다.
The present invention provides a battery pack including two or more of the battery cells.
나아가, 본 발명은 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공하며, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치일 수 있다.
Furthermore, the present invention provides a device including at least one battery cell, wherein the device is a mobile phone, a portable computer, a smartphone, a smart pad, a netbook, a light electronic vehicle (LEV), an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug- Phosphorus hybrid electric vehicle, or a power storage device.
본 발명에 따르면, 복수의 유닛셀이 적층되어 형성되는 유닛셀 적층체에 대하여 열에 의해 수축하는 특성을 갖는 열수축 튜브로 감싸 유닛셀 적층체에 일정한 압력을 제공함으로써 전지의 충전 및 방전 싸이클 중 전극의 스웰링 또는 내부에서의 가스 발생시 전극간의 계면이 들뜨는 현상을 억제하여 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
According to the present invention, a unit cell stack formed by stacking a plurality of unit cells is wrapped in a heat shrink tube having a property of shrinking with heat to provide a constant pressure to the unit cell stack, thereby providing a constant pressure in the battery during the charge and discharge cycles of the battery. It is possible to suppress the phenomenon that the interface between the electrodes during the swelling or gas generation inside improves the life characteristics of the battery.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 유닛셀 적층체의 일례를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 유닛셀 적층체의 양면에 본 발명의 일 구현예에 따른 열수축 튜브를 사용하여 유닛셀 적층체가 가압된 전극 조립체를 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a schematic diagram showing an example of a unit cell stack to which the present invention can be applied.
FIG. 2 is a view schematically illustrating an electrode assembly in which a unit cell stack is pressed by using a heat shrink tube according to an embodiment of the present invention on both sides of the unit cell stack.
본 발명은 전지의 충전 및 방전 사이클 중 스웰링 현상이나 가스 발생으로 인해 전극 간의 들뜸 현상을 방지하여 전지의 성능 열화를 억제함으로써 전지 수명을 향상시키고자 하는 것으로서, 본 발명자들은 유닛셀이 적층되어 형성되는 유닛셀 적층체를 열수축 부재로 둘러싸서 일정한 압력을 유닛셀 적층체에 제공함으로써 전지의 충전 및 방전 사이클 중에 전지 내부의 온도 상승에 의한 스웰링 또는 전해액 분해에 의한 가스발생에 따른 전극 들뜸 현상을 억제함으로써 전지의 성능 열화를 방지할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
The present invention is to improve the battery life by preventing the deterioration between the electrodes due to the swelling phenomenon or gas generation during the charge and discharge cycle of the battery to suppress the deterioration of the performance of the battery, the present inventors are formed by stacking unit cells By enclosing the unit cell stack to be a heat shrink member and providing a constant pressure to the unit cell stack, the electrode lifting phenomenon due to gas generation by swelling due to temperature rise inside the battery or decomposition of the electrolyte solution during the charging and discharging cycle of the battery is prevented. It was found that deterioration of the performance of the battery can be prevented by suppressing, and the present invention has been completed.
이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 첨부 도면은 본 발명을 설명하기 위한 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The accompanying drawings are intended to illustrate the present invention, and the present invention is not limited thereto.
본 발명의 전극 조립체는 2 이상의 유닛셀이 적층된 적어도 하나의 유닛셀 적층체 및 상기 유닛셀 적층체를 둘러싸는 열수축 부재를 포함한다.
The electrode assembly of the present invention includes at least one unit cell stack in which two or more unit cells are stacked, and a heat shrink member surrounding the unit cell stack.
상기 유닛셀은 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막을 포함한다. 이때, 상기 유닛셀은 전극의 배열이 양극/음극과 같이 양면에 위치하는 전극의 종류가 상이할 수 있음은 물론, 양극/음극/양극 또는 음극/양극/음극과 같이 유닛셀의 양면에 위치하는 전극의 종류가 동일할 수도 있다.
The unit cell includes a positive electrode and a negative electrode and a separator positioned between the positive electrode and the negative electrode. In this case, the unit cells may be different from the type of the electrode arrangement on the two sides, such as the anode / cathode, and of course, located on both sides of the unit cell, such as anode / cathode / anode or cathode / anode / cathode The types of electrodes may be the same.
상기 유닛셀 적층체는 상기와 같은 유닛셀이 적층되어 형성되는 것으로서, 동일한 종류의 유닛셀이 적층될 수 있고, 또는 다른 종류의 유닛셀이 적층되어 형성될 수도 있다. 이때, 하나의 유닛셀과 인접하는 유닛셀은 분리막을 경계로 서로 다른 종류의 전극이 대면하도록 적층되는 것이 바람직하다.
The unit cell stack is formed by stacking the unit cells as described above, and unit cells of the same type may be stacked, or different types of unit cells may be stacked. In this case, it is preferable that one unit cell and an adjacent unit cell are stacked such that different types of electrodes face each other at the boundary of the separator.
상기 유닛셀 적층체는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막을 포함하는 유닛셀을 복수개 적층함으로써 형성되는 것으로서, 그 대표적인 예는 도 1에 나타낸 바와 같다. 본 발명의 유닛셀 적층체는 도 1의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같은 스택 타입(stack type)일 수 있다. 또한, 하나의 시트형 분리필름 상에 유닛셀을 일정한 간격으로 배치한 후, 상기 시트형 분리필름을 일정한 방향으로 폴딩(folding)함으로써 형성되는 도 1의 (C)에 나타낸 바와 같은 스택 앤 폴딩 타입(stack and folding type) 또는 지그재그 방향으로 폴딩함으로써 형성되는 Z 폴딩 타입일 수 있다.
The unit cell stack is not particularly limited, but is formed by stacking a plurality of unit cells including an anode, a cathode, and a separator positioned between the anode and the cathode, and a representative example thereof is as shown in FIG. 1. The unit cell stack of the present invention may be a stack type as shown in Figs. 1A and 1B. In addition, the stack and folding type as shown in (C) of FIG. 1 formed by arranging unit cells on one sheet separator film at regular intervals and then folding the sheet separator film in a predetermined direction. and folding type) or Z folding type formed by folding in the zigzag direction.
나아가, 상기 유닛셀 적층체는 도 1의 (A)에 나타낸 바와 같이 동일한 측의 단부에 양극과 음극의 전극 탭이 모두 형성될 수 있으며, 도 1의 (B) 또는 (C)에 나타낸 바와 같이 양 단부에 서로 다른 전극의 전극 탭이 형성될 수 있다.
Further, in the unit cell laminate, as shown in FIG. 1A, both the electrode tabs of the positive electrode and the negative electrode may be formed at the end of the same side, and as shown in FIG. 1B or (C). Electrode tabs of different electrodes may be formed at both ends.
상기 각각의 유닛셀의 양극, 음극 및 분리막의 재질은 특별히 한정되지 않는 것으로서, 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서도 특별한 제한없이 사용될 수 있다.
The material of the positive electrode, the negative electrode and the separator of each unit cell is not particularly limited, and may be used without particular limitation in the present invention as long as it is commonly used in the art.
예를 들면, 이에 한정하는 것은 아니지만, 상기 음극은 구리, 니켈, 구리 합금 또는 이들의 조합에 의해 제조된 음극 전류 집전체의 양면에 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유 코크, 활성화 카본, 그래파이트 등과 같은 음극 활물질을 코팅하여 형성된 것을 사용할 수 있다. 또한, 양극은 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의해 제조된 양극 전류 집전체의 양면에 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물 등과 같은 양극 활물질을 코팅하여 형성된 것일 수 있다.
For example, although not limited thereto, the negative electrode may be made of lithium metal, lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, graphite and the like on both surfaces of a negative electrode current collector produced by copper, nickel, copper alloy, The anode active material coated with the same negative electrode active material may be used. The positive electrode may be formed by coating a positive electrode active material such as lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, or the like on both surfaces of a positive electrode current collector made of aluminum, nickel or a combination thereof.
한편, 상기 분리막 또는 분리필름은, 예를 들어, 미세 다공 구조를 가지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 다층 필름이나, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체와 같은 고체 고분자 전해질용 또는 겔형 고분자 전해질용 고분자 필름을 사용할 수 있다.
On the other hand, the separator or separator is, for example, a multi-layer film produced by polyethylene, polypropylene having a microporous structure or a combination thereof, polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyacrylonitrile or polyvinyl A polymer film for a solid polymer electrolyte or a gel polymer electrolyte, such as a lidene fluoride hexafluoropropylene copolymer, can be used.
도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 전극 조립체(10)는 2 이상의 유닛셀이 적층된 유닛셀 적층체(20) 및 상기 유닛셀 적층체(20)의 표면을 감싸는 열수축 부재(30)를 포함한다. 이와 같은 열수축 부재(30)에 의해 전지의 충전 및 방전 중에 전지 내부의 온도가 상승하더라도 상기 열수축 부재(30)가 유닛셀 적층체(20)를 일정한 압력으로 견고하게 지지하게 된다. 이와 같은 압력에 의해, 전지 내부의 스웰링(swelling) 또는 가스 발생에 의한 전극 계면의 들뜸 현상을 억제할 수 있으며, 나아가 전지의 수명을 향상시킬 수 있다.
As can be seen from FIG. 2, the
일반적으로 전지 제조공정 중에는 전해액의 젖음도를 향상시키기 위해 전해액의 주액 공정 또는 활성화 공정 이후에 장시간 동안 고온 숙성 공정을 진행하게 되는데, 이러한 고온 숙성 공정 중에 상기 열수축 부재(30)의 열수축을 도모할 수 있으며, 이에 의해 유닛셀 적층체(20)를 가압하게 된다.
Generally, during the battery manufacturing process, a high temperature aging process is performed for a long time after the pouring process or the activation process of the electrolyte to improve the wettability of the electrolyte, and the heat shrinkage of the
상기 고온 숙성 공정은 50 내지 80℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 상기 열수축 부재(30)는 50 내지 80℃에서 열수축이 일어나는 것이 바람직하다. 너무 낮은 온도에서 수축하는 경우에는 지나치게 민감한 열수축으로 인해 전지 제조공정 중에서 취급이 용이하지 않을 수 있으며, 너무 높은 온도에서 수축하는 경우에는 이와 같은 수축을 위한 열처리 온도가 높아지게 되어, 전지에 부담을 줄 수 있다.
The high temperature aging process may be carried out in a temperature range of 50 to 80 ℃. Thus, for example, it is preferable that the
상기 열수축 부재(30)는 상기 온도범위에서 면적이 일정한 비율로 수축되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 열수축 부재(30)의 전체 면적에 대하여 5% 이상 수축되는 열수축율을 갖는 것이라면 본 발명에서 적합하게 사용할 수 있다. 5% 미만의 열수축율을 갖는 경우에는 유닛셀 적층체(20)에 충분한 압력을 가할 수 없어, 전극 들뜸 현상을 억제하기가 부족할 수 있다. 지나치게 많은 열수축율을 갖는 경우에는 유닛셀 적층체(20)에 가해지는 압력이 가하여, 유닛셀 적층체(20)의 변형을 초래할 우려가 있는바, 보다 바람직하게는 열수축율은 15%를 넘지 않는 것이 바람직하다.
It is preferable that the
상기와 같은 열수축을 위한 열처리 온도 및 그에 따른 열수축 부재(30)의 열수축율을 고려하여 유닛셀 적층체(20)를 감싸는 상기 열수축 부재(30)의 길이를 다소 여유있게 선택할 수 있다. 이로 인해 전극 내부로의 전해액의 함침을 유도할 수 있다.
In consideration of the heat treatment temperature for the heat shrinkage and the heat shrinkage rate of the
상기 열수축 부재(30)로는 전해액과의 반응성이 없는 것이 바람직하다. 예를 들면, 전해액과의 반응성이 없는 열가소성 수지를 사용할 수 있으며, 구체적으로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리에스테르 등을 사용할 수 있다.
It is preferable that the heat-
상기 열수축 부재(30)는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 10 내지 40㎛ 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나 열수축 부재(30)의 두께가 보다 얇은 경우에는 인장강도가 충분하지 않을 수 있다. 한편, 상기 열수축 부재(30)의 두께가 지나치게 두꺼운 경우에는 전지의 전체 두께 증대를 초래할 우려가 있는바, 상기 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
The
이와 같은 열수축 부재(30)는 그 내부에 수용되는 전극 조립체(10)가 전지 반응 중에 스웰링 또는 가스 발생에 의한 전극의 들뜸 현상을 방지할 수 있도록, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 3MPa 내지 20MPa 의 인장강도 값을 갖는 것이 바람직하다.
Such a
상기 열수축 부재(30)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 전극 탭이 연결되는 유닛셀 적층체(20)의 상단 및 그 반대의 하단을 제외한 유닛셀 적층체(20) 표면의 상하 및 양측의 4면을 감싸도록 형성될 수 있다. 이와 같이 유닛셀 적층체(20)의 4면을 감싸도록 함으로써 유닛셀 적층체(20)에 열수축에 의한 소정 압력을 가할 수 있어, 전지의 충방전 사이클 중에 전극 계면의 들뜸 현상을 억제할 수 있다.
As shown in FIG. 2, the heat-
한편, 상기 열수축 부재(30)는 적어도 하나의 전극탭이 존재하는 상부의 단면 및 가장자리부, 그리고 그 반대인 하부의 단면 및 가장자리부는 감싸지 않고 개방될 수 있다. 이와 같이 양단부의 개방된 부분을 통해 전극 조립체(10) 내로의 전해액 함침을 보다 원활하게 도모할 수 있다. 예를 들면, 상기 열수축 부재(30)는 유닛셀 적층체(20)의 길이방향으로 중심부를 둘러싸되, 일 단부에서 개방되는 영역은 유닛셀 적층체(20)의 전체 길이(L)의 반(L/2)에 대하여 5 내지 20% 정도일 수 있다. 이때, 개방되는 영역은 양 단부가 동일한 길이로 개방될 수 있으며, 개방되는 길이가 동일하지 않을 수 있다.
On the other hand, the
본 발명의 열수축 부재(30)는 전면에 복수의 관통 홀이 형성될 수 있다. 상기 열수축 부재(30)에 이와 같은 관통홀이 형성됨으로써 전해액 함침을 보다 용이하게 할 수 있다. 상기 관통홀의 크기는 전해액의 함침을 위한 전해액 유동이 가능하고, 또 열수축에 의해 유닛셀 적층체(20)에 일정한 압력을 제공하는데 불이익을 주는 것이 아니라면 특별히 한정하지 않는다. 이 경우, 상기 열수축 부재(30)는 유닛셀 적층체(20)의 상기 4면을 전체적으로 덮을 수 있다.
In the
또한, 상기 열수축 부재(30)는 형상이 열수축 튜브인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 전지셀의 용량 증대를 위해 복수의 전극 조립체를 적층할 경우, 평형을 유지하고, 나아가, 수축에 따른 열수축 부재(30)의 파단을 방지하기 위해 상기 열수축 튜브는 웰드라인을 갖지 않는 것이 바람직하다.
In addition, the
상기 전극 조립체는 복수의 유닛셀이 적층된 하나의 유닛셀 적층체(20)가 열수축 부재(30) 내에 존재할 수 있으며, 이러한 유니셀 적층체가 2 이상 적층된 복수의 유닛셀 적층체(20)일 수 있다.
The electrode assembly may include a single
종래의 전지 외부에서 전지의 형태변형을 방지하기 위한 구조적 수단을 사용하는 경우에 비하여, 본 발명과 같이, 전지 내부, 즉 유닛셀 적층체(20)에 대하여 외부를 열수축 부재(30)로 둘러쌈으로써 전지의 충전 및 방전 사이클에 따른 온도 상승 및 가스 발생으로 인한 전극 계면의 들뜸 현상을 보다 효과적으로 억제할 수 있어, 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있고, 이로 인해 전지 성능 열화를 방지할 수 있다.
Compared to the case of using a structural means for preventing the deformation of the battery outside the conventional battery, as in the present invention, the inside of the battery, that is, the unit cell laminated
상기와 같은 본 발명에 의해 얻어진 전극 조립체(10)를 사용하여 전지셀을 제조할 수 있다. 전지 셀은 본 발명에 따른 전극 조립체(10)를 전지 케이스 내부에 내장하고, 전해액을 주입함으로써 얻어질 수 있다. 이때, 상기 전지 케이스 내에 내장되는 전극 조립체(10)는 상기 유닛셀 적층체(20)를 열수축 부재(30)로 둘러싼 전극조립체가 하나일 수 있으며, 2 이상의 복수일 수 있다.
The battery cell can be manufactured using the
상기 전극 조립체(10)를 전지 케이스 내에 내장하여 전지셀을 제조하는 구체적인 방법은 특별히 한정하지 않으며, 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 본 발명에서도 적합하게 적용할 수 있다.
A specific method of manufacturing the battery cell by embedding the
이때, 상기 전지 케이스는 파우치형 케이스일 수 있으며, 전극 조립체(10)의 형상에 대응되는 형상일 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다.
In this case, the battery case may be a pouch type case and may have a shape corresponding to the shape of the
한편, 상기 파우치형 케이스는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있으며, 이때 상기 라미네이트 시트는 최외각을 이루는 외측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층, 밀봉을 위한 내측 수지층으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Meanwhile, the pouch-type case may be formed of a laminate sheet. The laminate sheet may include an outermost resin layer forming an outermost layer, a barrier metal layer for preventing penetration of a material, and an inner resin layer for sealing, It is not.
또한, 상기 전지 케이스는 전극 조립체(10)의 유닛셀들의 전기 단자들을 전기적으로 연결하기 위한 전극 리드가 외부로 노출된 구조로 형성되는 것이 바람직하며, 도시하지는 않았으나, 상기 전극 리드의 상하면에는 전극 리드를 보호하기 위한 절연 필름이 부착될 수 있다.
In addition, the battery case preferably has a structure in which an electrode lead for electrically connecting the electrical terminals of the unit cells of the
한편, 상기 전지셀은 이에 한정하는 것은 아니나, 예를 들어, 바람직하게는 리튬이온 전지 또는 리튬이온 폴리머 전지일 수 있다.
On the other hand, the battery cell is not limited to this, for example, preferably may be a lithium ion battery or a lithium ion polymer battery.
상기와 같은 본 발명의 방법에 의해 얻어진 전지셀은 단독으로 사용될 수도 있고, 2 이상의 전지셀을 포함하는 전지팩의 형태로 사용될 수도 있다. 이러한 본 발명의 전지셀 및/또는 전지팩은 다양한 디바이스, 예를 들면, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치 등에 유용하게 사용될 수 있다.
The battery cell obtained by the method of the present invention as described above may be used alone, or may be used in the form of a battery pack including two or more battery cells. The battery cell and / or the battery pack of the present invention may be used in various devices such as a mobile phone, a portable computer, a smart phone, a smart pad, a netbook, a LEV (Light Electronic Vehicle), an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, Electric vehicles, electric power storage devices, and the like.
10: 전극 조립체
20: 유닛셀 적층체
30: 열수축 부재10: electrode assembly
20: unit cell stack
30: heat shrinkable member
Claims (17)
전해액과의 반응성이 없는 열수축 부재를 포함하되, 상기 열수축 부재는 상기 유닛셀 적층체의 적어도 전극 탭이 형성되는 상단 및 하단은 개방되고, 상기 유닛셀 적층체의 양 표면 및 양 측면을 둘러싸도록 배치되는 전극 조립체.
One or more unit cell stacks in which two or more unit cells in which an anode and a cathode are positioned with a separator interposed therebetween are stacked; And
And a heat shrink member that is not reactive with an electrolyte solution, wherein the heat shrink member is disposed so that at least upper and lower ends of at least electrode tabs of the unit cell stack are formed and surround both surfaces and both sides of the unit cell stack. The electrode assembly.
2. The electrode assembly of claim 1, wherein the heat shrinkable member has open portions on both surfaces and portions adjacent to the upper surface on which the electrode tab is present and the lower surface on the opposite side, respectively.
The electrode assembly of claim 2, wherein the top and bottom surfaces are independently open in a range of 5 to 20% relative to half (L / 2) of the total length (L) of the unit cell stack.
The electrode assembly of claim 1, wherein the heat contraction member has a plurality of through holes formed on a surface thereof.
The electrode assembly of claim 1, wherein the heat shrink member is heat contracted at a temperature in a range of 50 to 80 ° C., and the heat shrink rate is 5% or more relative to the total area.
The electrode assembly of claim 1, wherein the heat shrink member is a heat shrink tube.
The electrode assembly of claim 1, wherein the heat shrinkable member is polypropylene, polyethylene, polyethylene terephthalate, polyester, or a mixture thereof.
The electrode assembly of claim 1, wherein the heat shrinkable member has a thickness of 10 to 40 μm.
The electrode assembly of claim 1, wherein the heat shrinkable member has a tensile strength of 3 to 20 MPa.
The electrode assembly of claim 1, wherein the unit cell stack is a stack of a stack type, a winding type, or a Z folding type.
A battery cell comprising the electrode assembly of any one of claims 1 to 10.
The battery cell of claim 11, wherein the battery cell is a lithium ion secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery.
The battery cell of claim 11, wherein the electrode assembly is embedded in a battery case.
The battery cell of claim 13, wherein the battery case is a pouch type case.
A battery pack comprising two or more battery cells of claim 11.
A device comprising at least one battery cell of claim 11.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |