KR20150106096A - Electrode Assembly Including Thermo-Regulating Member and Lithium Secondary Battery Comprising the Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열조절 부재를 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode assembly including a thermal control member and a lithium secondary battery including the electrode assembly.
가솔린, 경유 등의 화석 연료를 사용하는 차량의 가장 큰 문제점 중의 하나는 대기오염을 유발한다는 점이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로서 차량의 동력원을 충방전이 가능한 이차전지로 사용하는 기술이 관심을 끌고 있다. 따라서, 배터리 만으로 운행될 수 있는 전기자동차(EV), 배터리와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 전기자동차(HEV) 등이 개발되었고, 일부는 상용화되어 있다. EV, HEV 등의 동력원으로서의 이차전지는 주로 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지가 주로 사용되고 있지만, 최근에는 리튬 이온전지 등의 사용도 시도되고 있다.One of the biggest problems with vehicles using fossil fuels such as gasoline and diesel is that it causes air pollution. As a solution to this problem, a technique of using a power source of a vehicle as a secondary battery capable of charging and discharging has attracted attention. Accordingly, an electric vehicle (EV) that can be operated only by a battery, and a hybrid electric vehicle (HEV) that uses a battery and an existing engine have been developed, and some of them have been commercialized. BACKGROUND ART [0002] Nickel metal hydride (Ni-MH) batteries are mainly used as secondary batteries as power sources for EV, HEV and the like, but recently lithium-ion batteries have also been used.
이러한 이차전지가 EV, HEV 등의 동력원으로 사용되기 위해서는 고출력 대용량이 요구되는 바, 이를 위하여 다수의 소형 이차전지(단위전지)들을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 전지모듈을 형성하고 이러한 전지모듈들을 다수 병렬 및/또는 직렬로 연결하여 하나의 중대형 전지팩으로 형성하여 사용하고 있다.In order to use such a secondary battery as a power source for EV, HEV, etc., a high output large capacity is required. To this end, a plurality of small secondary cells (unit cells) are connected in series and / or in parallel to form a battery module, A plurality of battery packs are connected in parallel and / or in series to form one middle- or large-sized battery pack.
그러나, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다는 문제점을 가지고 있다. 충방전 과정에서 발생한 단위전지의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 단위전지의 열화를 초래한다. 더욱이, 이러한 과정에서 다양한 원인에 의해 일부 단위전지들이 과열될 경우에는 발화 또는 폭발할 가능성도 존재한다. 따라서, 고출력 대용량의 중대형 전지팩에서 냉각 시스템은 필수적이다.However, such a high-output large-capacity secondary battery has a problem that a large amount of heat is generated during charging and discharging. If the heat of the unit cell generated during the charging and discharging process can not be effectively removed, heat accumulation occurs, resulting in deterioration of the unit cell. Furthermore, there is a possibility that when some unit cells are overheated due to various causes in this process, they may ignite or explode. Therefore, a cooling system is indispensable in a medium-to large-sized battery pack having a high output and a large capacity.
중대형 전지팩의 냉각은 일반적으로 냉매의 유동에 의한 대류열전달로 수행된다. 예를 들어, 공기 등과 같은 냉매를 냉각 팬에 의해 전지팩의 단위전지들 사이 또는 전지모듈 사이로 유동시키는 냉매-유동 냉각 시스템이 이용되고 있다. 그러나, 이러한 방식은 단위전지들 간의 온도 편차가 매우 큰 문제점을 가지고 있다. Cooling of the middle- or large-sized battery pack is generally performed by convection heat transfer by the flow of the refrigerant. For example, a refrigerant-flow cooling system has been used in which a coolant such as air flows through a cooling fan between unit cells of a battery pack or between battery modules. However, this method has a problem that the temperature deviation between the unit cells is very large.
이와는 별도로, EV, HEV 등과 같은 차량은 가혹한 조건에서 작동하는 상황에 자주 놓이게 된다. 전지팩을 구성하는 단위전지의 최적 작동 조건은 다양한 요인들에 의해 달라질 수 있지만, 일반적으로 특정한 온도 범위에서 결정된다. 반면에, 차량은 겨울철에는 저온 상태에서 작동하게 되므로 전지팩을 상기와 같은 최적 작동 온도범위로 조절할 필요가 있다. 이 경우, 냉각 시스템의 작동을 정지시키거나 시스템으로 유입되는 냉매(e.g., 공기)의 온도를 높여 냉각 대신 승온 작동을 행할 수도 있다. 그러나, 그 이전에 단위전지가 매우 낮은 온도 상태에 놓이게 될 경우에는 전지 구성요소들의 손상이 유발될 수 있고, 또한 갑작스러운 승온 작동에 의해 열화가 촉진될 수도 있다.Separately, vehicles such as EVs, HEVs, and the like are often placed in situations that operate under harsh conditions. The optimal operating conditions of the unit cells constituting the battery pack may vary depending on various factors, but are generally determined within a specific temperature range. On the other hand, since the vehicle is operated at a low temperature in winter, it is necessary to adjust the battery pack to the optimum operating temperature range as described above. In this case, the operation of the cooling system may be stopped or the temperature of the refrigerant (e.g., air) flowing into the system may be increased to perform the temperature raising operation instead of the cooling. However, if the unit cell is placed in a very low temperature state before that, damage of the battery components may be caused, and deterioration may be accelerated by a sudden temperature rise operation.
이러한 문제점을 해결하기 위한 시도로서, 급격한 온도 상승에 의한 전지의 폭발 위험성을 방지하기 위하여 난연재를 전지의 구성 요소들의 일부에 포함시키거나, 일정한 온도 이상에서 전해질의 경화를 유발하는 방법 등이 개발되었다. 그러나, 이러한 방법들은 전지가 비정상적인 작동 상태로 되었을 때 폭발을 방지할 수 있는 방법들로 사용될 수 있지만, 정상적인 작동 상태에서 전지 내부의 온도 상승을 억제하는 기술은 아니며, 더욱이 전지가 비가역적인 상태로 변환되어 더 이상 사용되지 못하는 단점을 가지고 있다.As an attempt to solve such a problem, a method has been developed in which a flame retardant is incorporated in a part of a battery element or a curing of an electrolyte is performed at a certain temperature or more in order to prevent the explosion risk of the battery due to a rapid temperature rise . However, these methods can be used as methods for preventing the explosion when the battery is in an abnormal operating state, but it is not a technique for suppressing the temperature rise inside the battery in a normal operating state, and further, And it can not be used anymore.
따라서, 정상적인 작동 상태에서의 전지 내부의 온도 상승을 억제하거나 적어도 온도 상승률을 낮춤으로써 전지의 수명을 연장시키고, 또한 급격한 온도 상승을 억제함으로써 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technique capable of further improving the safety of a battery by suppressing a temperature rise inside the battery in a normal operating state, or by at least lowering the temperature rising rate, thereby prolonging the life of the battery and suppressing a rapid increase in temperature It is true.
한편, 상변환(phase change 또는 phase transfer)시 높은 잠열을 가지는 물질을 특정한 목적으로 사용하는 기술이 알려져 있다. 예를 들어, 높은 잠열을 가진 물질을 의복, 실내 인테리어 등에 적용하여 외부의 급격한 온도 변환에도 불구하고 완만한 온도 변화를 유도함으로써 더욱 안락한 환경을 제공하는 기술이 알려져 있다.On the other hand, there is known a technique of using a substance having a high latent heat for a specific purpose during phase change or phase transfer. For example, it is known that a material having a high latent heat is applied to a garment, a room interior, and the like, thereby inducing a gentle temperature change despite sudden external temperature conversion, thereby providing a more comfortable environment.
또한, 그러한 특성을 전지에 적용한 기술도 일부 알려져 있다. 예를 들어, WO 03/061032는, 이식용 의료기구에서 전원으로서의 전지의 급격한 온도 상승을 억제하여 인체에 대한 악영향을 방지하기 위하여, 높은 잠열의 물질이 포함되어 있는 하우징에 전지를 넣은 방식과, 전지의 케이스 외부에 흡열체의 형태로 코팅하는 방식 등이 제안되고 있다. 그러나, 이러한 방식은 스택-폴딩형 전극조립체와 같이 다수의 전극군들로 이루어진 단위전지들간 또는 단위전지들 내에서 전극군들간의 온도를 효과적으로 조절할 수 없다.Some techniques for applying such characteristics to a battery are also known. For example, WO 03/061032 discloses a method of inserting a battery into a housing containing a substance with a high latent heat in order to prevent a sudden rise in the temperature of the battery as a power source in the medical instrument for implantation to prevent adverse effects on the human body, A method of coating the battery case in the form of a heat absorbing body outside the case has been proposed. However, this method can not effectively control the temperature between the electrode assemblies of the plurality of electrode assemblies, such as the stack-folding type electrode assemblies, or between the electrode assemblies within the unit cells.
따라서, 이러한 다양한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technique that can fundamentally solve various problems.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 상변환 물질(phase change material: PCM)이 전해액에 불활성인 소재로 이루어진 파우치에 밀봉 내장되어 있는 열조절 부재와 전극부를 함께 구비하고 있는 하나 이상의 유닛셀을 전극부를 구비한 다른 유닛셀의 적어도 일부와 면 접촉하도록 하여 전극조립체을 구성하는 경우, 디바이스의 구동에 따른 전지의 온도변화를 효과적으로 억제할 뿐 아니라, 침상 관통시 전지 내부의 급격한 온도 상승을 억제할 수 있는 바, 전지의 수명과 안전성을 향상시킬 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments, and as a result, it has been found that, as will be described later, a phase change material (PCM) is inserted into a pouch made of a material inert to the electrolyte, In the case where the electrode assembly is constituted by bringing at least one unit cell having the electrode portion into surface contact with at least a part of the other unit cells having the electrode portion, the temperature change of the battery due to the driving of the device is effectively suppressed, It is possible to suppress the rapid temperature rise inside the cell at the time of use, and it is possible to improve the life and safety of the battery. Thus, the present invention has been accomplished.
따라서, 본 발명에 따른 전극조립체는, 양극, 음극, 분리막을 포함하는 전극부를 구비한 하나 이상의 제 1 형 유닛셀과, 상변환 물질(phase change material: PCM)이 전해액에 불활성인 소재로 이루어진 파우치에 밀봉 내장되어 있는 열조절 부재와 전극부를 함께 구비하고 있는 하나 이상의 제 2 형 유닛셀을 포함하고 있고; 상기 제 1 형 유닛셀과 제 2 형 유닛셀은 분리필름에 의해 권취되어 교번 배열된 적층 구조를 이루고 있으며; 상기 열조절 부재는 제 1 형 유닛셀의 전극부의 적어도 일부와 면 접촉하고 있는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the electrode assembly according to the present invention comprises at least one first type unit cell having an electrode section including an anode, a cathode, and a separator, a pouch made of a material in which a phase change material (PCM) And at least one second type unit cell having a heat regulating member and an electrode portion sealed together in a sealed manner; Wherein the first type unit cell and the second type unit cell are laminated by being wrapped by a separation film and arranged alternately; And the heat regulating member is in surface contact with at least a part of the electrode portion of the first type unit cell.
이때, 상기 상변환 물질은 소정의 온도에서 상변환이 일어나는 물질로서, 상세하게는, 고상에서 액상 또는 액상에서 고상으로의 상변환이 일어나는, 상변환시 높은 잠열을 가지는 물질이다. 여기서, 상기 상변환이 일어나는 소정의 온도는, 전지의 최적 작동 온도범위의 상한 값에 근접한 온도에서 전지의 성능 내지 수명을 저하시키거나 안전성을 위협할 수 있는 온도까지의 범위로 섭씨 25도 내지 120도일 수 있고, 더욱 상세하게는, 25도 내지 50도일 수 있다. 이는 상변환이 일어나는 온도가 상기 범위일 때, 전지의 온도를 적어도 상변환 온도 이하로 유지할 수 있기 때문이다.At this time, the phase-change material is a material that undergoes phase transformation at a predetermined temperature. Specifically, the phase-change material is a material having a high latent heat at the time of phase conversion, in which phase conversion from a liquid phase or a liquid phase to a solid phase occurs. Here, the predetermined temperature at which the phase transformation occurs may range from 25 degrees Celsius to 120 degrees Celsius to a temperature ranging from a temperature close to the upper limit of the optimum operating temperature range of the battery to a temperature at which performance or lifetime of the battery may be lowered or safety may be threatened. And more specifically, may be 25 degrees to 50 degrees. This is because the temperature of the battery can be maintained at least the phase transformation temperature when the temperature at which the phase transformation occurs is within the above range.
즉, 상기 상변환 물질은 충전 또는 방전하는 유닛셀들의 전극부와 열 접촉하여, 유닛셀들로부터 발생하는 열의 적어도 일부를 흡수함으로써 전지를 냉각시키거나, 전지의 비작동 상태에서 외부 온도가 급격히 저하될 경우에, 상변환 물질에 축적된 열의 적어도 일부를 유닛셀들로 방출하여 전지의 온도를 일정한 수준으로 유지시킬 수 있다.That is, the phase-change material is in thermal contact with the electrode portions of the unit cells to be charged or discharged, thereby cooling the battery by absorbing at least a part of the heat generated from the unit cells, , At least a portion of the heat accumulated in the phase change material may be released to the unit cells to maintain the temperature of the cell at a constant level.
따라서, 본 발명에 따른 전극조립체는 유닛셀들 사이사이에 존재하는 열조절 부재의 상변환 물질에 의해 유닛셀들 개개의 온도 조절이 매우 용이하게 이루어질 수 있으며, 결과적으로, 이를 포함하는 전지, 전지팩의 전반적인 온도 조절 또한 용이하게 이루어질 수 있다. Therefore, the electrode assembly according to the present invention can easily control the temperature of each of the unit cells by the phase-change material of the thermal control member existing between the unit cells, and consequently, The overall temperature control of the pack can also be facilitated.
더욱이, 열조절 부재와 전극부를 함께 구비하는 제 2 형 유닛셀이 제 1 형 유닛셀들 사이에 위치함으로써, 상변환 물질이 유닛셀들로부터 발생한 열을 흡수하여 액체 상태가 된 경우, 열조절 부재는 전지의 충전 또는 방전 과정에서 전극의 수축, 팽창에 댐핑(damping) 역할을 수행할 수 있는 한편, 전극부는 상변환 물질의 액화에 의해 문제될 수 있는 전극조립체의 형상 변형 또는 안전성을 확보할 수 있는 지지 역할을 수행할 수 있다.Furthermore, when the phase-change material absorbs the heat generated from the unit cells to become a liquid state, the second type unit cell including the heat regulating member and the electrode portion is located between the first type unit cells, Can damp the expansion and contraction of the electrode during the charging or discharging of the battery while the electrode unit can ensure the shape deformation or safety of the electrode assembly which may be caused by liquefaction of the phase change material Can play a supporting role.
하나의 구체적인 예에서, 상기 상변환 물질은 한정되지 아니하고, 단일 화합물, 혼합물 또는 복합체 등일 수 있으며, 이들 물질의 상변환은 상기 소정의 온도에서 물리적으로 상변환하는 경우뿐만 아니라, 둘 또는 그 이상의 물질의 혼합물이 상기 소정의 온도에서 가역적인 물리적 또는 화학적 반응에 의해 상변환하는 경우 또한 포함한다.In one specific example, the phase change material is not limited and may be a single compound, a mixture or a complex, and the phase transformation of these materials may be achieved by a combination of two or more materials Of the mixture is phase-transformed by a reversible physical or chemical reaction at the predetermined temperature.
구체적으로, 상기 상변환 물질의 종류는, 유기물계 PCM, 무기물계 PCM, 및 파라핀계 PCM으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.Specifically, the phase change material may be at least one kind selected from the group consisting of organic PCM, inorganic PCM, and paraffin PCM.
이때, 상기 유기물계 PCM은, 예를 들어, 탄소수 11 내지 50개의 알칸(alkane), 펜타에리트리톨, 폴리에틸렌, 아세트아미드, 프로필아미드, 나프탈렌, 스테아린산, 폴리글리콜 E6000, 왁스, 3-헵타테카논, 시안아미드, d-유산, 글리세롤, 아세트산, 에틸렌디아민, 및 폴리글리콜 E400으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있고, 상기 무기물계 PCM은, 예를 들어, MgCl2ㆍ6H2O, Al2(SO4)3ㆍ10H2O, NH4Al(SO4)2ㆍ12H2O, KAl(SO4)2ㆍ12H2O, Mg(SO3)2ㆍ6H2O, SrBr2ㆍ6H2O, Sr(OH)2ㆍ8H2O, Ba(OH)2ㆍ8H2O, Al(NO3)2ㆍ9H2O, Fe(NO3)2ㆍ6H2O, NaCH2S2O2ㆍ5H2O, Ni(NO3)2ㆍ6H2O, Na2S2O2ㆍ5H2O, ZnSO4ㆍ7H2O, CaBr2ㆍ6H2O, Zn(NO3)2ㆍ6H2O, Na2HPO4ㆍ12H2O, Na2CO3ㆍ10H2O, Na2SO4ㆍ10H2O, LiNO2ㆍ3H2O 및 CaCl2ㆍ6H2O로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 상기 파라핀계 PCM은, 예를 들어, C12H26, C14H30, C16H34, C18H38, C19H40, C20H42, C21H44, C22H46, C24H50, C26H54, C27H56, C28H58 및 C30H62로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The organic PCM may include, for example, alkane, pentaerythritol, polyethylene, acetamide, propylamide, naphthalene, stearic acid, polyglycol E6000, wax, 3-heptatecanone, Cyanamide, d-lactic acid, glycerol, acetic acid, ethylenediamine, and polyglycol E400. The inorganic PCM may be at least one selected from the group consisting of MgCl 2 .6H 2 O, Al 2 SO 4) 3 and 10H 2 O, NH 4 Al ( SO 4) 2 and 12H 2 O, KAl (SO 4 ) 2 and 12H 2 O, Mg (SO 3 ) 2 and 6H 2 O, SrBr 2 and 6H 2 O , Sr (OH) 2 and 8H 2 O, Ba (OH) 2 and 8H 2 O, Al (NO 3 ) 2 and 9H 2 O, Fe (NO 3 ) 2 and 6H 2 O, NaCH 2 S 2 O 2 and 5H 2 O, Ni (NO 3 ) 2 and 6H 2 O, Na 2 S 2 O 2 and 5H 2 O, ZnSO 4 and 7H 2 O, CaBr 2 and 6H 2 O, Zn (NO 3 ) 2 and 6H 2 O , Na 2 HPO 4揃 12H 2 O, Na 2 CO 3揃 10H 2 O, Na 2 SO 4揃 10H 2 O, LiNO 2揃 3H 2 O, and CaCl 2揃 6H 2 O. And, wherein the paraffinic PCM, for example, C 12 H 26, C 14 H 30, C 16 H 34, C 18 H 38, C 19 H 40, C 20 H 42, C 21 H 44, C 22 H 46 , C 24 H 50 , C 26 H 54 , C 27 H 56 , C 28 H 58 and C 30 H 62 .
한편, 상기 열조절 부재에는, 상기 상변환 물질의 열전도성을 높이기 위해, 상변환 물질 이외에 열전도율이 높은 물질이 더 포함되어 있을 수 있다. 이러한 상기 열전도율이 높은 물질은, 예를 들어, 메탈계, 탄소계, 및 세라믹계 소재로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니고, 유로 구조, 그물 구조, 벌집 구조, 또는 일정한 형태가 없는 발포 구조의 다공성 매질 형태 또는 입자 형태로 포함될 수 있다. 여기서, 입자(granulate) 형태는 막대형, 구형 등 한정되지 아니한다.The heat regulating member may further include a material having a high thermal conductivity in addition to the phase change material in order to enhance the thermal conductivity of the phase change material. The material having a high thermal conductivity may be at least one selected from the group consisting of, for example, a metal-based material, a carbon-based material, and a ceramic-based material, but is not limited thereto. Or in the form of a porous medium or a particulate form of a foam structure with no constant shape. Here, the granular form is not limited to rod-shaped, spherical, or the like.
상기 열전도율이 높은 물질은 파우치 내장물의 전체 중량을 기준으로 5 중량% 내지 50 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위를 벗어나, 열전도율이 높은 물질이 많이 포함되는 경우에는 상변환 물질이 상대적으로 적게 포함되므로 소망하는 효과를 효과적으로 발휘할 수 없고, 열전도율이 높은 물질이 너무 적게 포함되는 경우에는 열전도가 느려 열을 흡수하고 방출하는데 있어 많은 시간이 소요되므로 전지의 급격한 온도 변화에서는 전지 온도 조절에 한계가 있는 바, 바람직하지 않다. The material having a high thermal conductivity may be included in an amount of 5 wt% to 50 wt% based on the total weight of the pouch interior. If the amount of the material having a high thermal conductivity is larger than the above range, the desired effect can not be effectively exhibited because the phase change material is relatively small. If the material having a high thermal conductivity is too small, the heat conduction is slow, And it takes a lot of time to discharge the battery. Therefore, there is a limit to the battery temperature control at a sudden temperature change of the battery, which is not preferable.
상기 파우치의 전해액에 불활성인 소재는, 내부의 상변환 물질이 상변환 이후에도 밀봉된 상태로 유지될 수 있는 물질이어야 하고, 그러한 불활성 소재는, 예를 들어, 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카프로락톤, 폴리우레탄, 젤라틴, 키토산, 셀룰로오스, 멜라민 수지, 요소 수지 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질 또는 코폴리머일 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것이 아니다. 이때, 파우치의 두께는 본 발명에 따른 열의 전도를 방해 받지 않는 정도면 제한되지 아니하고, 열의 전도와 안전성을 고려할 때, 0.01 마이크로미터 내지 5 마이크로 미터가 바람직하다.The material inert to the electrolyte of the pouch should be a material that the phase change material therein can be maintained in a sealed state even after the phase change. Such an inert material may be, for example, a polyolefin, a polystyrene, a polyacrylate, But are not limited to, one or more materials or copolymers selected from the group consisting of polyester, polycaprolactone, polyurethane, gelatin, chitosan, cellulose, melamine resin, urea resin and derivatives thereof. At this time, the thickness of the pouch is not limited to the extent that the conduction of heat according to the present invention is not disturbed, and it is preferably 0.01 micrometer to 5 micrometers in consideration of heat conduction and safety.
상기와 같이 구성된 제 1 형 유닛셀과 제 2 형 유닛셀은 그 크기와 형상에서 다르게 구성될 수 있으나, 유닛셀들의 안전성과 제조 용이성을 고려하여, 전극조립체의 전체적인 형상이 직육면체 또는 정육면체가 될 수 있도록 평면 형상 및 크기가 동일함이 바람직하다The first type unit cell and the second type unit cell configured as described above may be configured differently in size and shape. However, considering the safety of the unit cells and the ease of manufacture, the overall shape of the electrode assembly may be a rectangular parallelepiped or a cuboid The planar shape and the size are preferably the same
상기 열조절 부재는, 제 1 형 유닛셀의 전극부의 적어도 일부와 면 접촉할 수 있도록, 제 2 형 유닛셀의 전체 체적을 기준으로 10% 내지 50%의 크기로 포함될 수 있고, 이때, 상기 제 2 형 유닛셀의 전체적인 형상은 열조절 부재가 제 1 형 유닛셀의 전극부와 제 2 형 유닛셀의 전극부와 열 전도를 용이하게 수행할 수 있는 범위에서 다양하게 구성될 수 있다.The heat regulating member may be included in a size of 10% to 50% based on the total volume of the second type unit cell so as to be in surface contact with at least a part of the electrode portion of the first type unit cell, The overall shape of the 2-inch unit cell can be variously configured in such a range that the heat adjusting member can easily perform thermal conduction with the electrode portion of the first-type unit cell and the electrode portion of the second-type unit cell.
하나의 예에서, 상기 제 2 형 유닛셀에서 열조절 부재와 전극부는 상호 동일한 두께를 가지고 전극조립체의 높이를 기준으로 평면 배열을 이루고 있을 수 있다.In one example, the heat regulating member and the electrode portion in the second type unit cell may have the same thickness and have a plane arrangement with respect to the height of the electrode assembly.
이때, 열조절 부재의 위치는 한정되지 아니하나, 본 발명에 따른 전극조립체가 둘 이상의 제 2 형 유닛셀들을 포함하고 있는 경우, 제 1 형 유닛셀이 개재된 상태로 이웃한 제 2 형 유닛셀들에서 열조절 부재들은 적층 방향에서 중첩되지 않은 위치로 배열되어 있을 수 있다.At this time, although the position of the heat regulating member is not limited, in the case where the electrode assembly according to the present invention includes two or more second type unit cells, the first type unit cell is interposed between the adjacent second type unit cells The thermal conditioning members may be arranged in a non-overlapping position in the stacking direction.
즉, 하나의 제 1 형 유닛셀을 기준으로 볼 때, 제 1 형 유닛셀의 상부에 위치하는 제 2 형 유닛셀의 열조절 부재는 좌측, 또는 우측에 형성되어 있고, 제 1 형 유닛셀의 하부에 위치하는 제 2 형 유닛셀의 열조절 부재는 우측, 또는 좌측에 형성되어 있을 수 있어, 전체적으로 열조절 부재는 지그재그로 위치하는 구조로 이루어질 수 있다. 이는, 열조절 부재의 상변환 물질이 액화된 경우에 열조절 부재들이 적층 방향에서 중첩되어 위치하면, 한쪽으로의 기울임 현상이 나타나므로, 이를 방지하여, 전극조립체의 안전성을 확보하기 위함이다. That is, the heat regulating member of the second type unit cell located on the upper side of the first type unit cell is formed on the left side or the right side when viewed from a single first type unit cell, The heat regulating member of the second type unit cell located at the lower portion may be formed on the right side or the left side, and the heat regulating member may be formed in a zigzag configuration as a whole. This is to prevent the occurrence of tilting to one side when the heat regulating members are overlapped and positioned in the stacking direction when the phase change material of the heat regulating member is liquefied, thereby securing the safety of the electrode assembly.
또한, 이러한 구성의 경우, 상기에서 설명한 바와 같이, 상변환 물질이 유닛셀들로부터 발생한 열을 흡수하여 액체 상태가 된 경우, 열조절 부재는 전지의 충전 또는 방전 과정에서 발생하는 전극의 수축, 팽창에 댐핑(damping) 역할을, 전극부는 상변환 물질의 액화에 의해 문제될 수 있는 전극조립체의 형상 변형 또는 안전성을 확보할 수 있는 지지 역할을 더욱 효과적으로 수행할 수 있다.In the case of such a configuration, as described above, when the phase-change material absorbs heat generated from the unit cells to be in a liquid state, the heat-regulating member causes shrinkage and expansion And the electrode unit can more effectively perform the function of supporting the shape deformation or the safety of the electrode assembly which may be caused by the liquefaction of the phase change material.
한편, 상기 열조절 부재는 평면상에서 제 2 형 유닛셀의 중앙에 위치하고, 상기 열조절 부재의 양측에 각각 전극부가 위치하는 구조일 수도 있다. 또 하나의 예에서, 상기 제 2 형 유닛셀은 제 1 형 유닛셀과 대면하는 일측에 하나 이상의 만입부가 형성되어 있고, 상기 만입부에 열조절 부재가 장착되어 있는 구조일 수 있다. 이때, 열조절 부재가 장착되는 만입부의 위치와 개수는 한정되지 아니하고, 제 2 형 유닛셀의 전체 체적을 기준으로 10% 내지 50%의 크기 내에서, 유닛셀들의 전극부와의 열전도 및 전지의 안전성을 모두 고려하여, 적절히 선택될 수 있다.The heat regulating member may be disposed at the center of the second type unit cell in a plan view, and the electrode portions may be positioned on both sides of the heat regulating member. In another example, the second type unit cell may have a structure in which one or more depressions are formed on one side facing the first type unit cell, and a thermal conditioning member is mounted on the depressed portion. At this time, the position and the number of the depressed portion to which the heat regulating member is mounted are not limited, and the thermal conductivity of the unit cells with the electrode portion within the range of 10% to 50% based on the total volume of the second- It can be appropriately selected in consideration of safety.
이와 같은 구조의 경우, 전지의 작동 동안에서 발생할 수 있는 열조절 부재와 전극부의 분리 위험이 없고, 일체화가 용이한 효과가 있다.With such a structure, there is no risk of separating the heat regulating member and the electrode portion that may occur during operation of the battery, and there is an effect that integration is easy.
또 하나의 예에서, 상기 제 2 형 유닛셀은 스트립(strip) 형상의 열조절 부재가 전극부의 외측면을 감싸는 구조일 수도 있다. In another example, the second type unit cell may have a structure in which a strip-shaped heat adjusting member surrounds the outer surface of the electrode portion.
이와 같은 구성들에서, 상기 제 2 형 유닛셀의 열조절 부재와 전극부는, 일체화를 위해 상호 접합되어 있을 수 있고, 상기 접합은 접착 또는 열융착으로 이루어질 수 있다.In such configurations, the heat regulating member and the electrode portion of the second type unit cell may be mutually bonded to each other for integration, and the bonding may be performed by adhesion or heat fusion.
한편, 상기 제 1 형 유닛셀 또는 제 2 형 유닛셀의 전극부는 동일 극성의 전극이 유닛셀들의 양단에 위치하는 구조의 바이셀, 또는 다른 극성의 전극이 유닛셀들의 양단에 위치하는 구조의 풀셀일 수 있다.On the other hand, in the electrode unit of the first type unit cell or the second type unit cell, a bi-cell having a structure in which electrodes of the same polarity are located at both ends of the unit cells, or a pool of structures in which electrodes of other polarity are located at both ends of the unit cells Cell.
상기 바이셀은, 예를 들어, 양극-분리막-음극-분리막-양극 또는 음극-분리막-양극-분리막-음극으로 이루어진 셀이고, 풀셀은, 예를 들어, 양극-분리막-음극으로 이루어진 셀이다.The bi-cell is, for example, a cell made of a positive electrode-separator-negative electrode-separator-positive electrode or a negative electrode-separator-positive electrode-separator-negative electrode and the pull cell is a cell made of, for example, a positive electrode-separator-negative electrode.
상기 전극부는 바이셀들로만 이루어질 수도 있고, 풀셀로만 이루어질 수도 있으며, 바이셀과 풀셀이 함께 사용될 수도 있으나, 이 경우 유닛셀들의 배열은 권취 후 전극조립체에서 양극과 음극이 전체적으로 교번 배열되어야 한다.The electrode unit may be formed only of bi-cells or may be formed of only a full cell, or a bi-cell and a pull cell may be used together. In this case, the arrangement of the unit cells must be such that the positive electrode and the negative electrode are alternately arranged in the electrode assembly after winding.
본 발명은 또한, 상기 전극조립체를 제조하는 방법을 제공하고, 상기 전극조립체의 제조방법은,The present invention also provides a method of manufacturing the electrode assembly,
(i) 제 1 형 유닛셀과 제 2 형 유닛셀을 준비하는 과정;(i) preparing a first type unit cell and a second type unit cell;
(ii) 일 단위의 시트형 분리필름 상에 상기 제 1 형 유닛셀과 제 2 형 유닛셀을 배열하는 과정; 및(ii) arranging the first type unit cell and the second type unit cell on a sheet-like separation film for a day; And
(iii) 상기 제 1 형 유닛셀 및 제 2 형 유닛셀이 배열된 분리필름을 권취하여 적층 구조를 형성하는 과정;(iii) winding a separation film on which the first type unit cells and the second type unit cells are arranged to form a laminated structure;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.And a control unit.
본 발명은 또한, 상기 전극조립체가 비수 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 리튬 이차전지를 제공하고, 상기 리튬 이차전지를 단위셀로서 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.The present invention also provides a lithium secondary battery in which the electrode assembly is embedded in a battery case together with a non-aqueous electrolyte, and the lithium secondary battery is included as a unit cell.
상기 전지팩은 고온 안정성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 상기 디바이스의 구체적인 예로는, (Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 또는 전력저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The battery pack can be used as a power source for a device requiring high temperature stability, long cycle characteristics and high rate characteristics. Examples of the device include Electric Vehicle (EV), Hybrid Electric Vehicle (HEV) , A plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), or a system for power storage. However, the present invention is not limited thereto.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는, 상변환 물질(phase change material: PCM)이 전해액에 불활성인 소재로 이루어진 파우치에 밀봉 내장되어 있는 열조절 부재와 전극부를 함께 구비하고 있는 하나 이상의 유닛셀이, 전극부를 구비한 다른 유닛셀의 적어도 일부와 면 접촉하도록 구성됨으로써, 디바이스의 구동에 따라 전지의 정상적 또는 비정상적 작동 중의 온도 상승시 열을 흡수하고, 온도 하강시 열을 방출하여 전지의 내부 온도를 적정하게 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 침상 관통시 열조절 부재의 상변환 물질이 셀 내부로 흘러 나와 전지 내부의 반응을 억제시킴으로써 온도의 급격한 상승을 억제할 수 있는 바, 전지의 수명과 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. As described above, the electrode assembly according to the present invention is characterized in that the phase change material (PCM) is made of one or more materials having a heat regulating member sealed in a pouch made of a material inert to the electrolyte, The unit cell is configured to be in surface contact with at least a part of other unit cells having the electrode portion, thereby absorbing heat when the temperature rises during normal or abnormal operation of the battery as the device is driven, Not only the internal temperature can be properly maintained but also the phase change material of the heat adjusting member flows into the cell at the time of penetration through the needle bed to suppress the reaction inside the cell to suppress the rapid increase in temperature, Can be improved.
또한, 열조절 부재와 전극부를 함께 구비하는 유닛셀이 전극부를 구비한 다른 유닛셀들 사이에 위치함으로써, 상변환 물질이 유닛셀들로부터 발생한 열을 흡수하여 액체 상태가 된 경우, 열조절 부재는 전지의 충전 또는 방전 과정에서 전극의 수축, 팽창에 댐핑(damping) 역할을 수행하는 한편, 전극부는 상변환 물질의 액화에 의해 문제될 수 있는 전극조립체의 형상 변형 또는 안전성을 확보할 수 있는 지지 역할을 수행할 수 있어 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.When the phase change material absorbs the heat generated by the unit cells and is in a liquid state, the unit cells including the heat regulating member and the electrode portion are positioned between the other unit cells having the electrode portion, The electrode part plays a role of damping the contraction and expansion of the electrode during the charging or discharging of the battery while the electrode part supports the shape deformation or safety of the electrode assembly which may be caused by liquefaction of the phase change material So that the safety of the battery can be further improved.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제 1 형 유닛셀의 형태를 나타낸 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제 2 형 유닛셀의 형태를 나타낸 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 분리 필름 상에 도 1 및 도 2의 제 1 형 유닛셀들 및 제 2 형 유닛셀들을 배열하여 전극조립체를 제조하는 방법을 나타낸 모식도이다;
도 4는 도 3을 권취한 후의 전극조립체의 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 분리 필름 상에 도 1 및 도 2의 제 1 형 유닛셀들 및 제 2 형 유닛셀들을 배열하여 전극조립체를 제조하는 방법을 나타낸 모식도이다;
도 6은 도 5를 권취한 후의 전극조립체의 모식도이다;
도 7은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 제 2 형 유닛셀의 형태를 나타낸 모식도이다;
도 8은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 제 2 형 유닛셀의 형태를 나타낸 모식도이다.1 is a schematic view showing a configuration of a first type unit cell according to one embodiment of the present invention;
2 is a schematic view showing a form of a second type unit cell according to one embodiment of the present invention;
3 is a schematic view showing a method of manufacturing an electrode assembly by arranging first type unit cells and second type unit cells of FIGS. 1 and 2 on a separation film according to one embodiment of the present invention;
Fig. 4 is a schematic view of an electrode assembly after winding Fig. 3; Fig.
5 is a schematic view showing a method of manufacturing an electrode assembly by arranging first type unit cells and second type unit cells of FIGS. 1 and 2 on a separation film according to another embodiment of the present invention;
Fig. 6 is a schematic view of an electrode assembly after winding Fig. 5; Fig.
7 is a schematic view showing a form of a second type unit cell according to another embodiment of the present invention;
8 is a schematic view showing a configuration of a second type unit cell according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings according to the embodiments of the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.
도 1 및 도 2에는 본 발명의 전극조립체에 포함되는 하나의 실시예에 따른 제 1 형 유닛셀들(110, 210) 및 제 2 형 유닛셀들(120, 220)의 내부도(전극을 수직 절단한 형태에서 본 측면도)가 모식적으로 도시되어 있다1 and 2 show an internal view of the first
도 1을 참조하면, 음극이 양단에 위치하고 양극이 가운데 위치하며 양극과 음극 사이에 분리막이 위치하는 전극부(111)로 이루어진 제 1 형 유닛셀(a)(110)과, 양극이 양단에 위치하고 음극이 가운데 위치하며 양극과 음극 사이에 분리막이 위치하는 전극부(211)로 이루어진 제 1 형 유닛셀( b)(210)이 예들로서 도시되어 있다.Referring to FIG. 1, a first type unit cell (a) 110 comprising a negative electrode disposed at both ends and an
또한, 도 2에는 상변환 물질(123)이 전해액에 불활성인 소재로 이루어진 파우치(124)에 밀봉 내장되어 있는 열조절 부재(122)와 양극이 양단에 위치하고 음극이 가운데 위치하며 양극과 음극 사이에 분리막이 위치하는 전극부(121)를 구비하는 제 2 형 유닛셀(a)(120)과, 상변환 물질(223)이 전해액에 불활성인 소재로 이루어진 파우치(224)에 밀봉 내장되어 있는 열조절 부재(222)와 양극이 양단에 위치하고 음극이 가운데 위치하며 양극과 음극 사이에 분리막이 위치하는 전극부(221)를 구비하는 제 2 형 유닛셀(b)(220)이 예들로서 도시되어 있다. 2 shows a state in which a
이때, 열조절 부재들(122, 222)은 제 2 형 유닛셀들(120, 220) 각각에서 전체 체적의 10 내지 50%의 크기를 갖고, 각각의 전극부들(121, 221)과 동일한 두께로 전극부들(121, 221)과 평면 배열을 이루면서 제 2 형 유닛셀들을 구성하고 있다.At this time, the
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 분리 필름 상에 도 1의 제 1 형 유닛셀(a)(110) 및 도 2의 제 2 형 유닛셀(a)(120)를 다수개 배열하여 전극조립체(100)를 제조하는 방법이 모식적으로 도시되어 있다.3, a plurality of first type unit cells (a) 110 of FIG. 1 and a plurality of second type unit cells (a) 120 of FIG. 2 are arranged on a separation film according to one embodiment of the present invention A method of manufacturing the
도 3을 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 전극조립체(100)는 제 1 형 유닛셀(a)(110) 3개와 제 2 형 유닛셀(a)(120) 2개를 분리필름(150) 상에 교번방식으로 배열하고, 상기 분리필름(150)을 권취(152)함으로써 제조된다.Referring to FIG. 3 together with FIGS. 1 and 2, the
구체적으로, 분리필름(150) 상에 권취(152)의 시작점과 가까운 쪽을 기준으로 제 1 형 유닛셀(a)(110)이 최내측에 위치하도록, 제 1 형 유닛셀(a)(110) → 제 2 형 유닛셀(a)(120) → 제 2 형 유닛셀(a)(120) → 제 1 형 유닛셀(a)(110) → 제 1 형 유닛셀(a)(110) 순으로 위치시키고, 반시계 방향으로 권취(152)하여 제조된다. 이때, 제 2 형 유닛셀(a)(120)은 권취 후 열조절 부재(122)가 권취후에 같은 방향에 위치하지 않도록 두번째 제 2 형 유닛셀(a)(120)과 세번째 제 2 형 유닛셀(a)(120)이 같은 형태로 배열된다. Specifically, the first type unit cells (a) 110 (110) are arranged on the
여기서, 다수의 제 1 형 유닛셀(a)(110)과 제 2 형 유닛셀(a)(120)은 권취(152)의 시작점과 가까운 쪽을 기준으로 첫번째, 두번째 등에 순번을 붙여 명칭한다.Here, a plurality of first type unit cells (a) 110 and second type unit cells (a) 120 are named by attaching first, second, and so on to the nearest starting point of the winding 152.
첫번째 제 1 형 유닛셀(a)(110)과 두번째 제 2 형 유닛셀(a)(120) 사이에는 단위셀의 크기에 상응하는 이격 부위(151)가 형성되어 있고, 이에 따라, 첫번째 제 1 형 유닛셀(a)(110)이 분리필름(150)과 함께 권취되는 과정에서, 첫번째 제 1 형 유닛셀(a)(110)의 상면에 위치한 음극(112)과 세번째 제 2 형 유닛셀(a)(120)의 상면에 위치한 양극(126) 사이, 그리고 첫번째 제 1 형 유닛셀(a)(110)의 하면에 위치한 음극(111)과 두번째 제 2 형 유닛셀(a)(120)의 상면에 위치한 양극(125) 사이에 모두 분리필름(150)이 개재된다.A
구체적으로, 첫번째 제 1 형 유닛셀(a)(110)은 권취 과정에서 도립된 상태로 첫번째 제 1 형 유닛셀(a)(110)과 두번째 제 2 형 유닛셀(a)(120) 사이의 이격 부위(151)로 이동하고, 그 후 첫번째 제 1 형 유닛셀(a)(110)의 하면에 위치했던 음극(111)이 두번째 제 2 형 유닛셀(a)(120)의 상면에 위치한 양극(125)과 분리필름(150)을 사이에 두고 대면하도록 권취된다. 또한, 상기 분리필름(150)을 사이에 두고 대면하는 첫번째 제 1 형 유닛셀(a)(110)과 두번째 제 2 형 유닛셀(a)(120)은 분리필름(150)에 의해 동시에 권취되며, 이에 따라, 첫번째 제 1 형 유닛셀(a)(110)의 상면에 위치했던 음극(112)이 세번째 제 2 형 유닛셀(a)(120)의 상면에 위치한 양극(126)과 분리필름(150)을 사이에 두고 대면한다.Specifically, the first type 1 unit cell (a) 110 is arranged between the first type 1 unit cell (a) 110 and the second type 2 unit cell (a) 120 in an inverted state in the winding process The
상기 과정은 다섯번째 제 1 형 유닛셀(a)(110)까지 순차적으로 진행되며, 이에 따라, 최내측 및 최외측에 제 1 형 유닛셀(a)(110)이 위치하고, 그 사이에 제 2 형 유닛셀(a)(120)이 각각 위치하는 구조의 전극조립체(100)가 완성된다.The process progresses sequentially to the fifth type 1 unit cell (a) 110, whereby the first type unit cell (a) 110 is located at the innermost and outermost sides, and the second type unit cell Type unit cell (a) 120 are respectively positioned.
상기 제조 방법에 따라 제조된 전극조립체(100)의 구조가 도 4에 모식적으로 도시되어 있다.The structure of the
도 4를 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 상기 도 3의 제조방법에 의해 제조된 전극조립체(100)는 최내측과 최외측이 모두 제 1 형 유닛셀(a)(110)로 구성된다. 또한, 제 1 형 유닛셀(a)(110)의 사이에 각각 위치하는 구조의 제 2 형 유닛셀(a)(120)의 열조절 부재(122)는 전극조립체(100)의 적층 방향에서 중첩되지 않게 위치한다.Referring to FIG. 4 together with FIGS. 1 and 2, the
도 5에는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른, 분리 필름 상에 도 1의 제 1 형 유닛셀(b)(210) 및 도 2의 제 2 형 유닛셀(b)(220)를 다수개 배열하여 전극조립체(200)를 제조하는 방법이 모식적으로 도시되어 있다.5 shows a first type unit cell (b) 210 of FIG. 1 and a plurality of second type unit cells (b) 220 of FIG. 2 on a separation film according to another embodiment of the present invention And a method of manufacturing the
도 5을 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 도 3과 달리, 전극조립체(200)는 제 1 형 유닛셀(b)(210) 4개와 제 2 형 유닛셀(b)(220) 3개를 분리필름(250) 상에 교번방식으로 배열하고, 상기 분리필름(250)을 권취(252)함으로써 제조된다.5, the
구체적으로, 분리필름(150) 상에 권취(152)의 시작점과 가까운 쪽을 기준으로 제 2 형 유닛셀(b)(220)이 최내측에 위치하도록, 제 2 형 유닛셀(b)(220) → 제 1 형 유닛셀(b)(210) → 제 1 형 유닛셀(b)(210) → 제 2 형 유닛셀(b)(220) → 제 2 형 유닛셀(b)(220) → 제 1 형 유닛셀(b)(210) → 제 1 형 유닛셀(b)(210) 순으로 위치시키고, 반시계 방향으로 권취(252)하여 제조된다. 이때, 제 2 형 유닛셀(b)(220)은 권취 후 열조절 부재(222)가 권취후에 같은 방향에 위치하지 않도록, 네번째 제 2 형 유닛셀(b)(220)과 다섯번째 제 2 형 유닛셀(b)(220)는 같은 형태로 배열되고, 첫번째 제 2 형 유닛셀(b)(220)는 이들과 다른 배열된다. Specifically, the second type unit cell (b) 220 (220) is disposed on the
여기서, 다수의 제 1 형 유닛셀(b)(210)과 제 2 형 유닛셀(b)(220)은 권취(252)의 시작점과 가까운 쪽을 기준으로 첫번째, 두번째 등에 순번을 붙여 명칭한다.The plurality of first type unit cells b 210 and the second type
도 3에서와 유사하게, 첫번째 제 2 형 유닛셀(b)(220)과 두번째 제 1 형 유닛셀(b)(210) 사이에는 단위셀의 크기에 상응하는 이격 부위(251)가 형성되어 있고, 이에 따라, 첫번째 제 2 형 유닛셀(b)(220)이 분리필름(250)과 함께 권취되는 과정에서, 첫번째 제 2 형 유닛셀(b)(220)의 상면에 위치한 음극(226)과 세번째 제 1 형 유닛셀(b)(210)의 상면에 위치한 양극(212) 사이, 그리고 첫번째 제 2 형 유닛셀(b)(220)의 하면에 위치한 음극(225)과 두번째 제 1 형 유닛셀(b)(210)의 상면에 위치한 양극(211) 사이에 모두 분리필름(250)이 개재된다.3, a
구체적으로, 첫번째 제 2 형 유닛셀(b)은 권취 과정에서 도립된 상태로 첫번째 제 2 형 유닛셀(b)과 두번째 제 1 형 유닛셀(b)(210) 사이의 이격 부위(251)로 이동하고, 그 후 첫번째 제 2 형 유닛셀(b)의 하면에 위치했던 음극(225)이 두번째 제 1 형 유닛셀(b)(210)의 상면에 위치한 양극(211)과 분리필름(250)을 사이에 두고 대면하도록 권취된다. 또한, 상기 분리필름(250)을 사이에 두고 대면하는 첫번째 제 2 형 유닛셀(b)(220)과 두번째 제 1 형 유닛셀(b)(210)은 분리필름(250)에 의해 동시에 권취되며, 이에 따라, 첫번째 제 2 형 유닛셀(b)(220)의 상면에 위치했던 음극(226)이 세번째 제 1 형 유닛셀(b)(210)의 상면에 위치한 양극(212)과 분리필름(250)을 사이에 두고 대면한다.Specifically, the first type II unit cell (b) is separated from the first type unit cell (b) by a
상기 과정은 일곱번째 제 1 형 유닛셀(b)(210)까지 순차적으로 진행되며, 이에 따라, 최내측에는 제 2 형 유닛셀(b)(220)이 위치하고, 최외측에는 제 1 형 유닛셀(b)(210)이 위치하는 구조의 전극조립체(100)가 완성된다.The process progresses sequentially to the seventh first type unit cell (b) 210, so that the second type unit cell (b) 220 is located on the innermost side and the second type unit cell (b) 210 are positioned on the
상기 제조 방법에 따라 제조된 전극조립체(200)의 구조가 도 6에 모식적으로 도시되어 있다.The structure of the
도 6을 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 상기 도 5의 제조방법에 의해 제조된 전극조립체(200)는 최내측과, 중간은 제 2 형 유닛셀(b)(220)로 구성되고, 최외측과 중간은 제 1 형 유닛셀(b)(210)로 구성된다. 또한, 제 1 형 유닛셀(b)(210)의 사이에 각각 위치하는 구조의 제 2 형 유닛셀(b)(220)의 열조절 부재(222)는 전극조립체(200)의 적층 방향에서 중첩되지 않게 위치한다.Referring to FIG. 6 together with FIGS. 1 and 2, the
이와 같은 구조의 전극조립체들(100, 200)은 열조절 부재와 전극부를 함께 구비하는 제 2 형 유닛셀이 전극부를 구비한 제 1 형 유닛셀들 사이에 위치함으로써, 디바이스의 구동에 따라 전지의 정상적 또는 비정상적 작동 중의 온도 상승시 열을 흡수하고, 온도 하강시 열을 방출하여 전지의 내부 온도를 적정하게 유지함으로써, 전지의 수명과 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 상변환 물질이 유닛셀들로부터 발생한 열을 흡수하여 액체 상태가 된 경우, 제 2 형 유닛셀의 열조절 부재는 전지의 충전 또는 방전 과정에서 전극의 수축, 팽창에 댐핑(damping) 역할을 수행하는 한편, 전극부는 상변환 물질의 액화에 의해 문제될 수 있는 전극조립체의 형상 변형 또는 안전성을 확보할 수 있는 지지 역할을 수행할 수 있어 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 더욱이, 도 4 및 도 6에서 보는 바와 같이, 최외측이 전극부로 구성된 제 1 형 유닛셀들로 이루어진 경우에는 더욱 안전성을 높일 수 있다.The
한편, 도 7 및 도 8에는 또 다른 실시예에 따른 제 2 형 유닛셀들의 모식도가 도시되어 있다.7 and 8 are schematic diagrams of second type unit cells according to still another embodiment.
구체적으로, 도 7에는 상변환 물질(133)이 전해액에 불활성인 소재로 이루어진 파우치(134)에 밀봉 내장되어 있는 열조절 부재(132)와 양극이 양단에 위치하고 음극이 가운데 위치하며 양극과 음극 사이에 분리막이 위치하는 전극부(131)를 구비하는 제 2 형 유닛셀(130)의 내부도(a)(전극을 수직 절단한 형태에서 본 측면도)와 평면도(b)가 도시되어 있다.7 shows a state in which the
이때, 도 2와 다르게, 제 2 형 유닛셀(130)은 제 1 형 유닛셀(도시하지 않음)과 대면하는 전극부(131)의 만입부 상에 열조절 부재(132)가 장착되어 있는 구조로 이루어져 있다.2, the second
또한, 도 8에는 상변환 물질(143)이 전해액에 불활성인 소재로 이루어진 파우치(144)에 밀봉 내장되어 있는 열조절 부재(142)와 양극이 양단에 위치하고 음극이 가운데 위치하며 양극과 음극 사이에 분리막이 위치하는 전극부(141)를 구비하는 제 2 형 유닛셀(140)의 내부도(a)(전극을 수직 절단한 형태에서 본 측면도)와 평면도(b)가 도시되어 있다.8 shows a state in which the
이때, 도 2 및 도 7과 다르게, 제 2 형 유닛셀(140)은 열조절 부재(142)가 스트립(strip) 형상을 하고, 전극부(141)의 외측면을 감싸는 구조로 구조로 이루어져 있다.
2 and 7, the second
이상으로 도면을 참조하여, 본 발명을 상술하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. While the present invention has been described with reference to the drawings, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.
Claims (30)
상기 제 1 형 유닛셀과 제 2 형 유닛셀은 분리필름에 의해 권취되어 교번 배열된 적층 구조를 이루고 있으며;
상기 열조절 부재는 제 1 형 유닛셀의 전극부의 적어도 일부와 면 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.A heat regulating member encapsulated in a pouch made of a material in which a phase change material (PCM) is inactive to an electrolyte, and an electrode And at least one second type unit cell having a first portion and a second portion together;
Wherein the first type unit cell and the second type unit cell are laminated by being wrapped by a separation film and arranged alternately;
Wherein the heat regulating member is in surface contact with at least a part of the electrode portion of the first type unit cell.
(i) 제 1 형 유닛셀과 제 2 형 유닛셀을 준비하는 과정;
(ii) 일 단위의 시트형 분리필름 상에 상기 제 1 형 유닛셀과 제 2 형 유닛셀을 배열하는 과정; 및
(iii) 상기 제 1 형 유닛셀 및 제 2 형 유닛셀이 배열된 분리필름을 권취하여 적층 구조를 형성하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.A method of manufacturing an electrode assembly according to claim 1,
(i) preparing a first type unit cell and a second type unit cell;
(ii) arranging the first type unit cell and the second type unit cell on a sheet-like separation film for a day; And
(iii) winding a separation film on which the first type unit cells and the second type unit cells are arranged to form a laminated structure;
Wherein the electrode assembly includes a first electrode and a second electrode.
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