KR20160010121A

KR20160010121A - 젤리롤형 전극 조립체

Info

Publication number: KR20160010121A
Application number: KR1020140091044A
Authority: KR
Inventors: 이관수; 류덕현
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2016-01-27
Also published as: KR101684283B1

Abstract

본 발명은 젤리롤(jelly-roll)형 전극 조립체에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 이차 전지의 에너지 밀도를 극대화 할 수 있는 젤리롤형 전극 조립체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 젤리롤형 전극 조립체는 전극 및 분리막이 교대로 적층된 상태로 권취중심을 기준으로 권취된 젤리롤형 전극 조립체에 관한 것으로서, 전극은 다른 극성을 갖는 전극과 대향되지 않는 면에서 대향되는 면보다 더 적은 양으로 전극 활물질 슬러리에 의해 코팅된다.

Description

젤리롤형 전극 조립체{JELLY-ROLL TYPE ELECTRODE ASSEMBLY}

본 발명은 젤리롤(jelly-roll)형 전극 조립체에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 이차 전지의 에너지 밀도를 극대화 할 수 있는 젤리롤형 전극 조립체에 관한 것이다.

이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.

이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.

전극 조립체는 전극 활물질 슬러리가 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다. 이 중 젤리롤형 전극 조립체는 제조가 용이하면서도 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.

도 1은 젤리롤형 전극 조립체가 적용되는 일례인 원통형 이차전지의 개략적인 조립도이다. 도 1을 참조하면, 원통형 이차전지는 전극 탭(21)이 부착된 젤리롤형 전극 조립체(20)가 원통형의 전지 캔(30)에 삽입되고 덮개인 캡(10)을 씌우는 방식으로 제조될 수 있다.

종래의 젤리롤형 전극 조립체에서는 전극의 표면에 일률적으로 전극 활물질 슬러리가 코팅되어 사용되어 왔다. 그러나 이러한 형태의 젤리롤형 전극 조립체는 전지 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 없었고, 그에 따라 전지의 에너지 밀도를 극대화 할 수 없는 문제가 있었다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전지 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있고, 그에 따라 전지의 에너지 밀도를 극대화 할 수 있는 젤리롤형 전극 조립체를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 과제는 전지의 에너지 밀도를 극대화 하면서도 전지의 저항을 감소시킬 수 있는 젤리롤형 전극 조립체를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 젤리롤형 전극 조립체는 전극 및 분리막이 교대로 적층된 상태로 권취중심을 기준으로 권취된 젤리롤형 전극 조립체에 관한 것으로서, 전극은 다른 극성을 갖는 전극과 대향되지 않는 면에서 대향되는 면보다 더 적은 양으로 전극 활물질 슬러리에 의해 코팅된다.

본 발명에 따른 젤리롤형 전극 조립체에서 제2 전극은 중앙부에 전극 탭을 구비한다.

본 발명에 따른 젤리롤형 전극 조립체는 전극이 다른 극성을 갖는 전극과 대향되지 않는 면에서 대향되는 면보다 더 적은 양으로 전극 활물질 슬러리에 의해 코팅됨으로써, 전지 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있고, 그에 따라 전지의 에너지 밀도를 극대화 할 수 있다.

본 발명에 따른 젤리롤형 전극 조립체는 제2 전극이 중앙부에 전극 탭을 구비함으로써, 전지의 에너지 밀도를 극대화 하면서도 전지의 저항을 감소시킬 수 있다.

도 1은 젤리롤형 전극 조립체가 적용되는 일례인 원통형 이차전지의 개략적인 조립도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체를 도시하는 단면도이다.
도 3는 도 2의 젤리롤형 전극 조립체가 펼쳐진 모습을 도시하는 도면이다.
도 4는 미코팅부에 전극 활물질 슬러리가 코팅된 상태의 비교예를 도시하는 젤리롤형 전극 조립체의 단면도이다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체를 도시하는 단면도이다. 도 3는 도 2의 젤리롤형 전극 조립체가 펼쳐진 모습을 도시하는 도면이다. 도 4는 미코팅부에 전극 활물질 슬러리가 코팅된 상태의 비교예를 도시하는 젤리롤형 전극 조립체의 단면도이다.

이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체에 대해 설명한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체(100)는 전극 및 분리막(115)이 교대로 적층된 상태로 권취된 형상을 가진다. 전극은 제1 전극(111) 및 제1 전극(111)과 극성이 다른 제2 전극(113)일 수 있다. 제1 전극(111)은 음극이고, 제2 전극(113)은 양극일 수 있다. 분리막(115)은 제1 전극(111)과 제2 전극(113) 사이에 게재될 수 있다. 도 3의 제1 전극(111), 분리막(115), 제2 전극(113)을 R방향으로 권취하면 도 2의 젤리롤형 전극 조립체(100)의 모양이 될 수 있다.

전극에는 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅될 수 있는데, 양극에 코팅되는 전극 활물질 슬러리(123)는 양극 활물질 슬러리(121)일 수 있다. 음극에 코팅되는 전극 활물질 슬러리(123)는 음극 활물질 슬러리(119)일 수 있다.

도 2 참조하면, 전극(111,113)과 분리막(115)은 서로 교대로 적층된 상태로 권취중심(P)을 기준으로 권취될 수 있다. 권취중심(P)과 가장 인접하게 위치하는 전극을 제1 전극(111)이라고 하고, 제1 전극(111) 보다 권취중심(P)을 기준으로 더 외측에 위치되는 전극을 제2 전극(113)이라고 할 수 있다.

제1 전극(111)은 제2 전극(113)과 대향하지 않는 내측면에서 선택적으로 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅되지 않는 미코팅부(130)를 가질 수 있다. 제1 전극(111)을 안쪽으로 하여 제1 전극(111) 및 제2 전극(113)이 권취되기 때문에 제1 전극(111)의 가장 안쪽 면에서는 제2 전극(113)과 서로 마주하지 않는 부분이 생기게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체(100)에서는 이렇게 제2 전극(113)과 대향하지 않는 제1 전극(111)의 부분에 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅되지 않을 수 있다. 제1 전극(111)이 음극인 경우 음극 활물질 슬러리(119)가 코팅되지 않을 수 있다. 이러한 방식으로 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅되지 않는 부분이 미코팅부(130)일 수 있다. 미코팅부(130)는 전극 활물질 슬러리(123)가 집전체(117) 상에 코팅되지 않은 부분을 의미할 수 있다.

한편, 도 4는 비교예로서의 젤리롤형 전극 조립체(100)를 도시하고 있다. 도 4의 경우 앞서 설명한 미코팅부(130)가 없는 경우를 도시하고 있다. 즉, 대향하는 제2 전극(113)이 없는 제1 전극(111)의 내측면에도 음극 활물질 슬러리(119)가 코팅된 상태를 도시하고 있다. 도 4의 젤리롤형 전극 조립체에서 점선 A 영역에 있는 음극 활물질 슬러리(119) 부분을 제거하게 되면 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체(100)가 될 수 있다.

제2 전극(113)과 대면하지 않는 제1 전극(111) 부분의 내측면에는 전극 활물질 슬러리(123)를 코팅하더라도 전지의 에너지 생성에 도움이 되지 않는다. 서로 대면하는 다른 극성의 전극이 없기 때문에 이 부분에서는 전기 에너지가 생성되지 못한다.

그래서 이 부분에 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅되게 되면, 전극 활물질 슬러리(123)가 불필요한 공간을 차지하고, 그에 따라 젤리롤형 전극 조립체(100) 전체의 직경이 증가하고, 전지 내부의 공간이 낭비될 수 있다. 또한, 이 부분에 전극 활물질 슬러리(123)를 코팅하면 전극 활물질 슬러리(123)가 쓸모 없이 낭비되게 된다.

따라서 제2 전극(113)과 대향하지 않는 제1 전극(111) 부분의 내측면에 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅되지 않는 미코팅부(130)가 구비되도록 젤리롤형 전극 조립체(100)를 제작하면, 젤리롤형 전극 조립체(100)의 직경을 감소시킬 수 있고, 그에 따라 전지 내부의 공간을 효율적으로 활용할 수 있다. 그 결과 전지 내부의 에너지 밀도를 극대화 시킬 수 있다. 또, 전극 활물질 슬러리(123)를 제조하는데 드는 원료 비용을 절약할 수 도 있다.

실험적으로 미코팅부(130)의 길이가 15mm 정도 일 때 추가적으로 확보되는 전기 에너지는 20 mAh ~ 40 mAh 정도 일 수 있다. 이는 미코팅부(130)로 인하여 줄어든 공간만큼 전기 에너지를 생산할 수 있는 전극(즉, 다른 극성의 전극과 서로 대향되도록 배치되며 전극 활물질 슬러리가 코팅된 전극)의 부분이 전지 캔(30, 도 1 참조) 내에 추가적으로 더 들어갈 수 있기 때문이다.

미코팅부(130)에서 전극 활물질 슬러리(123)가 전혀 코팅되지 않는 경우가 에너지 밀도의 극대화를 위해서 가장 바람직할 수 있다. 그러나 반드시 전혀 코팅되지 않아야만 하는 것은 아니고, 미코팅부(130)에서 전극 활물질 슬러리(123)가 일부분만 선택적으로 코팅되지 않을 수도 있다. 이렇게 되더라도 일정부분 본 발명의 목적이 달성될 수 있다.

또한, 제1 전극(111)은, 제2 전극(113)과 대향되는 면에서 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅되는 정도보다 더 적은 양으로 제2 전극(113)과 대향되지 않는 면에서 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅될 수 있다. 즉, 미코팅부(130)가 아닌 부분에서 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅되는 정도보다 더 적은 양으로 미코팅부(130)에서 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅될 수 있다. 이러한 경우에 있어서도 일정부분 본 발명의 목적이 달성될 수 있다.

그러므로 이러한 경우들은 모두 본 발명의 범위에 속할 수 있다.

한편, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 제2 전극(113)은 전극 탭을 중앙부(M)에 구비할 수 있다. 제2 전극(113)은 양극일 수 있고 이에 설치되는 전극 탭은 양극 탭(150)일 수 있다. 양극 탭(150)을 제2 전극(113)의 중앙부(M)에 위치시키는 경우 전자가 이동하는 경로가 절반 정도로 줄어들 수 있으므로 전지의 저항을 감소시키는데 효과적일 있다. 이 경우 전지의 에너지 밀도를 극대화 하면서도 동시에 전지의 저항을 감소시킬 수 있다.

이상에서 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.

10: 캡
20: 전극 조립체
21: 전극 탭
30: 전지 캔
100: 젤리롤형 전극 조립체
111: 제1 전극
113: 제2 전극
115: 분리막
117: 집전체
119: 음극 활물질 슬러리
121: 양극 활물질 슬러리
123: 전극 활물질 슬러리
130: 미코팅부
150: 양극 탭
151: 음극 탭
P: 권취중심
M: 중앙부

Claims

전극 및 분리막이 교대로 적층된 상태로 권취중심을 기준으로 권취된 젤리롤(jelly-roll)형 전극 조립체에 있어서,
상기 전극은 다른 극성을 갖는 전극과 대향되지 않는 면에서 대향되는 면보다 더 적은 양으로 전극 활물질 슬러리에 의해 코팅되는 것을 특징으로 하는 젤리롤형 전극 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 전극은 상기 권취중심(P)과 가장 인접하게 배치되는 제1 전극 및 상기 제1 전극보다 외측에 위치되는 제2 전극을 포함하며,
상기 제1 전극은 상기 제2 전극과 대향하지 않는 내측면에서 선택적으로 상기 전극 활물질 슬러리가 코팅되지 않는 미코팅부를 가지는 것을 특징으로 하는 젤리롤형 전극 조립체.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극인 것을 특징으로 하는 젤리롤형 전극 조립체.
청구항 3에 있어서,
상기 제2 전극은 중앙부에 전극 탭을 구비하는 것을 특징으로 하는 젤리롤형 전극 조립체.