KR20160031829A - 유연한 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학 소자 - Google Patents

유연한 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR20160031829A
KR20160031829A KR1020140122036A KR20140122036A KR20160031829A KR 20160031829 A KR20160031829 A KR 20160031829A KR 1020140122036 A KR1020140122036 A KR 1020140122036A KR 20140122036 A KR20140122036 A KR 20140122036A KR 20160031829 A KR20160031829 A KR 20160031829A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
electrode plate
fixing member
plates
laminate structure
Prior art date
Application number
KR1020140122036A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102263061B1 (ko
Inventor
손정국
구준환
지상민
송민상
권문석
최재만
황승식
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020140122036A priority Critical patent/KR102263061B1/ko
Priority to US14/626,453 priority patent/US9748597B2/en
Publication of KR20160031829A publication Critical patent/KR20160031829A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102263061B1 publication Critical patent/KR102263061B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

유연한 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학 소자가 개시된다. 개시된 전극 조립체는, 서로 교대로 적층되는 적어도 하나의 제1 전극판 및 적어도 하나의 제2 전극판과, 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판 사이에 마련되며 상기 제1 전극판과 그 일면이 접합되는 분리막을 포함하는 전극 적층 구조체; 및 상기 전극 적층 구조체의 일부분을 고정하는 고정 부재;를 포함한다.

Description

유연한 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학 소자{Flexible electrode assembly and electrochemical device having the electrode assembly}
전극 조립체에 관한 것으로, 상세하게는 유연한 전극 조립체 및 이러한 유연한 전극 조립체를 포함하는 전기화학 소자에 관한 것이다.
전자 분야의 기술 발달로 휴대폰, 게임기, PMP(portable multimedia player), MP3(mpeg audio layer-3) 플레이어뿐만 아니라, 스마트폰, 스마트 패드, 전자책 단말기, 태블릿 컴퓨터, 신체에 부착하는 이동용 의료 기기와 같은 각종 이동용 전자 기기에 대한 시장이 크게 성장하고 있다. 이러한 이동용 전자 기기 관련 시장이 성장함에 따라, 이동용 전자기기의 구동에 적합한 배터리에 대한 요구도 높아지고 있으며, 이들 이동용 전자 기기의 사용과 이동, 보관, 충격에 대한 내구성과 관련하여 기기 자체의 유연성에 대한 요구가 커져가고 있어 이를 구현하기 위해 배터리의 유연함에 대한 요구도 증대되어가고 있다.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로, 특히 리튬 이차 전지는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 전압이 높고, 단위 중량당 에너지 밀도도 높다는 장점이 있어서 최근에 그 수요가 증가하고 있는 추세이다. 한편, 유연성이 충분히 확보되지 않은 전지를 구부리게 되면, 전지의 내구성 및 안정성 등이 떨어질 수 있다.
유연한 전극 조립체 및 이러한 유연한 전극 조립체를 포함하는 전기화학 소자를 제공한다.
일 측면에 있어서,
서로 교대로 적층되는 적어도 하나의 제1 전극판 및 적어도 하나의 제2 전극판과, 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판 사이에 마련되며 상기 제1 전극판과 그 일면이 접합되는 분리막을 포함하는 전극 적층 구조체; 및
상기 전극 적층 구조체의 일부분을 고정하는 고정 부재;를 포함하는 전극 조립체가 제공된다.
상기 제1 및 제2 전극판은 유연성을 가질 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극판 각각은 전극 집전체와 상기 전극 집전체의 적어도 일면에 마련되는 전극 활물질층을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극판은 양극판이고, 상기 제2 전극판은 음극판이 될 수 있다. 한편, 상기 제1 전극판은 음극판이고, 상기 제2 전극판은 양극판이 될 수도 있다.
상기 제1 전극판과 상기 분리막은 접착층(adhesive layer) 또는 직접 접합(direct bonding)에 의해 접합될 수 있다. 상기 제1 전극판과 접합되는 상기 분리막의 일면 중 적어도 일부에 접합 영역이 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체의 굽힘 변형시 상기 고정 부재에 의해 고정된 상기 전극 적층 구조체의 일부분에서는 상기 고정 부재의 의해 고정되지 않은 전극 적층 구조체의 다른 부분에서 보다 슬립(slip)이 일어나는 층들 사이의 상대적인 위치 변화가 작을 수 있다. .
상기 고정 부재는 상기 전극 적층 구조체의 일단부를 고정시킬 수 있다. 이 경우, 상기 고정 부재는 상기 제1 전극판과 상기 분리막 중 적어도 하나와 상기 제2 전극판을 고정할 수 있다.
상기 고정 부재는 상기 전극 적층 구조체의 일단부를 고정하는 제1 고정 부재와 상기 전극 적층 구조체의 타단부를 고정하는 제2 고정 부재를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 고정부재는 상기 제1 전극판과 상기 분리막 중 적어도 하나를 고정하고, 상기 제2 고정부재는 상기 제2 전극판을 고정할 수 있다.
상기 고정부재는 상기 전극 적층 구조체의 중앙부를 고정할 수도 있다.
상기 전극 적층 구조체의 외면에는 보호층이 마련될 수 있다. 여기서, 상기 보호층의 휨강성은 상기 전극 적층 구조체를 구성하는 제1, 제2 전극판 및 상기 분리막의 평균 휨강성보다 클 수 있다.
다른 측면에 있어서,
전극 조립체를 포함하는 전기화학 소자에 있어서,
상기 전극 조립체는, 서로 교대로 적층되는 적어도 하나의 제1 전극판 및 적어도 하나의 제2 전극판과 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판 사이에 마련되며 상기 제1 전극판과 그 일면이 접합되는 분리막을 포함하는 전극 적층 구조체; 및 상기 전극 적층 구조체의 일부분을 고정하는 고정 부재;를 포함하는 전기화학 소자가 제공된다.
상기 고정 부재는 상기 전극 적층 구조체의 일단부, 양단부 또는 중앙부를 고정할 수 있다. 상기 제1 전극판과 접합되는 상기 분리막의 일면 중 적어도 일부에 접합 영역이 형성될 수 있다.
실시예에 의하면, 전극 적층 구조체의 일부분이 고정부재에 의해 고정됨으로써 전극 조립체가 반복적으로 굽힘 운동을 하는 경우에도 전극 적층 구조체를 구성하는 층들 사이의 상대적인 위치는 그대로 유지될 수 있다. 이에 따라, 오정렬(misalignment)에 의한 단락이 방지될 수 있으며, 전극 조립체의 반복적인 굽힘 운동 후에도 충전 및 방전과 같은 가역적인 전기화학 반응이 지속적으로 수행될 수 있다. 또한, 분리막이 제1 전극판에 접합되어 제1 전극판과 일체로 마련되게 되므로, 전극 조립체의 굽힘 변형시 제1 전극판과 분리막 사이에 슬립이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 활물질층의 탈리(secession)나 마모(grinding)이 방지될 수 있으므로, 전극 조립체의 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 본 단면도이다.
도 3a 내지 도 3f는 도 1 및 도 2에 도시된 전극 조립체에서, 분리막의 일면에 형성된 접합 영역의 예시들을 도시한 것이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 전극 조립체가 굽힘 변형된 상태를 도시한 것이다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 단면도이다.
도 6은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 단면도이다.
도 7은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 단면도이다.
도 8은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 평면도이다.
도 9는 도 8의 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 본 단면도이다.
도 10은 도 8 및 도 9에 도시된 전극 조립체가 굽힘 변형된 상태를 도시한 단면도이다.
도 11은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 단면도이다.
도 12는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 단면도이다.
도 13은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 평면도이다.
도 14는 도 13의 Ⅲ-Ⅲ' 선을따라 본 단면도이다.
도 15는 도 13 및 도 14에 도시된 전극 조립체가 굽힘 변형된 상태를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 평면도이다. 그리고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전극 조립체(100)는 전극 적층 구조체(160)와 이 전극 적층 구조체(160)의 일단부를 고정하는 고정부재(140)를 포함한다. 전극 적층 구조체(160)는 복수의 제1 전극판(110,110'), 복수의 분리막(130) 및 복수의 제2 전극판(120,120')이 적층된 구조를 가지고 있다. 구체적으로, 전극 적층 구조체(160)는 서로 교대로 적층되는 복수의 제1 전극판(110,110') 및 복수의 제2 전극판(120,120')과, 제1 전극판들(110,110')과 제2 전극판들(120,120') 사이에 마련되는 복수의 분리막(130)을 포함한다. 여기서, 분리막(130)은 후술하는 바와 같이 제1 전극판(110,110')과 접합되어 있다. 이러한 제1 전극판(110,110'), 제2 전극판(120,120') 및 분리막(130)은 유연한 재질의 시트(sheet)로 이루어질 수 있으며, 이에 따라 전극 적층 구조체(160)는 유연성을 가질 수 있다.
제1 전극판(110,110')과 제2 전극판(120,120') 중 어느 하나는 양극판이 될 수 있으며, 다른 하나는 음극판이 될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극판(110,110')이 양극판인 경우에는 제2 전극판(120,120')은 음극판이 될 수 있다. 또한, 제1 전극판(110,110')이 음극판인 경우에는 제2 전극판(120,120')은 양극판이 될 수 있다.
제1 전극판(110,110')은 제1 전극집전체(111)와 이 제1 전극집전체(111)의 표면에 형성된 제1 전극활물질층(112)을 포함할 수 있다. 여기서, 전극 적층 구조체(160)의 내측에 있는 제1 전극판(110)에서는 제1 전극집전체(111)의 양면에 제1 전극활물질층(112)이 형성되며, 전극 적층 구조체(160)의 외측에 있는 제1 전극판(110')에는 제1 전극집전체(111)의 일면에만 제1 전극활물질층(112)이 형성될 수 있다. 그리고, 제2 전극판(120,120')은 제2 전극집전체(121)와 이 제2 전극집전체(121)의 표면에 형성된 제2 전극활물질층(122)을 포함할 수 있다. 여기서, 전극 적층 구조체(160)의 내측에 있는 제2 전극판(120)에서는 제2 전극집전체(121)의 양면에 제2 전극활물질층(122)이 형성되며, 전극 적층 구조체(160)의 외측에 있는 제2 전극판(120')에는 제2 전극집전체(121)의 일면에만 제2 전극활물질층(122)이 형성될 수 있다.
제1 전극판(110,110')과 이 양극판이고 제2 전극판(120,120')이 음극판인 경우, 제1 전극집전체(111)는 양극 집전체가 되고, 제1 전극활물질층(112)은 양극 활물질층이 될 수 있다. 그리고, 제2 전극집전체(121)는 음극 집전체가 되고, 제2 전극활물질층(122)은 음극 활물질층이 될 수 있다.
양극 집전체는 예를 들면, 알루미늄, 스테인레스강, 티탄, 구리, 은 또는 이들로부터 선택된 물질의 조합으로 형성된 금속일 수 있다. 그리고, 양극 활물질층은 양극 활물질, 바인더 및 도전제를 포함할 수 있다. 리튬 이차전지에서 양극 활물질층은 리튬 이온을 가역적으로 흡장(occlusion) 및 방출할 수 있는 물질을 포함할 수 있다.
양극 활물질은 예를 들면, 코발트산 리튬, 니켈산 리튬, 니켈 코발트산 리튬, 니켈 코발트 알루미늄산 리튬, 니켈 코발트 망간산 리튬, 망간산 리튬 및 인산철 리튬과 같은 리튬 전이금속 산화물, 황화 니켈, 황화 구리, 황, 산화철 및 산화 바나듐으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
바인더는 예를 들면, 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 비닐리덴플루오라이드/테트라플루로에틸린 코폴리머 등의 폴리비닐리덴플루오라이드계 바인더, 나트륨-카르복시메틸셀룰로오스, 리튬-카르복시메틸셀룰로오스 등의 카르복시메틸셀룰로오스계 바인더, 폴리아크릴산, 리튬-폴리아크릴산, 아크릴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트 등의 아크릴레이트계 바인더, 폴리아미드이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리피롤, 리튬-나피온 및 스티렌 부타디엔 고무계 폴리머로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
도전제는 예를 들면, 카본블랙, 탄소섬유 및 흑연과 같은 탄소계 도전제, 금속섬유와 같은 도전성 섬유, 불화카본 분말, 알루미늄 분말 및 니켈 분말과 같은 금속 분말, 산화아연 및 티탄산칼륨과 같은 도전성 휘스커, 산화티탄과 같은 도전성 금속 산화물 및 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
음극 집전체는 예를 들면, 구리, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄 및 티탄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 음극 활물질층은 음극 활물질, 바인더 및 도전제를 포함할 수 있다. 리튬 이차전지에서 음극 활물질층은 리튬과의 합금화 또는 리튬의 가역적인 흡장 및 방출이 가능한 물질로 형성될 수 있다.
음극 활물질은 예를 들면, 금속, 탄소계 재료, 금속산화물 및 리튬금속질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 금속은 리튬, 규소, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 게르마늄, 주석, 납, 비소, 안티몬, 비스무트, 은, 금, 아연, 카드뮴, 수은, 구리, 철, 니켈, 코발트 및 인듐으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 탄소계 재료는 흑연, 흑연 탄소섬유, 코크스, 메소카본 마이크로비즈(MCMB), 폴리아센, 피치계 탄소섬유 및 난흑연화성 탄소(hard carbon)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 금속산화물은 리튬티탄산화물, 산화티탄, 산화몰리브덴, 산화니오븀, 산화철, 산화텅스텐, 산화주석, 비정질 주석복합산화물, 실리콘 모노옥사이드, 산화코발트 및 산화니켈로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 음극 활물질층에 포함되는 바인더 및 도전제는 각각 양극 활물질층에 포함된 바인더 및 도전제와 동일한 것을 사용할 수 있다.
제1 전극판(110,110')과 제2 전극판(120,120') 사이에는 분리막(130)이 마련되어 있다. 분리막(130)은 제1 전극판(110,110')과 제2 전극판(120,120')을 전기적으로 분리시키는 역할을 한다. 이러한 분리막(130)은 예를 들면, 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene)막과 같은 다공성 고분자막, 고분자 섬유를 포함하는 직포(woven fabric) 또는 부직포(non-woven fabric), 세라믹 입자, 또는 고분자 고체 전해질을 포함할 수 있다.
분리막(130)은 그 일면은 제1 전극판(110,110')(보다 구체적으로는, 제1 전극활물질층(112))과 접합되어 있다. 구체적으로, 전극 적층 구조체(160)의 내측에 있는 제1 전극판(110)의 양면에 각각 분리막(130)의 일면이 접합되고, 전극 적층 구조체의 외측에 있는 제1 전극판(110')의 일면에 분리막(130)의 일면이 접합되어 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
분리막(130)과 제1 전극판(110,110')의 접합은 분리막(130)의 일면에 접착층(adhesive layer,미도시)을 형성한 다음, 소정의 접합 장치를 이용하여 접착층이 형성된 분리막(130)의 일면에 제1 전극판(110,110')을 접합함으로써 이루어질 수 있다. 한편, 분리막(130)과 제1 전극판(110,110')의 접합은 접착층 이외에도 예를 들면 열융착(heat-welding) 등과 같은 직접 접합(direct bonding)에 의해 이루어질 수도 있다.
제1 전극판(110,110')과 분리막(130) 사이에 실제 접합이 이루어지는 영역인 접합영역(bonding area)은 분리막(130)의 일면 전체에 형성되거나 또는 분리막(130)의 일면 중 일부에 형성될 수 있다. 도 3a 내지 도 3f는 도 1 및 도 2에 도시된 전극 조립체(100)에서 분리막(130)의 일면에 형성된 접합 영역을 예시적으로 도시한 것이다.
도 3a에는 접합영역(130a)이 분리막(130)의 일면 전체에 형성된 경우가 도시되어 있다. 그리고, 도 3b에는 접합영역(130b)이 분리막(130)의 일면 중 가장자리 부분에 형성된 경우가 도시되어 있으며, 도 3c에는 접합영역(130c)이 분리막(130)의 일면 상에 도트(dot) 패턴으로 형성된 경우가 도시되어 있다. 또한, 도 3d에는 접합영역(130d)이 분리막(130)의 일면 상에 수직 줄무늬 패턴으로 형성된 경우가 도시되어 있으며, 도 3e에는 접합영역(130e)이 분리막(130)의 일면 상에 경사진 줄무늬 패턴으로 형성된 경우가 도시되어 있다. 도 3f에는 접합영역(130f)이 분리막(130)의 일면 상에 교차된 줄무늬 패턴으로 형성된 경우가 도시되어 있다. 이상의 도 3a 내지 도 3f에 도시된 접합영역들(130a~130f)은 단지 예시적인 것으로, 이외에도 접합영역은 다양한 형상의 패턴으로 형성될 수 있다.
고정부재(binding member,140)는 전극 적층 구조체(160)의 일단부에 마련되어 있다. 고정부재(140)에 의해 전극 적층 구조체(160)의 일단부가 고정될 수 있다. 이러한 고정부재(140)는 예를 들면 접착제 또는 접착제가 도포된 테이프 등을 사용하여 마련될 수 있으며, 이외에도 다른 다양한 방법에 의해 마련될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 고정부재(140)는 분리막(130)이 접합된 제1 전극판(110,110')의 일단부와, 제2 전극판(120,120')의 일단부를 고정시킨다. 도 2에는 제1 전극판(110,110')의 제1 전극집전체(111)와 제2 전극판(120,120')의 제2 전극집전체(121)가 고정부재(140)에 의해 고정된 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 제1 전극판(110,110')의 제1 전극활물질층(112)과 제2 전극판(120,120')의 제2 전극활물질층(122)이 고정부재(140)에 의해 고정될 수도 있다. 또한, 제1 전극판(110,110')의 제1 전극집전체(111) 및 제1 전극활물질층(112)과, 제2 전극판(120,120')의 제2 전극집전체(121) 및 제2 전극활물질층(122)이 고정부재(140)에 의해 고정될 수도 있다.
통상적으로 전극 적층 구조체(160)가 고정되지 않은 경우에는 전극 적층 구조체(160)가 반복적으로 굽힘 운동을 하는 과정에서 전극 적층 구조체(160)를 구성하는 개별층들 사이의 상대적인 위치가 변함으로써 결국에는 정렬이 흐트러질 수 있다. 이 경우, 제1 전극판(110,110')과 제2 전극판(120,120') 사이의 가역적 전기화학 반응량이 감소할 수 있으며, 때로는 제1 전극판(110,110')과 제2 전극판(120,120 ')사이에 단락(short circuit)이 발생될 수도 있다. 그러나, 본 실시예에서는, 고정부재(140)에 의해 전극 적층 구조체(160)의 일단부가 고정됨으로써 전극 조립체(100)가 굽힘 변형이 일어나는 경우에도 제1 전극판(110,110'), 분리막(130) 및 제2 전극판(110,110')이 가역적인 전기화학 반응을 할 수 있는 정렬을 유지할 수 있게 된다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 전극 조립체가 굽힘 변형된 상태를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 전극 조립체(100)가 굽힘 변형되면 분리막(130)과 제2 전극판(120,120') (보다 구체적으로는, 제2 전극활물질층(122)) 사이에 슬립(slip)이 일어나게 된다. 여기서, 전극 적층 구조체(160)의 일단부(A)는 고정부재(140)에 의해 고정되어 있으므로, 고정부재(140)에 의해 고정된 전극 적층 구조체(160)의 일단부(A)에서는 고정되지 않는 전극 적층 구조체(160)의 다른 부분(B)에 비해 슬립이 적게 일어나게 된다. 즉, 고정부재(140)에 의해 고정되지 않는 전극 적층 구조체(160)의 타단부에서는 고정부재(140)에 의해 고정된 전극 적층 구조체(160)의 일단부(A)에 비해 슬립이 크게 일어나게 된다. 이에 따라, 전극 조립체(100)의 굽힘 변형시 고정부재(140)에 의해 고정된 전극 적층 구조체(160)의 일단부(A)에서는 고정부재(140)에 의해 고정되지 않은 전극 적층 구조체(160)의 다른 부분(B)에 비해 슬립이 일어나는 층들 사이의 상대적인 위치 변화가 작아질 수 있다.
제1 전극판(110,110')은 분리막(130)과 접합되어 있으므로 전극 조립체(100)의 굽힘 변형이 있는 경우에도 제1 전극판(110,110') (보다 구체적으로는, 제1 전극활물질층(112))과 분리막(130) 사이에는 슬립이 일어나지 않게 된다. 이에 따라, 제1 전극판(110,110')과 분리막(130) 사이에 슬립이 일어남으로써 발생될 수 있는 활물질층의 탈리(secession)나 마모(grinding)이 방지될 수 있다. 한편, 이상에서는 2개의 제1 전극판(110,110')과 2개의 제2 전극판(120,120')이 서로 교대로 적층된 경우에 대해서 예시적으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않으므로 제1 전극판(110,110') 및 제2 전극판(120,120')의 개수는 다양하게 변형될 수 있다.
본 실시예에 따른 전극 조립체(100)에서는 전극 적층 구조체(160)의 일단부가 고정부재(140)에 의해 고정됨으로써 전극 조립체(100)가 굽힘 변형이 일어나는 경우에도 제1 전극판(110,110'), 분리막(130) 및 제2 전극판(120,120')이 가역적인 전기화학 반응을 할 수 있는 정렬을 유지할 수 있다. 따라서, 전극 조립체(100)가 반복적으로 굽힘 운동을 하는 경우에 전극 적층 구조체(160)를 구성하는 층들 사이의 상대적인 위치는 그대로 유지될 수 있으므로, 오정렬(misalignment)에 의한 단락이 방지될 수 있고, 전극 조립체(100)의 반복적인 굽힘 운동 후에도 충전 및 방전과 같은 가역적인 전기화학 반응이 지속적으로 수행될 수 있다.
또한, 분리막(130)은 제1 전극판(110,110')에 접합되어 제1 전극판(110,110')과 일체를 형성하게 되므로, 전극 조립체(100)의 굽힘 변형시 제1 전극판(110,110')과 분리막(130) 사이에 슬립이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 활물질층의 탈리(secession)나 마모(grinding) 등이 방지될 수 있으므로, 전극 조립체(100)의 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있다. 이상과 같은 전극 조립체(100)를 전해질과 함께 외장재로 포장하게 되면 리튬 이차 전지와 같은 전기화학 소자를 제작할 수 있게 된다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 단면도이다.
도 5에 도시된 전극 조립체(100')는 전극 적층 구조체(160)의 외면에 보호층(150)이 더 마련되어 있다는 점을 제외하면 도 2에 도시된 전극 조립체(100)와 동일하다. 도 5를 참조하면, 제1 전극판(110,110'), 제2 전극판(120,120') 및 제1 전극판(110,110')과 제2 전극판(120,120 ')사이에 마련된 분리막(130)을 포함하는 전극 적층 구조체(160)의 외부면에는 보호층(150)이 형성되어 있다. 이러한 보호층(150)은 외부로부터 전극 적층 구조체(160)에 가해질 수 있는 물리적인 충격이나 화학적인 영향으로부터 적극 적층 구조체(160)를 보호하는 역할을 한다. 보호층(150)은 전극 적층 구조체(160)의 휨에 큰 영향을 주지 않도록 어느 정도의 유연성 및 강성을 지닌 물질을 포함할 수 있다.
보호층(150)의 휨강성(bending stiffness)은 전극 적층 구조체(160)을 구성하는 각 개별층들의 평균 휨강성보다 큰 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 보호층(150)의 휨강성은 전극 적층 구조체(160)을 구성하는 각 개별층들의 평균 휨강성의 약 1.5배 이상이 될 수 있다. 또한, 보호층(150)의 두께는 약 15㎛ ~ 1mm 정도가 될 수 있으며, 보호층(150)의 인장 탄성율(tensile modulus of elasticity)는 약 0.5 내지 300 GPa 정도가 될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 보호층(150)은 예를 들면, 고분자 필름, 라미네이트된 고분자 필름층을 포함하는 필름, 금속 포일 또는 탄소를 포함하는 복합재 필름(composite film)이 될 수 있다.
도 6은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 6을 참조하면, 전극 조립체(200)는 전극 적층 구조체(260)와 이 전극 적층 구조체(260)의 일단부를 고정하는 고정부재를 포함한다. 전극 적층 구조체(260)는 서로 교대로 적층되는 적어도 하나의 제1 전극판(210,210') 및 적어도 하나의 제2 전극판(220,220')과, 제1 전극판(210,210')과 제2 전극판(220,220') 사이에 마련되는 적어도 하나의 분리막(230)을 포함한다. 여기서, 분리막(230)은 그 일면이 제1 전극판(210,210')과 접합되어 있다. 제1 전극판(210,210')과 제2 전극판(220,220') 중 어느 하나는 양극판이 될 수 있으며, 다른 하나는 음극판이 될 수 있다. 제1 전극판(210,210')은 제1 전극집전체(211)와 이 제1 전극집전체(211)의 표면에 형성된 제1 전극활물질층(212)을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 전극판(220,220')은 제2 전극집전체(221)와 이 제2 전극집전체(221)의 표면에 형성된 제2 전극활물질층(222)을 포함할 수 있다.
분리막(230)은 그 일면이 제1 전극판(210,210')과 접합되어 있다. 이러한 분리막(230)과 제1 전극판(210,210')의 접합은 예를 들면, 접착층이나 또는 직접 접합 등에 의해 이루어질 수 있다. 제1 전극판(210,210')과 분리막(230) 사이에 실제 접합이 이루어지는 영역인 접합영역은 도 3a 내지 도 3f에 도시된 예시들과 같이, 분리막(230)의 일면 전체에 형성되거나 또는 분리막(230)의 일면 중 일부에 다양한 형태로 형성될 수 있다.
고정부재(240)는 전극 적층 구조체(260)의 일단부에 마련되어 있으며, 이러한 고정부재(240)에 의해 전극 적층 구조체(260)의 일단부는 고정된다. 본 실시예에서는, 분리막(230)의 일단부 및 제2 전극판(220,220')의 일단부가 고정부재(240)에 의해 고정되어 있다. 이와 같이, 고정부재(240)에 의해 전극 적층 구조체(260)의 일단부가 고정됨으로써 전극 조립체(200)가 굽힘 변형이 일어나는 경우에도 가역적인 전기화학 반응을 할 수 있는 정렬이 유지될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 전극 적층 구조체(200)의 외면에는 전극 적층 구조체(260)를 보호하기 위해 보호층(미도시)이 더 마련될 수 있다.
도 7은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 7을 참조하면, 전극 조립체(300)는 전극 적층 구조체(360)와 이 전극 전극 구조체(360)의 일단부를 고정하는 고정부재(340)를 포함한다. 전극 적층 구조체(360)는 서로 교대로 적층되는 적어도 하나의 제1 전극판(310,310 ') 및 적어도 하나의 제2 전극판(320,320')과, 제1 전극판(310,310')과 제2 전극판(320,320') 사이에 마련되는 적어도 하나의 분리막(330)을 포함한다. 여기서, 분리막(330)은 그 일면이 제1 전극판(310,310')과 접합되어 있다. 제1 전극판(310,310')과 제2 전극판(320,320') 중 어느 하나는 양극판이 될 수 있으며, 다른 하나는 음극판이 될 수 있다. 제1 전극판(310,310')은 제1 전극집전체(311)와 이 제1 전극집전체(311)의 표면에 형성된 제1 전극활물질층(312)을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 전극판(320,320')은 제2 전극집전체(321)와 이 제2 전극집전체(321)의 표면에 형성된 제2 전극활물질층(322)을 포함할 수 있다.
분리막(330)은 그 일면이 제1 전극판(310,310')과 접합되어 있다. 제1 전극판(210,210')과 분리막(230) 사이에 실제 접합이 이루어지는 영역인 접합영역은 도 3a 내지 도 3f에 도시된 예시들과 같이, 분리막(330)의 일면 전체에 형성되거나 또는 분리막(330)의 일면 중 일부에 다양한 형태로 형성될 수 있다.
고정부재(340)는 전극 적층 구조체(360)의 일단부에 마련되어 있으며, 이러한 고정부재(340)에 의해 전극 적층 구조체(360)의 일단부는 고정된다. 본 실시예에서는, 분리막(330)의 일단부, 제1 전극판(310,310')의 일단부 및 제2 전극판(320,320')의 일단부가 고정부재(340)에 의해 고정되어 있다. 이와 같이, 고정부재(340)에 의해 전극 적층 구조체(360)의 일단부가 고정됨으로써 전극 조립체(300)가 굽힘 변형이 일어나는 경우에도 가역적인 전기화학 반응을 할 수 있는 정렬이 유지될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 전극 적층 구조체(360)의 외면에는 전극 적층 구조체(360)를 보호하기 위해 보호층(미도시)이 더 마련될 수 있다.
도 8은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 평면도이다. 그리고, 도 9는 도 8의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 본 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예들과 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 전극 조립체(400)는 전극 적층 구조체(460)와 이 전극 전극 구조체(460)의 양단부를 고정하는 고정부재를 포함한다. 전극 적층 구조체(460)는 서로 교대로 적층되는 적어도 하나의 제1 전극판(410,410 ')및 적어도 하나의 제2 전극판(420,420')과, 제1 전극판(410,410')과 제2 전극판(420,420 ')사이에 마련되는 적어도 하나의 분리막(430)을 포함한다. 여기서, 분리막(430)은 제1 전극판(410,410')과 접합되어 있다.
제1 전극판(410,410')과 제2 전극판(420,420') 중 어느 하나는 양극판이 될 수 있으며, 다른 하나는 음극판이 될 수 있다. 제1 전극판(410,410')은 제1 전극집전체(411)와 이 제1 전극집전체(411)의 표면에 형성된 제1 전극활물질층(412)을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 전극판(420,420')은 제2 전극집전체(421)와 이 제2 전극집전체(421)의 표면에 형성된 제2 전극활물질층(422)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극판(410,410')이 양극판이고 제2 전극판(420,420')이 음극판인 경우, 제1 전극집전체(411)는 양극 집전체가 되고, 제1 전극활물질층(412)은 양극 활물질층이 될 수 있다. 그리고, 제2 전극집전체(421)는 음극 집전체가 되고, 제2 전극활물질층(422)은 음극 활물질층이 될 수 있다.
제1 전극판(410,410')과 제2 전극판(420,420 ')사이에는 분리막(430)이 마련되어 있다. 여기서, 분리막(430)은 그 일면이 제1 전극판(410,410')과 접합되어 있다. 분리막(430)과 제1 전극판(410,410')의 접합은 예를 들면, 접착층이나 또는 직접 접합(direct bonding)에 의해 이루어질 수 있다. 제1 전극판(410,410')과 분리막(430) 사이에 실제 접합이 이루어지는 영역인 접합영역은 도 3a 내지 도 3f에 도시된 예시들과 같이, 분리막(430)의 일면 전체에 형성되거나 또는 분리막(430)의 일면 중 일부에 다양한 형태로 형성될 수 있다.
전극 적층 구조체(460)의 양단부에는 고정부재가 마련되어 있다. 이 고정부재는 전극 적층 구조체(460)의 일단부를 고정하는 제1 고정부재(441)와 전극 적층 구조체(460)의 타단부를 고정하는 제2 고정부재(442)를 포함한다. 제1 고정부재(441)는 분리막(430)이 접합된 제1 전극판(410,410')의 일단부를 고정하고 있으며, 제2 고정부재(442)는 제2 전극판(420,420')의 타단부를 고정하고 있다. 도 9에는 제1 고정부재(441)에 의해 제1 전극판(410,410')의 제1 전극집전체(411)가 고정되고, 제2 고정부재(442)에 의해 제2 전극판(420,420')의 제2 전극집전체(421)가 고정되는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고 제1 고정부재(441)에 의해 제1 전극판(410,410')의 제1 전극집전체(411)와 제1 전극활물질층(412) 중 적어도 하나가 고정되고, 제2 고정부재(442)에 의해 제2 전극판(420,420')의 제2 전극집전체(421)와 제2 전극활물질층(422) 중 적어도 하나가 고정될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 전극 적층 구조체(460)의 외면에는 전극 적층 구조체(460)를 보호하기 위해 보호층(미도시)이 더 마련될 수 있다.
도 10은 도 8 및 도 9에 도시된 전극 조립체가 굽힘 변형된 상태를 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 전극 조립체(400)가 굽힘 변형되면 분리막(430)과 제2 전극판(420,420') (보다 구체적으로는, 제2 전극활물질층(422)) 사이에 슬립이 일어나게 된다. 여기서, 전극 적층 구조체(460)의 양단부(A)는 제1 및 제2 고정부재(441,442)에 의해 고정되어 있으므로, 제1 및 제2 고정부재(441,442)에 의해 고정된 전극 적층 구조체(460)의 양단부(A)에서는 고정되지 않는 전극 적층 구조체(460)의 다른 부분(B)(예를 들면, 중앙부)에 비해 슬립이 적게 일어나게 된다. 이에 따라, 제1 및 제2 고정부재(441,442)에 의해 고정된 전극 적층 구조체(460)의 양단부(A)에서는 제1 및 제2 고정부재(441,442)에 의해 고정되지 않은 전극 적층 구조체(460)의 다른 부분(B)에 비해 슬립이 일어나는 층들 사이의 상대적인 위치 변화가 작아질 수 있다. 이와 같이, 전극 적층 구조체(460)의 양단부(A)가 제1 및 제2 고정부재(441,442)에 의해 고정됨으로써 전극 조립체(400)가 굽힘 변형이 일어나는 경우에도 가역적인 전기화학 반응을 할 수 있는 정렬이 유지될 수 있다.
그리고, 제1 전극판(410,410')은 분리막(430)과 접합되어 있으므로 전극 조립체(400)가 굽힘 변형되는 경우에도 제1 전극판(410,410')과 분리막(430) 사이에는 슬립이 일어나지 않게 된다. 이에 따라, 제1 전극판(410,410')과 분리막(430) 사이에 슬립이 일어남으로써 발생될 수 있는 활물질층의 탈리나 마모 등이 방지될 수 있다.
도 11은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 11을 참조하면, 전극 조립체(500)는 전극 적층 구조체(560)와 이 전극 전극 구조체(560)의 양단부를 고정하는 고정부재를 포함한다. 전극 적층 구조체(560)는 서로 교대로 적층되는 적어도 하나의 제1 전극판(510,510 ')및 적어도 하나의 제2 전극판(520,520')과, 제1 전극판(510,510')과 제2 전극판(520,520') 사이에 마련되는 적어도 하나의 분리막(530)을 포함한다. 제1 전극판(510,510')은 제1 전극집전체(511)와 이 제1 전극집전체(511)의 표면에 형성된 제1 전극활물질층(512)을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 전극판(520,520')은 제2 전극집전체(521)와 이 제2 전극집전체(521)의 표면에 형성된 제2 전극활물질층(522)을 포함할 수 있다.
제1 전극판(510,510')과 제2 전극판(520,520') 사이에는 분리막(530)이 마련되어 있다. 여기서, 분리막(530)은 그 일면이 제1 전극판(510,510')과 접합되어 있다. 제1 전극판(510,510')과 분리막(530) 사이에 실제 접합이 이루어지는 영역인 접합영역은 도 3a 내지 도 3f에 도시된 예시들과 같이, 분리막(530)의 일면 전체에 형성되거나 또는 분리막(530)의 일면 중 일부에 다양한 형태로 형성될 수 있다.
전극 적층 구조체(560)의 양단부에는 고정부재가 마련되어 있다. 고정부재는 전극 적층 구조체(560)의 일단부를 고정하는 제1 고정부재(541)와 전극 적층 구조체(560)의 타단부를 고정하는 제2 고정부재(542)를 포함한다. 본 실시예에서, 제1 고정부재(541)는 분리막(530)의 일단부를 고정하고 있으며, 제2 고정부재(542)는 제2 전극판(520,520')의 타단부를 고정하고 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 전극 적층 구조체(560)의 외면에는 전극 적층 구조체(560)를 보호하기 위해 보호층(미도시)이 더 마련될 수 있다.
도 12는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 12를 참조하면, 전극 조립체(600)는 전극 적층 구조체(660)와 이 전극 전극 구조체(660)의 양단부를 고정하는 고정부재를 포함한다. 전극 적층 구조체(660)는 서로 교대로 적층되는 적어도 하나의 제1 전극판(610,610 ')및 적어도 하나의 제2 전극판(620,620')과, 제1 전극판(610,610')과 제2 전극판(620,620 ')사이에 마련되는 적어도 하나의 분리막(630)을 포함한다. 제1 전극판(610,610')은 제1 전극집전체(611)와 이 제1 전극집전체(611)의 표면에 형성된 제1 전극활물질층(612)을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 전극판(620,620')은 제2 전극집전체(621)와 이 제2 전극집전체(621)의 표면에 형성된 제2 전극활물질층(622)을 포함할 수 있다.
제1 전극판(610,610')과 제2 전극판(620,620 ')사이에는 분리막(630)이 마련되어 있다. 여기서, 분리막(630)은 그 일면이 제1 전극판(610,610')과 접합되어 있다. 제1 전극판(610,610')과 분리막(630) 사이에 실제 접합이 이루어지는 영역인 접합영역은 도 3a 내지 도 3f에 도시된 예시들과 같이, 분리막(630)의 일면 전체에 형성되거나 또는 분리막(630)의 일면 중 일부에 다양한 형태로 형성될 수 있다.
전극 적층 구조체(660)의 양단부에는 고정부재가 마련되어 있다. 고정부재는 전극 적층 구조체(660)의 일단부를 고정하는 제1 고정부재(641)와 전극 적층 구조체(660)의 타단부를 고정하는 제2 고정부재(642)를 포함한다. 본 실시예에서, 제1 고정부재(641)는 제1 전극판(610,610')의 일단부 및 분리막(630)의 일단부를 고정하고 있으며, 제2 고정부재(642)는 제2 전극판(620,620')의 타단부를 고정하고 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 전극 적층 구조체(660)의 외면에는 전극 적층 구조체(660)를 보호하기 위해 보호층(미도시)이 더 마련될 수 있다.
도 13은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 전극 조립체를 도시한 평면도이다. 그리고, 도 14는 도 13의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 본 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예들과 다른 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 전극 조립체(700)는 전극 적층 구조체(760)와 이 전극 전극 구조체(760)의 중앙부를 고정하는 고정부재(740)를 포함한다. 전극 적층 구조체(760)는 서로 교대로 적층되는 적어도 하나의 제1 전극판(710,710 ')및 적어도 하나의 제2 전극판(720,720')과, 제1 전극판(710,710')과 제2 전극판(720,720') 사이에 마련되는 적어도 하나의 분리막(730)을 포함한다. 여기서, 분리막(730)은 제1 전극판(710,710')과 접합되어 있다.
제1 전극판(710,710')과 제2 전극판(720,720 ')중 어느 하나는 양극판이 될 수 있으며, 다른 하나는 음극판이 될 수 있다. 제1 전극판(710,710')은 제1 전극집전체(711)와 이 제1 전극집전체(711)의 표면에 형성된 제1 전극활물질층(712)을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 전극판(720,720')은 제2 전극집전체(721)와 이 제2 전극집전체(721)의 표면에 형성된 제2 전극활물질층(722)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극판(710,710')이 양극판이고 제2 전극판(720,720')이 음극판인 경우, 제1 전극집전체(711)는 양극 집전체가 되고, 제1 전극활물질층(712)은 양극 활물질층이 될 수 있다. 그리고, 제2 전극집전체(721)는 음극 집전체가 되고, 제2 전극활물질층(722)은 음극 활물질층이 될 수 있다.
제1 전극판(710,710')과 제2 전극판(720,720') 사이에는 분리막(730)이 마련되어 있다. 여기서, 분리막(730)은 그 일면이 제1 전극판(710,710')과 접합되어 있다. 분리막(730)과 제1 전극판(710,710')의 접합은 예를 들면, 접착층이나 또는 직접 접합에 의해 이루어질 수 있다. 제1 전극판(710,710')과 분리막(730) 사이에 실제 접합이 이루어지는 영역인 접합영역은 도 3a 내지 도 3f에 도시된 예시들과 같이, 분리막(730)의 일면 전체에 형성되거나 또는 분리막(730)의 일면 중 일부에 다양한 형태로 형성될 수 있다.
전극 적층 구조체(760)의 중앙부에는 고정부재(740)가 마련되어 있다. 이 고정부재는 전극 적층 구조체(760)의 중앙부를 고정하고 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 전극 적층 구조체(760)의 외면에는 전극 적층 구조체(760)를 보호하기 위해 보호층(미도시)이 더 마련될 수 있다.
도 14는 도 12 및 도 13에 도시된 전극 조립체가 굽힘 변형된 상태를 도시한 것이다.
도 14를 참조하면, 전극 조립체(700)가 굽힘 변형되면 분리막(730)과 제2 전극판(720,720') (보다 구체적으로는, 제2 전극활물질층(722)) 사이에 슬립이 일어나게 된다. 여기서, 전극 적층 구조체(760)의 중앙부(A)는 고정부재(740)에 의해 고정되어 있으므로, 고정부재(740)에 의해 고정된 전극 적층 구조체(760)의 중앙부(A)에서는 고정부재(740)에 의해 고정되지 않는 전극 적층 구조체(760)의 다른 부분(B)(예를 들면, 양단부)에 비해 슬립이 적게 일어나게 된다. 이에 따라, 고정부재(740)에 의해 고정된 전극 적층 구조체(760)의 중앙부(A)에서는 고정부재(740)에 의해 고정되지 않은 전극 적층 구조체(760)의 다른 부분(B)에 비해 슬립이 일어나는 층들 사이의 상대적인 위치 변화가 작아질 수 있다. 이와 같이, 전극 적층 구조체(760)의 중앙부(A)가 고정부재(740)에 의해 고정됨으로써 전극 조립체(700)가 굽힘 변형이 일어나는 경우에도 가역적인 전기화학 반응을 할 수 있는 정렬이 유지될 수 있다.
그리고, 제1 전극판(710,710')은 분리막(730)과 접합되어 있으므로 전극 조립체(700)가 굽힘 변형되는 경우에도 제1 전극판(710,710')과 분리막(730) 사이에는 슬립이 일어나지 않게 된다. 이에 따라, 제1 전극판(710,710')과 분리막(730) 사이에 슬립이 일어남으로써 발생될 수 있는 활물질층의 탈리나 마모 등이 방지될 수 있다.
100,100',200,300,400,500,600,700.. 전극 조립체
110,210,310,410,510,610,710.. 제1 전극판
110',210',310',410',510',610',710'.. 제1 전극판
111,211,311,411,511,611,711.. 제1 전극집전체
112,212,313,412,512,612,712.. 제1 전극활물질층
120,220,320,420,520,620,720.. 제2 전극판
120',220',320',420',520',620',720.. 제2 전극판
121,221,321,421,521,621,721.. 제2 전극집전체
122,222,322,422,522,622,722.. 제2 전극활물질층
130,230,330,430,530,630,730.. 분리막
130a,130b,130c,130d,130e,130f.. 접합 영역
140,240,340,740.. 고정부재
441,541,641.. 제1 고정부재 442,542,642.. 제2 고정부재
150.. 보호층
160,260,360,460,560,660,760.. 전극 적층 구조체

Claims (19)

  1. 서로 교대로 적층되는 적어도 하나의 제1 전극판 및 적어도 하나의 제2 전극판과, 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판 사이에 마련되며 상기 제1 전극판과 그 일면이 접합되는 분리막을 포함하는 전극 적층 구조체; 및
    상기 전극 적층 구조체의 일부분을 고정하는 고정 부재;를 포함하는 전극 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극판은 유연성을 가지는 전극 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극판 각각은 전극 집전체와 상기 전극 집전체의 적어도 일면에 마련되는 전극 활물질층을 포함하는 전극 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 전극판은 양극판이고, 상기 제2 전극판은 음극판인 전극 조립체.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 전극판은 음극판이고, 상기 제2 전극판은 양극판인 전극 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극판과 상기 분리막은 접착층(adhesive layer) 또는 직접 접합(direct bonding)에 의해 접합되는 전극 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극판과 접합되는 상기 분리막의 일면 중 적어도 일부에 접합 영역이 형성되는 전극 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 굽힘 변형시 상기 고정 부재에 의해 고정된 상기 전극 적층 구조체의 일부분에서는 상기 고정 부재의 의해 고정되지 않은 전극 적층 구조체의 다른 부분에서 보다 슬립(slip)이 일어나는 층들 사이의 상대적인 위치 변화가 작은 전극 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 부재는 상기 전극 적층 구조체의 일단부를 고정시키는 전극 조립체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 고정 부재는 상기 제1 전극판과 상기 분리막 중 적어도 하나와 상기 제2 전극판을 고정하는 전극 조립체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 부재는 상기 전극 적층 구조체의 일단부를 고정하는 제1 고정 부재와 상기 전극 적층 구조체의 타단부를 고정하는 제2 고정 부재를 포함하는 전극 조립체
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 고정부재는 상기 제1 전극판과 상기 분리막 중 적어도 하나를 고정하고, 상기 제2 고정부재는 상기 제2 전극판을 고정하는 전극 조립체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정부재는 상기 전극 적층 구조체의 중앙부를 고정하는 전극 조립체.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 적층 구조체의 외면에 마련된 보호층을 더 포함하는 전극 조립체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 보호층의 휨강성은 상기 전극 적층 구조체를 구성하는 제1, 제2 전극판 및 상기 분리막의 평균 휨강성보다 큰 전극 조립체.
  16. 전극 조립체를 포함하는 전기화학 소자에 있어서,
    상기 전극 조립체는, 서로 교대로 적층되는 적어도 하나의 제1 전극판 및 적어도 하나의 제2 전극판과 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판 사이에 마련되며 상기 제1 전극판과 그 일면이 접합되는 분리막을 포함하는 전극 적층 구조체; 및 상기 전극 적층 구조체의 일부분을 고정하는 고정 부재;를 포함하는 전기화학 소자.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 고정 부재는 상기 전극 적층 구조체의 일단부, 양단부 또는 중앙부를 고정하는 전기화학 소자.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 전극판과 접합되는 상기 분리막의 일면 중 적어도 일부에 접합 영역이 형성되는 전기화학 소자.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상기 전극 적층 구조체의 외면에 마련된 보호층을 더 포함하는 전기화학 소자.
KR1020140122036A 2014-09-15 2014-09-15 유연한 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학 소자 KR102263061B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140122036A KR102263061B1 (ko) 2014-09-15 2014-09-15 유연한 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학 소자
US14/626,453 US9748597B2 (en) 2014-09-15 2015-02-19 Flexible electrode assembly and electrochemical device including the electrode assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140122036A KR102263061B1 (ko) 2014-09-15 2014-09-15 유연한 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학 소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160031829A true KR20160031829A (ko) 2016-03-23
KR102263061B1 KR102263061B1 (ko) 2021-06-09

Family

ID=55455679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140122036A KR102263061B1 (ko) 2014-09-15 2014-09-15 유연한 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학 소자

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9748597B2 (ko)
KR (1) KR102263061B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017171457A1 (ko) * 2016-03-31 2017-10-05 주식회사 엘지화학 고 유연성의 전극조립체 및 이를 포함하는 전지셀
US11611108B2 (en) 2017-05-25 2023-03-21 Libest Inc. Composite electrode assembly and lithium-ion secondary battery including the same
KR102568421B1 (ko) * 2022-10-18 2023-08-18 주식회사 코스모스랩 막전극접합체 및 이를 포함하는 아연-브롬 슈퍼커패터리

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2991153B1 (en) 2014-08-28 2023-08-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Composite electrolyte and lithium battery including the same
CN105390744B (zh) 2014-08-29 2021-10-22 三星电子株式会社 复合物、其制备方法、包括其的电解质及锂二次电池
EP3001494B1 (en) 2014-09-19 2018-08-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Electrolyte, method of preparing the electrolyte, and lithium secondary battery comprising the electrolyte
US10361456B2 (en) 2014-09-26 2019-07-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Electrolyte, method of preparing the electrolyte, and secondary battery including the electrolyte
US9768421B2 (en) 2014-10-10 2017-09-19 Samsung Electronics Co., Ltd. Flexible electrode assembly and electrochemical device having the electrode assembly
KR102526748B1 (ko) 2015-08-31 2023-04-27 삼성전자주식회사 유연한 전기화학소자용 포장재 및 이를 포함하는 전기화학소자
CN107394115B (zh) 2016-04-29 2022-03-29 三星电子株式会社 用于锂金属电池的负极和包括其的锂金属电池
US10741846B2 (en) 2016-05-09 2020-08-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Negative electrode for lithium metal battery and lithium metal battery comprising the same
JP7136108B2 (ja) * 2017-08-23 2022-09-13 大日本印刷株式会社 電池用包装材料及び電池
GB2574804A (en) * 2018-06-11 2019-12-25 Sumitomo Chemical Co Battery, battery cell, cell module and related methods
JP6962287B2 (ja) 2018-07-30 2021-11-05 トヨタ自動車株式会社 全固体電池及びその製造方法
KR102260429B1 (ko) * 2018-08-23 2021-06-03 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 금속을 음극으로 사용하는 전고체 전지
CN113330620B (zh) * 2019-01-23 2024-08-13 大日本印刷株式会社 全固体电池用外包装材料、其制造方法和全固体电池

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110067915A (ko) * 2009-12-15 2011-06-22 삼성에스디아이 주식회사 이차전지

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100528898B1 (ko) 1999-01-25 2005-11-16 삼성에스디아이 주식회사 이차전지의 전극롤
JP4310010B2 (ja) 1999-10-08 2009-08-05 パナソニック株式会社 単位電池
US6413667B1 (en) 2000-03-29 2002-07-02 Valence Technology (Nevada), Inc. Flat, bonded-electrode rechargeable electrochemical cell and method of making same
WO2003019698A2 (en) 2001-08-24 2003-03-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of manufacturing a lithium battery, a lithium battery and an electrical appliance
JP2004323827A (ja) 2003-04-09 2004-11-18 Nitto Denko Corp 電池用セパレータのための接着剤担持多孔質フィルムとその利用
US20080199781A1 (en) * 2007-02-16 2008-08-21 Michael Lunt Method of producing an electrochemical cell and articles produced therefrom
JP2008282735A (ja) 2007-05-11 2008-11-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池及びその製造方法
JP5509592B2 (ja) 2008-12-26 2014-06-04 日産自動車株式会社 双極型二次電池
CN102484232B (zh) 2009-09-02 2017-09-29 Nec能源元器件株式会社 组装电池模块
DE102010050040A1 (de) * 2010-10-29 2012-05-03 Li-Tec Battery Gmbh Anordnung eines Elektrodenstapels einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung
KR20120124081A (ko) 2011-05-02 2012-11-13 주식회사 엘지화학 복수개의 분리막을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
CN103828175B (zh) * 2011-08-22 2017-12-05 安辛可公司 连到公共DC总线的ZnBr液流电池的可反转极性操作和切换方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110067915A (ko) * 2009-12-15 2011-06-22 삼성에스디아이 주식회사 이차전지

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017171457A1 (ko) * 2016-03-31 2017-10-05 주식회사 엘지화학 고 유연성의 전극조립체 및 이를 포함하는 전지셀
US10784539B2 (en) 2016-03-31 2020-09-22 Lg Chem, Ltd. Electrode assembly having high flexibility and battery cell including the same
US11611108B2 (en) 2017-05-25 2023-03-21 Libest Inc. Composite electrode assembly and lithium-ion secondary battery including the same
KR102568421B1 (ko) * 2022-10-18 2023-08-18 주식회사 코스모스랩 막전극접합체 및 이를 포함하는 아연-브롬 슈퍼커패터리
WO2024085652A1 (ko) * 2022-10-18 2024-04-25 주식회사 코스모스랩 막전극접합체 및 이를 포함하는 아연-브롬 슈퍼커패터리

Also Published As

Publication number Publication date
US20160079625A1 (en) 2016-03-17
US9748597B2 (en) 2017-08-29
KR102263061B1 (ko) 2021-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102263061B1 (ko) 유연한 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학 소자
KR101969845B1 (ko) 가요성 이차 전지
KR102161290B1 (ko) 가요성 이차 전지
CN105261779B (zh) 柔性二次电池
KR102446407B1 (ko) 이차전지용 셀 구조체 및 이를 포함하는 이차전지
KR102394689B1 (ko) 가요성 이차 전지
KR102256294B1 (ko) 가요성 이차 전지
CN106935894B (zh) 电极层叠结构及其制造方法和具有电极层叠结构的电池
KR102153044B1 (ko) 가요성 이차 전지
KR20150086730A (ko) 가요성 이차 전지
KR102222118B1 (ko) 가요성 이차 전지
US9768421B2 (en) Flexible electrode assembly and electrochemical device having the electrode assembly
KR20160004094A (ko) 가요성 이차 전지
JP6721229B2 (ja) 可撓性二次電池
KR102454949B1 (ko) 유연한 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학 소자
US20160181653A1 (en) Flexible electrode assembly and electrochemical device including the same
KR20160076899A (ko) 유연한 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학 소자

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant