KR20160089968A - 비정형 전극 시트 및 형태 변형이 가능한 구조의 비정형 전극조립체 - Google Patents

비정형 전극 시트 및 형태 변형이 가능한 구조의 비정형 전극조립체 Download PDF

Info

Publication number
KR20160089968A
KR20160089968A KR1020150009653A KR20150009653A KR20160089968A KR 20160089968 A KR20160089968 A KR 20160089968A KR 1020150009653 A KR1020150009653 A KR 1020150009653A KR 20150009653 A KR20150009653 A KR 20150009653A KR 20160089968 A KR20160089968 A KR 20160089968A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
current collector
electrode sheet
sheet
electrode assembly
Prior art date
Application number
KR1020150009653A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101852765B1 (ko
Inventor
나승호
안창범
고명훈
반진호
유희범
양영주
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020150009653A priority Critical patent/KR101852765B1/ko
Publication of KR20160089968A publication Critical patent/KR20160089968A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101852765B1 publication Critical patent/KR101852765B1/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
    • H01M2/02—
    • H01M2/14—
    • H01M2/26—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/75—Wires, rods or strips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/112—Monobloc comprising multiple compartments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/117—Inorganic material
    • H01M50/119—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/121—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/124—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • H01M50/466—U-shaped, bag-shaped or folded
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • 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

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명은 전극조립체를 구성하는 전극 시트로서, 시트 형상의 집전체; 전극활물질을 포함하는 전극 합제가 코팅되어 있는 전극활물질 코팅부; 및 전극 시트의 가로 방향인 제 1 축과 평행한 집전체의 일측 또는 양측 단부로부터 전극 시트의 세로 방향인 제 2 축 방향으로 연장되어 있는 둘 이상의 연장 집전부들;을 포함하며, 상기 제 1 축의 길이가 제 2 축의 길이보다 상대적으로 길고, 상기 전극활물질 코팅부는 집전체의 일면 또는 양면과 연장 집전부의 일면 또는 양면에 각각 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 시트를 제공한다.

Description

비정형 전극 시트 및 형태 변형이 가능한 구조의 비정형 전극조립체 {Irregular Electrode Sheet and Irregular Electrode Assembly with Transformable Structure}
본 발명은 비정형 전극 시트 및 형태 변형이 가능한 구조의 비정형 전극조립체에 관한 것이다.
IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 ‘유비쿼터스 사회’로 발전되고 있다.
이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 리튬 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다. 구체적으로, 충방전이 가능한 리튬 이차전지는 와이어리스 모바일 기기 또는 신체에 착용하는 웨어러블 전자기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 사용되고 있다.
상기와 같이, 리튬 이차전지가 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 리튬 이차전지는, 적용되는 디바이스에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 소형 경박화가 강력히 요구되고 있다.
한편, 리튬 이차전지는 이를 동력원으로 사용하는 디바이스의 크기 및 형상을 고려하여 제조되고 있고, 최근에는 리튬 이차전지가 사용되는 제품이 다양해지고, 곡선 또는 곡면을 가지는 다양한 디바이스에 적용 가능하도록, 장방형의 구조에서 벗어나, 기하학 구조의 다양한 디자인으로 제조되고 있다.
특히, 최근 슬림한 타입, 곡면 타입 또는 다양한 디자인의 추세 변화(trend change)로 인하여 새로운 형태의 이차전지가 요구되고 있다.
이차전지는 전반적으로 동일한 크기의 전극조립체를 포함하는 것으로 구성되어 있으므로, 이차전지가 적용되는 디바이스의 디자인을 고려하여 신규한 구조로 만들기 위해서는, 전극조립체의 용량을 줄이거나 더 큰 크기로 디바이스의 디자인을 변경해야 할 뿐만 아니라, 경우에 따라서는 다수의 전극조립체를 디바이스의 소망하는 형상에 대응하도록 결합시켜야 한다.
그러나, 이러한 디자인 변경 과정에서 전기적 연결 방식이 복잡해짐으로 인해 소망하는 조건을 만족하는 전극조립체와 이를 포함하는 이차전지의 제작이 어려워지는 문제점도 있다.
따라서, 다양한 디바이스의 형상에 대응하여 적용할 수 있는 전극조립체에 대한 기술의 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 다양한 디바이스의 형상 및 공간에 장착될 수 있는 구조로 설계하여 디바이스의 내부 공간의 활용도를 극대화하고, 일반적인 장방형의 구조를 가지는 디바이스의 외형 구조에서 벗어나 다양한 외형을 가지는 디바이스에서도 효율적으로 장착이 가능한 전극조립체 및 상기 전극조립체를 구성하는 전극 시트를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 시트는, 전극조립체를 구성하는 전극 시트로서,
시트 형상의 집전체;
전극활물질을 포함하는 전극 합제가 코팅되어 있는 전극활물질 코팅부; 및
전극 시트의 가로 방향인 제 1 축과 평행한 집전체의 일측 또는 양측 단부로부터 전극 시트의 세로 방향인 제 2 축 방향으로 연장되어 있는 둘 이상의 연장 집전부들;
을 포함하며,
상기 제 1 축의 길이가 제 2 축의 길이보다 상대적으로 길고,
상기 전극활물질 코팅부는 집전체의 일면 또는 양면, 및/또는 연장 집전부의 일면 또는 양면에 부가되어 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 구조의 전극 시트는, 일반적인 장방형의 집전체로 구성된 전극 시트와 달리, 집전체로부터 연장된 둘 이상의 연장 집전부를 포함하고 있는 바, 전극 시트가 적층된 장방형 구조의 전극조립체 또는 전극 시트가 권취된 원통형 구조의 젤리-롤형 전극조립체가 아닌, 다양한 구조의 전극조립체를 구성할 수 있다.
상기 다양한 구조의 전극조립체는, 예를 들어, 다수의 전극 시트들이 적층되거나, 전극 시트가 권취되는 경우, 상기 연장 집전부가 전극조립체의 외면에 단차, 만입, 굴곡 또는 돌출과 같은 비정형 구조를 형성하여, 전극조립체의 외형이 비정형으로 구성된 것일 수 있다.
이러한 연장 집전부는 평면상으로 다각형, 반원형, 반 타원형 또는 다수의 직선과 곡선이 서로 연결된 라운드의 형태로 집전체의 단부로부터 연장되어 있는 구조로서, 상술한 바와 같이, 다수의 전극 시트들이 적층되거나, 전극 시트가 권취되는 경우, 연장 집전부의 형태에 따라 기하학적인 전극조립체의 구성이 가능하다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 연장 집전부들은 제 1 축에 대응되는 집전체의 길이 대비 30% 내지 100%의 길이로 집전체의 단부로부터 연장될 수 있다. 여기서, 상기 길이는 집전체의 단부로부터 연장 집전부의 단부까지 길이가 가장 긴 최대 길이를 의미한다.
상기 연장 집전부가 상기 범위 미만의 길이로 이루어진 경우, 전극활물질 코팅부의 도포 면적이 좁아, 고 용량의 전극조립체의 구성이 힘들고, 상기 범위를 초과하는 길이로 이루어진 경우, 다수의 전극 시트들의 적층되거나, 권취되는 경우, 전극조립체의 체적이 과도하게 증가하게 되어 바람직하지 않다.
또한, 상기 연장 집전부들은 그것의 폭 대비 100% 내지 200%의 거리로 상호 이격되어 집전체의 단부로부터 연장된 구조일 수 있다. 상기 연장 집전부들이 상기 범위 미만의 거리로 이격되면, 전극 시트를 권취하여 전극조립체를 제조하는 경우, 연장 집전부들이 서로 접촉되거나, 권취 공정이 용이하지 않을 수 있으므로, 바람직하지 않다. 이와는 달리, 상기 연장 집전부들의 이격 거리가 상기 범위를 초과하는 경우, 전극 시트에 포함될 수 있는 연장 집전부의 수가 감소하게 되므로 바람직하지 않다.
한편, 하나의 구체적인 예에서, 상기 집전체의 일면 또는 양면에는 전기 절연성의 테이프 또는 전기 절연성의 코팅물질에서 선택되는 절연부재가 부가될 수 있다. 여기서, 상기 일면 또는 양면은 전극활물질 코팅부가 부가되어 있지 않은 미코팅 영역일 수 있다.
이러한 절연 부재는, 전극조립체의 제조 시, 집전체가, 다른 전극 시트의 집전체와 접촉하여 단락되는 것을 방지하고, 집전체를 절곡 또는 굴곡시켜 변형하는 경우, 집전체가 파단되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 절연 부재는 연장 집전부가 돌출되어 있는 단부를 제외한 나머지 단부로부터 0.3 mm 내지 0.7 mm의 길이로 돌출되도록 부가될 수 있다.
이와 같이 돌출되도록 부가된 절연 부재는 상대적으로 파단되기 쉬운 집전체의 단부를 감쌈으로써, 집전체를 절곡 또는 굴곡시켜 변형하는 경우, 상기 단부로부터 파단이 유발되는 것을 방지하고, 전극조립체의 제조 후에도, 전기적 절연성을 제공할 수 있다.
여기서, 상기 절연 부재가 연장 집전부가 돌출되어 있는 단부를 제외한 나머지 단부로부터 0.3 mm 미만으로 돌출되는 경우, 집전체의 단부를 충분히 감싸지 못하여, 단부의 파단을 효과적으로 방지할 수 없고, 0.7 mm를 초과하여 돌출되는 경우, 전극 시트의 전체 크기가 증가하고, 그에 따라, 상기 전극 시트를 다수 포함하는 전극조립체의 체적 또한 증가하게 되므로 바람직하지 않다.
상기 절연부재는 폴리올레핀, 폴리비닐클로라이드 및 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 전기 절연성 물질일 수 있으나, 이것들로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 또한, 상기 전극 시트를 포함하는 전극조립체를 제공한다.
구체적으로, 상기 전극조립체는, 연장 집전부들이 각각 형성되어 있는 제 1 전극 시트와 제 2 전극 시트가 분리막이 개재된 상태에서 제 1 축을 기준으로 권취되어 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 전극조립체는 제 1 축을 기준으로 전극 시트들과 분리막이 권취되므로, 제 2 축 방향으로 연장되어 있는 연장 집전부도 제 1 축을 기준으로 권취되며, 그에 따라, 연장 집전부는 집전체와 비교하여, 외경이 상대적으로 크게 권취되어, 기존의 장방형 또는 원통형 구조의 전극조립체와 다른 구조로 이루어져 있다.
구체적으로, 상기 전극조립체는, 집전체가 권취된 가변형 전극부, 및 상기 가변형 전극부의 외경보다 상대적으로 큰 외경을 가지며 연장 집전부가 권취된 고정형 전극부를 포함할 수 있다.
이러한 구조는 제 1 축을 기준으로, 집전체를 먼저 권취한 후에 연장 집전부들을 권취하여, 상대적으로 작은 외경의 가변형 전극부와 상대적으로 큰 외경의 고정형 전극부를 형성하는 것으로, 상대적으로 외경이 작은 가변형 전극부가 절곡 또는 굴곡과 같이 변형될 수 있는 것을 특징으로 한다.
즉 본 발명에 따른 전극조립체는, 가변형 전극부 상에서, 둘 이상의 고정형 전극부가 서로 이격되어 있고, 고정형 전극부들 사이의 가변형 전극부가 절곡 또는 굴곡되어, 전극조립체의 형태 변형이 가능하다.
이 때, 가변형 전극부의 원활한 변형을 위하여, 상기 집전체의 적어도 일면에는 전극활물질 코팅부가 부가되지 않을 수 있다.
여기서, 상기 집전체의 일면에는, 연장 집전부들이 돌출되어 있는 단부를 제외한 나머지 단부로부터 0.3 mm 내지 0.7 mm의 길이로, 전기 절연성의 테이프가 돌출되도록 부가될 수 있다.
상기 집전체의 일면은, 상세하게는 제 1 전극 시트가 분리막을 사이에 두고 제 2 전극 시트와 대면하는 면에 대해 대향하는 타면으로서, 전극활물질 코팅부가 형성되어 있지 않은 면일 수 있고, 상기 절연 부재는 타면에 부가되어 전기 절연성을 제공할 수 있다.
또한, 상기 절연 부재는, 집전체 표면의 기계적 강성을 보강하여, 집전체가 권취된 가변형 전극부가 절곡 또는 굴곡되어 변형되더라도, 가변형 전극부가 파단되는 것을 방지할 수 있으며, 더욱 상세하게는 상대적으로 파단되기 쉬운 집전체의 단부를 감쌈으로써, 상기 단부로부터 파단이 유발되는 것을 방지하고, 전극조립체의 제조 후에도, 가변형 전극부의 외면에 전기적 절연성을 제공할 수 있다.
여기서, 상기 절연 부재가 연장 집전부가 돌출되어 있는 단부를 제외한 나머지 단부로부터 0.3 mm 미만으로 돌출되는 경우, 집전체의 단부를 충분히 감싸지 못하여, 단부의 파단을 효과적으로 방지할 수 없고, 0.7 mm를 초과하여 돌출되는 경우, 전극 시트의 전체 크기가 증가하고, 그에 따라, 상기 전극 시트를 다수 포함하는 전극조립체의 체적 또한 증가하게 되므로 바람직하지 않다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 전극 시트의 연장 집전부들과 제 2 전극 시트의 연장 집전부들을 동일한 위치에 배열될 수 있다. 즉, 제 1 전극 시트와 제 2 전극 시트가 분리막을 사이에 두고 배열되면, 제 1 전극 시트의 연장 집전부들과 제 2 전극 시트의 연장 집전부들이 서로 대면하게 되며, 이들을 권취 시, 제 1 전극 시트 및 제 2 전극 시트의 연장 집전부들은 권취된 고정형 전극부를 형성하게 된다.
여기서, 상기 제 1 전극 시트는 양극 시트이고, 상기 제 2 전극 시트는 음극 시트일 수 있다. 양극 시트는 양극활물질을 포함하는 양극 합제가 집전체 및/또는 연장 집전부상에 도포되어 있는 양극활물질 코팅부를 포함하며, 음극 시트는 음극활물질을 포함하는 음극 합제가 집전체 및/또는 연장 집전부상에 도포되어 있는 음극활물질 코팅부를 포함한다. 여기서, 상기 양극활물질 코팅부 및 음극활물질 코팅부는, 집전체의 양면 또는 일면에 도포될 수 있으며, 연장 집전부의 양면 또는 일면에 도포될 수 있다.
상기 연장 집전부는 평면상으로 다각형, 반원형, 반 타원형 또는 다수의 직선과 곡선이 서로 연결된 라운드의 형태로 집전체의 단부로부터 연장되어 있는 구조일 수 있고, 상세하게는 직사각형의 구조일 수 있다.
이러한 구조의 연장 집전부는 권취 후, 원통형 구조의 고정형 전극부를 이룰 수 있고, 상기 고정형 전극부의 외경은 연장 집전부의 길이에 비례할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전극조립체는 연장 집전부의 길이를 조절하여, 고정형 전극부의 크기를 설정하며, 고정형 전극부의 크기는 전극조립체의 용량을 조정할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 연장 집전부들은 제 1 축에 대응되는 집전체의 길이 대비 30% 내지 100%의 길이로 집전체의 단부로부터 연장될 수 있다. 여기서, 상기 길이는 집전체의 단부로부터 연장 집전부의 단부까지 길이가 가장 긴 최대 길이를 의미한다.
상기 연장 집전부가 상기 범위 미만의 길이로 이루어진 경우, 전극활물질 코팅부의 도포 면적이 좁아, 고 용량의 전극조립체의 구성이 힘들고, 상기 범위를 초과하는 길이로 이루어진 경우, 전극조립체의 체적이 증가하므로 바람직하지 않다.
또한, 상기 연장 집전부들은 그것의 폭 대비 100% 내지 200%의 거리로 상호 이격되어 집전체의 단부로부터 연장된 구조일 수 있다.
상기 연장 집전부들이 상기 범위 미만의 거리로 이격되면, 전극 시트를 권취하여 전극조립체를 제조하는 경우, 연장 집전부들이 권취된 고정형 전극부들이 인접하게 위치하므로, 고정형 전극부들 사이에 형성된 가변형 전극부가 절곡 또는 굴곡될 경우, 고정형 전극부들이 서로 접촉하면서 파손될 수 있고, 고정형 전극부들 사이에 형성된 가변형 전극부의 길이가 짧아, 변형이 용이하지 않으므로 바람직하지 않다. 이와는 달리, 상기 연장 집전부들의 이격 거리가 상기 범위를 초과하는 경우, 가변형 전극부의 길이는 길게 형성되어, 변형된 가변형 전극부가 원래의 형상으로 복원되는 경향이 증가하므로 바람직하지 않다.
상기 분리막은 제 1 전극 시트 및 제 2 전극 시트와 동일한 형상으로 이루어질 수 있고, 권취 시, 제 1 전극 시트 및 제 2 전극 시트를 감싸도록 이들 보다 더 큰 크기로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 분리막은, 제 1 전극 시트 및 제 2 전극 시트의 집전체와 밀착하는 부위의 면적이, 대응하는 집전체 부위의 면적 대비 110% 내지 150%으로 이루어질 수 있다. 상기 면적이 110% 미만인 경우, 권취 후, 분리막이 전극 시트들의 단부를 완전히 감싸지 못하여, 상기 단부가 노출될 수 있는 바, 바람직하지 않고, 150%를 초과하는 경우, 전극조립체의 체적이 증가하므로 바람직하지 않다.
마찬가지로, 상기 분리막은 제 1 전극 시트의 연장 집전부 및 제 2 전극 시트의 연장 집전부와 밀착하는 부위의 면적이, 대응하는 집전체 부위의 면적 대비 110% 내지 150%일 수 있으며, 상기 면적이 110% 미만인 경우, 권취 후, 분리막이 집전 연장부의 단부를 완전히 감싸지 못하여, 상기 단부가 노출될 수 있는 바, 바람직하지 않고, 150%를 초과하는 경우, 전극조립체의 체적이 증가하므로 바람직하지 않다.
한편, 하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 전극 시트는 제 1 축 방향에 대해 대응하는 집전체의 일측 단부에, 제 1 축 방향으로 돌출되도록 제 1 전극 리드가 부착되어 있으며,
상기 제 2 전극 시트는, 제 1 전극 시트에 대향되는 일측 단부에, 제 1 축 방향으로 돌출되도록 제 2 전극 리드가 부착된 구조일 수 있다.
이러한 구조는, 제 1 전극 리드와 제 2 전극 리드가, 각각 전극조립체의 양 단부에 형성된 구조이다.
이와는 다르게, 상기 제 1 전극 시트는 및 제 2 전극 시트는, 제 1 축 방향에 대해 대응하는 집전체의 일측 단부에, 제 1 축 방향으로 돌출되도록, 제 1 전극 리드와 제 2 전극 리드가 각각 부착되어 나란히 위치할 수 도 있다.
본 발명은 또한, 상기 전극조립체를 전해액과 함께 전지케이스에 수납하고, 전지케이스를 밀봉한 구조의 이차전지를 제공한다.
상기 전지케이스는 전극조립체의 외형에 대응하는 가변적 전지케이스이고, 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지는 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온(Li-ion) 이차전지, 리튬 폴리머(Li-polymer) 이차전지, 또는 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 이차전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체 및 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 양극 집전체 및 연장 집전부는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 마이크로미터다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지를 동력원으로 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 예를 들어, 모바일 전자기기 또는 웨어러블 전자기기일 수 있다. 여기서, 상기 웨어러블 전자기기는 스마트 시계, 스마트 안경, 스마트 의류, 또는 스마트 밴드일 수 있다.
상기 디바이스들은 한정된 공간과, 신체에 착용 또는 소지되기 위하여, 다양한 형상으로 이루어지는 바, 본 발명에 따른 전극 시트, 전극조립체 및 이차전지는, 상술한 구조적 특징으로 인하여, 디바이스의 한정된 공간과, 다양한 디바이스의 형상에 대응하여 변형될 수 있는 장점을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 시트는, 일반적인 장방형의 집전체로 구성된 전극 시트와 달리, 집전체로부터 연장된 둘 이상의 연장 집전부를 포함하고 있는 바, 전극 시트가 적층된 장방형 구조의 전극조립체 또는 전극 시트가 권취된 원통형 구조의 젤리-롤형 전극조립체가 아닌, 다양한 구조의 전극조립체를 구성할 수 있다.
또한, 상기 전극 시트를 포함하는 본 발명에 따른 전극조립체는 집전체가 권취된 가변형 전극부, 및 상기 가변형 전극부의 외경보다 상대적으로 큰 외경을 가지며 연장 집전부가 권취된 고정형 전극부를 포함하고 있는 바, 상대적으로 외경이 작은 가변형 전극부가 절곡 또는 굴곡과 같이 변형될 수 있는 것을 특징으로 한다. 즉 본 발명에 따른 전극조립체는, 가변형 전극부 상에서, 둘 이상의 고정형 전극부가 서로 이격되어 있고, 고정형 전극부들 사이의 가변형 전극부가 절곡 또는 굴곡되어, 전극조립체의 형태 변형이 가능하다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 시트의 평면 모식도이다;
도 2는 도 1의 전극 시트의 또 다른 평면 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 시트의 평면 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 구성을 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체를 권취 전의 구조를 나타낸 모식도이다;
도 6은 도 5의 전극조립체가 권취된 구조를 나타낸 모식도이다;
도 7은 도 6의 전극조립체가 변형된 구조를 나타낸 모식도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 시트의 평면이 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 도시된 전극 시트에 대해 대향 면을 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 함께 참조하면, 전극 시트(100)는 집전체(110), 전극활물질 코팅부(130a, 130b) 및 4개의 연장 집전부들(120, 121, 122, 123)로 구성되어 있다.
연장 집전부들(120, 121, 122, 123)은 전극 시트(100)의 가로 방향인 제 1 축(101)과 평행한 집전체(110)의 일측 단부로부터 전극 시트(100)의 세로 방향인 제 2 축(102) 방향으로 연장되어 있고, 전반적으로 장방형 구조로 이루어져 있다.
연장 집전부들(120, 121, 122, 123) 각각은, 제 1 축(101)에 대응되는 집전체(110)의 길이(D1) 대비 대략 30%의 길이(D2)로 집전체(110)의 단부로부터 연장되어 있고, 전극활물질을 포함하는 전극 합제가 코팅되어 있는 전극활물질 코팅부(130b)가 연장 집전부들(120, 121, 122, 123)의 양면에 부가되어 있다.
집전체(110)는 전반적으로 장방형의 시트 형상으로 이루어져 있고, 제 1 축(101) 방향인 집전체(110)의 가로가 제 2 축(102) 방향인 집전체(110)의 세로보다 더 긴 형태로 이루어져 있다.
집전체(110)의 일면에는 전극활물질 코팅부(130a)가 부가되어 있고, 일측 단부에는 전극활물질 코팅부(130a)가 부가되어 있지 않은 무지부가 형성되어 있다. 도면에 도시하지는 않았지만, 경우에 따라서, 무지부 및 무지부와 인접한 전극활물질 코팅부(130a)의 단부에 절연 테이프가 부착될 수 있다.
집전체(110)의 타면에는 전극활물질 코팅부(130a)가 부가되어 있지 않고, 집전체(110)의 형상에 전반적으로 대응하는 절연 부재인 절연 테이프(160)가 부착되어 있다. 여기서, 절연 테이프(160)는 연장 집전부가 돌출되어 있는 단부를 제외한 나머지 단부로부터 길이(w)만큼 더 긴 길이로 부착되어 있고, 단부 일부를 감싸는 형태로, 집전체(110)에 부가되어 있다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 시트의 평면이 모식적으로 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 전극 시트는 도 1 및 도 2에서 상술한 전극 시트(100)의 구조와 유사하나, 집전체(110a)의 양면에 전극활물질 코팅부(130c)가 부가되어 있지 않으며, 연장 집전부들(120a, 121b, 122c, 123d) 각각에만 전극활물질 코팅부(130c)가 부가되어 있다.
이러한 구조는, 전극 시트(100a)가 권취되어 전극조립체를 구성하는 경우, 집전체(110a)에 전극활물질 코팅부가 부가되어 있지 않은 바, 두께가 얇고, 전극활물질 코팅부의 박리가 없는 바, 권취된 집전체(110a) 부위의 변형을 용이하게 할 수 있다.
한편, 도 4에는 본 발명에 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 구성이 모식적으로 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체를 권취 전 구조가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 6에는 도 5의 전극조립체가 권취된 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 함께 참조하면, 전극조립체(200)는 두 개의 분리막들(220, 222), 양극 시트(210) 및 음극 시트(212)로 구성되어 있다.
양극 시트(210)의 무지부에는 양극 리드(216)가 장착되어 있고, 양극 리드(216)가 장착되어 있는 방향을 기준으로, 대향 방향에서 음극 리드(218)가 음극 시트(212)의 무지부에 장착되어 있다.
분리막들(220, 222)은 양극 및 음극 시트(210, 212)와 대략 동일한 형상으로 이루어져있고, 양극 및 음극 시트(210, 212) 보다 더 큰 크기로 이루어져 있다. 구체적으로, 분리막들(220, 222) 각각은, 양극 및 음극 시트(210, 212)의 집전체(215) 및 연장 집전부(214)와 대응되는 부위가 양극 및 음극 시트(210, 212)의 집전체(215) 및 연장 집전부(214)의 면적 보다 더 큰 면적으로 이루어져 있다.
전극조립체(200)는 분리막(220), 양극 시트(210), 분리막(222), 및 음극 시트(212)가 차례로 적층된 구조의 적층체(202)가, A-A’로 설정된 가상의 제 1 축(201)을 중심으로 권취되어 제조된다. 이 때, 적층체(202)에서, 집전체(215) 부위를 먼저 권취한 후에 연장 집전부들(214)을 권취하여, 상대적으로 작은 외경의 가변형 전극부(230)와 상대적으로 큰 외경의 고정형 전극부(240)를 포함하는 전극조립체(200)를 제조한다.
즉, 가변형 전극부(230)는 집전체(215) 부위가 권취된 전극부이고, 고정형 전극부(240)는 연장 집전부들(214)이 권취된 전극부로서, 가변형 전극부(230)상에 연장 집전부들(214)이 권취되어 형성된 고정형 전극부(240)는 가변형 전극부(230)보다 상대적으로 큰 외경을 가진다.
제 1 축(201)을 중심으로 권취된 전극조립체(200)는 도 6에서와 같이, 고정형 전극부들(240) 및 고정형 전극부들(240) 측부에 형성되어 있는 가변형 전극부들(230)과 전극조립체(200)의 양 단부에 형성되어 있는 양극 리드(216) 및 음극 리드(218)를 포함한다.
이러한 전극조립체(200)는, 도 7에서와 같이, 상대적으로 외경이 작고, 절연 부재(217)가 부가되어 변형이 용이한 가변형 전극부(230)가 소망하는 형태로 절곡될 수 있고, 그에 따라, 디바이스의 형태에 대응하여, 전극조립체(200)의 형상을 변형할 수 있다. 도 7은 전극조립체(200)가 변형된 하나의 예로서, 가변형 전극부(230)를 다양하게 절곡 또는 굴곡시켜, 전반적으로 라운드 형태나 계단 형태, 링 형상으로의 변형 또한 가능하다.
도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체가 모식적으로 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 전극조립체(300는 고정형 전극부들(340) 및 고정형 전극부들(340) 측부에 형성되어 있는 가변형 전극부들(330)과 양극 리드(316)와 음극 리드(318)를 포함하며, 양극 리드(316)와 음극 리드(318)가 전극조립체의 동일 단부에 나란히 형성되어 있다.
이러한 전극조립체(300)는, 양극 리드(316)와 음극 리드(318)가 근접하게 위치되어 있어, 양극 전류와 음극 전류에 의해 발생하는 자기장을 최소화할 수 있다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (27)

  1. 전극조립체를 구성하는 전극 시트로서,
    시트 형상의 집전체;
    전극활물질을 포함하는 전극 합제가 코팅되어 있는 전극활물질 코팅부; 및
    전극 시트의 가로 방향인 제 1 축과 평행한 집전체의 일측 또는 양측 단부로부터 전극 시트의 세로 방향인 제 2 축 방향으로 연장되어 있는 둘 이상의 연장 집전부들;
    을 포함하며,
    상기 제 1 축의 길이가 제 2 축의 길이보다 상대적으로 길고,
    상기 전극활물질 코팅부는 집전체의 일면 또는 양면과 연장 집전부의 일면 또는 양면에 각각 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연장 집전부는 평면상으로 다각형, 반원형, 반 타원형 또는 다수의 직선과 곡선이 서로 연결된 라운드의 형태로 집전체의 단부로부터 연장되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 연장 집전부들은 제 1 축에 대응되는 집전체의 길이 대비 30% 내지 100%의 길이로 집전체의 단부로부터 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 연장 집전부들은 그것의 폭 대비 100% 내지 200%의 거리로 상호 이격되어 집전체의 단부로부터 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 집전체의 일면 또는 양면에는 전기 절연성의 테이프 또는 전기 절연성의 코팅물질에서 선택되는 절연부재가 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 절연부재는 연장 집전부가 돌출되어 있는 단부를 제외한 나머지 단부로부터 0.3 mm 내지 0.7 mm의 길이로 돌출되도록 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 절연부재는 폴리올레핀, 폴리비닐클로라이드 및 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나에 따른 전극 시트를 포함하고 있는 전극조립체로서, 상기 전극조립체는 연장 집전부들이 각각 형성되어 있는 제 1 전극 시트와 제 2 전극 시트가 분리막이 개재된 상태에서 제 1 축을 기준으로 권취되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 전극 시트의 연장 집전부들과 제 2 전극 시트의 연장 집전부들을 동일한 위치에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 전극 시트는 양극 시트이고, 상기 제 2 전극 시트는 음극 시트인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 분리막은 제 1 전극 시트 및 제 2 전극 시트와 동일한 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 분리막은, 제 1 전극 시트 및 제 2 전극 시트의 집전체와 밀착하는 부위의 면적이, 대응하는 집전체 부위의 면적 대비 110% 내지 150%인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 분리막은, 제 1 전극 시트의 연장 집전부 및 제 2 전극 시트의 연장 집전부와 밀착하는 부위의 면적이, 대응하는 집전체 부위의 면적 대비 110% 내지 150%인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 집전체의 일면에는, 연장 집전부들이 돌출되어 있는 단부를 제외한 나머지 단부로부터 0.3 mm 내지 0.7 mm의 길이로, 전기 절연성의 테이프가 돌출되도록 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 일면은 제 1 전극 시트가 분리막을 사이에 두고 제 2 전극 시트와 대면하는 면에 대해 대향하는 타면인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  16. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 전극 시트는 제 1 축 방향에 대해 대응하는 집전체의 일측 단부에, 제 1 축 방향으로 돌출되도록 제 1 전극 리드가 부착되어 있으며, 상기 제 2 전극 시트는, 제 1 전극 시트에 대향되는 일측 단부에, 제 1 축 방향으로 돌출되도록 제 2 전극 리드가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  17. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 전극 시트는 및 제 2 전극 시트는, 제 1 축 방향에 대해 대응하는 집전체의 일측 단부에, 제 1 축 방향으로 돌출되도록, 제 1 전극 리드와 제 2 전극 리드가 각각 부착되어 나란히 위치하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  18. 제 8 항에 있어서, 상기 연장 집전부는 제 1 축에 대응되는 집전체의 길이 대비 30% 내지 100%의 길이로 집전체의 단부로부터 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  19. 제 8 항에 있어서, 상기 연장 집전부들은 그것의 폭 대비 100% 내지 200%의 거리로 이격되어 집전체의 단부로부터 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  20. 제 8 항에 있어서, 상기 전극조립체는, 집전체가 권취된 가변형 전극부, 및 상기 가변형 전극부의 외경보다 상대적으로 큰 외경을 가지며 연장 집전부가 권취된 고정형 전극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  21. 제 8 항에 있어서, 집전체를 먼저 권취한 후에 연장 집전부들을 권취하여, 상대적으로 작은 외경의 가변형 전극부와 상대적으로 큰 외경의 고정형 전극부를 형성하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 전극조립체는 가변형 전극부 상에서, 둘 이상의 고정형 전극부가 서로 이격되어 있고, 고정형 전극부들 사이의 가변형 전극부가 절곡 또는 굴곡되어, 전극조립체의 형태 변형이 가능한 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  23. 제 8 항에 따른 전극조립체를 전해액과 함께 전지케이스에 수납하고, 전지케이스를 밀봉한 구조의 이차전지.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 전지케이스는 전극조립체의 외형에 대응하는 가변적 전지케이스이고, 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  25. 제 23 항에 따른 이차전지를 동력원으로 포함하는 디바이스.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 디바이스는, 모바일 전자기기 또는 웨어러블 전자기기인 것을 특징으로 하는 디바이스.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 웨어러블 전자기기는 스마트 시계, 스마트 안경, 스마트 의류, 또는 스마트 밴드인 것을 특징으로 하는 디바이스.
KR1020150009653A 2015-01-21 2015-01-21 비정형 전극 시트 및 형태 변형이 가능한 구조의 비정형 전극조립체 KR101852765B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150009653A KR101852765B1 (ko) 2015-01-21 2015-01-21 비정형 전극 시트 및 형태 변형이 가능한 구조의 비정형 전극조립체

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150009653A KR101852765B1 (ko) 2015-01-21 2015-01-21 비정형 전극 시트 및 형태 변형이 가능한 구조의 비정형 전극조립체

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160089968A true KR20160089968A (ko) 2016-07-29
KR101852765B1 KR101852765B1 (ko) 2018-04-30

Family

ID=56617505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150009653A KR101852765B1 (ko) 2015-01-21 2015-01-21 비정형 전극 시트 및 형태 변형이 가능한 구조의 비정형 전극조립체

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101852765B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018030835A1 (ko) * 2016-08-11 2018-02-15 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101136156B1 (ko) * 2009-11-02 2012-04-17 삼성에스디아이 주식회사 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법
JP2013073720A (ja) * 2011-09-27 2013-04-22 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 電池および電池の製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018030835A1 (ko) * 2016-08-11 2018-02-15 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
US11189889B2 (en) 2016-08-11 2021-11-30 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable battery

Also Published As

Publication number Publication date
KR101852765B1 (ko) 2018-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2922135B1 (en) Battery cell having amorphous structure
KR101636449B1 (ko) 전극조립체의 단전을 방지하기 위한 씰 테이프를 포함하는 이차전지
KR101634772B1 (ko) 지그재그형 전극조립체를 포함하고 있는 전지셀
KR20160074963A (ko) 양극 탭과 음극 탭들이 동일한 방향으로 돌출되어 있는 원통형 이차전지
KR20190040800A (ko) 열전도 촉진용 실링 테이프를 포함하는 전지셀
KR20170033516A (ko) 접힘 방식으로 형태 변형이 가능한 구조의 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 이차전지
KR101763576B1 (ko) 작은 체적으로 고용량의 구현이 가능한 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR20180048038A (ko) 수명 특성이 향상된 권취형 전극조립체
KR20170027976A (ko) 점진적으로 증가하는 전극 로딩 구조의 전지셀
KR101951344B1 (ko) 고 유연성의 전극조립체 및 이를 포함하는 전지셀
KR20160108115A (ko) 전극 리드를 통한 전기 연결 구조를 효율적으로 구성할 수 있는 비정형 구조의 전지셀
KR102002315B1 (ko) 용량과 크기가 상이한 단위셀들로 구성된 비정형 전극조립체 및 이를 포함하는 전지셀
KR101809137B1 (ko) 비정형 전지셀의 활성화 공정에 사용되는 그립핑 장치
KR101852765B1 (ko) 비정형 전극 시트 및 형태 변형이 가능한 구조의 비정형 전극조립체
KR101608635B1 (ko) 고용량의 이차전지용 음극
KR20180081228A (ko) 단위셀의 위치에 따라 기공률이 상이한 전극을 포함하는 전극조립체
KR101636451B1 (ko) 로딩량이 다른 활물질층을 포함하고 있는 젤리-롤
KR101819693B1 (ko) 복수의 전극 단위체들 및 하나의 분리막 시트를 포함하는 전극조립체
KR20170113428A (ko) 고 유연성의 전극조립체 및 이를 포함하는 전지셀
KR101508051B1 (ko) 젤리-롤형 전극조립체, 이를 포함하는 리튬 이차 전지 및 그 제조방법
KR20180113693A (ko) 용접성이 향상된 전극 탭을 포함하는 전지셀
KR101763120B1 (ko) 권심 고정 결합부를 포함하는 권취 장치
KR20170012072A (ko) 형태 변형이 가능한 구조의 비정형 전지셀
KR101804218B1 (ko) 압축 밀봉 구조의 전지셀 및 이를 포함하며 절곡 또는 굴곡이 가능한 전지모듈
KR20170045804A (ko) 톱니 구조가 형성되어 있는 전극조립체 및 이를 포함하는 원형 전지셀

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