KR20170046513A - 전극조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극의 단선 발생을 제어하여 발화를 방지할 수 있는 전극조립체에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 일면에만 활물질이 도포되며, 타면에는 활물질이 도포되지 않는 무지부가 형성되며, 상기 무지부가 대향되도록 배치되는 한 쌍의 제1 전극, 상기 한 쌍의 제1 전극 사이에 배치되는 강화부재 및 상기 한 쌍의 제1 전극 중 하나의 제1 전극에 도포된 활물질과 대향되게 적층되고, 상기 제1 전극과 대향되는 면에 활물질이 도포되는 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전극조립체{ELECTRODE ASSEMBLY}

본 발명은 전극조립체에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전극의 단선 발생을 제어하여 발화를 방지할 수 있는 전극조립체에 관한 것이다.

물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.

이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다.

또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.

한편, 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.

대한민국공개특허공보 제10-2007-0097152호에는 종래의 젤리롤형 전극조립체 및 이를 가지는 이차 전지가 개시되어 있다.

이와 같은 종래의 이차 전지는 임팩트(impact) 테스트를 진행하였을 때 강도가 강한 충격에서 양극이 단선되어 쇼트(short)에 의해 발화가 발생할 수 있다

특히, 원형 셀의 고용량화로 캔(can) 외벽, 포일(foil) 등에서 얇은 재료를 사용하면서 기계적 테스트에 취약해졌으며, 임팩트 테스트에 실패(fail)하는 확률이 증가하고 있다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전극의 단선 발생을 억제하여 발화를 방지할 수 있는 전극조립체를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 전극조립체는 일면에만 활물질이 도포되며, 타면에는 활물질이 도포되지 않는 무지부가 형성되며, 상기 무지부가 대향되도록 배치되는 한 쌍의 제1 전극, 상기 한 쌍의 제1 전극 사이에 배치되는 강화부재 및 상기 한 쌍의 제1 전극 중 하나의 제1 전극에 도포된 활물질과 대향되게 적층되고, 상기 제1 전극과 대향되는 면에 활물질이 도포되는 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극일 수 있다.

상기 강화부재는 섬유, 직물, 종이, 셀로판, 플라스틱, 고무 중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 전극을 강화하여 단선을 억제함에 따른 이차전지의 발화를 방지하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 한 쌍의 전극 사이에 강화부재를 적층하는 단순한 구성으로 전극의 단선을 억제하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 종래 전극조립체의 양극과 음극이 적층된 것을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극조립체를 개략적으로 도시한 구성도이다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체는 일면에만 활물질(12)이 도포되며, 타면에는 활물질(12)이 도포되지 않는 무지부(11)가 형성되며, 상기 무지부(11)가 대향되도록 배치되는 한 쌍의 제1 전극(10), 상기 한 쌍의 제1 전극(10) 사이에 배치되는 강화부재(20) 및 상기 한 쌍의 제1 전극(10) 중 하나의 제1 전극(10)에 도포된 활물질(12)과 대향되게 적층되고, 상기 제1 전극(10)과 대향되는 면에 활물질(12)이 도포되는 제2 전극(30)을 포함한다.

본 발명의 전극조립체는 양극 활물질이 코팅된 양극, 음극 활물질이 코팅된 음극, 양극 및 음극 사이에 위치하여 양극과 음극의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터로 이루어진다.

또한, 일반적으로 양극은 알루미늄(Al) 재질의 포일(foil), 음극은 구리 재질의 포일(foil)을 사용하며, 세퍼레이터는 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 기재에 폴리비닐리덴 플로우라이드-헥사플로로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP co-polymer)를 코팅함으로써 제조될 수 있지만, 본 발명에서 위의 소재를 한정하는 것은 아니다.

제1 전극(10)과 제2 전극(30)은 전극조립체의 양극 또는 음극일 수 있는데, 제1 전극(10)과 제2 전극(30)은 상호 다른 극성으로 이루어진다.

즉, 제1 전극(10)이 양극일 경우 제2 전극(30)은 음극으로 이루어지고, 반대로 제1 전극(10)이 음극일 경우 제2 전극(30)은 양극으로 이루어진다.

그리고 본 발명에서는 제1 전극(10)이 양극을 형성하고, 제2 전극(30)이 음극을 형성하는 것이 바람직하다.

즉, 양극의 포일과 음극에 도포된 음극 활물질이 접촉하는 경우 이차전지에서 발화가 발생하기 가장 쉽기 때문에, 제1 전극(10)을 양극으로 형성하여 강화부재(20)가 제1 전극(10)의 단선을 방지하는 것이 본 발명의 전극조립체가 적용된 이차전지에 충격이 가해졌을 때 발화가 발생하는 것을 가장 효율적으로 방지할 수 있다.

하지만, 상황에 따라 제1 전극(10)을 음극으로 형성하여, 강화부재(20)가 제1 전극(10)의 단선을 방지하게 할 수도 있다.

양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다.

음극 활물질은 탄소(C) 계열 물질, 규소(Si), 주석(Sn), 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(compositetin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있다.

도 2는 종래 전극조립체의 양극과 음극이 적층된 것을 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 전극조립체는 음극(200)의 양측면 중 적어도 일측 면에 음극 활물질(210)이 도포되고, 양극(100)의 양측면 중 적어도 일측 면에 양극 활물질(110)이 도포되어 음극 활물질과 양극 활물질이 상호 대향되게 적층된다.

하지만, 이러한 전극조립체의 구성은 외부 충격시 음극(200) 또는 양극(100)의 단선이 쉽게 발생한다.

따라서 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 전극(10)의 포일을 한 쌍으로 형성하여 한 쌍의 제1 전극(10)이 각각 일측에만 활물질(12)을 도포하고, 활물질(12)이 도포되지 않은 타측에는 무지부(11)를 형성하여 한 쌍의 제1 전극(10)이 상호 무지부(11)를 대향하며 적층되게 한다.

그리고 한 쌍의 제1 전극(10)의 사이에 강화부재(20)를 배치하여 제1 전극(10)이 단선되지 않도록 제1 전극(10)의 내구성을 강화한다.

이러한 강화부재(20)는 한 쌍의 제1 전극(10)의 사이에 한 쌍의 제1 전극(10)을 따라 배치되어 제1 전극(10)의 단락을 방지할 수 있는 소재로 이루어지는데, 예를 들면, 섬유, 직물, 종이, 셀로판, 플라스틱, 고무 중 어느 하나 이상의 소재로 이루어져 강화부재(20)의 내구성을 강화할 수 있다.

하지만, 강화부재(20)의 소재를 상기 소재로 한정하는 것은 아니고, 절연 성질을 가지며, 제1 전극(10)의 크기 변화를 최소화하면서 제1 전극(10)의 단락을 방지할 수 있다면 어떠한 소재로도 이루어질 수 있다.

이와 같은, 강화부재(20)는 임팩트(impact) 테스트 등과 같은 충격 발생 시 제1 전극(10)이 단선되지 않도록 제1 전극(10)의 내구성을 강화한다.

제2 전극(30)은 제1 전극(10)과 대향하는 면에 활물질(12)이 도포되는데, 양면 모두에 활물질(12)이 도포되어 제1 전극(10)을 양측에 모두 적층할 수 있다.

그리고 본 발명의 전극조립체가 적용되는 이차 전지는 원통형 이차전지, 각형 이차전지, 파우치형 이차전지 등 일반적인 이차전지에 적용된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극조립체를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 제1 전극(10)의 활물질이 도포된 측에는 각각 제2 전극(30)이 적층되게 형성될 수 있다.

이때. 제2 전극(30)은 양면에 활물질이 모두 도포될 수도 있고, 또는 일면에만 활물질이 도포되고 타면에는 무지부(11)가 형성될 수 있고, 또는 도면에는 도시되지 않았지만 양면에 활물질이 모두 도포되되 제1 전극(10)과 대향되지 않는 일부분에는 무지부가 형성될 수도 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 전극조립체는 전극의 내구성을 강화하여 단선을 억제함에 따른 이차전지의 발화를 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 한 쌍의 전극 사이에 강화부재를 적층하는 단순한 구성으로 전극의 단선을 억제하는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 전극조립체를 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

10: 제1 전극
11: 무지부
12: 활물질
20: 강화부재
30: 제2 전극

Claims (3)

1. 일면에만 활물질(12)이 도포되며, 타면에는 활물질(12)이 도포되지 않는 무지부(11)가 형성되며, 상기 무지부(11)가 대향되도록 배치되는 한 쌍의 제1 전극(10);
   상기 한 쌍의 제1 전극(10) 사이에 배치되는 강화부재(20); 및
   상기 한 쌍의 제1 전극(10) 중 하나의 제1 전극(10)에 도포된 활물질(12)과 대향되게 적층되고, 상기 제1 전극(10)과 대향되는 면에 활물질(12)이 도포되는 제2 전극(30); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 전극(10)은 양극이고, 상기 제2 전극(30)은 음극인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 강화부재(20)는 섬유, 직물, 종이, 셀로판, 플라스틱, 고무 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극조립체.

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