KR20170118449A - 전극, 그러한 전극을 포함하는 전극 조립체 및 그러한 전극 및 전극 조립체의 제조 방법 - Google Patents

전극, 그러한 전극을 포함하는 전극 조립체 및 그러한 전극 및 전극 조립체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

전극, 그러한 전극을 포함하는 전극 조립체 및 그러한 전극 및 전극 조립체의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일실시예에 따르면 종래에 비해 무지부의 면적이 작은 전극을 제조할 수 있으므로, 전극이 탑재되는 전극 조립체 또는 이차전지의 전기 용량이 증대된다.

Description

전극, 그러한 전극을 포함하는 전극 조립체 및 그러한 전극 및 전극 조립체의 제조 방법{Electrode, electrode assembly including the electrode and method of manufacturing the electrode and the electrode assembly}
본 발명은 전극, 그러한 전극을 포함하는 전극 조립체 및 그러한 전극의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 용량 및 외경의 대칭성이 향상된 전극, 그러한 전극을 포함하는 전극 조립체 및 그러한 전극의 제조 방법에 관한 것이다.
반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차전지(Secondary battery)는 양극, 분리막, 음극을 순차적으로 적층하여 제조되는 전극 조립체(Electrode assembly)를 포함한다. 따라서, 이차전지를 제조하기 위해서는 전극 조립체를 구성하는 전극을 먼저 제조할 필요가 있다. 종래기술에 따른 전극의 구조를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 전극 활물질이 코팅된 전극의 일측면을 도시한 도면이고, 도 2는 종래기술에 따른 전극 활물질이 코팅된 전극의 타측면을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면 전극(1)은 전극 집전체에 전극 활물질을 코팅함으로써 제조된다. 이때, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 전극(1)에는 전극을 전극리드(미도시)에 연결하기 위한 전극탭(4)이 부착되는 경우가 있다.
한편, 전극(1)은 전극 집전체의 일측면(2)과 타측면(3)에 전극 활물질을 코팅함으로써 제조되는데, 전극 집전체의 일측면과 타측면에서 전극 활물질이 코팅되는 부분을 유지부라 하고, 전극 활물질이 코팅되지 않은 부분을 무지부라 한다. 도 1 및 도 2에는 전극(1)의 유지부(5) 및 무지부(6)가 도시되어 있다. 전극탭(4)은 무지부(6)에 부착될 수 있다. 즉, 무지부(6)는 전극탭(4)을 전극(1)에 부착하기 위하여 형성되는 구성일 수 있다.
이때, 종래기술에 따르면 전극탭(4)을 전극에 부착하기 위하여 초음파 용접을 하였는데, 이러한 초음파 용접을 이용하여 전극탭(4)을 전극에 부착하는 경우, 전극 집전체의 양측면 중 전극탭이 부착되는 면(도 1 및 도 2의 타측면(3)) 뿐만 아니라 전극탭이 부착되지 않는 면(도 1 및 도 2의 일측면(2))에도 전극탭이 부착되는 부분에 상응하는 위치에 무지부(6)가 형성되어야 했다. 따라서, 종래 기술에 따르면, 전극의 전체 면적에 비해 상대적으로 무지부가 형성되는 부분이 많아 전극이 탑재되는 전극 조립체 또는 이차전지의 전기용량이 줄어드는 문제점이 발생하였다.
또한, 무지부가 형성되는 부분은 유지부가 형성되는 부분에 비해 전극의 두께가 상대적으로 작기 때문에 이러한 전극을 권취하여 형성되는 젤리-롤(Jelly-Roll) 형 전극 조립체를 이용하여 원형 이차전지를 제조하는 경우에 무지부가 없거나 적은 경우와 비교하여 이차전지 또는 전극 조립체의 외경의 비대칭 문제가 더욱 심해진다는 문제점이 있었다.
또한, 종래 기술에 따르면 무지부가 전극 집전체의 양면에 코팅되어 양면의 구분이 어려우므로, 전극 집전체의 양면을 구별하기 위한 별도의 미스매치 영역이 필요하다는 문제점도 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 무지부가 상대적으로 작은 전극을 제조함으로써 그러한 전극이 탑재되는 전극 조립체 또는 이차전지의 전기용량이 증대하도록 하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 전극이 원형 이차전지에 탑재되는 젤리-롤 형 전극 조립체에 적용되는 경우 이차전지 또는 전극 조립체의 외경의 비대칭을 완화하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따르면, 제1 전극 활물질이 코팅된 제1 전극 집전체; 및 상기 제1 전극 집전체에 부착되는 제1 전극탭; 을 포함하고, 상기 제1 전극 집전체의 일측면에는 전체적으로 상기 제1 전극 활물질이 코팅되고, 상기 제1 전극 집전체의 타측면에는 상기 제1 전극 활물질이 코팅되지 않는 영역인 무지부가 복수 개 형성되며, 상기 무지부에 의해 상기 제1 전극 집전체의 타측면에는 상기 제1 전극 활물질이 코팅된 영역인 유지부가 서로 이격되어 형성되고, 상기 제1 전극탭은 상기 무지부에 부착되고, 상기 무지부는 상기 전극 집전체의 중간 영역에 형성되며, 상기 유지부 중 적어도 어느 하나의 길이는 나머지 유지부의 길이와 모두 상이한 전극이 제공된다.
상기 제1 전극 집전체의 타측면에는 상기 무지부가 2개 형성될 수 있다.
상기 무지부 상에 구비되고 상기 무지부에 상기 제1 전극탭을 부착하기 위한 전도성 접착제; 를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전극은 양극일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 측면에 따르면, 상기의 제1 전극 집전체; 제2 전극 활물질이 코팅된 제2 전극 집전체; 및 상기 제1 전극 집전체와 상기 제2 전극 집전체 사이에 구비되는 분리막; 을 권취하여 형성되는 젤리-롤(Jelly-Roll)형 전극 조립체가 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 측면에 따르면, 상기 제1 전극 집전체에 제1 전극 활물질을 코팅하는 코팅 단계; 를 포함하고, 상기 코팅 단계는, (a) 상기 제1 전극 집전체의 일측면에는 전체적으로 제1 전극 활물질이 코팅되고, (b) 상기 제1 전극 집전체의 타측면의 적어도 일부에는 상기 제1 전극 활물질이 코팅되지 않는 영역인 무지부가 복수 개 형성되도록 함으로써 상기 무지부에 의해 상기 제1 전극 집전체의 타측면에는 상기 제1 전극 활물질이 코팅된 영역인 유지부가 서로 이격되어 형성되도록 하고, (c) 상기 무지부는 상기 전극 집전체의 중간 영역에 형성되도록 하고, (d) 상기 유지부 중 적어도 어느 하나의 길이는 나머지 유지부의 길이와 모두 상이하도록 하는 전극의 제조 방법이 제공된다.
상기 제1 전극 집전체의 타측면에는 상기 무지부가 2개 형성될 수 있다.
상기 무지부에 제1 전극탭을 부착하는 전극탭 부착 단계; 를 더 포함하고, 상기 전극탭 부착 단계는, 레이저 용접, 저항 용접 또는 전도성 접착제 중 적어도 어느 한 수단을 이용하여 상기 제1 전극탭을 상기 무지부에 부착할 수 있다.
상기 제1 전극은 양극일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제4 측면에 따르면, 상기의 제조 방법에 의해 제조된 제1 전극 집전체; 제2 전극 활물질이 코팅된 제2 전극 집전체; 및 상기 제1 전극 집전체와 상기 제2 전극 집전체 사이에 구비되는 분리막; 을 권취하여 형성되는 젤리-롤(Jelly-Roll)형 전극 조립체를 제조하는, 전극 조립체의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 무지부가 상대적으로 작은 전극을 제조함으로써 그러한 전극이 탑재되는 전극 조립체 또는 이차전지의 전기용량이 증대된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 전극이 원형 이차전지에 탑재되는 젤리-롤 형 전극 조립체에 적용되는 경우 이차전지 또는 전극 조립체의 외경의 비대칭 문제를 해소 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 무지부가 전극 집전체의 일면에만 무지부가 형성되고, 무지부가 형성되는 면의 유지부의 길이가 서로 상이하므로, 전극 집전체의 양면을 구별하기 위한 별도의 미스매치 영역이 필요하지 않게 되는 효과도 발생하였다.
도 1은 종래기술에 따른 전극 활물질이 코팅된 전극의 일측면을 도시한 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 전극 활물질이 코팅된 전극의 타측면을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 활물질이 코팅된 전극의 일측면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 활물질이 코팅된 전극의 타측면을 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 전극, 그러한 전극을 포함하는 전극 조립체 및 그러한 전극 및 전극 조립체의 제조 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 활물질이 코팅된 전극의 일측면을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 활물질이 코팅된 전극의 타측면을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전극(10)은 전극 집전체의 양면에서 적어도 일부에 전극 활물질을 코팅함으로써 제조될 수 있다. 도 3 및 도 4에는 전극 집전체의 양면, 즉, 일측면(20)과 타측면(30)에 전극 활물질이 코팅되어 제조된 전극(10)이 도시되어 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전극은 양극일 수 있다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 전극(10)은 전극 집전체의 양면에서 적어도 일부에 양극 활물질을 코팅함으로써 제조될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 전극 집전체의 일측면(20)과 타측면(30)은 각각 다른 방식으로 전극 활물질이 코팅된다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 전극을 구성하는 전극 집전체의 일측면(20)에는 전체적으로 전극 활물질이 코팅된다. 즉, 일측면(20) 전체에는 전극 활물질이 코팅된 영역인 유지부(50)가 형성될 수 있다. 반면, 전극 집전체의 타측면에는 유지부(50) 뿐만 아니라 전극 활물질이 코팅되지 않는 영역인 무지부(60)가 형성된다. 이때, 무지부(60)는 복수 개 형성될 수 있다. 도 4에는 타측면(30)에 두 개의 무지부인 제1 무지부(62) 및 제2 무지부(64)가 서로 이격되어 형성된 모습이 도시되어 있다. 이와 달리 무지부(60)는 3개 이상 이격되어 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 전극 집전체의 타측면(30)에는 복수의 무지부(60)가 이격되어 형성되므로, 무지부(60)에 의해 타측면(30)에 형성되는 유지부(50) 역시 서로 이격되어 형성된다. 도 4에는 제1 및 제2 무지부(62, 64)에 의해 3개의 유지부(50)인 제1 유지부(52), 제2 유지부(54) 및 제3 유지부(56)가 서로 이격되어 형성되어 있는 모습이 도시되어 있다. 이와 달리, 무지부(가 3개 이상 이격되어 형성되는 경우, 무지부에 의해 유지부 역시 4개 이상 이격되어 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면 무지부에 의해 유지부는 서로 이격되게 복수 개 형성되는데 이때, 복수 개의 유지부 중 적어도 일부는 나머지 유지부의 길이와 모두 상이할 수 있다.예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 무지부(62, 64)가 2개 형성되고, 무지부(62, 64)에 의해 유지부(52, 54, 56)가 3개 형성되는 경우, 제1 유지부(52)의 길이를 제1 길이, 제2 유지부(54)의 길이를 제2 길이, 제3 유지부(56)의 길이를 제3 길이라고 할 때, 제1 길이 내지 제3 길이 중 적어도 어느 하나는 나머지 길이와 모두 상이할 수 있다. 무지부가 3개 이상 형성되고, 그로 인해 유지부 역시 4개 이상(즉, n개) 형성되는 경우, 제1 내지 제n 유지부의 길이를 각각 제1 내지 제n 길이라고 할 때, 제1 내지 제n 길이 중 적어도 어느 하나는 나머지 길이와 모두 상이할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 무지부는 중간 영역에 형성될 수 있다. 무지부가 중간 영역에 형성되는 이유는 하기에서 전극탭(40)에 대해 설명할 때 자세히 설명하도록 한다.
계속해서 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전극(10)은 전극탭(40)을 포함한다. 전극탭(40)은 외부의 전자 기기와 전극 조립체를 연결하는 전극 리드(미도시)와 전극을 연결하는 구성일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 전극탭(40)은 무지부(62, 64)에 부착될 수 있다.
무지부(62, 64)는 전극 집전체에 전극탭을 부착하기 위하여 형성되는 구성일 수 있다. 그런데, 전극 조립체를 포함하는 이차전지가 사용되는 과정에서 전자가 이동하며 전극탭을 통과하게 되는데 전자가 이동하는 거리가 길수록 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 내부 저항이 증가하게 된다. 따라서, 이차전지의 내부 저항을 줄이기 위해서는 전자가 이동하는 거리를 최소화할 필요가 있다. 이를 위해, 전극탭(40)이 부착되는 무지부(62, 64)는 전극 집전체의 중간 영역에 형성될 수 있다. 무지부가 전극 집전체의 중간 영역에 형성되는 경우, 전극탭 역시 전극 집전체의 중간 영역에 부착되므로, 무지부가 전극 집전체의 양끝 영역에 형성되는 경우와 비교하였을 때, 전자의 이동 거리가 최소화되므로 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 내부 저항이 감소하게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면 전극 집전체의 일측면(20)의 전체에는 전극 활물질이 코팅되므로 전극 집전체의 일측면에는 무지부가 형성되지 않을 수 있다. 그러나, 종래 기술에 의하면 전극탭을 전극 집전체에 용접할 때 초음파 용접을 하는 것이 일반적이었으므로, 전극탭이 부착되지 않는 면(도 3 및 도 4의 일측면(20))에도 전극탭이 부착되는 부분에 상응하는 위치에 무지부가 형성되어야 했다. 그러나 이는, 전극 조립체의 용량 감소 문제 및 젤리-롤 형의 전극 조립체 제작시 외경의 비대칭 문제를 야기했다.
이와 달리, 본 발명의 일실시예에 따르면 전극 집전체의 타측면(30)에 전극탭(40)을 부착할 때, 레이저 용접, 저항 용접 또는 전도성 접착제 중 적어도 어느 한 수단을 이용하여 전극탭을 무지부에 부착할 수 있다. 레이저 용접, 저항 용접 또는 전도성 접착제 중 어느 한 수단을 이용하여 전극탭을 무지부에 부착할 경우, 전극탭이 직접 부착되지 않는 일측면에는 무지부를 형성할 필요가 없게 되므로, 전극 조립체의 용량 감소 문제 및 젤리-롤 형의 전극 조립체 제작시 외경의 비대칭 문제를 해소할 수 있다. 이때, 저항 용접(resistance welding)은 저항봉을 이용하여 용접하고자 하는 부분을 가압 및/또는 가열하여 용접하는 방식을 의미한다.
한편, 상기와 같은 구성 또는 방법에 의해 제조된 전극은 전극 조립체를 구성하게 된다. 즉, 상기와 같은 구성 또는 방법에 의해 제조된 전극을 제1 전극이라고 하였을 때, 제1 전극은 분리막 및 제2 전극과 함께 순차적으로 적층되어 전극 조립체를 구성하게 된다. 이때, 본 발명의 일실시예에 따른 전극은 젤리-롤(Jelly-Roll) 형 전극 조립체의 제조에 이용될 수 있다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 전극을 제1 전극이라고 하였을 때, 본 발명의 일실시예에 따른 전극은, 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 순차적으로 적층한 후 권취함으로써 형성되는 젤리-롤 형 전극 조립체의 제조에 이용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 무지부가 형성되는 부분은 유지부가 형성되는 부분에 비해 전극의 두께가 상대적으로 작기 때문에 양측면 모두에 무지부가 형성된 전극을 권취하여 형성되는 젤리-롤(Jelly-Roll) 형 전극 조립체를 이용하여 원형 이차전지를 제조하는 경우에 이차전지 또는 젤리-롤 형 전극 조립체의 외경의 비대칭 문제가 발생하는 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명의 일실시예에 따른 전극은 종래 기술에 따른 전극과 비교하여 무지부가 형성되는 영역이 작으므로, 이러한 전극을 젤리-롤 형 전극 조립체의 제조에 사용하는 경우 젤리-롤 형 전극 조립체 또는 그러한 전극 조립체를 이용하여 제조되는 원형 이차전지의 외경 비대칭 문제가 해소될 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 전극 또는 전극 조립체의 제조 방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 전극 집전체를 준비하는 단계; 가 이루어진다. 이후, 전극 집전체에 전극 활물질을 코팅하는, 코팅 단계; 가 이루어진다. 이때, 코팅 단계는, (a) 전극 집전체의 일측면에는 전체적으로 전극 활물질이 코팅되고, (b) 전극 집전체의 타측면의 적어도 일부에는 전극 활물질이 코팅되지 않는 영역인 무지부가 복수 개 형성되도록 함으로써 무지부에 의해 전극 집전체의 타측면에는 전극 활물질이 코팅된 영역인 유지부가 서로 이격되어 형성되도록 하고, (c) 무지부는 전극 집전체의 중간 영역에 형성되도록 하고, (d) 유지부 중 적어도 어느 하나의 길이는 나머지 유지부의 길이와 모두 상이하도록 이루어진다.
코팅 단계가 이루어지고 난 후에는, 무지부에 전극탭을 부착하는, 전극탭 부착 단계; 가 이루어진다. 이때, 전극탭 부착 단계에서, 레이저 용접, 저항 용접 또는 전도성 접착제 중 적어도 어느 한 수단을 이용하여 전극탭을 무지부에 부착할 수 있음은 전술한 바 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 실시가 가능함은 물론이다.
1 : 전극
2 : 일측면
3 : 타측면
4 : 전극탭
5 : 유지부
6 : 무지부
10 : 전극
20 : 일측면
30 : 타측면
40 : 전극탭
50 : 유지부
52 : 제1 유지부
54 : 제2 유지부
56 : 제3 유지부
60 : 무지부
62 : 제1 무지부
64 : 제2 무지부

Claims (10)

  1. 제1 전극 활물질이 코팅된 제1 전극 집전체; 및
    상기 제1 전극 집전체에 부착되는 제1 전극탭; 을 포함하고,
    상기 제1 전극 집전체의 일측면에는 전체적으로 상기 제1 전극 활물질이 코팅되고,
    상기 제1 전극 집전체의 타측면에는 상기 제1 전극 활물질이 코팅되지 않는 영역인 무지부가 복수 개 형성되며,
    상기 무지부에 의해 상기 제1 전극 집전체의 타측면에는 상기 제1 전극 활물질이 코팅된 영역인 유지부가 서로 이격되어 형성되고,
    상기 제1 전극탭은 상기 무지부에 부착되고,
    상기 무지부는 상기 전극 집전체의 중간 영역에 형성되며,
    상기 유지부 중 적어도 어느 하나의 길이는 나머지 유지부의 길이와 모두 상이한 전극.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극 집전체의 타측면에는 상기 무지부가 2개 형성되는 전극.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 무지부 상에 구비되고 상기 무지부에 상기 제1 전극탭을 부착하기 위한 전도성 접착제; 를 더 포함하는 전극.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극 활물질은 양극 활물질인 전극.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 따른 제1 전극; 제2 전극 활물질이 코팅된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 분리막; 을 권취하여 형성되는 젤리-롤(Jelly-Roll)형 전극 조립체.
  6. 제1 전극 집전체를 준비하는 단계;
    상기 제1 전극 집전체에 제1 전극 활물질을 코팅하는, 코팅 단계; 를 포함하고,
    상기 코팅 단계는,
    (a) 상기 제1 전극 집전체의 일측면에는 전체적으로 제1 전극 활물질이 코팅되고, (b) 상기 제1 전극 집전체의 타측면의 적어도 일부에는 상기 제1 전극 활물질이 코팅되지 않는 영역인 무지부가 복수 개 형성되도록 함으로써 상기 무지부에 의해 상기 제1 전극 집전체의 타측면에는 상기 제1 전극 활물질이 코팅된 영역인 유지부가 서로 이격되어 형성되도록 하고, (c) 상기 무지부는 상기 전극 집전체의 중간 영역에 형성되도록 하고, (d) 상기 유지부 중 적어도 어느 하나의 길이는 나머지 유지부의 길이와 모두 상이하도록 하는 전극의 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 전극 집전체의 타측면에는 상기 무지부가 2개 형성되는 전극의 제조 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 무지부에 제1 전극탭을 부착하는, 전극탭 부착 단계; 를 더 포함하고,
    상기 전극탭 부착 단계는,
    레이저 용접, 저항 용접 또는 전도성 접착제 중 적어도 어느 한 수단을 이용하여 상기 제1 전극탭을 상기 무지부에 부착하는 전극의 제조 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 전극은 양극인 전극의 제조 방법.
  10. 청구항 6에 의하여 제조된 상기 제1 전극 집전체; 제2 전극 활물질이 코팅된 제2 전극 집전체; 및 상기 제1 전극 집전체와 상기 제2 전극 집전체 사이에 구비되는 분리막; 을 권취하여 형성되는 젤리-롤(Jelly-Roll)형 전극 조립체를 제조하는, 전극 조립체의 제조 방법.
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