KR20180022429A - 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20180022429A
KR20180022429A KR1020160107852A KR20160107852A KR20180022429A KR 20180022429 A KR20180022429 A KR 20180022429A KR 1020160107852 A KR1020160107852 A KR 1020160107852A KR 20160107852 A KR20160107852 A KR 20160107852A KR 20180022429 A KR20180022429 A KR 20180022429A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
substrate
small
material layer
active material
Prior art date
Application number
KR1020160107852A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102277352B1 (ko
Inventor
윤동식
안이섭
안호용
이정현
임명덕
정혜선
한승훈
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
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 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020160107852A priority Critical patent/KR102277352B1/ko
Priority to US16/326,592 priority patent/US11043689B2/en
Priority to EP17843868.5A priority patent/EP3506408B1/en
Priority to CN201780051635.6A priority patent/CN109643821B/zh
Priority to PCT/KR2017/008857 priority patent/WO2018038448A1/ko
Publication of KR20180022429A publication Critical patent/KR20180022429A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102277352B1 publication Critical patent/KR102277352B1/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
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • 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
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • 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
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • 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
    • H01M4/66—Selection of materials
    • 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
    • Y02E60/122—

Landscapes

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

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 전극 조립체는 제1 전극 활성부와 제1 전극 무지부를 가지는 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극 활성부와 제2 전극 무지부를 가지는 제2 전극을 적층하여 권회축을 중심으로 권취한 전극 조립체에 있어서, 제1 전극 활성부는 제1 기재, 상기 제1 기재의 양면에 각각 형성되어 있는 제1 활물질층을 포함하는 제1 소전극부, 상기 제1 기재의 일면은 노출되어 있고, 제1 기재의 타면에 형성되어 있는 상기 제1 활물질층을 포함하는 제2 소전극부를 포함하고, 제2 소전극부는 상기 전극 조립체의 첫번째 회전으로 생성되는 제1 곡면부에 위치한다.

Description

전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지{ELECTRODE ASSEMBLY AND RECHARGEABLE BATTERY INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전극 조립체에 관한 것으로, 특히 이차 전지용 전극 조립체와 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
이차전지는 전기에너지를 화학에너지의 형태로 바꾸어 저장할 수 있는 우수한 에너지 밀도를 제공하는 전력저장시스템이다. 재충전이 불가능한 일차전지에 비해 이차전지는 재충전이 가능하여 스마트폰, 노트북, 타블렛 PC 등 IT 기기에 많이 사용되고 있다.
최근에는 환경문제와 화석연료 고갈문제로 인해 전기자동차에 대한 관심이 높아졌고, 이에 따라 전기자동차의 배터리를 이차전지로 사용하는 추세에 있다. 이차전지는 이러한 추세에 따라 고밀도, 고출력, 안전성 등의 특성이 요구되고 있다.
이차전지의 종류에는 납축전지, 니켈-카드뮴전지, 니켈수소전지, 리튬이온전지, 리튬폴리머전지, 리튬메탈전지, 리튬에어전지, 나트륨에어전지 등이 있다. 이 중 리튬을 이용한 이차전지는 다른 전지에 비해 작동전압과 단위중량당 에너지밀도가 높다는 장점을 가지고 있어 휴대용 IT 기기와 전기차에 급속도로 적용되고 있다.
리튬계열 이차전지는 리튬의 강한 반응성으로 인해 단락이 발생할 경우 발화 및 폭발의 위험성이 있어서 반복적인 충/방전에도 전극간 단락이 발생하지 않는 안전한 구조가 요구된다. 이러한 안전성 확보와 함께 고속 생산이 용이하도록 이차전지의 전극 조립체 구조가 개발되어 왔다.
대표적으로는, 첫째 양/음극 전극 사이에 세퍼레이터를 넣고 말아서 전극 조립체를 형성시키는 권취(winding)구조가 있으며, 둘째는 전지 크기에 맞게 절단한 양/음극 전극들을 세퍼레이터와 번갈아 쌓아서 전극 조립체를 형성시키는 스택(Stack)구조가 있다.
이러한 전극 조립체의 양극 및 음극은 기재 위에 활물질층을 배치하여 형성하는데, 일반적으로 양극의 활물질층의 두께가 음극의 활물질층 두께보다 두껍다. 따라서 권취 구조의 전극 조립체를 제작하는 경우에 권회축과 인접할수록 회전 반경이 작아 양극 전극에 크랙이 발생하고, 이로 인해서 전지의 특성 및 수율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 권회축과 인접하여 회전 반경이 작더라도 크랙 발생을 최소화할 수 있는 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 Li 석출을 최소화하여 전기적 특성을 향상시킨 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 조립체는 제1 전극 활성부와 제1 전극 무지부를 가지는 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극 활성부와 제2 전극 무지부를 가지는 제2 전극을 적층하여 권회축을 중심으로 권취한 전극 조립체에 있어서, 제1 전극 활성부는 제1 기재, 상기 제1 기재의 양면에 각각 형성되어 있는 제1 활물질층을 포함하는 제1 소전극부, 상기 제1 기재의 일면은 노출되어 있고, 제1 기재의 타면에 형성되어 있는 상기 제1 활물질층을 포함하는 제2 소전극부를 포함하고, 제2 소전극부는 상기 전극 조립체의 첫번째 회전으로 생성되는 제1 곡면부에 위치한다.
상기 전극 조립체는 제1 곡면부와 상기 제1 전극 무지부 사이에 위치하는 제1 평탄부를 더 포함하고, 제2 소전극부는 상기 제1 곡면부로부터 연장되어 상기 제1 평탄부에 위치하는 확장 전극부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 전극 활성부는 제2 기재, 상기 제2 기재의 양면에 각각 형성되어 있는 제2 활물질층을 포함하는 제3 소전극부, 제2 기재의 일면은 노출되어 있고, 상기 제2 기재의 타면에 형성되어 있는 상기 제2 활물질층을 포함하는 제4 소전극부를 포함할 수 있다.
상기 제4 소전극부는 상기 확장 전극부와 마주할 수 있다.
상기 제2 소전극부의 상기 제1 활물질층은 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 상기 제4 소전극부의 상기 제2 기재와 중첩할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체는 제1 전극 활성부와 제1 전극 무지부를 가지는 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극 활성부와 제2 전극 무지부를 가지는 제2 전극을 적층하여 권회축을 중심으로 권취한 전극 조립체에 있어서,상기 제1 전극 활성부는 제1 기재, 상기 제1 기재의 적어도 일면에 형성되어 있는 제1 활물질층을 포함하고, 제1 전극 활성부는 상기 전극 조립체의 첫번째 회전으로 생성되는 제1 곡면부에 위치하며 상기 권회축과 마주하는 상기 제1 기재는 노출된다.
상기 전극 조립체는 상기 제1 곡면부와 상기 제1 전극 무지부 사이에 위치하는 제1 평탄부를 더 포함하고, 제1 평탄부에 위치하는 상기 제1 기재는 노출될 수 있다.
상기 제2 전극 활성부는 제2 기재, 상기 제2 기재의 적어도 일면에 형성되어 있는 제2 활물질층을 포함하고, 제2 전극 활성부의 첫번째 회전으로 생성되는 제2 곡면부에 위치하며, 상기 권회축과 마주하는 상기 제2 기재는 노출되어 있을 수 있다.
상기 제1 전극의 로딩 레벨은 40mg/㎠이고, 제2 소전극부의 길이는 1mm 내지 4mm이고, 제1 전극의 두께는 60㎛ 내지 80㎛일 수 있다.
상기 제1 전극의 전류 밀도는 3.5mA/㎠일 수 있다.
상기 제1 전극은 양극이고, 제2 전극은 음극일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 상기의 전극 조립체, 전극 조립체와 함께 전해질을 수용하는 케이스를 포함한다.
본 발명에서와 같이 이차 전지를 제조하면, 권회축과 인접하여 회전 반경이 작더라도 크랙이 발생하지 않아 전지 특성이 우수한 이차 전지를 제공할 수 있다.
또한, 권심부에서 Li의 석출로 인한 전지 특성 저하를 방지할 수 있는 이차 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 전극 조립체의 개략적인 횡단면도이다.
도 3은 도 1의 전극 조립체를 전개하여 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 개략적인 횡단면도이다.
도 5는 도 4의 전극 조립체를 전개하여 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 7은 도 6의 VII-VII선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 전극 조립체의 개략적인 횡단면도이고, 도 3은 도 1의 전극 조립체를 전개하여 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 조립체(101)는 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 세퍼레이터(123)를 포함한다. 세퍼레이터(123)는 절연을 위한 것으로, 제1 전극(121), 세퍼레이터(123), 제2 전극(122), 세퍼레이터(123) 순으로 적층될 수도 있다.
전극 조립체(101)는 제1 전극(121), 세퍼레이터(123) 및 제2 전극(122)이 적층된 상태로 권회축(XL)을 중심으로 권취된 젤리롤(jelly roll) 형태일 수 있다. 필요에 따라서 전극 조립체(101)는 권취된 후 납작하게 가압될 수 있으며, 횡단면이 대략 타원형일 수 있다.
제1 전극(121)은 제1 전극 활성부(11a)와 제1 전극 무지부(11b)를 포함하고, 제2 전극(122)은 제2 전극 활성부(12a) 및 제2 전극 무지부(12b)를 포함한다.
제1 전극 활성부(11a)는 제1 기재(11a1)와 제1 기재(11a1)의 적어도 일면에 형성되어 있는 제1 활물질층(11a2)을 포함하는 제1 소전극부(S1)와 제2 소전극부(S2)를 포함하고, 제2 전극 활성부(12a)는 제2 기재(12a1)와 제2 기재(12a1)의 적어도 일면에 형성되어 있는 제2 활물질층(12a2)을 포함하는 제3 소전극부(S3)와 제4 소전극부(S4)를 포함한다.
이때, 제1 소전극부(S1)는 제1 기재(11a1)와 제1 기재(11a1)의 양면에 형성되어 있는 제1 활물질층(11a2)을 포함하고, 제2 소전극부(S2)는 제1 기재(11a1)와 제1 기재(11a1)의 일면에 형성되어 있는 제1 활물질층(11a2)을 포함한다. 그리고 제3 소전극부(S3)는 제2 기재(12a1)와 제2 기재(12a1)의 양면에 형성되어 있는 제2 활물질층(12a2)을 포함하고, 제4 소전극부(S4)는 제2 기재(12a1)와 제2 기재(12a1)의 일면에 형성되어 있는 제2 활물질층(12a2)을 포함한다. 재1 기재(11a1) 및 제2 기재(12a1)는 띠 형상의 금속 포일(foil) 로 형성될 수 있다.
제2 소전극부(S2)와 제4 소전극부(S4)의 길이는 각각 4mm이하일 수 있으며, 바람직하게는 1mm 내지 4mm일 수 있다. 제2 소전극부(S2)와 제4 소전극부(S4)의 길이가 1mm미만일 경우 공정 오차가 발생할 수 있으며, 4mm초과일 경우 전지 용량이 줄어들 수 있다.
제1 기재(11a1)는 제1 활물질층(11a2)에서 발생하는 전하의 이동 통로를 제공하고, 제1 활물질층(11a2)을 지지한다. 예를 들어, 제1 전극(121)은 양극일 수 있으며, 제1 기재(11a1)는 알루미늄을 포함할 수 있다.
제1 활물질층(11a2)은 전극 활물질, 바인더, 도전체 등을 포함하는 전극 합재를 용매에 분산시켜 슬러리 형태로 만든 다음, 이를 제1 기재(11a1)의 적어도 일면에 도포한 후 건조 및 압축하여 형성될 수 있다.
제1 전극(121)의 전류 밀도는 3.5mA/㎠이상이며, 두께는 60㎛이상 80㎛이하일 수 있다.
제2 기재(12a1)는 제2 활물질층(12a2)에서 발생하는 전하의 이동 통로를 제공하고, 제2 활물질층(12a2)을 지지한다. 예를 들어, 제2 전극(122)은 음극일 수 있으며, 제2 기재(12a1)는 구리를 포함할 수 있다.
제2 활물질층(12a2)은 전극 활물질, 바인더, 도전재 등으로 이루어진 전극 합재에 용매를 분산시켜 슬러리 형태로 만든 다음, 이를 제2 기재(12a1)의 적어도 일면에 도포한 후 건조 및 압축하여 형성할 수 있다.
그리고, 제1 전극 무지부(11b)와 제2 전극 무지부(12b)는 활물질층을 포함하지 않으며, 제1 기재(11a1) 또는 제2 기재(12a1)와 일체형으로 제1 전극 활성부(11a)의 제1 기재(11a1), 제2 전극 활성부(12a)의 제2 기재(12a1)가 연장된 부분일 수 있다.
제1 전극 무지부(11b)는 제1 활물질층(11a2)을 중심으로 양쪽에 위치할 수 있고, 어느 한쪽 제1 전극 무지부(11b)에는 화학반응으로 형성된 전하들을 외부로 인출하기 위한 제1 전극 집전부(21)가 연결된다. 제1 전극 집전부(21)은 제1 전극 무지부(11b)에 초음파 용접으로 연결될 수 있다. 제1 전극 집전부(21)는 제1 기재(11a1)와 마찬가지로 알루미늄을 포함할 수 있다.
제1 전극 집전부(21)의 두께는 12㎛이하일 수 있다.
제2 전극 무지부(12b)는 제2 활물질층(12a2)을 중심으로 양쪽에 위치할 수 있고, 어느 한쪽의 제2 전극 무지부(12b)에는 화학반응으로 형성된 전하들을 외부로 인출하기 위한 제2 전극 집전부(22)가 연결되어 있다. 제2 전극 집전부(22)는 제2 전극 무지부(12b)에 초음파 용접으로 연결될 수 있다. 제2 전극 집전부(22)는 니켈을 포함할 수 있다.
제1 전극 무지부(11b)와 제2 전극 무지부(12b)는 각각 제1 활물질층(11a2), 제2 활물질층(12a2)을 중심으로 양쪽에 위치하므로, 이하에서는 권회축(XL)을 중심으로 제1 전극(121)과 제2 전극(122)을 감을 때 권회축(XL)에 인접한 전극 무지부를 중앙 무지부(11b1, 12b1)라 하고, 상대적으로 멀리 위치하는 전극 무지부를 외곽 무지부(11b2, 12b2)라 한다.
제1 전극 집전부(121)와 제2 전극 집전부(122)는 외곽 무지부(11b2, 12b2)에 연결된 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라서 제1 전극 집전부(21) 및 제2 전극 집전부(22)는 각각의 중앙 무지부(11b1, 12b1)에 연결되거나, 중앙 무지부(11b1, 12b1) 및 외곽 무지부(11b2, 12b2)에 각각 연결될 수 있다. 이때, 권취 후 제1 전극 집전부(21)와 제2 전극 집전부(22)는 단락되지 않도록 이격되어 위치한다.
세퍼레이터(123)는 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에 위치하며, 이들 사이의 단락을 방지한다.
세퍼레이터(123)는 높은 이온 투과도를 가지며 기계적인 강도를 갖는 다공성 필름으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 폴리 에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머로 형성될 수 있다. 세퍼레이터는 길이 방향을 따라 또는 폭 방향을 따라 제1 전극 활성부(11a) 또는 제2 전극 활성부(12a) 보다 연장 형성되어, 열적 수축에 따라 제1 전극 활성부(11a)와 제2 전극 활성부(12a) 사이의 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
전극 조립체(101)는 제1 전극(121), 세퍼레이터(123) 및 제2 전극(122)을 감아 권회축(XL)을 중심으로 반복적으로 감아져 형성된 후, 가압될 수 있다. 이때, 로딩레벨(LL)은 40mg/㎠이상일 수 있다. 전극 조립체(101)는 권회축(XL)을 가로 지르는 수직한 방향으로 자른 단면이 일방향으로 긴 타원형일 수 있다.
따라서, 전극 조립체(101)는 단면상으로 상대적으로 평탄한 평탄부와 상대적으로 둥근 곡면부를 포함한다. 평탄부는 전극 조립체(101)를 감은 후 가압된 부분일 수 있으며, 곡면부는 마주하는 두 평탄부 사이를 연결할 수 있다. 설명의 편의상 이하에서는 중앙 무지부로부터 멀어지는 순으로 평탄부는 AA1, AA2, AA3.. 이라하고, 곡면부는 AB1, AB2라 한다.
한편, 제2 소전극부(S2)는 제1 곡면부(AB1)에 위치하며, 제2 소전극부(S2)에서 노출된 제1 기재(11a1)는 권회축과 마주한다. 이때, 제1 곡면부(AB1)는 권회축을 중심으로 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극을 반복해서 감아 전극 조립체(101)를 형성할 때, 제1 전극 활성부(11a) 및 제2 전극 활성부(12a)가 처음 회전하여 형성되는 첫번째 곡면부이다.
따라서, 상대적으로 권회축(XL)에서 멀리 위치하는 제1 전극 무지부(11b)의 외곽 무지부(11b2)와 제2 전극 무지부(12b)의 외곽 무지부(12b2)는 전극 조립체(101)의 최외각에 위치할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에서와 같이 제2 소전극부를 형성하면 상대적으로 두께가 두꺼운 제1 전극 활물질층이 기재의 한 면에만 형성되어, 제2 소전극부의 두께를 줄일 수 있다.
그리고 가장 작은 회전 반경을 가지는 제1 곡면부에 제2 소전극부를 위치시킴으로써 회전시 가해지는 응력을 감소시킬 수 있다. 따라서 제1 곡면부의 작은 회전 반경으로 인해서 발생할 수 있는 크랙을 최소화하여, 우수한 특성의 고밀도, 고전류 밀도의 전지를 제공할 수 있다. 또한, 제1 곡면부에서의 활물질층이 분리되는 현상을 줄여 활물질층 분리로 인한 용량 감소를 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 개략적인 횡단면도이고, 도 5는 도 4의 전극 조립체를 전개하여 도시한 사시도이다.
도 4 및 도 5의 전극 조립체는 대부분 도 2 및 도 3의 전극 조립체와 동일하므로, 다른 부분에 대해서만 구체적으로 설명한다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체(102)는 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에 위치하는 세퍼레이터(123)를 포함하며, 권회축을 중심으로 감아져 젤리롤 형태를 이룬다.
전극 조립체(102)는 제1 전극(121), 세퍼레이터(123) 및 제2 전극(122)을 감아 권회축(XL)을 중심으로 반복적으로 감아져 형성된 후, 가압될 수 있으며, 권회축(XL)에 수직한 방향으로 자른 단면이 일방향으로 긴 타원형일 수 있다. 따라서, 전극 조립체(102)는 단면상으로 상대적으로 평탄한 평탄부와 상대적으로 둥근 곡면부를 포함한다. 평탄부는 전극 조립체(102)를 감은 후 가압된 부분일 수 있으며, 곡면부는 마주하는 두 평탄부 사이를 연결한다.
제1 전극 활성부(11a)는 제1 기재(11a1)와 제1 기재(11a1)의 양면에 형성되어 있는 제1 활물질층(11a2)을 포함하는 제1 소전극부(S1), 제1 기재(11a1)와 제1 기재(11a1)의 일면에 형성되어 있는 제1 활물질층(11a2)을 포함하는 제2 소전극부(S2)를 포함한다. 그리고 제2 전극 활성부(12a)는 제2 기재(12a1)와 제2 기재(12a1)의 양면에 형성되어 있는 제2 활물질층(12a2)을 포함하는 제3 소전극부(S3), 제2 기재(12a1)와 제2 기재(12a1)의 일면에 형성되어 있는 제2 활물질층(12a2)을 포함하는 제4 소전극부(S4)를 포함한다.
제2 소전극부(S2)는 제1 곡면부(AB1)에 위치하며, 제2 소전극부(S2)는 확장 전극부를 더 포함할 수 있으며, 확장 전극부는 제1 곡면부(AB1)로부터 연장되며 제1 평탄부(AA1)에 위치할 수 있다.
그리고 제4 소전극부(S4)는 제1 평탄부(AA1)에 위치할 수 있다. 따라서 제1 평탄부에 위치하는 제2 소전극부(S2)와 제4 소전극부(S4)는 중앙 무지부를 중심으로 반대편에 위치하여 서로 마주할 수 있다.
본 발명의 실시예에서와 같이 제2 활물질층을 일면에만 가지는 제2 소전극부를 형성하면 제1 활물질층보다 상대적으로 두꺼운 두께로 인해서 두께 불균일이 발생하는 것을 감소시킬 수 있다.
또한, 제2 소전극부와 제4 소전극부를 마주하도록 배치함으로써, 권심부에서 Li가 석출되는 현상을 최소화할 수 있다.
이상의 전극 조립체는 이차 전지용 전극 조립체일 수 있으며, 이하에서는 기 설명한 전극 조립체를 포함하는 이차 전지에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이고, 도 7은 도 6의 VII-VII선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지(300)는 전극 조립체(103)와 케이스(65), 및 캡 플레이트(40)를 포함한다. 이하에서는 금속 케이스를 예로써 설명하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 파우치 전지 등 다양한 이차 전지에 대하여 적용될 수 있다.
전극 조립체(103)는 도 1 내지 도 5에 도시한 전극 조립체일 수 있으며, 제1 전극(121), 제2 전극(122), 및 세퍼레이터(123)를 포함한다. 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)은 절연체인 세퍼레이터(123)를 사이에 개재한 후 권취되어 젤리-롤 형태가 된다.
제1 전극(121)은 양극일 수 있고, 제2 전극(122)은 음극일 수 있다.
이 때, 양극에는 양극 집전부(51)가 고정 설치되고, 음극에는 음극 집전부(52)가 고정 설치된다. 양극 집전부(51)와 음극 집전부(52)는 권회축과 평행하도록 배치되고, 전극 조립체(103)에서 레이어가 노출된 단면부에서 노출되도록 설치된다.
양극 집전부(51)와 음극 집전부(52)는 케이스(65)에서 개구부(65a)가 형성된 방향으로 돌출되며, 소정 거리 이격되도록 배치되어 전기적으로 절연된다.
양극 집전부(51)는 니켈, 알루미늄과 같은 전기 전도성 재질로 이루어지며, 캡 플레이트(40)에 전기적으로 연결된다. 음극 집전부(52)는 니켈, 구리와 같은 전기 전도성 재질로 이루어지며, 단자(45)와 전기적으로 연결된다.
케이스(65)는 상단에 개구부(65a)가 형성되어 전극 조립체(103)를 수용한다. 케이스(65)는 내부에 전극 조립체(103)와 전해액이 수용되는 공간을 제공하며, 양극 집전부(51)와 전기적으로 연결된다. 케이스(65)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 금속 딥 드로잉(deep drawing)과 같은 방법으로 가공하여 제작될 수 있다.
캡 플레이트(40)는 케이스(65)의 개구부(65a)에 결합되어 케이스(65)를 밀폐하며 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 전기 전도성 금속 재질로 이루어진다. 캡 플레이트(40)의 하면에는 양극 집전부(51)가 용접으로 접합되어, 캡 플레이트(40)는 양극으로 대전된다.
전극 조립체(103)와 캡 플레이트(40) 사이에는 절연 케이스(63)가 설치된다. 절연 케이스(63)는 베이스(63a)와 베이스(63a)의 측단에서 돌출된 측벽(63b)을 포함한다. 베이스(63a)는 판 형상으로 이루어지며, 베이스(63a)에는 양극 집전부(51)가 관통하는 제1 집전홀(63c)과 음극 집전부(52)가 관통하는 제2 집전홀(63d)이 형성되어 있다. 측벽(63b)은 베이스(63a)의 둘레를 따라 이어져 형성된다.
단자(45)는 캡 플레이트(40)의 중앙에 위치하며, 캡 플레이트(40)에 형성된 단자홀(41)을 관통하여 설치된다. 단자(45)는 절연 개스킷(46)을 매개로 캡 플레이트(40)에 설치되며 절연 개스킷(46)은 단자(45)의 둘레를 감싸면서 단자(45)와 캡 플레이트(40)를 전기적으로 절연한다.
캡 플레이트(40)에는 케이스(65)에 전해액을 주입하는 통로인 전해액 주입공(42)이 마련되는데, 전해액 주입공(42)에는 마개(43)가 삽입 설치되어 전해액 주입공(42)을 폐쇄한다.
단자(45)는 캡 플레이트(40)와 접속 플레이트(62)를 관통하도록 설치되는데, 접속 플레이트(62)는 케이스(65)의 내부에서 전극 조립체(103)와 캡 플레이트(40) 사이에 배치된다. 접속 플레이트(62)는 판 형상으로 이루어지며, 접속 플레이트(62)에는 단자(45)가 관통하는 단자홀(62a)이 형성된다.
단자(45)는 캡 플레이트(40)와 접속 플레이트(62)를 관통하도록 설치된 상태에서 리벳팅에 의하여 캡 플레이트(40)와 접속 플레이트(62)에 고정된다. 음극 집전부(52)는 접속 플레이트(62)에 용접으로 고정되며 이에 따라 단자(45)는 접속 플레이트(62)와 음극 집전부(52)를 매개로 음극(122)과 전기적으로 연결될 수 있다.
캡 플레이트(40)와 접속 플레이트(62) 사이에는 접속 플레이트(62)를 캡 플레이트(40)에 대하여 절연하는 절연 플레이트(61)가 설치된다. 절연 플레이트(61)는 전기적인 절연성을 갖는 판으로 이루어지며, 캡 플레이트(40)와 평행하게 배치된다. 절연 플레이트(61)에는 단자(45)가 관통하는 단자홀(61a)이 형성된다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (14)

  1. 제1 전극 활성부와 제1 전극 무지부를 가지는 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극 활성부와 제2 전극 무지부를 가지는 제2 전극을 적층하여 권회축을 중심으로 권취한 전극 조립체에 있어서,
    상기 제1 전극 활성부는 제1 기재, 상기 제1 기재의 양면에 각각 형성되어 있는 제1 활물질층을 포함하는 제1 소전극부, 상기 제1 기재의 일면은 노출되어 있고, 상기 제1 기재의 타면에 형성되어 있는 상기 제1 활물질층을 포함하는 제2 소전극부
    를 포함하고,
    상기 제2 소전극부는 상기 전극 조립체의 첫번째 회전으로 생성되는 제1 곡면부에 위치하는 전극 조립체.
  2. 제1항에서,
    상기 전극 조립체는 상기 제1 곡면부와 상기 제1 전극 무지부 사이에 위치하는 제1 평탄부를 더 포함하고,
    상기 제2 소전극부는 상기 제1 곡면부로부터 연장되어 상기 제1 평탄부에 위치하는 확장 전극부를 더 포함하는 전극 조립체.
  3. 제2항에서,
    상기 제2 전극 활성부는 제2 기재, 상기 제2 기재의 양면에 각각 형성되어 있는 제2 활물질층을 포함하는 제3 소전극부,
    상기 제2 기재의 일면은 노출되어 있고, 상기 제2 기재의 타면에 형성되어 있는 상기 제2 활물질층을 포함하는 제4 소전극부
    를 포함하는 전극 조립체.
  4. 제3항에서,
    상기 제4 소전극부는 상기 확장 전극부와 마주하는 전극 조립체.
  5. 제3항에서,
    상기 제2 소전극부의 상기 제1 활물질층은 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 상기 제4 소전극부의 상기 제2 기재와 중첩하는 전극 조립체.
  6. 제1 전극 활성부와 제1 전극 무지부를 가지는 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극 활성부와 제2 전극 무지부를 가지는 제2 전극을 적층하여 권회축을 중심으로 권취한 전극 조립체에 있어서,
    상기 제1 전극 활성부는 제1 기재, 상기 제1 기재의 적어도 일면에 형성되어 있는 제1 활물질층
    을 포함하고,
    상기 제1 전극 활성부는 상기 전극 조립체의 첫번째 회전으로 생성되는 제1 곡면부에 위치하며 상기 권회축과 마주하는 상기 제1 기재는 노출되어 있는 전극 조립체.
  7. 제6항에서,
    상기 전극 조립체는 상기 제1 곡면부와 상기 제1 전극 무지부 사이에 위치하는 제1 평탄부를 더 포함하고,
    상기 제1 평탄부에 위치하는 상기 제1 기재는 노출되어 있는 전극 조립체.
  8. 제7항에서,
    상기 제2 전극 활성부는 제2 기재, 상기 제2 기재의 적어도 일면에 형성되어 있는 제2 활물질층
    을 포함하고,
    상기 제2 전극 활성부의 첫번째 회전으로 생성되는 제2 곡면부에 위치하며, 상기 권회축과 마주하는 상기 제2 기재는 노출되어 있는 전극 조립체.
  9. 제1항 또는 제6항에서,
    상기 제1 전극의 로딩 레벨은 40mg/㎠인 전극 조립체.
  10. 제1항 또는 제6항에서,
    상기 제2 소전극부의 길이는 1mm 내지 4mm인 전극 조립체.
  11. 제1항 또는 제6항에서,
    상기 제1 전극의 두께는 60㎛ 내지 80㎛인 전극 조립체.
  12. 제1항 또는 제6항에서,
    상기 제1 전극의 전류 밀도는 3.5mA/㎠인 전극 조립체.
  13. 제1항 또는 제6항에서,
    상기 제1 전극은 양극이고,
    상기 제2 전극은 음극인 전극 조립체.
  14. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 전극 조립체,
    상기 전극 조립체를 전해질과 함께 수용하는 케이스
    를 포함하는 이차 전지.
KR1020160107852A 2016-08-24 2016-08-24 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 KR102277352B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160107852A KR102277352B1 (ko) 2016-08-24 2016-08-24 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
US16/326,592 US11043689B2 (en) 2016-08-24 2017-08-16 Electrode assembly, and rechargeable battery comprising same
EP17843868.5A EP3506408B1 (en) 2016-08-24 2017-08-16 Electrode assembly, and secondary battery comprising same
CN201780051635.6A CN109643821B (zh) 2016-08-24 2017-08-16 电极组件以及包括该电极组件的可再充电电池
PCT/KR2017/008857 WO2018038448A1 (ko) 2016-08-24 2017-08-16 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160107852A KR102277352B1 (ko) 2016-08-24 2016-08-24 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180022429A true KR20180022429A (ko) 2018-03-06
KR102277352B1 KR102277352B1 (ko) 2021-07-14

Family

ID=61245114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160107852A KR102277352B1 (ko) 2016-08-24 2016-08-24 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11043689B2 (ko)
EP (1) EP3506408B1 (ko)
KR (1) KR102277352B1 (ko)
CN (1) CN109643821B (ko)
WO (1) WO2018038448A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019208985A1 (ko) * 2018-04-24 2019-10-31 삼성에스디아이(주) 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 그 제조 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6987983B2 (ja) * 2017-11-07 2022-01-05 寧徳新能源科技有限公司Ningde Amperex Technology Limited 捲回型電池セル
CN208226027U (zh) * 2018-04-12 2018-12-11 宁德新能源科技有限公司 电芯

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003257406A (ja) * 2002-03-05 2003-09-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 角形渦巻状電極群およびそれを用いた角形非水電解質電池
KR20090132500A (ko) * 2008-06-20 2009-12-30 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체와 이를 이용한 이차 전지 및 그 제조방법

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11111327A (ja) 1997-10-02 1999-04-23 Fuji Elelctrochem Co Ltd スパイラル電極体を有する電池
US6325611B1 (en) * 1998-07-10 2001-12-04 Hitachi Maxell, Ltd. Non-aqueous secondary cell
JP3428448B2 (ja) 1998-08-21 2003-07-22 三菱電機株式会社 電極構造体およびそれを用いた電池
JP2003217668A (ja) * 2002-01-22 2003-07-31 Sony Corp 卷回電極体および非水電解質二次電池
JP3759908B2 (ja) * 2002-02-19 2006-03-29 株式会社バーテックススタンダード 無線通信機における緊急通報装置
KR100846579B1 (ko) * 2002-07-13 2008-07-16 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이온 전지의 극판 조립체 및 이를 이용한 리튬 이온전지
KR100571268B1 (ko) 2004-06-22 2006-04-13 삼성에스디아이 주식회사 집전체 및 이를 이용한 리튬 이온 이차 전지
KR100601504B1 (ko) * 2004-06-28 2006-07-19 삼성에스디아이 주식회사 전극조립체 및 이를 이용하는 리튬이온 이차전지
JP4815845B2 (ja) * 2005-04-04 2011-11-16 ソニー株式会社 ポリマー電池
JP4658083B2 (ja) * 2006-05-23 2011-03-23 ソニー株式会社 電池
CN101150184A (zh) * 2006-09-19 2008-03-26 深圳市比克电池有限公司 一种卷绕式锂二次电池
CN101609905A (zh) * 2008-06-20 2009-12-23 三星Sdi株式会社 电池组件、该电池组件的电极组件及形成该电极组件的方法
JP5408691B2 (ja) * 2008-08-22 2014-02-05 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 密閉型二次電池
JP5456333B2 (ja) 2009-02-17 2014-03-26 三洋電機株式会社 密閉型アルカリ蓄電池
US20130040188A1 (en) * 2011-08-12 2013-02-14 Fortu Intellectual Property Ag Rechargeable electrochemical battery cell
CN202434661U (zh) * 2011-12-02 2012-09-12 惠州Tcl金能电池有限公司 一种锂电池及其卷绕式电芯结构
EP2680361B1 (en) 2011-12-23 2016-07-13 LG Chem, Ltd. Jelly roll-type electrode assembly with active material pattern-coated thereon, and secondary battery having same
CN202797167U (zh) * 2012-09-06 2013-03-13 惠州Tcl金能电池有限公司 一种超薄锂电池电芯卷绕结构
KR101439834B1 (ko) 2012-11-08 2014-09-17 주식회사 엘지화학 플렉서블 젤리롤 타입 2차 전지
JP6155605B2 (ja) 2012-11-16 2017-07-05 ソニー株式会社 リチウムイオン二次電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
CN203277545U (zh) * 2013-05-10 2013-11-06 比亚迪股份有限公司 锂电池和电池电芯
KR101653320B1 (ko) * 2013-10-07 2016-09-01 주식회사 엘지화학 낮은 저항의 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR102220904B1 (ko) * 2014-05-21 2021-02-26 삼성에스디아이 주식회사 전극 구조체 및 이를 채용한 리튬 전지
KR102238367B1 (ko) * 2015-03-13 2021-04-09 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
CN205211872U (zh) * 2015-12-07 2016-05-04 惠州Tcl金能电池有限公司 锂离子电池及其卷绕式电芯结构

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003257406A (ja) * 2002-03-05 2003-09-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 角形渦巻状電極群およびそれを用いた角形非水電解質電池
KR20090132500A (ko) * 2008-06-20 2009-12-30 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체와 이를 이용한 이차 전지 및 그 제조방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019208985A1 (ko) * 2018-04-24 2019-10-31 삼성에스디아이(주) 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 그 제조 방법
KR20190123583A (ko) * 2018-04-24 2019-11-01 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 그 제조 방법
US11777179B2 (en) 2018-04-24 2023-10-03 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrode assembly, secondary battery including same, and method for manufacturing same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018038448A1 (ko) 2018-03-01
US11043689B2 (en) 2021-06-22
EP3506408A1 (en) 2019-07-03
US20190229362A1 (en) 2019-07-25
KR102277352B1 (ko) 2021-07-14
EP3506408A4 (en) 2020-04-01
CN109643821B (zh) 2022-06-10
CN109643821A (zh) 2019-04-16
EP3506408B1 (en) 2022-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9178188B2 (en) Rechargeable battery with collector plates having insulators and conductors
EP2779269B1 (en) Battery cell having a novel structure
KR100786875B1 (ko) 전지 모듈
KR101233470B1 (ko) 이차 전지
EP2302717A1 (en) Electrode assembly for a rechargeable battery
KR101962886B1 (ko) 이차전지
EP2445048A1 (en) Rechargeable battery
KR20210021841A (ko) 이차 전지
KR20180032083A (ko) 이차전지
CN115552684A (zh) 二次电池
US9028999B2 (en) Secondary battery
US7985499B2 (en) Battery having electrode lead element with fixing member
CN109643821B (zh) 电极组件以及包括该电极组件的可再充电电池
CN109565070B (zh) 可再充电电池
KR101921730B1 (ko) 이차전지
KR102471745B1 (ko) 이차 전지
KR20170101650A (ko) 파우치 외장재 및 이를 이용한 파우치형 이차전지
KR101515672B1 (ko) 2 이상의 양극 및 음극을 포함하는 전극 조립체 및 이에 의한 전기 화학 소자
KR101233514B1 (ko) 이차 전지
KR20210157726A (ko) 이차 전지
KR20180035510A (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
KR102379765B1 (ko) 이차 전지 및 전지 모듈
KR20210097525A (ko) 이차전지 및 이차전지의 제조 방법
KR20210061113A (ko) 전극 조립체 및 그의 제조 방법
KR20140119560A (ko) 복수개의 전극 리드를 포함하는 이차 전지 및 그 제조방법

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