KR20180026046A

KR20180026046A - 전극 조립체

Info

Publication number: KR20180026046A
Application number: KR1020160112929A
Authority: KR
Inventors: 이관수; 류덕현
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2018-03-12
Also published as: KR102188726B1

Abstract

본 발명은 전극 조립체에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체는, 교대로 적층되어 결집된 전극 및 분리막 및 상기 전극의 외곽 부분에 부착되며, 상기 전극에 이물 관통시 상기 전극에 흐르는 전류인 바이패스 전류의 양을 증가시키는 전도성 테이프를 포함한다.

Description

전극 조립체{ELECTRODE ASSEMBLY}

본 발명은 전극 조립체에 관한 것이다.

이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.

이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.

전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다. 이중 젤리 롤형 전극 조립체는 제조가 용이하면서도 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.

한국 공개특허 제 10-2016-0010121호

본 발명의 하나의 관점은 전극 조립체의 바이패스 전류량을 극대화 할 수 있는 전극 조립체를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체는, 교대로 적층되어 결집된 전극 및 분리막 및 상기 전극의 외곽 부분에 부착되며, 상기 전극에 이물 관통시 상기 전극에 흐르는 전류인 바이패스 전류의 양을 증가시키는 전도성 테이프를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 전극 조립체는 전극의 외각 부위에 전도성 테이프를 부착하여, 못 등의 이물이 전극을 관통하며 전극의 쇼트를 발생시킬때 바이패스 전류량을 극대화 할 수 있습니다. 이에 따라, 바이패스 전류량을 증가시키기 위하여 전극 전체의 부피를 증가시킬 필요가 없기 때문에 전지의 용량을 감소시키지 않게 되고, 과도한 압연을 하지 않게 되어 기타 성능 및 안정성 악화를 방지할 수 있습니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체가 적용되는 이차전지를 나타낸 분리 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체가 권취되기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 도면이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체가 적용되는 이차전지를 나타낸 분리 사시도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 전극(130)과 분리막(140)이 교대로 적층되고, 전극(130)에 전도성 테이프(190)가 부착된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체가 권취되기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 개념도이다.

이하에서, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 전극 조립체에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 전극 조립체(100)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(130)과 분리막(140)이 결집되어 교대로 적층된 구조를 형성한다. 여기서, 전극 조립체(100)는 권취된 형태를 가질 수 있다.

또한, 전극 조립체(100)는 예를 들어 전지 케이스(11)에 삽입되고 탑 캡(12)으로 덮어 밀봉하는 형태로 이차전지(10)에 적용할 수 있다.

전극(130)은 양극 시트(120)와 음극 시트(110)를 포함할 수 있다. 그리고, 분리막(140)은 양극 시트(120)와 음극 시트(110)를 분리하여 전기적으로 절연시킨다. 여기서, 양극 시트(120)와 음극 시트(110)는 분리막(140)과 함께 권취되어 젤리 롤(Jelly roll) 형으로 형성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(100)는 원형 또는 타원형 형태로 권취될 수 있다.

도 3을 참고하면, 양극 시트(120)는 알루미늄(Al) 재질을 포함하는 시트(sheet)로 이루어질 수 있다. 여기서, 양극 시트(120)는 양극 집전체(121) 및 양극 집전체(121)에 도포된 양극 활물질(122)을 포함하여 구성될 수 있다.

양극 집전체(121)는 예를 들어 알루미늄(Al) 재질의 포일(foil)로 이루어질 수 있다.

양극 활물질(122)은 일례로 Hi Ni계 양극재로를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, Hi Ni계 양극재는 LiNiMnCoO계, LiNiCoAl계 또는 LiMiMnCoAl계 중에서 어느 하나 이상을 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, 니켈(Ni)의 함량은 0.5 mol ~ 0.95 mol 로 이루어질 수 있다.

또한, 양극 활물질(122)은 다른 예로 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.

한편, 양극 활물질(122)이 도포되지 않은 무지부에 양극 탭(160)이 구비될 수 있다.

음극 시트(110)는 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질을 포함하는 시트로 이루어질 수 있다. 여기서, 음극 시트(110)는 음극 집전체(111)와, 음극 집전체(111)에 도포된 음극 활물질(112)을 포함하여 구성될 수 있다.

음극 집전체(111)는 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다.

음극 활물질(112)은 일례로 인조흑연을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 음극 활물질(112)은 다른 예로 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.

한편, 음극 활물질(112)이 도포되지 않은 무지부에 음극 탭(150)이 구비될 수 있다.

분리막(140)은 절연 재질로 이루어져 양극 시트(120) 및 음극 시트(110)와 교대로 적층된다. 여기서, 분리막(140)은 양극 시트(120) 및 음극 시트(110) 사이와, 양극 시트(120) 및 음극 시트(110)의 외측면에 위치될 수 있다.

또한, 분리막(140)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다. 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 다층 필름이나, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체와 같은 고체 고분자 전해질용 또는 겔형 고분자 전해질용 고분자 필름일 수 있다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 전도성 테이프(Tape)(190)는 전극(130)에서 외각에 위치되는 부분에 부착되어 전극(130)에 외부의 못 등의 이물 관통시 전극(130)에 흐르는 전류인 바이패스(Bypass) 전류의 양을 증가시킬 수 있다.

또한, 전도성 테이프(190)는 양극 시트(120)에서 외곽 권취 부분 및 음극 시트(110)에서 외곽 권취 부분에 각각 부착될 수 있다.

아울러, 전도성 테이프(190)는 양극 시트(120)에서 양극 활물질(122)이 도포되지 않은 무지부에 부착되고, 음극 시트(110)에서 음극 활물질(112)이 도포되지 않은 무지부에 부착될 수 있다.

그리고, 전도성 테이프(190)는 양극 시트(120) 및 음극 시트(110)의 외각 권취 부분 중 내측면에 각각 부착될 수 있다. 이때, 양극 시트(120)에 부착되는 전도성 테이프(190)와 음극 시트(110) 사이에 분리막(140)이 위치될 수 있다.

한편, 전도성 테이프(190)는 양극 시트(120)의 권취 부분 중에서 최외각의 1회 권취 구간에 걸쳐 부착되고, 음극 시트(110)의 권취 부분 중에서 최외각의 1회 권취 구간에 걸쳐 부착될 수 있다.

또한, 전도성 테이프(190)는 두께가 너무 두꺼우면 전극 조립체(100)의 전체 두께가 두꺼워 셀(Cell) 용량이 손실될 수 있고, 두께가 너무 얇으면 바이패스 전류의 량이 많이 적어 실질적인 바이패스 증가량 증대에 따른 효과가 구현하기 용이하지 않을 수 있다. 아울러, 전도성 테이프(190)는 예를 들어 15~100um으로 형성될 수 있다.

그리고, 전도성 테이프(190)는 기재(171,181) 및 기재(171,181)의 일면에 적층된 점착층(172,182)을 포함할 수 있다. 여기서, 기재(171,181) 및 점착층(172,182)은 전도성 재질을 포함하여 이루어질 수 있다.

한편, 전도성 테이프(190)는 양극 시트(120)에 부착되는 알루미늄(Al) 재질을 포함하는 양극 테이프(180) 및 음극 시트(110)에 부착되는 상기 전도성 테이프(190)는 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질을 포함하는 음극 테이프(170)를 포함할 수 있다.

양극 테이프(180)는 기재(171) 및 기재(171)의 일면에 적층된 점착층(172)을 포함한다. 여기서, 기재는 알루미늄(Al) 포일(foil)로 이루어질 수 있다.

음극 테이프(170)는 기재(181) 및 기재(181)의 일면에 적층된 점착층(182)을 포함한다. 여기서, 기재는 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 포일(foil)로 이루어질 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)는, 전도성 테이프(190)가 전극(130)의 외곽 부분에 부착되어, 외부의 못 등의 이물이 전극(130)을 관통하며 전극(130)의 쇼트가 발생될 때 전극(130)에 흐르는 바이패스 전류량을 극대화 할 수 있다. 즉, 예를 들어 못이 전극(130)을 관통시 못이 관통된 전극(130)의 주변 부분에 바이패스 전류가 흐르게 된다. 이때, 못이 전극(130)의 최외각 부위를 관통하여 전도성 테이프(190)까지 관통하게되면 전도성 재질을 포함하는 전도성 테이프(190)의 주변 부분에도 바이패스 전류가 흐르게 된다. 이에 따라, 전극(130) 및 전도성 테이프(190)에 바이패스 전류가 동시에 흐르게 되고, 전류가 흐르는 면적이 증가됨에 따라 저항이 낮아지게 된다. 결국, 바이패스 전류량이 증가되어 전극 조립체(100)의 내부로 못의 관통이 더 진행되어 전극(130)의 쇼트(short)가 발생되기 전에 대부분의 전기적 에너지가 소진되어 안정성을 향상시킬 수 있다.

특히, 바이패스 전류량을 증가시키기 위해 전극 포일(foil) 전체의 두께를 증가시켜야 하나, 이와 같이 전극 포일(foil) 전체의 두께를 증가시키면 이로 인해 셀(Cell) 용량이 손실되거나, 과도한 전극(130)의 압연에 의한 성능 및 안정성 저하가 야기될 수 있는 현상이 발생된다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 전도성 테이프(190)를 전극(130)의 외곽 부분에 부착하여, 전극 포일(foil) 전체의 두께를 증가시키지 않고 국부적인 전극 포일(foil)의 두께를 증대시키는 효과가 있어, 전극 포일(foil) 전체의 두께 증가로 인해 발생되는 문제를 방지할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.

또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10: 이차전지
11: 전지 케이스
12: 탑 캡
100: 전극 조립체
110: 음극 시트
111: 음극 집전체
112: 음극 활물질
120: 양극 시트
121: 양극 집전체
122: 양극 활물질
130: 전극
140: 분리막
150: 음극 탭
160: 양극 탭
170: 음극 테이프
171: 기재
172: 접착층
180: 양극 테이프
181: 기재
182: 접착층
190: 전도성 테이프

Claims

교대로 적층되어 결집된 전극 및 분리막; 및
상기 전극에 부착되며, 상기 전극에 이물 관통시 상기 전극에 흐르는 전류인 바이패스 전류의 양을 증가시키는 전도성 테이프를 포함하는 전극 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 전극 및 분리막은 권취된 형태로 구비되고,
상기 전도성 테이프는 상기 전극에서 외곽 권취 부분에 부착되는 전극 조립체.
청구항 2에 있어서,
상기 전극은 양극 시트 및 음극 시트를 포함하고,
상기 전도성 테이프는 상기 양극 시트에서 외곽 권취 부분 및 상기 음극 시트에서 외곽 권취 부분에 각각 부착되는 전극 조립체.
청구항 3에 있어서,
상기 전도성 테이프는 상기 양극 시트 및 상기 음극 시트의 외곽 권취 부분 중 내측면에 각각 부착되는 전극 조립체.
청구항 4에 있어서,
상기 양극 시트에 부착되는 상기 전도성 테이프와 상기 음극 시트 사이에 상기 분리막이 위치되는 전극 조립체.
청구항 4에 있어서,
상기 전도성 테이프는
상기 양극 시트의 권취 부분 중에서 최외곽의 1회 권취 구간에 걸쳐 부착되고, 상기 음극 시트의 권취 부분 중에서 최외곽의 1회 권취 구간에 걸쳐 부착되는 전극 조립체.
청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양극 시트는 양극 집전체 및 상기 양극 집전체에 도포된 양극 활물질을 포함하고,
상기 음극 시트는 음극 집전체 및 상기 음극 집전체에 도포된 음극 활물질을 포함하며,
상기 전도성 테이프는 상기 양극 활물질 및 상기 음극 활물질이 도포되지 않은 무지부에 각각 부착되는 전극 조립체.
청구항 7에 있어서,
상기 음극 시트에 부착되는 상기 전도성 테이프는 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질을 포함하는 음극 테이프로 이루어지고,
상기 음극 집전체는 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질을 포함하여 이루어지는 전극 조립체.
청구항 8에 있어서,
상기 음극 테이프는 기재 및 상기 기재의 일면에 적층된 점착층을 포함하고,
상기 기재는 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 포일(foil)로 이루어지는 전극 조립체.
청구항 7에 있어서,
상기 양극 시트에는 부착되는 상기 전도성 테이프는 알루미늄(Al) 재질을 포함하는 양극 테이프로 이루어지고,
상기 양극 집전체는 알루미늄(Al) 재질을 포함하여 이루어지는 전극 조립체.
청구항 10에 있어서,
상기 양극 테이프는 기재 및 상기 기재의 일면에 적층된 점착층을 포함하고,
상기 기재는 알루미늄(Al) 포일(foil)로 이루어지는 전극 조립체.
청구항 7에 있어서,
상기 양극 활물질은 LiNiMnCoO계, LiNiCoAl계 또는 LiMiMnCoAl계 중에서 어느 하나 이상을 포함하여 이루어지고,
니켈(Ni)의 함량은 0.5 mol ~ 0.95 mol 로 이루어지는 전극 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 전도성 테이프는 두께가 15~100um으로 형성되는 전극 조립체.