KR20200060823A - 전극조립체 - Google Patents

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KR20200060823A
KR20200060823A KR1020180145876A KR20180145876A KR20200060823A KR 20200060823 A KR20200060823 A KR 20200060823A KR 1020180145876 A KR1020180145876 A KR 1020180145876A KR 20180145876 A KR20180145876 A KR 20180145876A KR 20200060823 A KR20200060823 A KR 20200060823A
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김영훈
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Abstract

본 발명은, 단위셀들 복수 개가 폴딩분리막 위에 나란히 놓이면 상기 폴딩분리막의 일측에서부터 타측으로 상기 단위셀들의 적층이 이뤄지도록 폴딩하여 제조되는 전극조립체에 있어서, 최상층 또는 최하층에 적층되도록 가장 마지막에 폴딩되는 단위셀은 상기 폴딩분리막과 접하게되는 상면과 하면 중 어느 한 면 또는 두 면 모두에 상기 폴딩분리막과 접착이 이루어지도록 바인더가 도포된 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 가장 마지막에 폴딩되는 단위셀 위로 폴딩분리막이 올려지면 바인더에 의해 추가적인 접착이 이루어져 테이프의 접착력을 보완하거나 대신할 수 있으므로 상기 폴딩분리막의 주름 불량 또는 외관불량 발생을 방지할 수 있다.

Description

전극조립체{Electrode assembly}
본 발명은 스택 앤 폴딩(Stack&Folding) 방식으로 제조되는 전극조립체에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 폴딩분리막을 마감하는 테이프를 대신하거나 상기 테이프와는 별개로 추가적으로 접착력을 보강하여 폴딩분리막의 주름 불량, 외관 불량 문제를 해소할 수 있는 전극조립체에 관한 것이다.
전기 에너지를 저장하는 전지는 일반적으로 일차 전지와 이차 전지로 구분될 수 있다. 일차 전지는 일회용 소모성 전지인 반면에, 이차 전지는 전류와 물질 사이의 산화 및 환원 과정이 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 충전식 전지이다. 즉, 전류에 의해 소재에 대한 환원 반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화 반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행가능하다.
여러 종류의 이차전지 중, 리튬 이차 전지는 일반적으로 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)이 적층된 전극조립체가 케이스에 장착되어 제조되며, 리튬 이온이 양극의 리튬 금속 산화물로부터 음극으로 삽입(Intercalation) 및 탈리(Deintercalation)되는 과정이 반복되면서, 리튬 이차 전지의 충방전이 진행된다.
상기 전극조립체는 일반적으로 양극/분리막/음극의 3층 구조, 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극 또는 음극/분리막/양극/분리막/음극의 5층 구조 또는 그 이상으로 적층된 단위셀들이 정해진 수량만큼 적층되어 하나의 전극 조립체가 된다. 그리고 이러한 전극조립체는 원통형 캔 또는 각형 파우치 등과 같은 케이스에 수용된다.
한편, 상기 전극조립체를 제조하는 방식으로써, 상기 음극과 양극 사이에 분리막을 적층한 후 감아서 제조하는 권취형, 요구되는 폭과 길이를 갖도록 재단하여 음극과 양극을 절단한 후, 상기 음극, 분리막, 양극이 반복되도록 적층하여 제조하는 적층형 및 폴딩분리막 위에 단위셀들을 나란히 올려놓은 후 일측부터 폴딩하여 제조하는 스택앤폴딩형 등이 공지된 바 있다.
상기 스택앤폴딩형은 권취형과 적층형의 혼합된 형태를 갖는다. 즉, 도 1 에 도시된 바와 같이, 일정한 크기로 양극, 분리막, 음극이 적층된 단위셀들(10a, 10c)이 폴딩분리막(20)의 길이방향을 따라 그 위에 놓여진 후, 일측에서부터 타측으로 폴딩되어 적층된 구조를 갖는다.
이때, 적층된 전극조립체는 음극과 양극이 순서대로 반복적층이 이뤄지도록 적층되는 위치에 따라서 상기 단위셀은 양극/분리막/음극/분리막/양극으로 이뤄진 A타입 바이셀(10a)과 음극/분리막/양극/분리막/음극으로 이뤄진 C타입 바이셀(10c)이 적절한 순서로 배치되게 구성된다. 그리고, 폴딩분리막(20)의 끝부분(단위셀이 적층되지 않은 부분)에는 테이프(t)가 접착되어 고정이 이뤄지거나 상기 폴딩분리막(20)의 끝부분이 열압착되어 고정이 이뤄진다.
그러나, 이와 같은 구조는 테이프(t)가 폴딩분리막(20)의 표면에서 돌출되어 상기 폴딩분리막(20)의 외부가 평탄하지 못하게되고 테이프(t)가 제대로 접착되지 못하면 폴딩분리막(20)의 주름 불량 또는 외관불량을 발생시키기도 하였다. 비록, 상기 폴딩분리막(20)은 베이스필름의 양면에 SRS코팅층이 도포되고 상기 SRS코팅층은 세라믹과 접착물질이 함유된 구조를 가졌으나, 상기 접착물질은 세라믹을 베이스필름에 접착시키기 위한 것으로써 일면에서 양극활물질 또는 양극집전체를 폴딩분리막을 고정시킬 수 있을 정도로 큰 접착력을 제공하지는 못하였다.
따라서, 본 발명은 폴딩분리막을 더 완전하고 견고히 고정시켜 폴딩분리막의 주름 불량 또는 외관불량 발생을 방지할 수 있는 전극조립체를 제공하는 것에 주목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 단위셀들 복수 개가 폴딩분리막 위에 나란히 놓이면 상기 폴딩분리막의 일측에서부터 타측으로 상기 단위셀들의 적층이 이뤄지도록 폴딩하여 제조되는 전극조립체에 있어서, 최상층 또는 최하층에 적층되도록 가장 마지막에 폴딩되는 단위셀은 폴딩분리막 위에 올려짐으로써 상기 폴딩분리막과 먼저 접하게된 면 또는 그 반대쪽 면 중 어느 한 면에 폴딩분리막과 접착이 이루어지도록 바인더가 도포된 것을 특징으로 한다. 또는, 상기 폴딩분리막과 먼저 접하게된 면과 그 반대쪽 면 모두에 폴딩분리막과 접착이 이루어지도록 바인더가 도포된다. 즉, 최상층 또는 최하층에 적층되도록 가장 마지막에 폴딩되는 단위셀은 상기 폴딩분리막과 접하게되는 상면과 하면 중 어느 한면 또는 두면 모두에 상기 폴딩분리막과 접착이 이루어지도록 바인더가 도포된다.
상기 단위셀은 음극/분리막/양극/분리막/음극 순서로 적층된 C타입 바이셀(중앙에 양극이 위치하는 바이셀)과 양극/분리막/음극/분리막/양극 순서로 적층된 A타입 바이셀(중앙에 음극이 위치하는 바이셀)로 구성되고, 상기 C타입 바이셀과 A타입 바이셀이 복수 개들이 미리 정해진 순서대로 폴딩분리막 위에 놓이게 된다.
가장 마지막에 폴딩되는 단위셀에서 상기 바인더가 도포된 전극은 집전체의 일면에만 활물질이 도포된 단면전극이고, 상기 단면전극에서 활물질이 미도포된 면에 바인더가 도포된다.,
상기 단면전극은 양극이고, 상기 양극의 양극집전체는 알루미늄 호일로 제조된다.
상기 폴딩분리막은 세라믹이 함유된 SRS(safety reinforced separator)코팅층이 베이스필름의 양면에 도포된 구조를 갖되, 상기 SRS코팅층은 접착력을 갖는 접착성분이 함유된다. 상기 폴딩분리막은 본 출원인이 출원하여 등록받은 등록특허 제 10-0775310 호에 개시된 유/무기 복합 다공성 분리막이다. 즉, 베이스필름이 폴리올레핀 계열로 제조되고 상기 베이스필름의 표면 및 상기 베이스필름에 존재하는 기공부 일부로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 영역이 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 코팅된 활성층을 포함하는 유/무기 복합 다공성 분리막으로써, SRS코팅층을 이루는 상기 활성층은 바인더 고분자에 의해 무기물 입자 사이가 연결 및 고정되고, 무기물 입자들 간의 빈 공간(interstitial volume)으로 인해 기공 구조가 형성구조를 갖는다.
상기 바인더는 SRS코팅층 보다 더 강한 접착력을 갖도록 제조되며, 비닐리덴 플루오라이드(vinylidene fluoride)를 함유한다.
본 발명은 위와 같은 특징을 갖는 전극조립체가 파우치 내에 내장된 이차전지를 추가적으로 제공할 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 가장 마지막에 폴딩되는 단위셀 위로 폴딩분리막이 올려지면 바인더에 의해 추가적인 접착이 이루어져 테이프의 접착력을 보완하거나 대신할 수 있으므로 상기 폴딩분리막의 주름 불량 또는 외관불량 발생을 방지할 수 있다.
도 1 은 스택앤폴딩 방식에 따라 폴딩분리막 위에 단위셀들이 올려진 평면도 및 상기 단위셀들의 폴딩이 이뤄진 모습이 나타난 측면도가 도시된 도면.
도 2 는 본 발명의 제1실시예에 따른 전극조립체의 측면도.
도 3 은 본 발명의 제2실시예에 따른 전극조립체의 측면도.
도 4 는 최외각에 배치되지 않는 단위셀의 측면모습(A), 제1실시예에 따라 최외각에 배치되는 단위셀의 측면모습(B), 제2실시예에 따라 최외각에 배치되는 단위셀의 측면모습(C)이 각각 도시된 도면.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 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, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 단위셀들(10c, 10a, 10a', 10a'') 복수 개가 폴딩분리막(20) 위에 나란히 놓이면 상기 폴딩분리막(20)의 일측에서부터 타측으로 상기 단위셀들의 적층이 이뤄지도록 폴딩이 이뤄진(즉, 스택앤폴딩 방식으로 제조되는) 전극조립체에 관한 것으로써, 이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 더욱 상세히 설명한다.
제1실시예
본 발명의 제1실시예에 따른 전극조립체의 측면도가 도시된 도 2 를 참조하면, 이 실시예에 따른 전극조립체는 종래의 방식과 같이 길게 펼쳐진 폴딩분리막(20) 위에 단위셀들로써 A타입바이셀(10a, 10a')과 C타입바이셀(10c)이 미리 정해진 순서대로 올려놓은 상태에서 폴딩이 이뤄져 제조된다.
즉, 상기 단위셀은 음극/분리막/양극/분리막/음극 순서로 적층된 C타입 바이셀(10c)과 양극/분리막/음극/분리막/양극 순서로 적층된 A타입 바이셀(10a, 10a')로 구성되고, 상기 C타입 바이셀(10c)과 A타입 바이셀(10a, 10a')이 복수 개들이 미리 정해진 순서대로 폴딩분리막(20) 위에 놓이게 된다.
이때, 최상층 또는 최하층에 적층되도록 가장 마지막에 폴딩되는 단위셀(10a')(도 2 에서 최상층에 적층되어 폴딩분리막이 마지막에 접하게 되는 단위셀)은 상기 폴딩분리막(20) 끝단과 가까운 위치에 놓이며 상면에서 폴딩분리막(20)과 접착이 이루어지도록 바인더(30)가 도포된다.
상기 최상층 단위셀(10a')은 A타입바이셀로써 위에서부터 아래로 양극(11)/분리막(13)/음극(12)/분리막(13)/양극(11) 순서로 적층되되, 최상층 양극(11)은 양극집전체(11a)의 일면에만 양극활물질(11b)이 도포된 단면전극이다. 상기 단면양극은 도면상에서 아랫쪽 면에만 활물질이 도포되되 윗쪽면에는 바인더(30)가 도포된 구조를 갖는다.
이때, 상기 단면양극의 양극집전체(11a)는 알루미늄 호일로 제조된다. 그리고, 상기 폴딩분리막(20)은 세라믹이 함유된 SRS(safety reinforced separator)코팅층(22)이 베이스필름(21)의 양면에 도포된 구조를 갖되, 상기 SRS코팅층(22)은 접착력을 갖는 접착성분이 함유된다.
(상기 폴딩분리막(20)은 본 출원인의 등록특허 제 10-0775310 호에서 소개된 바 있으므로, 해당 내용이 본 명세서에 기재된 것으로 간주하고 상세한 구성 및 성분에 대한 설명은 여기에선 생략하기로 한다).
본 발명에 따른 바인더(30)는 접착력을 갖고 전극의 성능에 영향을 미치지 않는다면 재질선정에 제한은 없을 것이나, 상기 SRS코팅층(22)과 불필요한 화학반응이 발생하지 않도록 상기 SRS코팅층(22)에 함유된 비닐리덴 플루오라이드(vinylidene fluoride)로 이루어지거나 또는 비닐리덴 플루오라이드를 함유할 수 있다. 그리고, 바인더(30)가 순수 접착제 성분만으로 이루어질 경우 SRS코팅층 보다 더 강한 접착력을 갖도록 제조될 수 있다.
제2실시예
본 발명의 제2실시예에 따른 전극조립체의 측면도가 도시된 도 3 을 참조하면, 이 실시예에서도 위의 제1실시예의 구조와 동일하게 단위셀들(10c, 10a, 10a'') 복수 개가 폴딩분리막(20) 위에 나란히 놓이면 상기 폴딩분리막(20)의 일측에서부터 타측으로 상기 단위셀들(10c, 10a, 10a'')의 적층이 이뤄지도록 폴딩하여 제조이루어지되, 상층 또는 최하층에 적층되도록 가장 마지막에 폴딩되는 단위셀(10a'')(도 3 에서 최상층에 적층되어 폴딩분리막이 마지막에 접하게되는 단위셀)은 상면 및 하면 모두에서 폴딩분리막(20)과 접하는 부분에서 접착이 이루어지도록 각각에 바인더(30)가 도포된다.
최외각에 배치되지 않는 단위셀(10a)의 측면모습(A), 제1실시예에 따라 최외각에 배치되는 단위셀(10a')의 측면모습(B), 제2실시예에 따라 최외각에 배치되는 단위셀(10'')의 측면모습(C)이 각각 도시된 도 4 를 참조하면, 세 개는 모두 A타입바이셀의 측면모습들을 각각 나타내되, 최외각(최상부 또는 최하부)에 배치되지 않는 단위셀들(10a)은 최상층과 최하층에 배치된 양극(11)이 양극집전체(11a)의 양면모두에 양극활물질(11b)이 도포된 양면양극이 배치된다.
반면에, 제1실시예에 따라 최상층에 배치되는 단위셀(10a')은, 도시된 바와 같이 최하층에 배치된 양극(11)이 양면양극이지만, 최상층에는 양극집전체(11a)의 상면에 양극활물질(10b)이 미도포된 대신에 바인더(30)가 도포되는 단면양극이 배치되며, 제2실시예에 따라 최상층에 배치되는 단위셀(10a'')은, 도시된 바와 같이 최하층 및 최하층에 배치된 양극 모두가 단면양극으로 배치된다.
다만, 제2실시예에 따라 최상층에 배치되는 단위셀(10a'')은 바인더(30)가 도포된 면이 폴딩분리막(30)과 맞닿는 방향에 놓이도록 상층에 배치된 단면양극은 상층에 양극활물질(11b)이 미도포되며, 하층에 배치된 단면양극은 하층에 양극활물질(11b)이 미도포된 구조를 갖는다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 가장 마지막에 폴딩되는 단위셀 위(10a', 10a'')로 폴딩분리막(20)이 올려지면 바인더(30)에 의해 접착이 이루어져 (테이프의 접착을 대신하거나 보완할 수 있으므로) 상기 폴딩분리막(20)의 주름 불량 또는 외관불량 발생을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 위와 같은 특징을 갖는 전극조립체가 파우치 내에 내장된 이차전지를 추가적으로 제공할 수 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 가능하다.
10a, 10a', 10a'' : A타입바이셀로 구성된 단위셀
10c : C타입바이셀로 구성된 단위셀
11 : 양극
12 : 음극
13 : 분리막
20 : 폴딩분리막

Claims (10)

  1. 단위셀들 복수 개가 폴딩분리막 위에 나란히 놓이면 상기 폴딩분리막의 일측에서부터 타측으로 상기 단위셀들의 적층이 이뤄지도록 폴딩하여 제조되는 전극조립체에 있어서,
    최상층 또는 최하층에 적층되도록 가장 마지막에 폴딩되는 단위셀은 상기 폴딩분리막과 접하게되는 상면과 하면 중 어느 한 면 또는 두 면 모두에 상기 폴딩분리막과 접착이 이루어지도록 바인더가 도포된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위셀은 음극/분리막/양극/분리막/음극 순서로 적층된 C타입 바이셀과 양극/분리막/음극/분리막/양극 순서로 적층된 A타입 바이셀로 구성되고, 상기 C타입 바이셀과 A타입 바이셀이 미리 정해진 순서대로 폴딩분리막 위에 놓이는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    가장 마지막에 폴딩되는 단위셀에서 상기 바인더가 도포된 전극은 집전체의 일면에만 활물질이 도포된 단면전극이고, 상기 단면전극에서 활물질이 미도포된 면에 바인더가 도포된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 단면전극은 양극인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제 4 항 에 있어서,
    상기 양극의 양극집전체는 알루미늄 호일로 제조된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴딩분리막은 세라믹이 함유된 SRS코팅층이 베이스필름의 양면에 도포된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 SRS코팅층은 접착력을 갖는 접착성분이 함유된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 바인더는 SRS코팅층 보다 더 강한 접착력을 갖도록 제조된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 바인더는 비닐리덴 플루오라이드(vinylidene fluoride)를 함유하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 제 1 항에 따른 전극조립체가 파우치 내에 내장된 이차전지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113708010A (zh) * 2021-09-01 2021-11-26 东莞新能安科技有限公司 电化学装置和电子装置
WO2023090684A1 (ko) * 2021-11-16 2023-05-25 주식회사 엘지에너지솔루션 단면 양극의 타면에 형성된 코팅층을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR20240053441A (ko) 2022-10-17 2024-04-24 주식회사 엘지에너지솔루션 접착물질이 부가된 단위셀을 포함하는 스택/폴딩형 전극조립체

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