KR20200075558A - 전극, 그를 포함하는 전극조립체, 전극조립체 제조방법 및 이차전지 - Google Patents

전극, 그를 포함하는 전극조립체, 전극조립체 제조방법 및 이차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20200075558A
KR20200075558A KR1020180164360A KR20180164360A KR20200075558A KR 20200075558 A KR20200075558 A KR 20200075558A KR 1020180164360 A KR1020180164360 A KR 1020180164360A KR 20180164360 A KR20180164360 A KR 20180164360A KR 20200075558 A KR20200075558 A KR 20200075558A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
current collector
asymmetric structure
electrode current
active material
Prior art date
Application number
KR1020180164360A
Other languages
English (en)
Inventor
박성준
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020180164360A priority Critical patent/KR20200075558A/ko
Publication of KR20200075558A publication Critical patent/KR20200075558A/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
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • 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
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like 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
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • H01M2/26—
    • 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
    • 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
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H01M4/0435—Rolling or calendering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/533—Electrode connections inside a battery casing characterised by the shape of the leads or tabs
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 전극에 관한 것으로, 전극집전체; 상기 전극집전체의 표면에 구비되는 전극활물질층을 포함하며, 상기 전극집전체는, 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가진다.

Description

전극, 그를 포함하는 전극조립체, 전극조립체 제조방법 및 이차전지{ELECTRODE, ELECTRODE ASSEMBLY COMPRISING THE SAME, MANUFACTURING METHOD FOR ELECTRODE ASSEMBLY AND SECONDARY BATTERY}
본 발명은 전극, 그를 포함하는 전극조립체 및 전극조립체 제조방법, 이차전지에 관한 것으로서, 특히 비대칭 구조를 가지는 전극, 그를 포함하는 전극조립체 및 전극조립체 제조방법 및 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 그리고 상기한 이차전지는 전극 조립체의 구조에 따라 다양하게 분류될 수 있다. 일례로 이차전지는 스택형 구조, 권취형(젤리롤형) 구조 또는 스택/폴딩형 구조로 분류될 수 있다.
이와 같은 이차전지는 전극조립체, 전극조립체를 수용하는 케이스를 포함하며, 상기 전극조립체는 전극과 분리막이 교대로 적층되는 구조를 가진다.
그러나 상기한 이차전지는 상기 전극조립체에서 발생하는 소량의 불활성 가스(이하, 가스라 함)에 의해 상기 케이스가 부풀어 오르는, 이른바 스웰링(swelling) 현상이 발생하며, 이에 따라 이차전지가 폭발하거나 또는 발화하는 문제점이 있었다.
국내 특허공개번호 제10-2017-0103192호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명은 비대칭 구조를 가지는 전극, 그를 포함하는 전극조립체, 전극조립체 제조방법 및 이차전지를 포함하는 것을 목적으로 하며, 이와 같은 목적으로 인해 전극조립체의 상단과 하단에 가스를 수용할 수 있는 가스 포켓공간을 추가로 확보할 수 있고, 이에 따라 전극조립체에서 발생하는 가스를 상기 가스 포켓공간을 통해 효과적으로 수용할 수 있으며, 그 결과 이차전지의 스웰링을 효과적으로 억제하여 폭발 또는 발화를 방지할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극은 전극집전체; 상기 전극집전체의 표면에 구비되는 전극활물질층을 포함하며, 상기 전극집전체는, 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가질 수 있다.
비대칭 구조를 가진 상기 전극집전체에 구비된 상기 전극활물질층은 폭방향으로 일단에서 타단까지 동일한 두께를 가질 수 있다.
비대칭 구조를 가진 상기 전극집전체에 구비된 상기 전극활물질층은 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가질 수 있다.
상기 전극집전체는 길이방향으로 일측에 전극탭이 구비되고, 상기 전극탭은 상기 전극집전체의 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가질 수 있다.
두께가 작은 상기 전극집전체의 일단과 상기 전극활물질층 일단 사이에는 상기 전극활물질층이 없는 일단 무지면이 형성될 수 있다.
두께가 큰 상기 전극집전체의 타단과 상기 전극활물질층 타단 사이에는 상기 전극활물질층이 없는 타단 무지면이 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 기본단위체가 1회 또는 반복적으로 적층되는 구조를 가지며, 상기 전극은, 전극집전체, 상기 전극집전체의 표면에 구비되는 전극활물질층을 포함하고, 상기 전극집전체는, 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가지며, 비대칭 구조를 가진 상기 전극집전체를 구비한 상기 전극과 상기 분리막이 교대로 적층되면서 상기 기본단위체는 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가질 수 있다.
상기 분리막은 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체 제조방법은 (A) 평평한 판 형태를 가진 대칭 구조의 전극집전체를 준비하는 단계; (B) 상기 전극집전체를 원추형 롤러로 압연하여 상기 전극집전체의 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조의 전극집전체를 제조하는 단계; (C) 비대칭 구조의 전극집전체 양쪽 표면에 전극활물질층을 코팅하여 비대칭 구조의 전극을 제조하는 단계; (D) 비대칭 구조의 전극과 분리막을 교대로 적층하여 비대칭 구조의 기본단위체를 제조하는 단계; (E) 비대칭 구조의 기본단위체를 1회 또는 반복적으로 적층하여 비대칭 구조의 전극조립체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (C) 단계는, 상기 전극집전체에 전극활물질층을 코팅하기 전, 상기 전극집전체의 폭방향으로 일단과 타단에 전극활물질층이 없는 일단 무지면과 타단 무지면을 설정하는 공정을 먼저 수행하고, 상기 전극활물질층은 상기 일단 무지면과 상기 타단 무지면을 제외한 상기 전극집전체의 표면에 코팅될 수 있다.
상기 (C) 단계는, 상기 전극집전체에 전극활물질층을 코팅한 후, 상기 전극집전체에 코팅된 전극활물질층을 원추형 롤러로 압연하여 상기 전극활물질층의 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조의 전극활물질층을 제조하는 공정을 더 수행할 수 있다.
(C-1) 상기 (C) 단계와 상기 (D) 단계 사이에는, 상기 전극의 제조가 완료되면, 평평한 분리막을 원추형 롤러로 압연하여 상기 분리막의 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조의 분리막을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (A) 단계에서 전극집전체는 길이방향으로 일측에 전극탭이 형성되고, 상기 (B) 단계는 원추형 롤러로 전극집전체와 함께 전극탭을 압연하여 비대칭 구조의 전극탭을 제조하며, 상기 비대칭 구조의 전극탭은 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 구조를 가질 수 있다.
하편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 케이스를 포함하며, 상기 전극조립체는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 기본단위체가 1회 또는 반복적으로 적층되는 구조를 가지며, 상기 전극은, 전극집전체, 상기 전극집전체의 표면에 구비되는 전극활물질층을 포함하고, 상기 전극집전체는, 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가지며, 상기 기본단위체는 비대칭 구조를 가진 전극집전체를 구비한 상기 전극과 상기 분리막이 교대로 적층되면서 비대칭 구조를 가지며, 비대칭 구조의 기본단위체는 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 구조를 가질 수 있다. 상기 전극조립체는 비대칭 구조의 기본단위체가 1회 또는 반복적으로 적층되면서 비대칭 구조를 가지며, 비대칭 구조의 전극조립체는 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 제1 실시에에 따른 전극은 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조의 전극 집전체를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 전극의 상단과 하단에 가스를 수용할 수 있는 가스 포켓공간을 추가로 확보할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체는 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조의 전극을 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 전극조립체의 상단과 하단에 가스를 수용할 수 있는 가스 포켓공간을 추가로 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지는 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조의 전극조립체를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 전극조립체와 케이스 사이에 가스를 수용할 수 있는 가스 포켓공간을 추가로 확보할 수 있고, 이에 따라 전극조립체에서 발생하는 가스가 상기 가스 포켓공간에 수용되면서 이차전지의 스웰링을 크게 억제할 수 있으며, 그 결과 이차전지가 폭발하거나 또는 발화하는 것을 크게 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극을 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 표시된 A-A선 단면도.
도 3은 도 1에 표시된 B-B선 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무지면이 형성된 전극을 도시한 사시도.
도 5는 도 4에 표시된 C-C선 단면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비대칭 구조의 전극활물질층을 포함한 전극을 도시한 사시도.
도 7은 도 6에 표시된 D-D선 단면도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체를 도시한 사시도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체를 도시한 측면도.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비대칭 구조의 분리막을 도시한 사시도.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체 제조방법을 나타낸 순서도.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체 제조방법을 나타낸 공정도.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
[본 발명의 제1 실시예에 따른 전극]
본 발명의 제1 실시예에 따른 전극은 비대칭 구조를 가진다. 즉, 비대칭 구조의 전극은 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차적으로 증대되는 구조를 가진다.
예를 들면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극(111)은 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 전극집전체(111a)와 상기 전극집전체(111a)의 표면에 코팅되는 전극활물질층(111b)을 포함한다.
전극집전체
상기 전극집전체(111a)는 폭방향으로 비대칭 구조를 가진다, 즉 상기 전극집전체(111a)는 폭방향으로 일단(도 1에서 보았을 때 전극의 우측단)에서 타단(도 1에서 보았을 때 전극의 좌측단)으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가진다. 정리하면 비대칭 구조의 상기 전극집전체(111a)는 도 2에서 전극집전체(111a)의 중심점에 구획된 수직 중심선(y)을 기준으로 보았을 때 전극집전체(111a)의 일단과 타단이 서로 다른 두께를 가진다.
여기서 본 발명에서는 전극집전체의 두께가 점차 작아지는 것을 하나의 실시예로 설명하였으나, 다른 실시예로 전극집전체는 일단에서 타단까지 계단 형태의 단차가 형성된 비대칭 구조를 가질 수도 있다.
한편 전극집전체(111a)는 도 1에 표시된 전극집전체(111a)의 수평중심선(x)을 기준으로 보았을 때 전극집전체(111a)의 상부와 하부는 동일한 형태의 대칭 구조를 가지거나 또는 서로 다른 형태의 비대칭 구조를 가질 수 있다.
즉, 전극집전체(111a)의 상부와 하부는 수평중심선(x)을 기준으로 대칭되는 경사면으로 형성되며, 이에 따라 전극집전체(111a)의 수평중심선(x)을 기준으로 보았을 때 전극집전체(111a)의 상부와 하부는 대칭 구조를 가진다. 또한 전극집전체(111a)의 상부는 수평중심선(x)으로부터 경사진 경사면으로 형성하고, 하부를 수평중심선(x)과 동일한 수평면으로 형성하며, 이에 따라 전극집전체(111a)의 상부와 하부는 수평중심선(x)을 기준으로 보았을 때 비대칭 구조를 가진다.
이와 같은 전극집전체(111a)는 비대칭 구조로 형성함으로써 도 2에 도시된 바와 같이, 가스를 수용할 수 있는 가스 포켓공간을 추가로 확보할 수 있다.
전극활물질층
상기 전극활물질층(111b)은 비대칭 구조를 가진 상기 전극집전체(111a)의 한쪽 또는 양쪽 표면에 구비된다. 특히 상기 전극활물질층(111b)은 비대칭 구조를 가진 상기 전극집전체(111a)의 양쪽 표면에 동일한 두께로 코팅된다.
이와 같은 구성을 가진 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극(111)은 비대칭 구조의 전극집전체(111a)를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 도 2에 표시한 것과 같이 전극(111)의 상부와 하부에 가스 포켓공간을 추가로 확보할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극(111)은 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 전극집전체(111a)의 길이방향으로 일측에 전극탭(111c)이 구비되고, 상기 전극탭(111c)은 상기 전극집전체(111a)의 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가진다. 이에 따라 상기 전극탭(111c)의 상부와 하부에는 도 3에 표시한 것과 같이 가스 포켓공간을 추가로 확보할 수 있다.
여기서 상기 전극탭(111c)과 상기 전극집전체(111a)의 연결 부분은 결합성을 위해 동일한 형태와 두께를 가진다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극(111)은 도 4 및 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 두께가 작은 상기 전극집전체(111a)의 일단과 상기 전극활물질층(111b) 일단 사이에 상기 전극활물질층(111b)이 없는 일단 무지면(111a-1)이 형성된다. 즉, 상기 일단 무지면(111a-1)은 도 5에서 보았을 때 전극집전체(111a)의 우측단 양쪽 표면으로, 전극집전체(111a)의 표면 중 두께가 제일 작은 부분이다. 이에 따라 전극집전체(111a)에 전극활물질층을 코팅할 경우 상기 전극집전체(111a)의 일단 방향으로 변형되는 전극활물질층을 일단 무지면(111a-1)이 커버할 수 있으며, 그 결과 쇼트 등의 사고 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극(111)은 두께가 큰 상기 전극집전체(111a)의 타단과 상기 전극활물질층(111b) 타단 사이에 상기 전극활물질층이 없는 타단 무지면(111a-2)이 형성된다. 즉, 타단 무지면(111a-2)은 도 5에서 보았을 때 전극집전체(111a)의 좌측단 양쪽 표면으로, 전극집전체(111a)의 표면 중 두께가 제일 큰 부분이다. 이에 따라 전극집전체(111a)에 전극활물질층을 코팅할 경우 전극집전체(111a)의 타단 방향으로 변형되는 전극활물질층(111b)을 타단 무지면(111a-2)이 커버할 수 있으며, 그 결과 쇼트 등의 사고 발생을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극(111)에서 상기 전극활물질층(111b)은 비대칭 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 전극활물질층(111b)은 도 6 및 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 전극활물질층의 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가질 수 있으며, 이에 따라 전극(111)의 일단에서 타단까지 두께 편차를 크게 증대시킬 수 있고, 그 결과 전극(111)의 상단과 하단에 가스 포켓공간을 크게 확보할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예와 동일한 구성과 기능을 가지는 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.
[본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체]
본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체는 비대칭 구조의 기본단위체가 1회 또는 반복적으로 적층되면서 비대칭 구조를 가진다.
예를 들면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체(100)는 도 8 및 도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 기본단위체(110)가 1회 또는 반복적으로 적층되는 구조를 가지고, 상기 기본단위체(110)는 복수의 전극(111)과 복수의 분리막(112)의 교대로 적층되는 구조를 가진다. 여기서 복수의 전극(111)은 제1 및 제2 전극을 포함하고, 복수의 분리막은 제1 및 제2 분리막을 포함한다. 한편, 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극이다. 물론 반대일 수도 있다.
이에 따라 상기 기본단위체(110)는 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극 및 제2 분리막이 교대로 적층되는 4층 구조를 가지며, 상기 전극조립체(100)는 4층 구조의 기본단위체(110)가 1회 또는 반복적으로 적층되는 구조를 가진다.
여기서 상기 전극(111)은 전극집전체(111a), 및 상기 전극집전체(111a)의 표면에 구비되는 전극활물질층(111b)을 포함하고, 상기 전극집전체(111a)는 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가진다. 이에 따라 상기 전극(111)은 비대칭 구조의 전극집전체(111a)에 의해 비대칭 구조를 가지게 된다.
한편, 상기 전극(111)은 제1 실시예에서 설명한 전극과 동일한 구성과 기능을 가지며, 이에 따라 중복되는 설명은 생략한다.
상기와 같은 구성을 포함하는 기본단위체(110)는 비대칭 구조의 전극(111)과 분리막(112)이 교대로 적층되면서 비대칭 구조를 가지게 되며, 비대칭 구조의 기본단위체(110)는 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 구조를 가진다.
상기와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체(100)는 비대칭 구조의 기본단위체(110)가 1회 또는 반복적으로 적층되면서 비대칭 구조를 가지게 되며, 비대칭 구조의 전극조립체(100)는 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 구조를 가진다. 이에 따라 비대칭 구조의 전극조립체(100) 상단과 하단에 가스 포켓공간을 추가로 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체(100)에서 상기 분리막(112)은 도 10에 도시되어 있는 것과 같이, 분리막의 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가진다. 이에 따라 비대칭 구조의 전극(111)과 비대칭 구조의 분리막(112)을 교대로 적층하여 기본단위체와 전극조립체를 제조함으로써 전극조립체의 상단과 하단에 형성되는 가스 포켓공간을 크게 확보할 수 이다.
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체 제조방법을 설명한다.
[본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체 제조방법]
본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체 제조방법은 도 11 및 도 12에 도시되어 있는 것과 같이, (A) 전극집전체 준비단계, (B) 비대칭 구조의 전극집전체 제조단계, (C) 비대칭 구조의 전극 제조단계, (D) 비대칭 구조의 기본단위체 제조단계 및 (E) 비대칭 구조의 전극조립체 제조단계를 포함한다.
(A) 전극집전체 준비단계
(A) 전극집전체 준비단계는 도 12의 (a)를 참조하면, 두께가 동일하고 평평한 금속판을 커팅하여 평평한 대칭 구조의 전극집전체(111a)을 제조한다. 즉, 대칭 구조의 전극집전체(111a)는 일단에서 타단까지 동일한 두께를 가진다. 한편, 상기 전극집전체(111a)의 길이방향 일측에는 평평한 대칭 구조의 전극탭(111c)이 형성되며, 대칭 구조의 상기 전극탭(111c)은 일단에서 타단까지 동일한 두께를 가진다.
(B) 비대칭 구조의 전극집전체 제조단계
(B) 비대칭 구조의 전극집전체 제조단계는 도 12의 (b)를 참조하면, 한 쌍의 원추형 롤러(10)로 대칭 구조의 전극집전체(111a)를 압연하여 비대칭 구조의 전극집전체(111a)를 제조한다. 즉, (B) 비대칭 구조의 전극집전체 제조단계는 한 쌍의 원추형 롤러(10)로 상기 전극집전체(111a)의 길이방향으로 일단에서 타단까지 압연한다. 이에 따라 전극집전체(111a)는 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점진적으로 증대되는 비대칭 구조를 가진다.
한편, 상기 (B) 비대칭 구조의 전극집전체 제조단계는 전극집전체(111a)와 함께 전극탭(111c)도 비대칭 구조로 제조한다. 즉, 상기 (B) 비대칭 구조의 전극집전체 제조단계는 원추형 롤러(10)로 전극집전체(111a)에 형성된 전극탭(111c)을 함께 압연하여 비대칭 구조의 전극탭(111c)을 제조한다. 이에 따라 상기 전극탭(111c)은 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점진적으로 증대되는 비대칭 구조를 가진다.
(C) 비대칭 구조의 전극 제조단계
(C) 비대칭 구조의 전극 제조단계는 도 12의 (c)를 참조하면, 비대칭 구조의 전극집전체(111a)의 양쪽 표면에 전극활물질층(111b)을 코팅하여 비대칭 구조의 전극(111)을 제조한다. 즉, 상기 전극(111)은 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차적으로 증대되는 비대칭 구조를 가진다.
한편, 상기 (C) 단계는, 상기 전극집전체(111a)에 전극활물질층(111b)을 코팅하기 전, 상기 전극집전체(111a)의 폭방향으로 일단과 타단에 전극활물질층(111b)이 없는 일단 무지면(111a-1)과 타단 무지면(111a-2)을 설정하는 공정을 먼저 수행하고, 상기 전극활물질층(111b)은 상기 일단 무지면(111a-1)과 상기 타단 무지면(111a-2)을 제외한 상기 전극집전체(111a)의 표면에 코팅된다. 이에 따라 전극활물질층 코팅시 상기 전극집전체(111a)의 일단과 타단방향으로 전극활물질층(111b)이 변형되더라도 상기 일단 무지면(111a-1)과 상기 타단 무지면(111a-2)을 통해 안정적으로 커버할 수 있다.
한편, 상기 (C) 단계는, 도 12의 (d)를 참조하면, 상기 전극집전체(111a)에 전극활물질층(111b)을 코팅하여 전극(111)을 제조한 후, 상기 전극집전체(111a)에 코팅된 전극활물질층(111b)을 원추형 롤러(10)로 압연하여 비대칭 구조의 전극활물질층(111b)을 제조하는 공정을 더 수행할 수 있으며, 이에 따라 전극활물질층(111b)은 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점진적으로 증대되는 비대칭 구조를 가진다.
(D) 비대칭 구조의 기본단위체 제조단계
(D) 비대칭 구조의 기본단위체 제조단계는 도 12의 (f)를 참조하면, 상기 비대칭 구조의 전극(111)과 분리막(112)을 교대로 적층하여 비대칭 구조의 기본단위체(110)를 제조한다. 예를 들면 전극(111), 분리막(112), 전극(111) 및 분리막(112)을 교대로 적층하여 4층 구조의 기본단위체(110)를 제조한다. 이와 같이 제조된 비대칭 구조의 기본단위체(110)는 폭방향으로 일단에서 타단까지 두께가 점진적으로 증대되는 구조를 가진다.
한편, 상기 (C) 단계와 상기 (D) 단계 사이에는 (C-1)비대칭 구조의 분리막 제조단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 (C-1)비대칭 구조의 분리막 제조단계는 분리막(112)을 압연하여 비대칭 구조로 제조한다.
(C-1)비대칭 구조의 분리막 제조단계
즉, (C-1)비대칭 구조의 분리막 제조단계는 도 12의 (e)를 참조하면, 상기 전극(111)의 제조가 완료되면, 평평한 분리막(112)을 원추형 롤러(10)로 압연하여 상기 분리막(112)의 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조의 분리막(112)을 제조한다.
여기서 (D) 비대칭 구조의 기본단위체 제조단계는 (C-1)비대칭 구조의 분리막 제조단계에서 제조한 비대칭 구조의 분리막(112)을 포함하여 기본단위체(110)를 제조하며, 이에 따라 기본단위체(110)의 폭방향 일단과 타단의 두께 편차를 크게 높일 수 있다.
(E) 비대칭 구조의 전극조립체 제조단계
(E) 비대칭 구조의 전극조립체 제조단계는 도 12의 (f)를 참조하면 상기 비대칭 구조의 기본단위체(110)를 1회 또는 반복적으로 적층하여 비대칭 구조의 전극조립체(100)를 제조한다. 이와 같이 제조된 비대칭 구조의 전극조립체(100)는 폭방향으로 일단에서 타단까지 두께가 점차 증대되는 구조를 가지며, 특히 전극조립체가 비대칭 구조로 제조되면서 상기 전극조립체(100)의 상단과 하단에는 도 12의 (g)에 도시된 바와 같이 가스를 수용할 수 있는 가스 포켓공간을 추가로 형성할 수가 있다.
[본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지]
본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(1)는 도 13에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(100)과 상기 전극조립체(100)를 수용하는 케이스(200)를 포함하며, 상기 전극조립체(100)는 복수의 전극(111)과 복수의 분리막(112)의 교대로 적층된 기본단위체(110)가 1회 또는 반복적으로 적층되는 구조를 가진다.
여기서 상기 전극(111)은 전극집전체(111a), 상기 전극집전체(111a)의 표면에 구비되는 전극활물질층(111b)을 포함하고, 상기 전극집전체(111a)는, 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가진다.
또한 기본단위체(110)는 비대칭 구조의 전극(111)과 분리막이 교대로 적층되면서 비대칭 구조를 가진다. 즉, 기본단위체(110)는 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가진다.
또한 전극조립체(100)는 비대칭 구조의 기본단위체를 1회 또는 반복적으로 적층되면서 비대칭 구조를 가진다. 즉, 전극조립체(100)는 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가진다.
한편, 상기 전극조립체(100)는 제2 실시예에서 설명한 전극조립체와 동일한 구성과 기능을 가지며, 이에 따라 중복되는 설명을 생략한다.
따라서 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(1)는 비대칭 구조의 전극조립체(100)와 케이스(200)를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 비대칭 구조의 전극조립체(100)와 케이스(200) 사이에 가스를 수용할 수 있는 가스 포켓공간을 추가로 확보할 수 있으며, 그에 따라 이차전지가 스웰링되는 것을 크게 방지할 수 있고, 그 결과 이차전지가 폭발 또는 발화되는 것을 크게 방지할 수 있어 안전성을 높일 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 가능하다.
1: 이차전지
100: 전극조립체
110: 기본단위체
111: 전극
111a: 전극집전체
111b: 전극활물질층
112: 분리막

Claims (14)

  1. 전극집전체;
    상기 전극집전체의 표면에 구비되는 전극활물질층을 포함하며,
    상기 전극집전체는, 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가지는 전극.
  2. 청구항 1에 있어서,
    비대칭 구조를 가진 상기 전극집전체에 구비된 상기 전극활물질층은 폭방향으로 일단에서 타단까지 동일한 두께를 가지는 전극.
  3. 청구항 1에 있어서,
    비대칭 구조를 가진 상기 전극집전체에 구비된 상기 전극활물질층은 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가지는 전극.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극집전체는 길이방향으로 일측에 전극탭이 구비되고,
    상기 전극탭은 상기 전극집전체의 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가지는 전극.
  5. 청구항 1에 있어서,
    두께가 작은 상기 전극집전체의 일단과 상기 전극활물질층 일단 사이에는 상기 전극활물질층이 없는 일단 무지면이 형성되는 전극.
  6. 청구항 1에 있어서,
    두께가 큰 상기 전극집전체의 타단과 상기 전극활물질층 타단 사이에는 상기 전극활물질층이 없는 타단 무지면이 형성되는 전극.
  7. 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 기본단위체가 1회 또는 반복적으로 적층되는 구조를 가지며,
    상기 전극은, 전극집전체, 상기 전극집전체의 표면에 구비되는 전극활물질층을 포함하고,
    상기 전극집전체는, 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가지며,
    비대칭 구조를 가진 상기 전극집전체를 구비한 상기 전극과 상기 분리막이 교대로 적층되면서 상기 기본단위체는 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가지는 전극조립체.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 분리막은 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가지는 전극조립체.
  9. (A) 평평한 판 형태를 가진 전극집전체를 준비하는 단계;
    (B) 상기 전극집전체를 원추형 롤러로 압연하여 상기 전극집전체의 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조의 전극집전체를 제조하는 단계;
    (C) 비대칭 구조의 전극집전체 양쪽 표면에 전극활물질층을 코팅하여 비대칭 구조의 전극을 제조하는 단계;
    (D) 비대칭 구조의 상기 전극과 분리막을 교대로 적층하여 비대칭 구조의 기본단위체를 제조하는 단계;
    (E) 비대칭 구조의 상기 기본단위체를 1회 또는 반복적으로 적층하여 비대칭 구조의 전극조립체를 제조하는 단계를 포함하는 전극조립체 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 (C) 단계는, 상기 전극집전체에 전극활물질층을 코팅하기 전, 상기 전극집전체의 폭방향으로 일단과 타단에 전극활물질층이 없는 일단 무지면과 타단 무지면을 설정하는 공정을 먼저 수행하고,
    상기 전극활물질층은 상기 일단 무지면과 상기 타단 무지면을 제외한 상기 전극집전체의 표면에 코팅되는 전극조립체 제조방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 (C) 단계는, 상기 전극집전체에 전극활물질층을 코팅한 후, 상기 전극집전체에 코팅된 전극활물질층을 원추형 롤러로 압연하여 상기 전극활물질층의 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조의 전극활물질층을 제조하는 공정을 더 수행하는 전극조립체 제조방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    (C-1) 상기 (C) 단계와 상기 (D) 단계 사이에는, 상기 전극의 제조가 완료되면, 상기 분리막을 원추형 롤러로 압연하여 상기 분리막의 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조의 분리막을 제조하는 단계를 더 포함하는 전극조립체 제조방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 (A) 단계에서 전극집전체는 길이방향으로 일측에 전극탭이 형성되고,
    상기 (B) 단계는 원추형 롤러로 전극집전체와 함께 전극탭을 압연하여 비대칭 구조의 전극탭을 제조하며,
    상기 비대칭 구조의 전극탭은 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 구조를 가지는 전극조립체 제조방법.
  14. 전극조립체;
    상기 전극조립체를 수용하는 케이스를 포함하며,
    상기 전극조립체는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 기본단위체가 1회 또는 반복적으로 적층되는 구조를 가지며,
    상기 전극은, 전극집전체, 상기 전극집전체의 표면에 구비되는 전극활물질층을 포함하고,
    상기 전극집전체는, 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가지며,
    비대칭 구조를 가진 전극집전체를 구비한 상기 전극과 상기 분리막이 교대로 적층되면서 상기 기본단위체는 폭방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 두께가 점차 증대되는 비대칭 구조를 가지는 이차전지.
KR1020180164360A 2018-12-18 2018-12-18 전극, 그를 포함하는 전극조립체, 전극조립체 제조방법 및 이차전지 KR20200075558A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180164360A KR20200075558A (ko) 2018-12-18 2018-12-18 전극, 그를 포함하는 전극조립체, 전극조립체 제조방법 및 이차전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180164360A KR20200075558A (ko) 2018-12-18 2018-12-18 전극, 그를 포함하는 전극조립체, 전극조립체 제조방법 및 이차전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200075558A true KR20200075558A (ko) 2020-06-26

Family

ID=71136479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180164360A KR20200075558A (ko) 2018-12-18 2018-12-18 전극, 그를 포함하는 전극조립체, 전극조립체 제조방법 및 이차전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20200075558A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170103192A (ko) 2016-03-03 2017-09-13 에스케이이노베이션 주식회사 벤팅부를 포함하는 이차전지

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170103192A (ko) 2016-03-03 2017-09-13 에스케이이노베이션 주식회사 벤팅부를 포함하는 이차전지

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11757124B2 (en) Electrode assembly for secondary battery and method for manufacturing the same
US9685679B2 (en) Stepwise electrode assembly having variously-shaped corner and secondary battery, battery pack and device comprising the same
US9929439B2 (en) Stepped electrode assembly including stepped unit cell
US9172109B2 (en) Electrode assembly and secondary battery using the same
KR102227310B1 (ko) 전극 제조용 슬롯 다이
CN109314280A (zh) 锂离子二次电池
CN106207070B (zh) 二次电池
CN116031364A (zh) 一种极片、电化学装置及电子设备
KR102152213B1 (ko) 전극조립체 제조방법 및 그를 포함하는 이차전지 제조방법
KR20200075558A (ko) 전극, 그를 포함하는 전극조립체, 전극조립체 제조방법 및 이차전지
KR101645065B1 (ko) 스택 폴딩형 전극조립체 및 그 제조방법
KR101785759B1 (ko) 전극조립체의 및 이를 제조하는 방법
CN113381132B (zh) 一种多极耳电芯和电池
US10505232B2 (en) Stacked, rolled-electrode battery cell with y-axis bending
KR20180115152A (ko) 잔류응력 편차 해소를 위한 전지의 단위 전극 및 그를 포함하는 리튬 이온 폴리머 전지
WO2021040044A1 (ja) 全固体電池
US20120214036A1 (en) Rechargeable battery
KR20180041529A (ko) 전극 조립체 및 그러한 전극 조립체의 제조 방법
US20130004829A1 (en) Heterogeneous Ohmic Contact for a Voltaic Cell
US20240154265A1 (en) Electrode Assembly Including Electrode Tabs of Metalized Film and Metal Connector Connecting Them, and Secondary Battery Comprising the Same
US20220294082A1 (en) Electrode Assembly and Method for Manufacturing the Same
EP4224585A1 (en) Electrode assembly
US11581602B2 (en) Pouch type secondary battery and method for manufacturing the same
KR102125433B1 (ko) 플렉서블 전지 및 플렉서블 전지를 생성하는 방법
KR20170118449A (ko) 전극, 그러한 전극을 포함하는 전극 조립체 및 그러한 전극 및 전극 조립체의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal