KR20200125082A - Energy storage device - Google Patents

Energy storage device Download PDF

Info

Publication number
KR20200125082A
KR20200125082A KR1020190048826A KR20190048826A KR20200125082A KR 20200125082 A KR20200125082 A KR 20200125082A KR 1020190048826 A KR1020190048826 A KR 1020190048826A KR 20190048826 A KR20190048826 A KR 20190048826A KR 20200125082 A KR20200125082 A KR 20200125082A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
current collector
holes
positive
negative
positive electrode
Prior art date
Application number
KR1020190048826A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102639173B1 (en
Inventor
강호림
Original Assignee
엘에스엠트론 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 엘에스엠트론 주식회사 filed Critical 엘에스엠트론 주식회사
Priority to KR1020190048826A priority Critical patent/KR102639173B1/en
Publication of KR20200125082A publication Critical patent/KR20200125082A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102639173B1 publication Critical patent/KR102639173B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/66Current collectors
    • H01G11/70Current collectors characterised by their structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/30Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32Carbon-based
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/52Separators
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Abstract

The present invention relates to an energy storage device. The energy storage device includes: a positive electrode including a positive electrode current collector made of a metal thin film and a positive electrode active material applied to both surfaces of the positive electrode current collector; a negative electrode including a negative electrode current collector made of the metal thin film and a negative electrode active material coated on both surfaces of the negative electrode current collector; and an electrode assembly comprising a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode and electrically separating the positive electrode and the negative electrode, wherein at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector of the electrode assembly includes a plurality of holes having a size in a predetermined range and at least one of the positive active material and the negative active material is disposed to be inserted into the plurality of holes. The present invention provides the energy storage device with improved energy density and output properties.

Description

에너지 저장장치{ENERGY STORAGE DEVICE}Energy storage device {ENERGY STORAGE DEVICE}

본 발명은 에너지 저장장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 에너지 밀도 및 출력 특성이 개선된 에너지 저장장치에 관한 것이다.The present invention relates to an energy storage device, and more particularly, to an energy storage device with improved energy density and output characteristics.

전기 에너지를 저장하는 에너지 저장장치로는 전지(battery)와 캐패시터(capacitor)가 있다. 이러한 캐패시터 중 울트라 캐패시터(Ultra-Capacitor, UC)는 슈퍼 캐패시터(Super Capacitor, SC) 또는 전기 이중층 캐패시터(Electric Double Layer Capacitor, EDLC)라고도 불리며, 전해 콘덴서와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 에너지 저장장치로써 높은 효율, 반영구적인 수명 특성으로 인해 이차전지와의 병용 및 대체 가능한 차세대 에너지 저장장치이다.Energy storage devices that store electrical energy include a battery and a capacitor. Among these capacitors, Ultra-Capacitor (UC) is also called Super Capacitor (SC) or Electric Double Layer Capacitor (EDLC), and is an energy storage device having intermediate characteristics between an electrolytic capacitor and a secondary battery. As a result, it is a next-generation energy storage device that can be used together and replaced with secondary batteries due to its high efficiency and semi-permanent life characteristics.

울트라 캐패시터는, 유지보수(Maintenance)가 용이하지 않고 장기간의 사용 수명이 요구되는 애플리케이션(Application)에 대해서는 축전지 대체용으로 이용되기도 한다. 울트라 캐패시터는 빠른 충/방전 특성을 가지며, 이에 따라 이동통신 정보기기인 핸드폰, 노트북, PDA 등의 보조 전원뿐만 아니라, 고 용량이 요구되는 전기자동차, 야간 도로 표시등, UPS(Uninterrupted Power Supply) 등의 주 전원 혹은 보조 전원으로 매우 적합하며, 이와 같은 용도로 많이 이용되고 있다.Ultracapacitors are often used as a replacement for storage batteries for applications that are not easy to maintain and require a long service life. Ultra capacitors have fast charging/discharging characteristics, and accordingly, not only auxiliary power sources such as mobile communication information devices such as mobile phones, notebook computers, and PDAs, but also electric vehicles that require high capacity, night road indicators, UPS (Uninterrupted Power Supply), etc. It is very suitable as the main power or auxiliary power of the product, and is widely used for such purposes.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 울트라 캐패시터(5)의 전극 조립체(1)는 양극(10), 분리막(Separator, 30) 및 음극(20)으로 구성되어 전기화학적 에너지 저장기능을 제공한다. 상기 전극 조립체(1)는 원통형 또는 각형으로 권취되어, 전해액과 함께 울트라 캐패시터(5)의 하우징(또는 바디 케이스) 내부에 수용될 수 있다.As shown in Figure 1, the electrode assembly 1 of the ultracapacitor 5 according to the prior art is composed of an anode 10, a separator 30, and a cathode 20 to provide an electrochemical energy storage function. do. The electrode assembly 1 may be wound in a cylindrical or rectangular shape, and may be accommodated in the housing (or body case) of the ultracapacitor 5 together with an electrolyte.

일반적인 전극 조립체(1)는, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 양극(10), 분리막(Separator, 30) 및 음극(20)이 순차적으로 적층된 것으로서, 권취 구조 또는 스택 구조를 갖는다. 양극(10)은 금속 박막(Metal Foil)으로 이루어진 양극 집전체(11)와 상기 양극 집전체(11)의 양면에 도포된 양극 활물질(13)로 구성된다. 음극(20)은 금속 박막으로 이루어진 음극 집전체(21)와 상기 음극 집전체(21)의 양면에 도포된 음극 활물질(23)로 구성된다. 분리막(30)는 양극(10)과 음극(20) 사이에 배치되어 상기 양극(10)과 음극(20)을 전기적으로 분리한다. 전해액은 울트라 캐패시터의 충/방전 시, 양극 활물질(13) 및 음극 활물질(23)에 흡착하거나 탈착하는 전해질 이온을 제공한다.A typical electrode assembly 1, as shown in (a) of FIG. 2, has an anode 10, a separator 30, and a cathode 20 sequentially stacked, and has a winding structure or a stack structure. . The positive electrode 10 is composed of a positive electrode current collector 11 made of a metal foil and a positive electrode active material 13 coated on both sides of the positive electrode current collector 11. The negative electrode 20 is composed of a negative electrode current collector 21 made of a metal thin film and a negative active material 23 coated on both surfaces of the negative electrode current collector 21. The separator 30 is disposed between the anode 10 and the cathode 20 to electrically separate the anode 10 and the cathode 20. The electrolyte provides electrolyte ions adsorbed or desorbed on the positive electrode active material 13 and the negative electrode active material 23 during charging/discharging of the ultracapacitor.

울트라 캐패시터의 고속 충/방전 특성 및 고 출력 특성을 구현하기 위해서는 전해액의 전해질 이온들을 전극 조립체의 양극 활물질 및 음극 활물질로 원활히 제공하여야 하므로, 상기 전해질 이온들의 원활한 제공을 위한 전해액의 흐름이 매우 중요하다.In order to realize the high-speed charging/discharging characteristics and high output characteristics of an ultracapacitor, it is necessary to smoothly provide the electrolyte ions of the electrolyte as the positive electrode active material and the negative electrode active material of the electrode assembly, so the flow of the electrolyte solution for smooth provision of the electrolyte ions is very important .

그런데, 기존의 전극 조립체(1)는 양극 집전체(11) 및 음극 집전체(21)에 의해 전해액의 흐름이 제한적이고, 양극(10)과 음극(20) 사이에 존재하는 전해질 이온들이 양극(10) 또는 음극(20)과 하우징(housing) 사이에 존재하는 전해질 이온들보다 더 빨리 소모되어 전해질 이온의 불균형 문제가 생길 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 양극(10) 및 음극(20)을 동일 수직선 상으로 관통하여 형성된 복수의 홀들(holes)을 구비하는 전극 조립체(2)를 제안하였다. 이러한 전극 조립체(2)는 전해액이 복수의 홀들을 통과하여 흐르도록 유도함으로써 전해질 이온의 공급 불균형을 어느 정도 해결할 수 있다. 하지만, 상기 전극 조립체(2)는 복수의 홀들에 의한 전극 손실로 에너지 밀도가 감소하는 문제가 있다. 또한, 홀의 크기가 상당히 큰 경우, 전극 조립체(2)의 권취 시, 복수의 홀들에 의해 양극 집전체(11) 및 음극 집전체(21)의 금속 박막이 터지는 문제가 발생할 수 있다.However, in the conventional electrode assembly 1, the flow of electrolyte is limited by the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 21, and the electrolyte ions existing between the positive electrode 10 and the negative electrode 20 10) Or, as the electrolyte ions present between the cathode 20 and the housing are consumed faster than the electrolyte ions, an imbalance of the electrolyte ions may occur. In order to solve this problem, as shown in FIG. 2 (b), an electrode assembly 2 having a plurality of holes formed by penetrating the anode 10 and the cathode 20 on the same vertical line. Proposed. The electrode assembly 2 can solve the supply imbalance of electrolyte ions to some extent by inducing the electrolyte to flow through a plurality of holes. However, the electrode assembly 2 has a problem in that energy density decreases due to electrode loss due to a plurality of holes. In addition, when the size of the hole is quite large, when the electrode assembly 2 is wound, the metal thin film of the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 21 may burst due to a plurality of holes.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 에너지 밀도 및 출력 특성이 개선된 에너지 저장장치를 제공함에 있다.It is an object of the present invention to solve the above and other problems. Another object is to provide an energy storage device with improved energy density and output characteristics.

또 다른 목적은 복수의 홀들이 미리 결정된 패턴으로 형성된 양극 및 음극 집전체와 상기 양극 및 음극 집전체의 홀들에 삽입되는 양극 및 음극 활물질을 포함하는 에너지 저장장치를 제공함에 있다.Another object is to provide an energy storage device including a positive electrode and a negative electrode current collector in which a plurality of holes are formed in a predetermined pattern, and a positive electrode and negative electrode active material inserted into the holes of the positive and negative electrode current collectors.

또 다른 목적은 복수의 홀들이 미리 결정된 패턴으로 형성된 양극 집전체와 상기 양극 집전체의 홀들에 삽입되는 양극 활물질을 포함하는 에너지 저장장치를 제공함에 있다.Another object is to provide an energy storage device including a positive electrode current collector in which a plurality of holes are formed in a predetermined pattern and a positive electrode active material inserted into the holes of the positive electrode current collector.

또 다른 목적은 복수의 홀들이 미리 결정된 패턴으로 형성된 음극 집전체와 상기 음극 집전체의 홀들에 삽입되는 음극 활물질을 포함하는 에너지 저장장치를 제공함에 있다.Another object is to provide an energy storage device including a negative electrode current collector in which a plurality of holes are formed in a predetermined pattern and a negative active material inserted into the holes of the negative electrode current collector.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 금속 박막으로 이루어진 양극 집전체와, 상기 양극 집전체의 양면에 도포된 양극 활물질을 포함하는 양극; 금속 박막으로 이루어진 음극 집전체와, 상기 음극 집전체의 양면에 도포된 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 배치되어, 상기 양극과 음극을 전기적으로 분리하는 분리막(separator)을 포함하는 전극 조립체를 구비하되, 상기 전극 조립체의 양극 집전체 및 음극 집전체 중 적어도 하나는 일정 범위의 크기를 갖는 복수의 홀들을 구비하며, 상기 양극 활물질 및 음극 활물질 중 적어도 하나는 상기 복수의 홀들에 삽입되어 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a positive electrode including a positive electrode current collector made of a metal thin film and a positive electrode active material coated on both surfaces of the positive electrode current collector; A negative electrode including a negative electrode current collector made of a metal thin film and a negative electrode active material coated on both surfaces of the negative electrode current collector; And a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode and electrically separating the positive and negative electrodes, wherein at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector of the electrode assembly is in a certain range. It provides an energy storage device comprising a plurality of holes having a size, and at least one of the positive active material and the negative active material is inserted into the plurality of holes and disposed.

좀 더 바람직하게는, 상기 양극 및 음극 집전체는 5% 내지 10% 범위의 조면화 비율을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 양극 및 음극 집전체는 20㎛ 내지 30㎛의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 양극 및 음극 집전체는 1.3 kg/㎝ 이상의 장력을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.More preferably, the positive electrode and negative electrode current collectors are formed to have a roughening ratio in the range of 5% to 10%. In addition, the positive electrode and the negative electrode current collector is characterized in that it is formed to have a thickness of 20㎛ to 30㎛. In addition, the positive electrode and negative electrode current collectors are characterized in that they are formed to have a tension of 1.3 kg/cm or more.

좀 더 바람직하게는, 상기 복수의 홀들은 10㎛ 내지 200㎛의 크기를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 복수의 홀들은 집전체의 표면 상에 일정한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 한다.More preferably, the plurality of holes is characterized in that formed to have a size of 10㎛ to 200㎛. In addition, the plurality of holes may be arranged at regular intervals on the surface of the current collector.

좀 더 바람직하게는, 상기 복수의 홀들은 양극 집전체에 형성된 제1 홀들과 음극 집전체에 형성된 제2 홀들을 포함하는 경우, 상기 제1 홀들과 제2 홀들은 분리막을 기준으로 서로 마주보도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제1 홀들은 음극 집전체에 형성된 제2 홀들 사이에 위치하도록 형성되고, 상기 제2 홀들은 양극 집전체에 형성된 제1 홀들 사이에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.More preferably, when the plurality of holes includes first holes formed in the positive electrode current collector and second holes formed in the negative electrode current collector, the first holes and the second holes are formed to face each other based on the separator. It is characterized by being. In addition, the first holes are formed to be positioned between second holes formed in the anode current collector, and the second holes are formed to be positioned between first holes formed in the anode current collector.

좀 더 바람직하게는, 원통형으로 권취된 전극 조립체의 최상부에 양극이 배치된 경우, 상기 복수의 홀들은 양극의 양극 조립체에만 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 원통형으로 권취된 전극 조립체의 최상부에 음극이 배치된 경우, 상기 복수의 홀들은 음극의 음극 조립체에만 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 복수의 홀들은, 원통형으로 권취된 전극 조립체의 가장 바깥쪽 영역(A)에 대응하는 집전체 영역에 형성되는 것을 특징으로 한다. More preferably, when the anode is disposed on the uppermost portion of the electrode assembly wound in a cylindrical shape, the plurality of holes are formed only in the anode assembly of the anode. In addition, when the cathode is disposed on the uppermost portion of the electrode assembly wound in a cylindrical shape, the plurality of holes are formed only in the cathode assembly of the cathode. In addition, the plurality of holes may be formed in a current collector region corresponding to an outermost region A of the electrode assembly wound in a cylindrical shape.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수의 홀들이 미리 결정된 패턴으로 형성된 양극 및 음극 집전체와 상기 양극 및 음극 집전체의 홀들에 삽입되는 양극 및 음극 활물질을 포함하는 전극 조립체를 구비함으로써, 에너지 저장장치의 에너지 밀도 및 출력 특성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, by providing an electrode assembly including a positive electrode and a negative electrode current collector in which a plurality of holes are formed in a predetermined pattern, and a positive electrode and negative electrode active material inserted into the holes of the positive and negative electrode current collectors, There is an advantage in that the energy density and output characteristics of the energy storage device can be improved.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수의 홀들이 미리 결정된 패턴으로 형성된 양극 집전체와 상기 양극 집전체의 홀들에 삽입되는 양극 활물질을 포함하는 전극 조립체를 구비함으로써, 에너지 저장장치의 에너지 밀도 및 출력 특성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, by providing an electrode assembly including a positive electrode current collector in which a plurality of holes are formed in a predetermined pattern and a positive electrode active material inserted into the holes of the positive electrode current collector, the energy storage device There is an advantage in that energy density and output characteristics can be improved.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 복수의 홀들이 미리 결정된 패턴으로 형성된 음극 집전체와 상기 음극 집전체의 홀들에 삽입되는 음극 활물질을 포함하는 전극 조립체를 구비함으로써, 에너지 저장장치의 에너지 밀도 및 출력 특성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, by providing an electrode assembly including a negative electrode current collector in which a plurality of holes are formed in a predetermined pattern and a negative active material inserted into the holes of the negative electrode current collector, the energy storage device There is an advantage in that energy density and output characteristics can be improved.

다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 저장장치가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects that can be achieved by the energy storage device according to the embodiments of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned are common knowledge in the technical field to which the present invention belongs from the following description. It can be clearly understood by those who have.

도 1은 종래 기술에 따른 에너지 저장장치의 구성을 나타내는 도면;
도 2는 종래 기술에 따른 전극 조립체들의 단면을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 외관을 나타내는 사시도;
도 4는 도 3의 에너지 저장장치에 포함되는 전극 조립체의 외관을 나타내는 사시도;
도 5는 도 3의 에너지 저장장치에 포함되는 전극 조립체를 상부에서 바라본 평면도;
도 6은 도 3의 에너지 저장장치에 포함되는 전극 조립체를 펼쳐서 나타낸 도면;
도 7은 도 6의 전극 조립체에 포함되는 집전체의 형상을 예시하는 도면;
도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 조립체의 단면도;
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전극 조립체의 단면도;
도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전극 조립체의 단면도;
도 11은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 전극 조립체의 단면도.
1 is a view showing the configuration of an energy storage device according to the prior art;
2 is a view referred to for explaining a cross section of electrode assemblies according to the prior art;
3 is a perspective view showing the appearance of an energy storage device according to an embodiment of the present invention;
4 is a perspective view showing the appearance of an electrode assembly included in the energy storage device of FIG. 3;
5 is a plan view as viewed from above of an electrode assembly included in the energy storage device of FIG. 3;
6 is a view showing an unfolded electrode assembly included in the energy storage device of FIG. 3;
7 is a diagram illustrating a shape of a current collector included in the electrode assembly of FIG. 6;
8 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to a first embodiment of the present invention;
9 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to a second embodiment of the present invention;
10 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to a third embodiment of the present invention;
11 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to a fourth embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 첨부된 도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.Hereinafter, exemplary embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but identical or similar elements are denoted by the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In the following description of the embodiments disclosed in the present specification, when it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the subject matter of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. The accompanying drawings are only for making it easier to understand the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed in the present specification is not limited by the accompanying drawings, and all changes and equivalents included in the spirit and scope of the present invention It should be understood to include water or substitutes. In addition, in the accompanying drawings, the size of each component or a specific part constituting the component may be modified for convenience and clarity of description, and thus the actual size is not entirely reflected.

본 발명은 에너지 밀도 및 출력 특성이 개선된 에너지 저장장치를 제안한다. 또한, 본 발명은 복수의 홀들이 미리 결정된 패턴으로 형성된 양극 및 음극 집전체와 상기 양극 및 음극 집전체의 홀들에 삽입되는 양극 및 음극 활물질을 포함하는 에너지 저장장치를 제안한다. 또한, 본 발명은 복수의 홀들이 미리 결정된 패턴으로 형성된 양극 집전체와 상기 양극 집전체의 홀들에 삽입되는 양극 활물질을 포함하는 에너지 저장장치를 제안한다. 또한, 본 발명은 복수의 홀들이 미리 결정된 패턴으로 형성된 음극 집전체와 상기 음극 집전체의 홀들에 삽입되는 음극 활물질을 포함하는 에너지 저장장치를 제안한다.The present invention proposes an energy storage device with improved energy density and output characteristics. In addition, the present invention proposes an energy storage device including a positive electrode and a negative electrode current collector in which a plurality of holes are formed in a predetermined pattern, and a positive electrode and negative electrode active material inserted into the holes of the positive and negative electrode current collectors. In addition, the present invention proposes an energy storage device including a positive electrode current collector in which a plurality of holes are formed in a predetermined pattern and a positive electrode active material inserted into the holes of the positive electrode current collector. In addition, the present invention proposes an energy storage device including a negative electrode current collector in which a plurality of holes are formed in a predetermined pattern and a negative active material inserted into the holes of the negative electrode current collector.

이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 외관을 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 에너지 저장장치에 포함되는 전극 조립체의 외관을 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 3의 에너지 저장장치에 포함되는 전극 조립체를 상부에서 바라본 평면도이고, 도 6은 도 3의 에너지 저장장치에 포함되는 전극 조립체를 펼쳐서 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6의 전극 조립체에 포함되는 집전체의 형상을 예시하는 도면이다.3 is a perspective view showing the appearance of an energy storage device according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a perspective view showing the appearance of an electrode assembly included in the energy storage device of FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram illustrating the energy storage of FIG. It is a plan view as viewed from the top of the electrode assembly included in the device, FIG. 6 is a view showing an unfolded electrode assembly included in the energy storage device of FIG. 3, and FIG. 7 is a diagram illustrating the shape of a current collector included in the electrode assembly of FIG. 6 It is a drawing.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치(100)는 전극 조립체(110), 상기 전극 조립체(110)를 수용하는 하우징(120), 상기 하우징(120) 내부에 수용되어 전극 조립체(110)를 함침하는 전해액(미도시), 상기 하우징(120) 외부로 돌출된 전극단자(130), 상기 전극 조립체(110)와 전극단자(130)를 전기적으로 연결하는 복수의 리드선들(미도시)을 포함할 수 있다.3 to 7, an energy storage device 100 according to an embodiment of the present invention includes an electrode assembly 110, a housing 120 accommodating the electrode assembly 110, and an interior of the housing 120. Electrolyte (not shown) accommodated in the electrode assembly 110 to impregnate the electrode assembly 110, the electrode terminal 130 protruding out of the housing 120, a plurality of electrically connecting the electrode assembly 110 and the electrode terminal 130 May include lead wires (not shown).

전극 조립체(110)는 양극(111), 분리막(separator, 113) 및 음극(112)을 포함한다. 상기 전극 조립체(110)는 양극(111), 분리막(113) 및 음극(112)을 순차적으로 적층한 다음 원통형으로 권취하여 형성된다.The electrode assembly 110 includes an anode 111, a separator 113 and a cathode 112. The electrode assembly 110 is formed by sequentially stacking an anode 111, a separator 113, and a cathode 112, and then winding it in a cylindrical shape.

양극(111)은 금속 박막(Metal Foil)으로 구성된 양극 집전체와 다공성 활성탄으로 구성된 양극 활물질을 포함하며, 그 일 측에는 하나 이상의 양극 리드선들이 연결된다. 상기 양극 리드선들이 연결되는 집전체 부분에는 활물질이 제거되는 것이 바람직하다.The positive electrode 111 includes a positive electrode current collector made of a metal foil and a positive electrode active material made of porous activated carbon, and one or more positive lead wires are connected to one side thereof. It is preferable that the active material is removed from the current collector portion to which the positive lead wires are connected.

음극(112)은 금속 박막으로 구성된 음극 집전체와 다공성 활성탄으로 구성된 음극 활물질을 포함하며, 그 일 측에는 하나 이상의 음극 리드선들이 연결된다. 마찬가지로, 상기 음극 리드선들이 연결되는 집전체 부분에는 활물질이 제거되는 것이 바람직하다.The negative electrode 112 includes a negative electrode current collector made of a metal thin film and a negative electrode active material made of porous activated carbon, and one or more negative lead wires are connected to one side thereof. Likewise, it is preferable that the active material is removed from the portion of the current collector to which the negative lead wires are connected.

양극 집전체 및 음극 집전체 중 적어도 하나는, 일정 범위의 크기를 갖는 복수의 홀들을 구비할 수 있다. 상기 집전체에 형성된 복수의 홀들에는 활물질이 삽입될 수 있다. 이러한 전극 구조를 통해, 에너지 저장장치(100)의 에너지 밀도 및 출력 특성을 개선할 수 있다.At least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector may include a plurality of holes having a size in a predetermined range. An active material may be inserted into a plurality of holes formed in the current collector. Through this electrode structure, the energy density and output characteristics of the energy storage device 100 may be improved.

가령, 도 7에 도시된 바와 같이, 양극(111) 및 음극(112)을 구성하는 집전체(1110)는 매트릭스 형태로 배열된 복수의 홀들(1115)을 구비할 수 있다. 이때, 상기 복수의 홀들(115)은 서로 동일한 크기(또는 너비)를 갖도록 형성될 수 있다. For example, as shown in FIG. 7, the current collector 1110 constituting the positive electrode 111 and the negative electrode 112 may include a plurality of holes 1115 arranged in a matrix form. In this case, the plurality of holes 115 may be formed to have the same size (or width) with each other.

양극(111)과 음극(112) 사이에는 전하의 전도를 제한하기 위한 분리막(113)이 배치되고, 상기 하우징(120) 내에는 전해액이 충진된다. 이러한 상태에서 양극(111) 및 음극(112)에 소정의 전압이 가해지면, 전해액에 포함된 양이온 및 음이온이 양극(111) 및 음극(112)으로 각각 이동하여 다공성 활물질의 세부 기공으로 침투하게 된다.A separator 113 is disposed between the anode 111 and the cathode 112 to limit conduction of electric charges, and an electrolyte is filled in the housing 120. In this state, when a predetermined voltage is applied to the positive electrode 111 and the negative electrode 112, the positive and negative ions contained in the electrolyte move to the positive electrode 111 and the negative electrode 112, respectively, and penetrate into the detailed pores of the porous active material. .

하우징(120)은 상부 하우징(122)과 하부 하우징(124)으로 구성된다. 하부 하우징(124)은 전극 조립체(110) 및 전해액을 수용하는 역할을 수행하고, 상부 하우징(122)은 하부 하우징(124)의 개방된 상면을 밀폐(또는 커버)하는 역할을 수행한다.The housing 120 is composed of an upper housing 122 and a lower housing 124. The lower housing 124 serves to accommodate the electrode assembly 110 and the electrolyte, and the upper housing 122 serves to seal (or cover) the open upper surface of the lower housing 124.

상부 하우징(122)은 합성 고무 재질 및 합성 수지 재질 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 상부 하우징(122)은 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 층과 베크라이트(bakelite) 층으로 구성될 수 있다.The upper housing 122 may be formed of at least one of a synthetic rubber material and a synthetic resin material. For example, the upper housing 122 may be formed of an EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer) layer and a bakelite layer.

하부 하우징(124)은 금속 재질 또는 합성 수지 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 하부 하우징(124)은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.The lower housing 124 may be formed of a metal material or a synthetic resin material. For example, the lower housing 124 may be made of aluminum (Al) or an aluminum alloy.

상부 하우징(122)에는 하나 이상의 양극 리드선들이 연결되는 양극단자(132)와 하나 이상의 음극 리드선들이 연결되는 음극단자(134)를 구비하는 전극단자(130)가 결합된다. 전극단자(130)는 기계적 강도를 확보할 수 있도록 알루미늄(Al), 강철(steel) 또는 스테인레스강(Stainless steel) 중 적어도 하나의 재질로 구성될 수 있다. 더 나아가, 전극단자(130)의 표면에 니켈(Ni) 또는 주석(Tin) 등을 코팅하여 납땜 등에 의한 접합성을 확보할 수 있다.The upper housing 122 is coupled to an electrode terminal 130 including an anode terminal 132 to which one or more anode lead wires are connected and a cathode terminal 134 to which one or more cathode lead wires are connected. The electrode terminal 130 may be made of at least one of aluminum (Al), steel, or stainless steel to secure mechanical strength. Further, by coating the surface of the electrode terminal 130 with nickel (Ni) or tin (Tin), it is possible to secure bonding by soldering or the like.

전극단자(130)는 상부 하우징(122)의 외부에서 양극단자(132)와 음극단자(134)가 서로 수직한 방향으로 배치되도록 한다. 이는 외력에 의한 굽힘 모멘트가 어느 방향으로 작용하든지 간에 동일한 지지력을 발생시킬 수 있도록 하기 위함이다.The electrode terminal 130 allows the positive terminal 132 and the negative terminal 134 to be disposed in a direction perpendicular to each other outside of the upper housing 122. This is to allow the same bearing force to be generated no matter which direction the bending moment caused by the external force acts in any direction.

복수의 리드선들은 하나 이상의 양극 리드선들과 하나 이상의 음극 리드선들로 구성되며, 레이저 용접 공정 또는 리벳 압입 공정 등을 통해 양극 집전체 및 음극 집전체와 연결될 수 있다. 양극 리드선들은 양극 집전체 상에 균등한 간격으로 배치될 수 있고, 음극 리드선들은 음극 집전체 상에 균등한 간격으로 배치될 수 있다.The plurality of lead wires are composed of one or more positive electrode lead wires and one or more negative electrode lead wires, and may be connected to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector through a laser welding process or a rivet press-fitting process. The positive lead wires may be disposed on the positive electrode current collector at equal intervals, and the negative lead wires may be disposed on the negative electrode current collector at equal intervals.

복수의 리드선들은 레이저 용접 공정 또는 리벳 압입 공정 등을 통해 전극단자(130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 양극 리드선들은 상부 하우징(122)에 결합된 양극단자(132)와 전기적으로 연결될 수 있고, 음극 리드선들은 상부 하우징(122)에 결합된 음극단자(134)와 전기적으로 연결될 수 있다.The plurality of lead wires may be electrically connected to the electrode terminal 130 through a laser welding process or a rivet pressing process. That is, the positive lead wires may be electrically connected to the positive terminal 132 coupled to the upper housing 122, and the negative lead wires may be electrically connected to the negative terminal 134 coupled to the upper housing 122.

도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.8 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to a first embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 조립체(500)는 양극(510), 분리막(separator, 530) 및 음극(520)이 차례대로 적층되어 형성된다. 상기 전극 조립체(500)는 젤리-롤(Jelly-Roll) 형태의 권취 구조 또는 스택 구조로 가공되어 전해액(550)과 함께 하우징 내부에 수용된다.Referring to FIG. 8, the electrode assembly 500 according to the first embodiment of the present invention is formed by sequentially stacking an anode 510, a separator 530, and a cathode 520. The electrode assembly 500 is processed into a Jelly-Roll type winding structure or a stack structure and accommodated in the housing together with the electrolyte solution 550.

분리막(separator, 530)은 양극(510)과 음극(520) 사이에 배치되어, 상기 양극(510)과 음극(520)을 전기적으로 분리하는 역할을 수행한다. 상기 분리막(530)은 펄프(pulp) 계열 또는 폴리머(polymer) 계열의 단위 섬유를 멜트 브라운(Melt-Blown) 공정에 의해 부정방향으로 배열되도록 형성될 수 있다. 상기 펄프는 목재나 그 밖의 섬유 식물에서 기계적/화학적 방법에 의하여 얻는 셀룰로오스 섬유의 집합체를 의미하며, 상기 폴리머 계열의 합성수지로는 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene) 등이 이용될 수 있다.The separator 530 is disposed between the anode 510 and the cathode 520 and serves to electrically separate the anode 510 and the cathode 520. The separator 530 may be formed such that pulp-based or polymer-based unit fibers are arranged in a negative direction by a melt-blown process. The pulp refers to an aggregate of cellulose fibers obtained from wood or other fibrous plants by mechanical/chemical methods, and as the polymer-based synthetic resin, polyethylene, polypropylene, or the like may be used.

한편, 본 실시 예에서는, 분리막(530)이 양극(510) 및 음극(520) 사이에 배치되는 것을 예시하고 있으나 이를 제한하지는 않으며, 양극(510) 및 음극(520)이 외부로 노출되지 않도록 상기 양극(510) 및 음극(520)의 외부에 분리막(530)이 추가로 배치될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.Meanwhile, in the present embodiment, the separator 530 is illustrated to be disposed between the anode 510 and the cathode 520, but is not limited thereto, and the anode 510 and the cathode 520 are not exposed to the outside. It will be apparent to those skilled in the art that the separator 530 may be additionally disposed outside the anode 510 and the cathode 520.

양극(510)은 금속 박막(Metal Foil)으로 이루어진 양극 집전체(511)와, 다공성 활성탄으로 구성된 양극 활물질(513)을 포함한다. 이러한 양극(510)은 분리막(530)을 사이에 두고 음극(520)과 대향한다.The positive electrode 510 includes a positive electrode current collector 511 made of a metal foil and a positive active material 513 made of porous activated carbon. The anode 510 faces the cathode 520 with the separator 530 interposed therebetween.

양극 집전체(511)는 양극 활물질(513)로부터 방출되거나 양극 활물질(513)로 공급되는 전하의 이동통로 역할을 수행한다. 상기 양극 집전체(511)는 예컨대, 알루미늄 박막(Aluminum Foil) 또는 구리 박막(Copper Foil) 등과 같은 금속 박막으로 구성된다.The positive electrode current collector 511 serves as a passage for electric charges discharged from the positive electrode active material 513 or supplied to the positive electrode active material 513. The positive electrode current collector 511 is formed of, for example, a metal thin film such as an aluminum foil or a copper foil.

양극 활물질(513)은, 활성 탄소(Activated Carbon)로서, 상기 양극 집전체(511)의 양면에 활물질 슬러리를 코팅 및 건조하는 공정에 의해 형성된다. 상기 양극 활물질(513)은 양극의 전기 에너지를 저장하는 역할을 수행한다.The positive electrode active material 513 is activated carbon and is formed by a process of coating and drying an active material slurry on both surfaces of the positive electrode current collector 511. The positive electrode active material 513 serves to store electrical energy of the positive electrode.

음극(520)은 금속 박막으로 이루어진 음극 집전체(521)와, 다공성 활성탄으로 구성된 음극 활물질(523)을 포함한다. 마찬가지로, 음극(520)은 분리막(530)을 사이에 두고 양극(510)과 대향한다.The negative electrode 520 includes a negative electrode current collector 521 made of a metal thin film and a negative active material 523 made of porous activated carbon. Likewise, the cathode 520 faces the anode 510 with the separator 530 therebetween.

음극 집전체(521)는 음극 활물질(523)로부터 방출되거나 음극 활물질(523)로 공급되는 전하의 이동통로 역할을 수행한다. 상기 음극 집전체(521)는 예컨대, 알루미늄 박막(Aluminum Foil) 또는 구리 박막(Copper Foil) 등과 같은 금속 박막으로 구성된다. The negative electrode current collector 521 serves as a passage for electric charges discharged from the negative active material 523 or supplied to the negative active material 523. The negative electrode current collector 521 is formed of a metal thin film such as, for example, an aluminum foil or a copper foil.

음극 활물질(523)은, 활성 탄소로서, 상기 음극 집전체(31)의 양면에 활물질 슬러리를 코팅 및 건조하는 공정에 의해 형성된다. 상기 음극 활물질(523)은 음극의 전기 에너지를 저장하는 역할을 수행한다.The negative active material 523 is activated carbon and is formed by a process of coating and drying the active material slurry on both surfaces of the negative electrode current collector 31. The negative active material 523 serves to store electrical energy of the negative electrode.

양극 및 음극 집전체(511, 521)는 전기 도금법으로 전해금속박을 제조하는 제박공정과 금속박에 표면 처리를 수행하는 후처리 공정을 통해 제조된다. 양극 및 음극 집전체(511, 521)는 후처리 공정을 통해 금속 박막을 표면 처리하여 양극 및 음극 활물질(513, 523)과의 접착력을 향상시키고, 에너지 저장장치(100)의 신뢰성을 개선시킨다. 이러한 표면 처리 공정을 통해, 에너지 저장장치(100)에 적합한 물리적/전기적 특성을 양극 및 음극 집전체(511, 521)에 부여할 수 있다.The positive and negative current collectors 511 and 521 are manufactured through a thinning process of manufacturing an electrolytic metal foil by an electroplating method and a post-treatment process of performing a surface treatment on the metal foil. The positive and negative current collectors 511 and 521 surface-treat a metal thin film through a post-treatment process, thereby improving adhesion to the positive and negative active materials 513 and 523 and improving the reliability of the energy storage device 100. Through this surface treatment process, physical/electrical properties suitable for the energy storage device 100 may be imparted to the positive and negative current collectors 511 and 521.

양극 및 음극 집전체(511, 521)는 전기/화학적 에칭(etching)법 또는 샌딩(sanding)법 등에 의하여 그 표면이 조면화(粗面化) 처리된다. 여기서, 조면화란 양극 및 음극 집전체(511, 521)의 표면에 치상돌기 또는 앵커패턴을 인위적으로 형성시켜, 그 표면적을 늘림으로써 양극 및 음극 활물질(513, 523)과의 접착력을 증대시키는 것을 의미한다. 그리고, 전기/화학적 에칭법은 압연된 금속 박막의 표면을 전기적 또는 화학적 방식으로 에칭하여 그 실효 면적을 증가시키는 공정이고, 샌딩법은 금속 박막의 표면에 미세한 입자를 물리적으로 충돌시켜 그 실효 면적을 증가시키는 공정이다.The surfaces of the positive and negative current collectors 511 and 521 are roughened by an electric/chemical etching method or a sanding method. Here, roughening means increasing the adhesion between the positive and negative active materials 513 and 523 by artificially forming tooth protrusions or anchor patterns on the surfaces of the positive and negative current collectors 511 and 521 and increasing the surface area. do. In addition, the electro/chemical etching method is a process of increasing the effective area by etching the surface of the rolled metal thin film in an electrical or chemical method, and the sanding method physically collides fine particles on the surface of the metal thin film to increase the effective area. It is an increasing process.

양극 및 음극 집전체(511, 521)는 약 5% 내지 10% 범위의 조면화 비율을 갖도록 형성될 수 있다. 여기서, 상기 양극 및 음극 집전체(511, 521)의 조면화 비율은 해당 집전체(511, 521)의 전체 표면 영역 중에서 조면화 처리된 영역의 비율을 의미한다. 양극 및 음극 집전체(511, 521)의 표면에 대한 조면화 처리가 상대적으로 많이 이루어지면, 집전체(511, 521)의 전체 면적이 감소하여, 전하의 이동 공간이 작아지게 되므로, 집전체(511, 521)의 전기적 저항이 높아지게 된다. 반대로, 양극 및 음극 집전체(511, 521)의 표면에 대한 조면화 처리가 상대적으로 적게 이루어지면, 양극 및 음극 활물질(513, 523)이 양극 및 음극 집전체(511, 521)의 표면에 코팅되었다가 쉽게 박리될 수 있어 전체적인 전기 용량이 줄어들게 된다.The positive and negative current collectors 511 and 521 may be formed to have a roughening ratio in the range of about 5% to 10%. Here, the ratio of roughening of the positive and negative current collectors 511 and 521 refers to the ratio of the roughened region of the entire surface regions of the current collectors 511 and 521. When the surface of the positive and negative current collectors 511 and 521 is relatively roughened, the total area of the current collectors 511 and 521 decreases, so that the space for moving electric charges becomes smaller, the current collector ( The electrical resistance of the 511 and 521 increases. Conversely, when the surface of the positive and negative current collectors 511 and 521 is relatively less roughened, the positive and negative active materials 513 and 523 are coated on the surfaces of the positive and negative current collectors 511 and 521. Then, it can be easily peeled off, reducing the overall electric capacity.

조면화 비율Roughening ratio 저항(mΩ)Resistance (mΩ) 용량(F/cm3)Capacity (F/cm 3 ) 실시예 1Example 1 5%5% 14.514.5 24.224.2 실시예 2Example 2 7%7% 14.914.9 24.524.5 실시예 3Example 3 10%10% 15.215.2 24.924.9 비교예 1Comparative Example 1 3%3% 2323 1818 비교예 2Comparative Example 2 15%15% 2525 1919 비교예 3Comparative Example 3 20%20% 2626 2020

표 1은 집전체의 조면화 비율에 따른 전기적 저항 및 용량 변화를 측정한 표이다. 상기 표 1에 도시된 바와 같이, 집전체의 조면화 비율이 약 5% 내지 10% 범위를 갖는 경우, 해당 집전체의 전기적 저항은 작은 반면 전체 용량은 큰 것을 확인할 수 있다. Table 1 is a table measuring changes in electrical resistance and capacity according to the roughening ratio of the current collector. As shown in Table 1, when the current collector has a roughening ratio of about 5% to 10%, it can be seen that the electrical resistance of the current collector is small while the total capacity is large.

양극 및 음극 집전체(511, 521)는 약 20㎛ 내지 30㎛의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 만약, 양극 및 음극 집전체(511, 521)의 두께가 너무 크면, 전극 조립체(500)의 에너지 밀도가 감소되는 문제가 있고, 양극 및 음극 집전체(511, 521)의 두께가 너무 작으면, 인장 강도 및 절곡 강도의 감소로 인해 전극 조립체(500)의 생산성이 떨어지는 문제가 있다. 양극 및 음극 집전체(511, 521)는 1.3 kg/㎝ 이상의 장력을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 양극 및 음극 집전체(511, 521)는 99.4% 내지 99.9%의 순도를 갖도록 형성될 수 있다.The positive and negative current collectors 511 and 521 may be formed to have a thickness of about 20 μm to 30 μm. If the thickness of the positive electrode and negative electrode current collectors 511 and 521 is too large, there is a problem that the energy density of the electrode assembly 500 decreases, and if the thickness of the positive electrode and negative electrode current collectors 511 and 521 is too small, There is a problem in that productivity of the electrode assembly 500 is deteriorated due to the decrease in tensile strength and bending strength. The positive and negative current collectors 511 and 521 may be formed to have a tension of 1.3 kg/cm or more. In addition, the positive and negative current collectors 511 and 521 may be formed to have a purity of 99.4% to 99.9%.

양극 및 음극 집전체(511, 521)는 약 10㎛ 내지 200㎛의 크기를 갖는 복수의 홀(또는 개구, 540)들을 구비할 수 있다. 만약, 양극 및 음극 집전체(511, 521)에 형성된 홀(540)의 크기가 너무 크면, 인장 강도의 감소로 인해 전극 조립체(500)의 생산성이 떨어지는 문제가 있고, 홀(540)의 크기가 너무 작으면, 전해액(550)의 양이온 및 음이온이 홀을 통과할 수 없는 문제가 있다.The positive and negative current collectors 511 and 521 may include a plurality of holes (or openings) 540 having a size of about 10 μm to 200 μm. If the size of the holes 540 formed in the positive and negative current collectors 511 and 521 is too large, there is a problem that the productivity of the electrode assembly 500 decreases due to a decrease in tensile strength, and the size of the holes 540 is If it is too small, there is a problem that cations and anions of the electrolyte solution 550 cannot pass through the hole.

홀(㎛)Hole(㎛) 저항(mΩ)Resistance (mΩ) 용량(F/cm3)Capacity (F/cm 3 ) 실시예 1Example 1 1010 14.414.4 24.124.1 실시예 2Example 2 100100 14.814.8 24.524.5 실시예 3Example 3 200200 15.215.2 2525 비교예 1Comparative Example 1 55 2424 1919 비교예 2Comparative Example 2 250250 2626 19.519.5 비교예 3Comparative Example 3 300300 2727 2020

표 2는 집전체의 홀 크기에 따른 전기적 저항 및 용량 변화를 측정한 표이다. 상기 표 2에 도시된 바와 같이, 집전체의 홀 크기가 약 10㎛ 내지 200㎛ 범위를 갖는 경우, 해당 집전체의 전기적 저항은 작은 반면 전체 용량은 큰 것을 확인할 수 있다.Table 2 is a table measuring changes in electrical resistance and capacity according to the hole size of the current collector. As shown in Table 2, when the hole size of the current collector is in the range of about 10 μm to 200 μm, it can be seen that the electrical resistance of the current collector is small while the total capacity is large.

양극 및 음극 집전체(511, 521)에 형성된 복수의 홀들(540)은 서로 동일 또는 유사한 크기를 갖도록 형성되며, 양극 및 음극 집전체(511, 521)의 표면 상에 일정한 간격으로 배치되도록 형성될 수 있다. 또한, 복수의 홀들(540)은 양극 및 음극 집전체(511, 521)의 표면 상에 미리 결정된 패턴을 갖도록 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 복수의 홀들(540)은 격자 패턴 또는 매트릭스 패턴을 갖도록 형성될 수 있다.The plurality of holes 540 formed in the positive and negative current collectors 511 and 521 are formed to have the same or similar size, and are formed to be disposed at regular intervals on the surfaces of the positive and negative current collectors 511 and 521. I can. In addition, the plurality of holes 540 may be formed to have a predetermined pattern on the surfaces of the positive and negative current collectors 511 and 521. For example, the plurality of holes 540 may be formed to have a lattice pattern or a matrix pattern.

복수의 홀들(540)은 양극 집전체(511)에 형성된 제1 홀들(540)과 음극 집전체(521)에 형성된 제2 홀들(540)이 동일한 수직선 상에 위치하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 양극 집전체(511)에 형성된 제1 홀들(540)과 음극 집전체(521)에 형성된 제2 홀들(540)은 분리막(530)을 기준으로 서로 마주보도록 형성될 수 있다.The plurality of holes 540 may be formed so that the first holes 540 formed in the positive electrode current collector 511 and the second holes 540 formed in the negative electrode current collector 521 are positioned on the same vertical line. That is, the first holes 540 formed in the positive electrode current collector 511 and the second holes 540 formed in the negative electrode current collector 521 may be formed to face each other based on the separator 530.

양극 및 음극 활물질(513, 523)은 금속 산화물과 바인더가 혼합되어 형성될 수 있고, 양극 및 음극 집전체(511, 521)의 양면에 넓게 코팅하기 위해 수계 용매를 사용할 수 있다.The positive and negative active materials 513 and 523 may be formed by mixing a metal oxide and a binder, and an aqueous solvent may be used to widely coat both surfaces of the positive and negative current collectors 511 and 521.

양극 및 음극 활물질(513, 523)은 양극 및 음극 집전체(511, 521)의 양 표면에 균일하게 도포되어 배치될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 양극 및 음극 집전체(511, 521)에 형성된 복수의 홀들(540)에 삽입되어 배치될 수 있다. 이를 위해, 활물질의 코팅 및 건조 공정 시, 양극 및 음극 집전체(511, 521)의 양 표면에 활물질(513, 523)을 코팅한 다음 집전체(511, 521)의 표면에 수직한 방향으로 소정의 압력을 인가하여 활물질을 복수의 홀들(540)에 삽입할 수 있다. 이러한 홀 삽입 공정을 통해 양극(510) 및 음극(520)에 존재하는 활물질(513, 523)의 양이 늘어남에 따라, 전극 조립체(500)의 에너지 밀도는 증가하게 된다.The positive and negative active materials 513 and 523 may be uniformly applied and disposed on both surfaces of the positive and negative current collectors 511 and 521, as well as a plurality of positive and negative electrode current collectors 511 and 521. It may be inserted into the holes 540 and disposed. To this end, during the coating and drying process of the active material, the active materials 513 and 523 are coated on both surfaces of the positive and negative current collectors 511 and 521, and then predetermined in a direction perpendicular to the surfaces of the current collectors 511 and 521. The active material may be inserted into the plurality of holes 540 by applying a pressure of. As the amount of the active materials 513 and 523 present in the positive electrode 510 and the negative electrode 520 increases through the hole insertion process, the energy density of the electrode assembly 500 increases.

양극 및 음극 활물질(513, 523)은 마이크로적으로 거의 원형에 가까운 기공들을 통해 넓은 표면적을 가지며, 상기 양극 및 음극 활물질(513, 523)의 각 표면이 전해액(550)과 접촉하게 된다. 이러한 상태에서 양극 및 음극(510, 520)에 소정의 전압이 가해지면, 전해액(550)에 포함된 양이온 및 음이온이 각각 양극(510)과 음극(520)으로 이동하여 양극 및 음극 활물질(513, 523)의 세부 기공으로 침투하게 된다.The positive and negative active materials 513 and 523 have a large surface area through microscopically almost circular pores, and the respective surfaces of the positive and negative active materials 513 and 523 come into contact with the electrolyte solution 550. In this state, when a predetermined voltage is applied to the positive and negative electrodes 510 and 520, positive and negative ions contained in the electrolyte 550 move to the positive and negative electrodes 510 and 520, respectively, and the positive and negative active materials 513, 523).

전해액(550)은, 에너지 저장장치(100)의 충/방전 시, 전극 조립체(500)의 양극 및 음극 활물질(513, 523)에 흡착하거나 탈착하는 전해질 이온(즉, 양이온/음이온)을 제공하는 역할을 수행한다. 도면에 도시된 바와 같이, 전해액(550)은 다공성 활물질 및 분리막을 투과하는 성질을 가지고 있기 때문에, 양극 및 음극 집전체(511, 521)에 형성된 복수의 홀들(540)을 통해 화살표 방향으로 이동할 수 있게 된다. 이에 따라, 양극(510)과 음극(520) 사이에 존재하는 전해질 이온의 농도와 양극(510) 또는 음극(520)과 하우징 사이에 존재하는 전해질 이온의 농도 사이의 불균형을 해결할 수 있다.The electrolyte solution 550 provides electrolyte ions (ie, cation/anion) adsorbed or desorbed to the positive electrode and negative electrode active materials 513 and 523 of the electrode assembly 500 when charging/discharging the energy storage device 100. Play a role. As shown in the drawing, since the electrolyte 550 has a property of permeating the porous active material and the separator, it can be moved in the direction of the arrow through the plurality of holes 540 formed in the positive and negative current collectors 511 and 521. There will be. Accordingly, an imbalance between the concentration of electrolyte ions present between the positive electrode 510 and the negative electrode 520 and the concentration of electrolyte ions present between the positive electrode 510 or the negative electrode 520 and the housing can be solved.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 조립체(500)는 복수의 홀들이 동일한 수직선 상에 위치하도록 형성된 양극 및 음극 집전체와 상기 양극 및 음극 집전체의 홀들에 삽입되는 양극 및 음극 활물질을 구비함으로써, 상기 복수의 홀들을 통한 전해액의 흐름을 유도하여 에너지 출력 특성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 양극 및 음극 활물질의 양을 증가하여 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.As described above, the electrode assembly 500 according to the first embodiment of the present invention includes a positive electrode and a negative electrode current collector formed such that a plurality of holes are positioned on the same vertical line, and a positive electrode inserted into the holes of the positive and negative current collector. And by providing the negative active material, it is possible to improve the energy output characteristics by inducing the flow of the electrolyte solution through the plurality of holes, as well as increase the amount of the positive electrode and the negative electrode active material to improve the energy density.

도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.9 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to a second embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전극 조립체(600)는 양극(610), 분리막(630) 및 음극(620)이 차례대로 적층되어 형성된다. 상기 전극 조립체(600)는 젤리-롤(Jelly-Roll) 형태의 권취 구조 또는 스택 구조로 가공되어 전해액(650)과 함께 하우징 내부에 수용된다.Referring to FIG. 9, an electrode assembly 600 according to a second embodiment of the present invention is formed by sequentially stacking an anode 610, a separator 630, and a cathode 620. The electrode assembly 600 is processed into a Jelly-Roll type winding structure or a stack structure and accommodated in the housing together with the electrolyte solution 650.

본 발명에 따른 전극 조립체(600)의 양극(610), 분리막(630) 및 음극(620)은 상술한 도 8에 도시된 전극 조립체(500)의 양극(510), 분리막(530) 및 음극(520)과 동일 또는 유사하므로, 상기 양극(610), 분리막(630) 및 음극(620)에 대한 자세한 설명은 생략하도록 하고, 상기 양극(510), 분리막(530) 및 음극(520)과의 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.The anode 610, the separator 630, and the cathode 620 of the electrode assembly 600 according to the present invention are the anode 510, the separator 530, and the cathode of the electrode assembly 500 shown in FIG. 8 described above. Since it is the same as or similar to 520, detailed descriptions of the anode 610, the separator 630, and the cathode 620 will be omitted, and the difference between the anode 510, the separator 530, and the cathode 520 Let's focus on the explanation.

양극(610)은 금속 박막(Metal Foil)으로 이루어진 양극 집전체(611)와 다공성 활성탄으로 구성된 양극 활물질(613)을 포함하고, 음극(620)은 금속 박막으로 이루어진 음극 집전체(621)와 다공성 활성탄으로 구성된 음극 활물질(623)을 포함한다.The positive electrode 610 includes a positive electrode current collector 611 made of a metal foil and a positive electrode active material 613 made of porous activated carbon, and the negative electrode 620 is a negative current collector 621 made of a metal thin film and porous. And a negative active material 623 composed of activated carbon.

양극 및 음극 집전체(611, 621)는 약 10㎛ 내지 200㎛의 크기를 갖는 복수의 홀(640)들을 구비할 수 있다. 상기 복수의 홀들(640)은 서로 동일 또는 유사한 크기를 갖도록 형성되며, 양극 및 음극 집전체(611, 621)의 표면 상에 일정한 간격으로 배치되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 복수의 홀들(640)은 양극 및 음극 집전체(611, 621)의 표면 상에 미리 결정된 패턴을 갖도록 형성될 수 있다.The positive and negative current collectors 611 and 621 may include a plurality of holes 640 having a size of about 10 μm to 200 μm. The plurality of holes 640 may be formed to have the same or similar size to each other, and may be formed to be disposed on the surfaces of the positive and negative current collectors 611 and 621 at regular intervals. In addition, the plurality of holes 640 may be formed to have a predetermined pattern on the surfaces of the positive and negative current collectors 611 and 621.

복수의 홀들(640)은 양극 집전체(611)에 형성된 제1 홀들(640)과 음극 집전체(621)에 형성된 제2 홀들(640)이 동일한 수직선 상에 위치하지 않고 서로 엇갈리게 위치하도록 형성될 수 있다. 즉, 양극 집전체(611)에 형성된 제1 홀들(640)은 음극 집전체(621)에 형성된 제2 홀들(640) 사이에 위치하도록 형성될 수 있고, 음극 집전체(621)에 형성된 제2 홀들(640)은 양극 집전체(611)에 형성된 제1 홀들(640) 사이에 위치하도록 형성될 수 있다.The plurality of holes 640 may be formed so that the first holes 640 formed in the positive electrode current collector 611 and the second holes 640 formed in the negative electrode current collector 621 are not located on the same vertical line, but are alternately located. I can. That is, the first holes 640 formed in the positive electrode current collector 611 may be formed to be positioned between the second holes 640 formed in the negative electrode current collector 621, and the second holes 640 formed in the negative electrode current collector 621 The holes 640 may be formed to be positioned between the first holes 640 formed in the positive electrode current collector 611.

양극 및 음극 활물질(613, 623)은 양극 및 음극 집전체(611, 621)의 양 표면에 균일하게 도포되어 배치될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 양극 및 음극 집전체(611, 621)에 형성된 복수의 홀들(640)에 삽입되어 배치될 수 있다. 이를 위해, 활물질의 코팅 및 건조 공정 시, 양극 및 음극 집전체(611, 621)의 양 표면에 활물질(613, 623)을 코팅한 다음 집전체(611, 621)의 표면에 수직한 방향으로 소정의 압력을 인가하여 활물질을 복수의 홀들(640)에 삽입할 수 있다. 이러한 홀 삽입 공정을 통해 양극(610) 및 음극(620)에 존재하는 활물질(613, 623)의 양이 늘어남에 따라, 전극 조립체(600)의 에너지 밀도는 증가하게 된다.The positive and negative active materials 613 and 623 may be uniformly applied and disposed on both surfaces of the positive and negative current collectors 611 and 621, as well as a plurality of positive and negative electrode current collectors 611 and 621. It may be inserted and disposed in the holes 640. To this end, during the coating and drying process of the active material, the active materials 613 and 623 are coated on both surfaces of the positive and negative current collectors 611 and 621, and then predetermined in a direction perpendicular to the surfaces of the current collectors 611 and 621. The active material may be inserted into the plurality of holes 640 by applying a pressure of. As the amount of the active materials 613 and 623 present in the positive electrode 610 and the negative electrode 620 increases through the hole insertion process, the energy density of the electrode assembly 600 increases.

전해액(650)은, 에너지 저장장치(100)의 충/방전 시, 전극 조립체(600)의 양극 및 음극 활물질(613, 623)에 흡착하거나 탈착하는 전해질 이온(즉, 양이온/음이온)을 제공하는 역할을 수행한다. 도면에 도시된 바와 같이, 전해액(650)은 다공성 활물질 및 분리막을 투과하는 성질을 가지고 있기 때문에, 양극 및 음극 집전체(611, 621)에 형성된 복수의 홀들(640)을 통해 화살표 방향으로 이동할 수 있게 된다. 이에 따라, 양극(610)과 음극(620) 사이에 존재하는 전해질 이온의 농도와 양극(610) 또는 음극(620)과 하우징 사이에 존재하는 전해질 이온의 농도 사이의 불균형을 해결할 수 있다.The electrolyte solution 650 provides electrolyte ions (ie, cation/anion) adsorbed or desorbed on the positive electrode and negative electrode active materials 613 and 623 of the electrode assembly 600 when charging/discharging the energy storage device 100. Play a role. As shown in the drawing, since the electrolyte solution 650 has a property of permeating the porous active material and the separator, it can be moved in the direction of the arrow through the plurality of holes 640 formed in the positive and negative current collectors 611 and 621. There will be. Accordingly, an imbalance between the concentration of electrolyte ions present between the positive electrode 610 and the negative electrode 620 and the concentration of electrolyte ions present between the positive electrode 610 or the negative electrode 620 and the housing can be solved.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전극 조립체(600)는 복수의 제1 홀들이 형성된 양극 집전체, 상기 제1 홀들과 서로 엇갈리도록 배치된 복수의 제2 홀들이 형성된 음극 집전체와, 상기 양극 및 음극 집전체의 홀들에 삽입되는 양극 및 음극 활물질을 구비함으로써, 상기 복수의 홀들을 통한 전해액의 흐름을 유도하여 에너지 출력 특성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 양극 및 음극 활물질의 양을 증가하여 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.As described above, the electrode assembly 600 according to the second embodiment of the present invention includes a positive electrode current collector in which a plurality of first holes are formed, and a negative electrode in which a plurality of second holes are disposed to cross each other with the first holes. By providing a current collector and a positive and negative active material inserted into the holes of the positive and negative current collector, it is possible to induce the flow of electrolyte through the plurality of holes to improve energy output characteristics, as well as the positive and negative electrode active materials. Energy density can be improved by increasing the amount.

도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.10 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to a third embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전극 조립체(700)는 양극(710), 분리막(730) 및 음극(720)이 차례대로 적층되어 형성된다. 상기 전극 조립체(700)는 젤리-롤(Jelly-Roll) 형태의 권취 구조 또는 스택 구조로 가공되어 전해액(750)과 함께 하우징 내부에 수용된다.Referring to FIG. 10, an electrode assembly 700 according to a third embodiment of the present invention is formed by sequentially stacking an anode 710, a separator 730, and a cathode 720. The electrode assembly 700 is processed into a Jelly-Roll type winding structure or a stack structure, and accommodated in the housing together with the electrolyte 750.

본 발명에 따른 전극 조립체(700)의 양극(710), 분리막(730) 및 음극(720)은 상술한 도 8에 도시된 전극 조립체(500)의 양극(510), 분리막(530) 및 음극(520)과 동일 또는 유사하므로, 상기 양극(710), 분리막(730) 및 음극(720)에 대한 자세한 설명은 생략하도록 하고, 상기 양극(510), 분리막(530) 및 음극(520)과의 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.The anode 710, the separator 730, and the cathode 720 of the electrode assembly 700 according to the present invention are the anode 510, the separator 530, and the cathode of the electrode assembly 500 shown in FIG. 8 described above. Since it is the same as or similar to 520, detailed descriptions of the anode 710, the separator 730, and the cathode 720 will be omitted, and the difference between the anode 510, the separator 530, and the cathode 520 Let's focus on the explanation.

양극(710)은 금속 박막(Metal Foil)으로 이루어진 양극 집전체(711)와 다공성 활성탄으로 구성된 양극 활물질(713)을 포함하고, 음극(720)은 금속 박막으로 이루어진 음극 집전체(721)와 다공성 활성탄으로 구성된 음극 활물질(723)을 포함한다.The positive electrode 710 includes a positive electrode current collector 711 made of a metal foil and a positive active material 713 made of porous activated carbon, and the negative electrode 720 is a negative electrode current collector 721 made of a metal thin film and porous. And a negative active material 723 made of activated carbon.

도 5에 도시된 바와 같이, 원통형으로 권취된 전극 조립체(700)의 최상부에 양극(710)이 배치된 경우(즉, 음극, 상기 음극 위에 분리막, 상기 분리막 위에 양극이 순차적으로 적층된 경우), 상기 양극(710)의 양극 집전체(711)에는 약 10㎛ 내지 200㎛의 크기를 갖는 복수의 홀(740)들이 형성될 수 있다. 상기 복수의 홀들(740)은 서로 동일 또는 유사한 크기를 갖도록 형성되며, 양극 집전체(711)의 표면 상에 일정한 간격으로 배치되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 복수의 홀들(740)은 양극 집전체(711)의 표면 상에 미리 결정된 패턴을 갖도록 형성될 수 있다.As shown in FIG. 5, when the anode 710 is disposed on the top of the electrode assembly 700 wound in a cylindrical shape (ie, a cathode, a separator on the cathode, and an anode are sequentially stacked on the separator), A plurality of holes 740 having a size of about 10 μm to 200 μm may be formed in the positive electrode current collector 711 of the positive electrode 710. The plurality of holes 740 may be formed to have the same or similar size to each other, and may be formed to be disposed at regular intervals on the surface of the positive electrode current collector 711. In addition, the plurality of holes 740 may be formed to have a predetermined pattern on the surface of the positive electrode current collector 711.

한편, 도면에 도시되고 있지 않지만, 원통형으로 권취된 전극 조립체(700)의 최상부에 음극(720)이 배치된 경우(즉, 양극, 상기 양극 위에 분리막, 상기 분리막 위에 음극이 순차적으로 적층된 경우), 상기 음극(720)의 음극 집전체(721)에는 약 10㎛ 내지 200㎛의 크기를 갖는 복수의 홀(740)들이 형성될 수 있다.On the other hand, although not shown in the drawing, when the cathode 720 is disposed on the top of the electrode assembly 700 wound in a cylindrical shape (that is, when the anode, the separator on the anode, and the cathode are sequentially stacked on the separator) , A plurality of holes 740 having a size of about 10 μm to 200 μm may be formed in the negative electrode current collector 721 of the negative electrode 720.

음극 활물질(723)은 음극 집전체(721)의 양 표면에 균일하게 도포되어 배치될 수 있다. 한편, 양극 활물질(713)은 양극 집전체(711)의 양 표면에 균일하게 도포되어 배치될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 양극 집전체(711)에 형성된 복수의 홀들(740)에 삽입되어 배치될 수 있다. 이를 위해, 활물질의 코팅 및 건조 공정 시, 양극 집전체(711)의 양 표면에 활물질(713)을 코팅한 다음 집전체(711)의 표면에 수직한 방향으로 소정의 압력을 인가하여 활물질을 복수의 홀들(740)에 삽입할 수 있다. 이러한 홀 삽입 공정을 통해 양극(710)에 존재하는 활물질(713)의 양이 늘어남에 따라, 전극 조립체(700)의 에너지 밀도는 증가하게 된다.The negative active material 723 may be uniformly applied and disposed on both surfaces of the negative current collector 721. Meanwhile, the positive electrode active material 713 may be uniformly applied and disposed on both surfaces of the positive electrode current collector 711, and may be inserted and disposed in the plurality of holes 740 formed in the positive electrode current collector 711. have. To this end, during the coating and drying process of the active material, the active material 713 is coated on both surfaces of the positive electrode current collector 711 and then a predetermined pressure is applied in a direction perpendicular to the surface of the current collector 711 to obtain a plurality of active materials. It can be inserted into the holes 740 of. As the amount of the active material 713 present in the positive electrode 710 increases through the hole insertion process, the energy density of the electrode assembly 700 increases.

전해액(750)은, 에너지 저장장치(100)의 충/방전 시, 전극 조립체(700)의 양극 및 음극 활물질(713, 723)에 흡착하거나 탈착하는 전해질 이온(즉, 양이온/음이온)을 제공하는 역할을 수행한다. 도면에 도시된 바와 같이, 전해액(750)은 다공성 활물질 및 분리막을 투과하는 성질을 가지고 있기 때문에, 양극 집전체(711)에 형성된 복수의 홀들(740)을 통해 화살표 방향으로 이동할 수 있게 된다. 이에 따라, 양극(710)과 음극(720) 사이에 존재하는 전해질 이온의 농도와 양극(710)과 하우징 사이에 존재하는 전해질 이온의 농도 사이의 불균형을 해결할 수 있다.The electrolyte solution 750 provides electrolyte ions (ie, cation/anion) adsorbed or desorbed on the positive electrode and negative electrode active materials 713 and 723 of the electrode assembly 700 when charging/discharging the energy storage device 100. Play a role. As shown in the drawing, since the electrolyte solution 750 has a property of permeating the porous active material and the separator, it can move in the direction of the arrow through the plurality of holes 740 formed in the positive electrode current collector 711. Accordingly, an imbalance between the concentration of electrolyte ions present between the positive electrode 710 and the negative electrode 720 and the concentration of electrolyte ions present between the positive electrode 710 and the housing can be solved.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전극 조립체(700)는 복수의 홀들이 미리 결정된 패턴으로 형성된 양극 집전체와 상기 양극 집전체의 홀들에 삽입되는 활물질을 구비함으로써, 상기 복수의 홀들을 통한 전해액의 흐름을 유도하여 에너지 출력 특성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 활물질의 양을 증가하여 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.As described above, the electrode assembly 700 according to the third embodiment of the present invention includes a positive electrode current collector in which a plurality of holes are formed in a predetermined pattern and an active material inserted into the holes of the positive electrode current collector. By inducing the flow of the electrolyte through the holes of, not only can the energy output characteristics be improved, but also the energy density can be improved by increasing the amount of the active material.

도 11은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 전극 조립체의 단면도이다. 11 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to a fourth embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 전극 조립체(800)는 양극(810), 분리막(830) 및 음극(820)이 차례대로 적층되어 형성된다. 상기 전극 조립체(800)는 젤리-롤(Jelly-Roll) 형태의 권취 구조 또는 스택 구조로 가공되어 전해액(850)과 함께 하우징 내부에 수용된다.Referring to FIG. 11, the electrode assembly 800 according to the fourth embodiment of the present invention is formed by sequentially stacking an anode 810, a separator 830, and a cathode 820. The electrode assembly 800 is processed into a Jelly-Roll type winding structure or a stack structure and accommodated in the housing together with the electrolyte solution 850.

본 발명에 따른 전극 조립체(800)의 양극(810), 분리막(830) 및 음극(820)은 상술한 도 8에 도시된 전극 조립체(500)의 양극(510), 분리막(530) 및 음극(520)과 동일 또는 유사하므로, 상기 양극(810), 분리막(830) 및 음극(820)에 대한 자세한 설명은 생략하도록 하고, 상기 양극(510), 분리막(530) 및 음극(520)과의 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.The anode 810, the separator 830, and the cathode 820 of the electrode assembly 800 according to the present invention are the anode 510, the separator 530, and the cathode of the electrode assembly 500 shown in FIG. Since it is the same or similar to 520, detailed descriptions of the anode 810, separator 830, and cathode 820 will be omitted, and the difference between the anode 510, the separator 530, and the cathode 520 Let's focus on the explanation.

양극(810)은 금속 박막(Metal Foil)으로 이루어진 양극 집전체(811)와 다공성 활성탄으로 구성된 양극 활물질(813)을 포함하고, 음극(820)은 금속 박막으로 이루어진 음극 집전체(821)와 다공성 활성탄으로 구성된 음극 활물질(823)을 포함한다.The positive electrode 810 includes a positive electrode current collector 811 made of a metal foil and a positive active material 813 made of porous activated carbon, and the negative electrode 820 is a negative electrode current collector 821 made of a metal thin film and porous. And a negative active material 823 made of activated carbon.

도 5에 도시된 바와 같이, 원통형으로 권취된 전극 조립체(800)의 최상부에 양극(810)이 배치된 경우(즉, 음극, 상기 음극 위에 분리막, 상기 분리막 위에 양극이 순차적으로 적층된 경우), 상기 양극(810)의 양극 집전체(811)에는 약 10㎛ 내지 200㎛의 크기를 갖는 복수의 홀(840)들이 형성될 수 있다. 상기 복수의 홀들(840)은 서로 동일 또는 유사한 크기를 갖도록 형성되며, 양극 집전체(811)의 표면 상에 일정한 간격으로 배치되도록 형성될 수 있다.As shown in FIG. 5, when the anode 810 is disposed on the top of the electrode assembly 800 wound in a cylindrical shape (ie, a cathode, a separator over the cathode, and an anode is sequentially stacked on the separator), A plurality of holes 840 having a size of about 10 μm to 200 μm may be formed in the positive electrode current collector 811 of the positive electrode 810. The plurality of holes 840 may be formed to have the same or similar size to each other, and may be formed to be disposed at regular intervals on the surface of the positive electrode current collector 811.

또한, 복수의 홀들(840)은 양극 집전체(811)의 일부 영역에만 형성될 수 있다. 가령, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 홀들(811)은 원통형으로 권취된 전극 조립체(800)의 가장 바깥쪽 영역, 즉 하우징과 마주보고 있는 양극 집전체 영역(A)에만 형성될 수 있다.Also, the plurality of holes 840 may be formed only in a partial area of the positive electrode current collector 811. For example, as shown in FIG. 5, the plurality of holes 811 may be formed only in the outermost region of the electrode assembly 800 wound in a cylindrical shape, that is, the positive electrode current collector region A facing the housing. have.

한편, 도면에 도시되고 있지 않지만, 원통형으로 권취된 전극 조립체(800)의 최상부에 음극(820)이 배치된 경우(즉, 양극, 상기 양극 위에 분리막, 상기 분리막 위에 음극이 순차적으로 적층된 경우), 상기 음극(820)의 음극 집전체(821)에는 약 10㎛ 내지 200㎛의 크기를 갖는 복수의 홀(840)들이 형성될 수 있다. 상기 복수의 홀들(840)은 음극 집전체(821)의 일부 영역에만 형성될 수 있다. 집전체에서 홀이 차지하는 면적은 전체적인 용량 및 충방전 특성을 고려하여야 한다. 따라서, 집전체 전체적으로 홀을 형성하기 어렵다면, 적어도 최외곽 집전체면에는 홀을 형성하여, 이온들의 고갈이 비교적 적게 발생하는 최외곽 집전체면과 하우징 사이의 전해질 이온들을 최대한 활용하기 위하여, 전해질의 이동경로를 확보할 수 있다. 따라서, 양극(710)과 음극(720) 사이에 존재하는 전해질 이온의 농도와 최외곽 집전체면과 하우징 사이의 전해질 농도의 불균형을 해결 할 수 있다.On the other hand, although not shown in the drawing, when the cathode 820 is disposed on the top of the electrode assembly 800 wound in a cylindrical shape (that is, when the anode, the separator on the anode, and the cathode are sequentially stacked on the separator) , A plurality of holes 840 having a size of about 10 μm to 200 μm may be formed in the negative electrode current collector 821 of the negative electrode 820. The plurality of holes 840 may be formed only in a partial area of the negative electrode current collector 821. The area occupied by the hole in the current collector should consider the overall capacity and charge/discharge characteristics. Therefore, if it is difficult to form a hole in the entire current collector, at least the outermost current collector surface is formed with a hole, so that the electrolyte between the outermost current collector surface and the housing where depletion of ions occurs relatively little, the electrolyte Can secure the path of movement. Accordingly, it is possible to solve an imbalance between the concentration of electrolyte ions existing between the positive electrode 710 and the negative electrode 720 and the concentration of the electrolyte between the outermost current collector surface and the housing.

음극 활물질(823)은 음극 집전체(821)의 양 표면에 균일하게 도포되어 배치될 수 있다. 한편, 양극 활물질(813)은 양극 집전체(811)의 양 표면에 균일하게 도포되어 배치될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 양극 집전체(811)에 형성된 복수의 홀들(840)에 삽입되어 배치될 수 있다. 이를 위해, 활물질의 코팅 및 건조 공정 시, 양극 집전체(811)의 양 표면에 활물질(813)을 코팅한 다음 집전체(811)의 표면에 수직한 방향으로 소정의 압력을 인가하여 활물질을 복수의 홀들(840)에 삽입할 수 있다. 이러한 홀 삽입 공정을 통해 양극(810)에 존재하는 활물질(813)의 양이 늘어남에 따라, 전극 조립체(800)의 에너지 밀도는 증가하게 된다.The negative active material 823 may be uniformly applied and disposed on both surfaces of the negative electrode current collector 821. Meanwhile, the positive active material 813 may be uniformly applied and disposed on both surfaces of the positive electrode current collector 811, and may be inserted and disposed in the plurality of holes 840 formed in the positive electrode current collector 811. have. To this end, during the coating and drying process of the active material, the active material 813 is coated on both surfaces of the positive electrode current collector 811 and then a predetermined pressure is applied in a direction perpendicular to the surface of the current collector 811 to obtain a plurality of active materials. It can be inserted into the holes 840 of. As the amount of the active material 813 present in the positive electrode 810 increases through the hole insertion process, the energy density of the electrode assembly 800 increases.

전해액(850)은, 에너지 저장장치(100)의 충/방전 시, 전극 조립체(800)의 양극 및 음극 활물질(813, 823)에 흡착하거나 탈착하는 전해질 이온(즉, 양이온/음이온)을 제공하는 역할을 수행한다. 도면에 도시된 바와 같이, 전해액(850)은 다공성 활물질 및 분리막을 투과하는 성질을 가지고 있기 때문에, 양극 집전체(811)에 형성된 복수의 홀들(840)을 통해 화살표 방향으로 이동할 수 있게 된다. 이에 따라, 양극(810)과 음극(820) 사이에 존재하는 전해질 이온의 농도와 양극(810)과 하우징 사이에 존재하는 전해질 이온의 농도 사이의 불균형을 해결할 수 있다.The electrolyte solution 850 provides electrolyte ions (i.e., cation/anion) adsorbed or desorbed on the positive electrode and negative electrode active materials 813 and 823 of the electrode assembly 800 when charging/discharging the energy storage device 100. Play a role. As shown in the drawing, since the electrolyte solution 850 has a property of permeating the porous active material and the separator, it can move in the direction of the arrow through the plurality of holes 840 formed in the positive electrode current collector 811. Accordingly, an imbalance between the concentration of electrolyte ions existing between the positive electrode 810 and the negative electrode 820 and the concentration of electrolyte ions existing between the positive electrode 810 and the housing can be solved.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 전극 조립체(800)는 복수의 홀들이 일부 영역에 형성된 양극 집전체와 상기 양극 집전체의 홀들에 삽입되는 양극 활물질을 구비함으로써, 상기 복수의 홀들을 통한 전해액의 흐름을 유도하여 에너지 출력 특성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 활물질의 양을 증가하여 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.As described above, the electrode assembly 800 according to the fourth embodiment of the present invention includes a positive electrode current collector in which a plurality of holes are formed in a partial region, and a positive electrode active material inserted into the holes of the positive electrode current collector. By inducing the flow of the electrolyte through the holes of, not only can the energy output characteristics be improved, but also the energy density can be improved by increasing the amount of the active material.

한편 이상에서는 본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, although specific embodiments of the present invention have been described above, various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, and should be defined by the claims and equivalents as well as the claims to be described later.

100: 에너지 저장장치 110: 전극 조립체
111: 양극 112: 음극
113: 분리막 120: 하우징
122: 상부 하우징 124: 하부 하우징
130: 전극단자 132: 양극단자
134: 음극단자
100: energy storage device 110: electrode assembly
111: anode 112: cathode
113: separator 120: housing
122: upper housing 124: lower housing
130: electrode terminal 132: positive terminal
134: negative terminal

Claims (11)

금속 박막(Metal Foil)으로 이루어진 양극 집전체와, 상기 양극 집전체의 양면에 도포된 양극 활물질을 포함하는 양극;
금속 박막으로 이루어진 음극 집전체와, 상기 음극 집전체의 양면에 도포된 음극 활물질을 포함하는 음극; 및
상기 양극과 음극 사이에 배치되어, 상기 양극과 음극을 전기적으로 분리하는 분리막(separator)을 포함하는 전극 조립체를 구비하되,
상기 전극 조립체의 양극 집전체 및 음극 집전체 중 적어도 하나는 일정 범위의 크기를 갖는 복수의 홀들을 구비하며, 상기 양극 활물질 및 음극 활물질 중 적어도 하나는 상기 복수의 홀들에 삽입되어 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
A positive electrode including a positive electrode current collector made of a metal foil and a positive electrode active material coated on both surfaces of the positive electrode current collector;
A negative electrode including a negative electrode current collector made of a metal thin film and a negative electrode active material coated on both surfaces of the negative electrode current collector; And
An electrode assembly disposed between the anode and the cathode and including a separator electrically separating the anode and the cathode,
At least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector of the electrode assembly includes a plurality of holes having a size in a predetermined range, and at least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material is inserted and disposed in the plurality of holes Energy storage device.
제1항에 있어서,
상기 양극 및 음극 집전체는 5% 내지 10% 범위의 조면화 비율을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
The method of claim 1,
The energy storage device, characterized in that the positive and negative current collectors are formed to have a roughening ratio in the range of 5% to 10%.
제1항에 있어서,
상기 양극 및 음극 집전체는 20㎛ 내지 30㎛의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
The method of claim 1,
The energy storage device, characterized in that the positive and negative current collectors are formed to have a thickness of 20 µm to 30 µm.
제1항에 있어서,
상기 양극 및 음극 집전체는 1.3 kg/㎝ 이상의 장력을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
The method of claim 1,
The energy storage device, characterized in that the positive and negative current collectors are formed to have a tension of 1.3 kg/cm or more.
제1항에 있어서,
상기 복수의 홀들은 10㎛ 내지 200㎛의 크기를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
The method of claim 1,
The energy storage device, characterized in that the plurality of holes are formed to have a size of 10㎛ to 200㎛.
제1항에 있어서,
상기 복수의 홀들은 집전체의 표면 상에 일정한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
The method of claim 1,
The plurality of holes are energy storage device, characterized in that arranged at regular intervals on the surface of the current collector.
제1항에 있어서,
상기 복수의 홀들은 상기 양극 집전체에 형성된 제1 홀들과 상기 음극 집전체에 형성된 제2 홀들로 구성되며,
상기 제1 홀들과 제2 홀들은 상기 분리막을 기준으로 서로 마주보도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
The method of claim 1,
The plurality of holes are composed of first holes formed in the positive current collector and second holes formed in the negative current collector,
The energy storage device, wherein the first and second holes are formed to face each other based on the separation membrane.
제1항에 있어서,
상기 복수의 홀들은 상기 양극 집전체에 형성된 제1 홀들과 상기 음극 집전체에 형성된 제2 홀들로 구성되며,
상기 제1 홀들은 상기 음극 집전체에 형성된 제2 홀들 사이에 위치하도록 형성되고, 상기 제2 홀들은 상기 양극 집전체에 형성된 제1 홀들 사이에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
The method of claim 1,
The plurality of holes are composed of first holes formed in the positive current collector and second holes formed in the negative current collector,
Wherein the first holes are formed to be located between second holes formed in the negative current collector, and the second holes are formed to be located between first holes formed in the positive current collector.
제1항에 있어서,
원통형으로 권취된 전극 조립체의 최상부에 양극이 배치된 경우, 상기 복수의 홀들은 상기 양극의 양극 조립체에만 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
The method of claim 1,
When the anode is disposed at the top of the electrode assembly wound in a cylindrical shape, the plurality of holes are formed only in the anode assembly of the anode.
제1항에 있어서,
원통형으로 권취된 전극 조립체의 최상부에 음극이 배치된 경우, 상기 복수의 홀들은 상기 음극의 음극 조립체에만 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
The method of claim 1,
When the cathode is disposed at the top of the electrode assembly wound in a cylindrical shape, the plurality of holes are formed only in the cathode assembly of the cathode.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 복수의 홀들은, 상기 원통형으로 권취된 전극 조립체의 가장 바깥쪽 영역(A)에 대응하는 집전체 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
The method of claim 9 or 10,
The plurality of holes are formed in a current collector region corresponding to the outermost region (A) of the electrode assembly wound in a cylindrical shape.
KR1020190048826A 2019-04-26 2019-04-26 Energy storage device KR102639173B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190048826A KR102639173B1 (en) 2019-04-26 2019-04-26 Energy storage device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190048826A KR102639173B1 (en) 2019-04-26 2019-04-26 Energy storage device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200125082A true KR20200125082A (en) 2020-11-04
KR102639173B1 KR102639173B1 (en) 2024-02-22

Family

ID=73571650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190048826A KR102639173B1 (en) 2019-04-26 2019-04-26 Energy storage device

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102639173B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3974619A1 (en) 2020-09-25 2022-03-30 Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. Turbine blade

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090029624A (en) * 2007-09-18 2009-03-23 후지 쥬코교 가부시키가이샤 Charging device
KR20110053899A (en) * 2009-11-16 2011-05-24 삼성에스디아이 주식회사 Electrode assembly, and rechargeable battery using the same
KR101157553B1 (en) * 2009-12-18 2012-06-18 엘에스엠트론 주식회사 Energy storage device having current collector with improved in adhesive strength and metal foil for current collector thereof
KR20130077734A (en) * 2011-12-29 2013-07-09 한국전자통신연구원 Information service system and method based on the information exchange protocol among the milti-devices

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090029624A (en) * 2007-09-18 2009-03-23 후지 쥬코교 가부시키가이샤 Charging device
KR20110053899A (en) * 2009-11-16 2011-05-24 삼성에스디아이 주식회사 Electrode assembly, and rechargeable battery using the same
KR101157553B1 (en) * 2009-12-18 2012-06-18 엘에스엠트론 주식회사 Energy storage device having current collector with improved in adhesive strength and metal foil for current collector thereof
KR20130077734A (en) * 2011-12-29 2013-07-09 한국전자통신연구원 Information service system and method based on the information exchange protocol among the milti-devices

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3974619A1 (en) 2020-09-25 2022-03-30 Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. Turbine blade

Also Published As

Publication number Publication date
KR102639173B1 (en) 2024-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100921345B1 (en) Hybrid-typed Electrode Assembly of Capacitor-Battery Structure
US10644324B2 (en) Electrode material and energy storage apparatus
JP5634372B2 (en) Power storage device cell
US8310810B2 (en) Electric double-layer capacitor including holes penetrating a negative electrode current collector and method of producing same
KR20130007320A (en) Lithium plate, method for lithium of electrode and energy storage device
KR101917496B1 (en) Electrochemical device and method of manufacturing electrochemical device
KR101252969B1 (en) Electrode assembly and secondary battery having the same
US20110143186A1 (en) Plate for a Bipolar Battery and a Bipolar Battery
KR20180109709A (en) Electrochemical device
US20090180238A1 (en) Energy storage devices
KR20200125082A (en) Energy storage device
KR100919105B1 (en) Energy storing device and winding method of electrode element of the same
JP6926672B2 (en) Secondary battery and manufacturing method of secondary battery
KR20110082934A (en) Electric double layer capacitor
KR20100003571A (en) Quasi-bipolar electrochemical cell having auxiliary electrode
KR20080072112A (en) Electrode assembly of improved power property and secondary battery comprising the same
KR101157553B1 (en) Energy storage device having current collector with improved in adhesive strength and metal foil for current collector thereof
KR100969405B1 (en) Energy storage device
KR102013994B1 (en) Super capacitor and manufacturing method thereof
US10204746B2 (en) Separation membrane for super capacitor, super capacitor comprising same, and manufacturing method therefor
KR101357137B1 (en) Electrode assembly and electric energy storage device having the same
KR20190030973A (en) Energy storage device
KR20190069892A (en) Electric double layer capacitor
KR101152649B1 (en) Electrode Assembly of Improved Power Property and Secondary Battery Comprising the Same
KR102288784B1 (en) Electrochemical element

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)