KR20210031849A - 권취형 리튬이온 배터리의 극판과 배터리 셀 및 그의 제작방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 권취형 리튬이온 배터리의 극판, 배터리 셀 및 그의 제작방법을 제공한다. 상기 극판은 극판 본체 및 극판 본체에 설치되는 적어도 두 그룹의 전극탭을 포함하고, 각 그룹의 전극탭은 다수의 전극탭을 포함하며, 다수의 전극탭 사이의 간격은 동일하고, 다수의 전극탭의 폭은 순차적으로 2πΔt만큼 증가하며, 그 중 Δt는 상기 리튬이온 배터리의 배터리 셀의 정극 극판, 부극 극판 및 2층의 분리막의 두께의 합이다. 본 발명은 종래 기술 중 2차 다이 커팅으로 인한 극판의 버(burr) 문제를 면할 수 있어, 배터리의 자가방전 가능성을 감소시킬 수 있고; 전극탭 본체에 전극재료가 완전 코팅되므로, 에너지 밀도가 높아 배터리의 안전성이 향상되며; 전극탭 폭의 미세 조정을 통해 생산의 연속성이 구현된다.

Description

권취형 리튬이온 배터리의 극판과 배터리 셀 및 그의 제작방법
본 발명은 리튬이온 배터리 기술분야에 관한 것으로서, 구체적으로는 권취형 리튬이온 배터리의 극판과 배터리 셀 및 그의 제작방법에 관한 것이다.
리튬이온 배터리 분야에서, 종래 기술 하에 배터리 셀의 생성방식은 적층형과 권취형 두 가지가 있다. 그 중, 권취형은 보다 우수한 배터리 성능과 보다 빠른 생산라인의 택타임(takt time)을 획득할 수 있고, 권취형 다중 전극탭의 배터리 극판 구조는 풀 전극탭 구조에 비해 더욱 높은 에너지 밀도와 생산 효율을 갖는다. 따라서, 업계 내에서는 모두 권취형의 생산방식과 다중 전극탭의 배터리 극판 구조를 사용하는 경향이 있다. 그러나, 극판을 권취하는 과정에서, 극판의 각 바퀴의 둘레가 점차 증가하므로, 전극탭의 정렬을 보장하기 위해서는 각 전극탭 간의 간격이 권취되는 바퀴 수를 따라 증가하여야 한다. 전극탭 간의 간격은 통상적으로 금속 커팅다이로 다이 커팅하여 형성되며, 한 번의 다이 커팅으로 형성되는 간격은 금속 커팅다이의 길이와 같다. 금속 커팅다이의 길이는 간격이 커짐에 따라 변할 수 있는 것이 아니기 때문에, 일반적으로 두 번 다이 커팅하는 방식으로 전극탭 및 그 간격을 형성하게 된다. 이 경우 비록 전극탭 사이의 간격이 점차 증가해야 하는 하는 필요를 충족시킬 수는 있으나, 새로운 문제가 따른다. 첫째는, 두 번 다이 커팅 시, 커팅다이의 떨림에 의해 두 번의 다이 커팅으로는 완전히 정렬되지 못하여, 극판에 단턱이 발생하고, 예리한 버(burr)가 형성될 수 있으며, 이에 따라 배터리의 자가방전(self-discharge)이 증가하고, 심지어 단락이 발생하여 안전의 우려가 존재한다. 두 번째로, 이러한 영향을 제거하기 위하여 일반적으로 다이 커팅되는 가장자리에 절연을 위한 한 층의 세라믹 재료를 코팅하는데, 이 경우 비용의 증가를 초래할 뿐만 아니라, 배터리의 에너지 밀도가 저하된다.
도 1은 종래 기술 중 권취형 리튬이온 배터리용 극판(1)의 구조도이다. 도 1을 참조하면, 극판(1)은 극판 본체(10) 및 그 위의 복수의 돌출된 전극탭(11)으로 구성되며, 2차 다이 커팅에 의해 전극탭(11)과 극판 본체(10)가 연결되는 부위에 단턱(12)이 형성되고, 전극 본체(10)에 전극재료가 코팅된다. 단턱(12)으로 인한 배터리 자가방전의 영향을 제거하기 위하여, 전극탭(11)과 극판 본체(10)의 연결 부위에 절연을 위한 한 층의 세라믹 재료(13)가 코팅되며, 이에 따라 공정의 복잡성이 증가한다.
따라서, 권취형 방식을 채택하면서도 2회의 다이 커팅으로 인한 문제를 피할 수 있는 배터리 극판 구조, 및 이러한 극판 구조로 형성되는 배터리 셀과 리튬이온 배터리가 제시되어야 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술문제는, 종래 방법에서 다이 커팅 영역을 2회 다이 커팅해야 함으로 인해 단턱이 발생하는 문제를 피할 수 있어, 배터리의 자가방전율을 대폭 감소시킬 수 있는 권취형 리튬이온 배터리의 극판과 배터리 셀 및 그의 제작방법을 제공하고자 하는데 있다.
상기 기술문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 권취형 리튬이온 배터리의 극판을 제시하며, 이는 극판 본체 및 상기 극판 본체에 설치되는 적어도 두 그룹의 전극탭을 포함하고, 각 그룹의 전극탭은 다수의 전극탭을 포함하며, 상기 다수의 전극탭 사이의 간격은 동일하고, 상기 다수의 전극탭의 폭은 순차적으로 2πΔt만큼 증가하며, 그 중 Δt는 상기 리튬이온 배터리의 배터리 셀의 정극 극판, 부극 극판 및 2층의 분리막의 두께의 합이다.
선택적으로, 상기 적어도 두 그룹의 전극탭 중의 임의의 제1 그룹의 전극탭 내의 이웃한 전극탭 사이의 간격은 제2 그룹의 전극탭 내의 이웃한 전극탭 사이의 간격과 같다.
선택적으로, 상기 적어도 두 그룹의 전극탭 중의 임의의 제1 그룹의 전극탭 내의 이웃한 전극탭 사이의 간격은 제2 그룹의 전극탭 내의 이웃한 전극탭 사이의 간격과 같지 않다.
선택적으로, 상기 극판 표면에 전극재료가 완전 코팅된다.
선택적으로, 상기 적어도 두 그룹의 전극탭 중 각 그룹의 전극탭 수량은 3~36개이다.
선택적으로, 상기 적어도 두 그룹의 전극탭 중 각 그룹 내의 이웃한 전극탭 사이의 간격은 10mm~400mm이다.
선택적으로, 상기 적어도 두 그룹의 전극탭의 마지막 전극탭의 폭은 끝에서 세 번째 전극탭의 폭과 동일하다.
선택적으로, 각 그룹의 전극탭 중 다음 그룹의 전극탭과 이웃한 마지막 전극탭의 폭은 상기 그룹의 전극탭의 끝에서 세 번째 전극탭의 폭과 동일하다.
본 발명이 상기 기술문제를 해결하기 위하여 채택한 기술방안은 또한 상기에 따른 극판을 권취하여 형성되는 배터리 셀일 수 있으며, 이는 배터리 셀 본체 및 2개의 전극을 포함하고, 상기 배터리 셀 본체는 상기 극판 본체가 권취되어 형성되며, 각각의 상기 전극은 각각의 상기 극판의 상기 적어도 두 그룹의 전극탭이 순차적으로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 각 전극 내의 각 그룹의 전극탭 중 각 전극탭의 폭은 상기 배터리 셀 본체의 내측원으로부터 외측원을 향해 순차적으로 증가한다.
선택적으로, 정극 극판과 부극 극판을 포함하며, 상기 배터리 셀 본체는 상기 정극 극판과 부극 극판의 극판 본체를 포함하고, 상기 정극 극판의 적어도 두 그룹의 전극탭과 부극 극판의 적어도 두 그룹의 전극탭이 각각 적층되어 하나의 전극을 형성한다.
선택적으로, 상기 정극 극판과 부극 극판 사이에 개재되는 2층의 분리막을 더 포함한다.
본 발명이 상기 기술문제를 해결하기 위하여 채택한 기술방안은 또한 상기에 따른 극판의 제작방법일 수 있으며, 이는 적어도 2개의 커팅다이로 상기 극판 본체를 다이 커팅하여 상기 적어도 두 그룹의 전극탭을 획득하며, 각 커팅다이의 길이는 대응하는 전극탭 중 2개의 이웃한 전극탭 사이의 간격과 같은 것을 특징으로 한다.
본 발명이 상기 기술문제를 해결하기 위하여 채택한 기술방안은 또한 권취형 리튬이온 배터리의 극판일 수 있으며, 이는 극판 본체 및 상기 극판 본체에 설치되는 적어도 한 그룹의 전극탭을 포함하고, 각 그룹의 전극탭은 다수 쌍의 전극탭을 포함하며, 상기 복수의 쌍의 전극탭 중의 전극탭 각 쌍의 두 개의 전극탭의 폭은 같고, 각 쌍의 전극탭 중 2개의 전극탭 사이의 간격은 같으며, 각 쌍의 전극탭 간의 간격은 동일하면서 전극탭의 폭은 순차적으로 πΔt만큼 증가하며, 그 중 Δt는 상기 리튬이온 배터리의 배터리 셀의 정극 극판, 부극 극판과 2층의 분리막의 두께의 합이다.
선택적으로, 각 쌍의 전극탭 중 2개의 전극탭 사이의 거리(L1)는 5mm≤L1≤280mm를 만족시킨다.
선택적으로, 각 쌍의 전극탭 사이의 거리(L2)는 5mm≤L2≤280mm를 만족시킨다.
선택적으로, 상기 극판 본체 표면에 전극재료가 완전 코팅된다.
선택적으로, 상기 적어도 한 그룹의 전극탭의 마지막 한 쌍의 전극탭 중 2개의 전극탭의 폭은 같지 않다.
선택적으로, 각 그룹의 전극탭 중 다음 그룹의 전극탭과 이웃한 마지막 한 쌍의 전극탭의 폭은 같지 않다.
본 발명이 상기 기술문제를 해결하기 위하여 채택한 기술방안은 또한 상기에 따른 극판을 권취하여 형성되는 배터리 셀일 수 있으며, 이는 배터리 셀 본체 및 2개의 전극을 포함하고, 상기 배터리 셀 본체는 상기 전극판 본체가 권취되어 형성되며, 각각의 상기 전극은 상기 적어도 한 그룹의 전극탭이 순차적으로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 각각의 상기 전극은 마주보게 설치되는 2개의 하프 전극(half electrode)을 포함하며, 각각의 하프 전극은 각 쌍의 전극탭 중 하나가 적층되어 형성되고, 각각의 상기 하프 전극 중 전극탭의 폭은 상기 배터리 셀의 내측원으로부터 외측원을 향해 순차적으로 증가하고, 각각의 상기 하프 전극은 중심이 대칭을 이룬다.
선택적으로, 각 그룹의 전극탭에 대해 2개의 커팅다이로 상기 전극판 본체를 다이 커팅하여 상기 복수의 쌍의 전극탭을 획득하며, 그 중 하나의 커팅다이의 길이는 상기 복수의 쌍의 전극탭 중 2개의 전극탭 사이의 거리와 같고, 다른 하나의 커팅다이의 길이는 각 쌍의 전극탭 사이의 간격과 같은 것을 특징으로 한다.
본 발명이 상기 기술문제를 해결하기 위하여 채택한 기술방안은 또한 상기 배터리 셀을 포함하는 리튬이온 배터리일 수 있다.
종래 기술과 비교하여, 본 발명은 이하 장점을 구비한다: 1. 본 발명은 전극탭의 간격은 고정시키고, 전극탭의 폭을 점차 변화시키는 기술 방안을 채택하여, 동일한 전극탭 및 그 간격에 대해서는 한 번의 다이 커팅만 실시하면 되므로, 전극탭 사이의 간격이 점차 증가함으로 인한 2차 다이 커팅을 피할 수 있으며, 이에 따라 2차 다이 커팅에 의한 극판의 버(burr) 문제를 더 방지할 수 있어 배터리가 자가방전될 가능성이 감소한다. 2. 전극탭 본체에 전극재료를 완전 코팅하므로, 에너지 밀도가 높고, 예리한 단턱이 발생하지 않아 자가방전율이 감소함과 동시에 안전성이 향상된다. 각 그룹의 전극탭 중 이웃한 그룹과 맞물리는 부위의 전극탭의 폭을 미세 조정하는 방식을 통해, 생산라인의 연속성이 구현되며, 극판의 두께와 분리막의 두께가 변경되는 경우에도, 종래의 커팅다이를 계속 사용할 수 있어 장치 투입 비용이 절감된다.
본 발명의 특징, 성능은 이하 실시예 및 그 첨부도면을 통해 좀 더 설명할 것이다.
도 1은 종래 기술 중 권취형 리튬이온 배터리용 극판의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 권취형 리튬이온 배터리용 극판의 구조도이다.
도 3은 도 2의 상기 극판을 제작 시 극판과 커팅다이의 상대 위치 설명도 1이다.
도 4는 도 2의 상기 극판을 제작 시 극판과 커팅다이의 상대 위치 설명도 2이다.
도 5는 도 2에 따른 극판의 권취에 의해 형성되는 리튬이온 배터리의 배터리 셀 구조도이다.
도 6a는 도 5 중 Ⅰ영역의 국부 확대도이다.
도 6b는 도 5 중 Ⅱ영역의 국부 확대도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 권취형 리튬이온 배터리용 극판의 구조도이다.
도 8은 도 7에 따른 극판의 권취에 의해 형성된 리튬이온 배터리의 배터리 셀 구조도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 권취형 리튬이온 배터리용 극판의 구조도이다.
도 10은 도 9에 따른 극판의 권취에 의해 형성된 리튬이온 배터리의 배터리 셀 구조도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 권취형 리튬이온 배터리용 극판의 코팅 구조도이다.
본 발명의 상기 목적, 특징과 장점이 더욱 분명하고 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위하여, 이하 첨부도면을 결합하여 본 발명의 구체적인 실시방식에 대해 상세히 설명한다.
아래의 묘사에서는 본 발명을 충분히 이해할 수 있도록 많은 구체적인 세부 내용을 설명하였으나, 단 본 발명은 여기에 묘사된 것과 다른 기타 방식으로 실시될 수도 있으며, 따라서 본 발명은 아래에 공개되는 구체적인 실시예로 한정되지 않는다.
본 출원 및 청구항에 나타낸 바와 같이, 전, 후 문맥에 예외의 상황을 명시하지 않는 한, “일”, “하나”, “일종” 및/또는 “상기”등 용어는 단수를 가리키는 것이 아니라 복수를 포함할 수도 있다. 일반적으로, “포함”과 “가진다”라는 용어는 이미 명확하게 식별된 단계와 원소가 포함됨을 제시하는 것일 뿐이며, 이러한 단계와 원소는 배타적인 나열을 구성하지 않고, 방법 또는 장치에 기타 단계 또는 원소가 포함될 수도 있다.
본 발명의 실시예를 상술 시, 설명의 편의를 위하여, 소자 구조를 나타내는 단면도는 일반적인 비율에 따르지 않고 국부적으로 확대할 수 있으며, 또한 상기 설명도는 단지 예시일 뿐으로, 여기서는 본 발명이 보호받고자 하는 범위를 제한해서는 안 된다. 또한, 실제 제작 시 길이, 폭 및 깊이의 삼차원 공간 치수를 포함하여야 한다.
묘사의 편의를 위하여, 여기서는 “이하”, “하방”, “보다 낮다”, “하면”, “상방”, “위” 등등과 같은 공간관계 용어를 사용하여 첨부도면에 도시된 하나의 소자 또는 특징과 기타 소자 또는 특징의 관계를 묘사할 수 있다. 이러한 공간관계 용어의 의도에는 사용 중이거나 또는 조작 중인 소자의, 첨부도면에 묘사된 방향 이외의 다른 방향이 포함됨을 이해할 것이다. 예를 들어 도면 중의 소자를 반전시키면, 다른 소자 또는 특징의 “하방” 또는 “아래” 또는 “하면”에 위치하는 소자의 방향이 상기 다른 소자 또는 특징의 “상방”에 위치하는 것으로 변경되어 묘사된다. 따라서, 예시적인 용어인 “하방” 및 “하면”은 상, 하 두 방향을 포함할 수 있다. 소자 역시 기타 방향(90도 회전 또는 기타 방향에 놓이는 경우)을 구비할 수 있으며, 따라서 여기서 사용되는 공간관계 용어를 상응하게 해석해야 한다. 또한, 한 층이 두 층 “사이”에 있는 것으로 칭해지는 경우, 이는 상기 두 층 사이의 유일한 층일 수도 있고, 또는 그 사이에 개재되는 하나 또는 다수의 층이 존재할 수도 있다.
본 출원의 전, 후 문맥상, 묘사되는 제1 특징이 제2 특징의 “위”에 있는 구조는 제1 및 제2 특징이 직접 접촉을 형성하는 실시예를 포함할 수도 있고, 별도의 특징이 제1 및 제2 특징 사이에 형성되는 실시예를 포함할 수도 있으며, 이 경우 제1 및 제2 특징은 직접 접촉되는 것이 아닐 수 있다.
하나의 부재가 “다른 부재 상에 있다”, “다른 부재에 연결된다”, “다른 부재와 결합된다” 또는 “다른 부재와 접촉된다”고 칭해지는 경우, 이는 상기 다른 부재 상에 직접 존재하거나, 연결 또는 결합되거나, 또는 상기 다른 부재에 접촉되거나, 또는 삽입 부재가 존재할 수 있다. 대조적으로, 하나의 부재가 “다른 부재 상에 직접 존재한다”, 다른 부재에 “직접 연결된다”, “직접 결합된다” 또는 “직접 접촉된다”고 칭해지는 경우에는 삽입부재가 존재하지 않는다. 마찬가지로, 제1 부재가 제2 부재에“전기적으로 접촉” 또는 “전기적으로 결합”되는 경우, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이에 전류가 흐르도록 하는 전기적인 경로가 존재한다. 상기 전기적 경로는 콘덴서, 결합 인덕터 및/또는 전류가 흐르도록 하는 기타 부재를 포함할 수 있고, 심지어 도전성 부재 사이에 직접적인 접촉이 없을 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 권취형 리튬이온 배터리용 극판의 구조도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명은 권취형 리튬이온 배터리용 극판을 제공하며, 이는 극판 본체(110) 및 복수의 전극탭(120)을 포함한다. 복수의 전극탭(120)은 적어도 2 그룹으로 나뉘며, 각 그룹 내의 각각의 전극탭(120)의 폭은 순차적으로 2πΔ만큼 증가하고, 이웃한 두 그룹의 전극탭(120)의 폭은 상이하며, 각 그룹 내의 이웃한 전극탭(120) 사이의 간격은 같다.
후자 그룹 내의 이웃한 전극탭(120)의 간격은 이전 그룹 내의 이웃한 전극탭(120)의 간격과 같거나 또는 같지 않다.
각 그룹 내의 전극탭(120)의 수량은 3~36개이다.
각 그룹 내의 이웃한 전극탭(120) 사이의 간격은 120mm~400mm이다.
본 실시예에서, 상기 극판 본체(110)는 긴 스트립 형상이며, 극판 본체(110) 및 복수의 전극탭(120)을 포함한다. 극판 본체(110)의 장변은 일정 간격으로 이격되어 상향 돌출되는 직사각형 전극탭(120)을 구비한다. 상기 복수의 전극탭(120)은 적어도 두 그룹으로 나뉠 수 있으며, 각 그룹의 전극탭(120)은 다수의 전극탭(120)을 포함하고, 각 그룹 중의 다수의 전극탭(120) 사이의 간격은 동일하며, 또한 상기 다수의 전극탭(120)의 폭은 순차적으로 2πΔt만큼 증가한다. 그 중, Δt는 상기 리튬이온 배터리의 배터리 셀의 정극 극판, 부극 극판 및 2층의 분리막의 두께의 합이다. 이렇게 설치하는 이유는, 본 실시예의 극판(100)을 권취하여 리튬이온 배터리의 배터리 셀을 제작 시 2층의 극판(100)과 2층의 분리막이 교대로 적층된 후 권취되며, 형성된 배터리 셀은 정극 극판과 부극 극판을 포함하기 때문이다. 따라서 한 바퀴 권취할 때마다, 배터리 셀의 둘레는 Δt만큼 증가하고, 전극탭(120)의 폭은 2πΔt만큼 증가하게 되어, 즉 모든 바퀴의 전극탭(120)이 그 중심축을 따라 정렬될 수 있으며, 또한 전극탭의 폭은 배터리 셀의 내측원으로부터 외측원을 향해 순차적으로 확대된다. 그 중의 분리막은 선택적인 투과막으로서, 리튬이온은 통과하되, 전자는 통과하지 못하며, 정극과 부극 극판 사이에 배치되어 정극과 부극 극판의 직접 접촉으로 인한 단락을 방지한다. 이와 동시에 외부에서 단락되거나 또는 고온인 경우, 분리막이 수축되면서 리튬이온의 통로를 차단하여 추가적인 반응을 저지하므로, 리튬이온 배터리의 안전을 보장할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 적어도 두 그룹의 전극탭(120) 중의 임의의 제1 그룹의 전극탭 내의 이웃한 전극탭 사이의 간격은 제2 그룹의 전극탭 내의 이웃한 전극탭 사이의 간격과 같다.
또 다른 일부 실시예에서, 상기 적어도 두 그룹의 전극탭(120) 중의 임의의 제1 그룹의 전극탭 내의 이웃한 전극탭 사이의 간격은 제2 그룹의 전극탭 내의 이웃한 전극탭 사이의 간격과 같지 않다.
일부 실시예에서, 극판(100) 표면에 전극 재료가 완전 코팅되며, 전극탭(120)과 극판 본체(110)의 연결부위에 별도로 절연재료를 코팅할 필요가 없다.
일부 실시예에서, 각 그룹 내의 전극탭(120)의 수량은 3~36개일 수 있다.
일부 실시예에서, 각 그룹 내의 이웃한 전극탭(120) 사이의 간격은 10mm~400mm이다.
일부 실시예에서, 각 그룹의 전극탭(120) 중, 포함되는 다수의 전극탭(120)의 폭이 순차적으로 2πΔt만큼 증가하는 이외에, 각 그룹의 전극탭(120)의 마지막 전극탭의 폭은 특수하게 설치된다. 즉, 각 그룹의 전극탭(120) 중의 마지막 전극탭의 폭은 상기 그룹의 전극탭 중의 끝에서 세 번째 전극탭의 폭과 같다. 예를 들어 설명하면, 극판 본체(110)에 두 그룹의 전극탭이 설치되며, 제1 그룹의 전극탭에는 5개의 전극탭이 설치되고, 제2 그룹의 전극탭은 3개의 전극탭이 포함된다고 가정하면, 즉 제1 그룹의 전극탭 중의 앞의 4개의 전극탭의 폭은 순차적으로 2πΔt만큼 증가하고, 제1 그룹의 전극탭 중의 다섯 번째 전극탭의 폭은 제1 그룹의 전극탭 중의 세 번째 전극탭의 폭과 동일하다. 다시 말해, 제1 그룹의 전극탭 중의 다섯 번째 전극탭의 폭은 네 번째 전극탭의 폭에 비해 상승하지 않고 반대로 하강한다. 같은 이치로, 제2 그룹의 전극탭 중의 앞의 2개의 전극탭의 폭은 순차적으로 2πΔt만큼 증가하고, 제2 그룹의 전극탭 중의 세 번째 전극탭의 폭은 제2 그룹의 전극탭 중의 첫 번째 전극탭의 폭과 동일하다. 다시 말해, 제2 그룹의 전극탭 중의 세 번째 전극탭의 폭은 두 번째 전극탭의 폭에 비해 상승하지 않고 반대로 하강한다. 이러한 실시예들은 각 그룹 내의 마지막 전극탭의 폭 설정이, 이러한 전극탭(120)의 앞 또는 뒤에 이웃한 다른 그룹의 전극탭(120)이 구비될 수 있음을 강조하는 것으로 이해할 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 각 그룹의 전극탭(120) 중, 포함되는 다수의 전극탭(120)의 폭이 순차적으로 2πΔt만큼 증가하는 것을 제외하고, 각 그룹의 전극탭(120) 중 다음 그룹의 전극탭(120)과 이웃한 마지막 전극탭의 폭은 특수하게 설정된다. 즉, 각 그룹의 전극탭(120) 중의 다음 그룹의 전극탭(120)과 이웃한 마지막 전극탭의 폭은 상기 그룹의 전극탭(120) 중의 끝에서 세 번째 전극탭의 폭과 동일하다. 이러한 실시예는 다음에 이웃한 전극탭 그룹이 구비되는 상황을 강조하는 것으로 이해할 수 있을 것이다.
각 그룹 내의 마지막 전극탭의 폭 및/또는 각 그룹 내의 다음 그룹의 전극탭과 이웃한 마지막 전극탭의 폭을 특수하게 설정하는 목적은 극판(100) 생산의 연속성을 보장하기 위해서이다. 구체적으로 각 그룹의 전극탭(120) 중 다수의 전극탭(120)의 폭을 순차적으로 2πΔt만큼 증가시키고, 상기 그룹의 전극탭(120) 중의 마지막 전극탭의 폭을 상기 그룹의 전극탭 중의 끝에서 세 번째 전극탭의 폭과 같게 하는 방법은 아래에서 설명할 것이다.
바람직한 실시예에서, 상기 복수의 전극탭(120)은 2그룹으로 나뉘며, 즉 N=2이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 그룹의 전극탭은 5개이고, 제2 그룹의 전극탭은 3개이며, 제1 그룹의 전극탭의 폭은 14.00mm로부터 19.20mm까지 순차적으로 증가하고, 제2 그룹의 전극탭의 폭은 17.47mm로부터 15.73mm까지 순차적으로 증가한다. 제1 그룹의 전극탭 간격은 160.09mm로, 제1 커팅다이의 길이와 동일하고, 제2 그룹의 전극탭 간격은 167.03mm로, 제2 커팅다이의 길이와 동일하며, 간격은 모두 커팅다이를 이용하여 한 번 다이 커팅하여 성형된다.
도 2에 도시된 전극탭(1215)은 제1 그룹(121)의 마지막 전극탭이므로, 원래는 19.20mm보다 커야 하나, 여기서는 17.47mm로 미세 조정함으로써, 제2 커팅다이가 정확하게 맞물릴 수 있도록 보장하며, 누계 오차는 0으로 복귀된다. 전극탭(1221)은 제2 그룹(122)의 첫 번째 전극탭으로서, 제1 그룹의 두 번째 전극탭(1212)과 같으며, 전극탭의 변화 규칙은 제1 그룹과 동일하다. 전극탭(1223)은 제2 그룹의 마지막 전극탭으로, 크기가 원래 19.20mm이어야 하나, 15.73mm로 미세 조정하였으며, 이와 같이 B1+B2=167.03mm가 되도록 보장한다.
그 중, 극판을 연속 생산하는 과정에서, B1은 이전 극판 중의 마지막 전극탭의 외측변 간격(margin)이고, B2는 다음 극판 중 첫 번째 전극탭의 외측변 간격이며, B1과 B2는 동일한 커팅다이로 다이 커팅된다. 본 실시예에서, B1과 B2는 모두 제2 커팅다이로 다이 커팅되며, 따라서, B1과 B2의 합은 제2 커팅다이의 길이와 같다.
도 2에 도시된 바람직한 실시예에서, 극판 본체(110)에 총 8개의 전극탭이 설치되며, 이 8개의 전극탭(120)은 두 그룹으로 나뉘어, 제1 그룹(121)에 5개의 전극탭(1211~1215)이 포함되고, 제2 그룹(122)에 3개의 전극탭(1221~1223)이 포함된다. 본 실시예에서, Δt=0.276mm이다. i그룹의 j번째 전극탭의 폭을 Wij라 설정하면, 즉 제1 그룹(121) 중 첫 번째 전극탭(1211)의 폭은 W11이고, 제1 그룹(121) 중 나머지 전극탭의 폭은 순차적으로 2πΔt만큼 증가한다. 제2 그룹(122) 중 첫 번째 전극탭(1221)의 폭은 W21이고, 제2 그룹(122) 중 나머지 전극탭의 폭은 순차적으로 2πΔt만큼 증가한다.
극판(100)에 대해 다이 커팅을 실시 시, 커팅다이의 위치는 고정되며, 극판(100)의 이동을 통해 커팅다이로 다이 커팅한다. 본 바람직한 실시예에서, 극판(100)의 이동방향은 도 2 중의 제1 방향(D1)과 같다. 상기 극판(100)을 다이 커팅하는 과정에서, 2개의 길이가 상이한 커팅다이는 각각 두 그룹의 전극탭에 대응되며, 그 중 제1 커팅다이의 길이는 제1 그룹(121) 내의 각 전극탭 사이의 간격(S1)과 같고, 제2 커팅다이의 길이는 제2 그룹(122) 내의 각 전극탭 사이의 간격(S2)과 같다.
도 3은 도 2에 도시된 극판(100)을 제작 시 극판(100)과 커팅다이의 상대 위치 설명도이다. 도 3을 참조하면, 도 2에 도시된 바람직한 실시예 중의 극판(100)을 제작 시, 각각 2개의 커팅다이, 즉 제1 커팅다이(K1)와 제2 커팅다이(K2)를 사용해야 하며, 그 중 제1 커팅다이(K1)의 길이는 제1 그룹(121) 내의 각 전극탭 사이의 간격(S1)과 같고, 제2 커팅다이(K2)의 길이는 제2 그룹(122) 내의 각 전극탭 사이의 간격(S2)과 같다. 극판(100)을 다이 커팅 시, 제1 커팅다이(K1)와 제2 커팅다이(K2)의 위치는 고정되며, 2개의 커팅다이 사이의 거리는 D이다. 다이 커팅 과정에서, 극판(100)은 제1 방향(D1)이 표시하는 방향을 따라 적합한 위치로 이동한 다음, 제1 커팅다이(K1) 또는 제2 커팅다이(K2)를 통해 극판(100)을 다이 커팅함으로써 필요한 전극탭의 폭 및 전극탭의 간격을 획득한다.
극판(100)을 다이 커팅하는 방식은 2개의 커팅다이 사이의 거리(D)와 관련이 있다. 도 3은 상기 거리(D)가 제1 그룹(121) 중 첫 번째 전극탭(1211)의 폭보다 작은 경우의 설명도이고, 도 4는 상기 거리(D)가 제1 그룹(121) 중 첫 번째 전극탭(1211)의 폭보다 큰 경우의 설명도이다. 이하 각각 도 3 및 도 4를 결합하여 도 2 중의 극판(100)의 제작 방법에 대해 설명한다.
도 3을 참조하면, 이때 2개의 커팅다이 사이의 거리(D)는 제1 그룹(121) 중 첫 번째 전극탭(1211)의 폭보다 작다. 도 3에 도시된 극판(100)은 다이 커팅이 이미 완료된 후 두 그룹의 전극탭이 형성된 극판(100)이며, 실제로 다이 커팅 전의 극판(100)에는 아직 이러한 전극탭이 형성되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그 중, 제i 그룹의 j번째 전극탭의 폭을 Wij로, 전극탭의 그룹 수를 N으로 설정하면, 본 실시예에서, i≤2, j≤5이며, 제1 그룹은 총 5개의 전극탭을 구비하고, 제2 그룹은 총 3개의 전극탭을 구비하며, N=2이다. 구체적인 극판(100)의 제작 방법은 이하 단계를 포함한다:
S301: 제1 커팅다이(K1)로 극판(100)의 일단에 길이가 B2인 간격을 커팅하는 단계;
여기서 B2는 상기 극판(100) 상의 첫 번째 전극탭의 외측변 간격(margin)이다. 극판(100)이 제1 방향(D)을 따라 이동하므로, 극판(100) 상의 제1 그룹(121) 중의 첫 번째 전극탭(1211)은 즉 상기 극판(100) 상의 첫 번째 전극탭이다.
설명해두어야 할 점으로, 도 3은 극판(100)의 최우측단에 길이가 B2인 간격을 커팅한 것이나, 기타 실시예에서 극판(100)의 최좌측단에 이러한 간격을 커팅할 수 있고, 이와 동시에 극판이 이동하는 방향은 제1 방향(D1)과 반대되는 방향일 수도 있다.
S302: 제1 그룹(121) 중의 첫 번째 전극탭(1211)의 우측을 제2 커팅다이(K2)의 좌측과 정렬시키는 단계;
S303: i=1, j=1이 되도록 하는 단계;
S304: 극판(100)을 제1 방향(D1)을 따라 전방으로 Wij-D만큼 이동시킨 후 정지하는 단계;
S305: 제1 커팅다이(K1)로 극판(100)을 다이 커팅하여, 제i그룹의 j번째 전극탭을 획득하는 단계, 상기 전극탭의 폭은 Wij이다;
S306: j=j+1이 되도록 하는 단계;
S307: 극판(100)을 제1 방향(D1)을 따라 전방으로 Wij+S1만큼 이동시킨 후 정지하는 단계;
S308: 제i그룹의 마지막 전극탭의 우측이 커팅될 때까지 단계 S305-S307을 반복하는 단계, 이때 제1 그룹(121)의 이전 4개의 전극탭이 이미 형성되어, j=5이다;
S309: 극판(100)을 제1 방향(D1)을 따라 전방으로 S1+S2+D+W15만큼 이동시킨 후 정지하는 단계;
S310: 제2 커팅다이(K2)로 극판(100)을 다이 커팅하여, 제1 그룹의 다섯 번째 전극탭을 획득하는 단계, 상기 전극탭의 폭은 W15이다;
S311: i=i+1, j=1이 되도록 하는 단계;
S312: 극판(100)을 제1 방향(D1)을 따라 전방으로 Wij+S2만큼 이동시킨 후 정지하는 단계;
S313: 제2 커팅다이(K2)로 극판(100)을 다이 커팅하여, 제i그룹의 j번째 전극탭을 획득하는 단계, 상기 전극탭의 폭은 Wij이다;
S314: j=j+1이 되도록 하는 단계;
S315: 제i그룹의 마지막 전극탭(1223)의 좌측이 커팅될 때까지 단계 S313-S315를 반복하는 단계, 이때 마지막 전극탭(1223)의 좌측에서 상기 극판(100)의 최좌측단까지의 거리는 B1이다;
여기서의 B1은 극판(100) 중 마지막 전극탭의 외측변 간격(margin)이며, 본 실시예에서, 상기 마지막 전극탭은 즉 제2 그룹(122) 중의 마지막 전극탭(1223)이다.
S316: 극판(100)을 분리 절단하는 단계;
S317: 단계 S301로 되돌아가 다음 극판(100)의 다이 커팅을 시작하는 단계.
도 4를 참조하면, 이때 2개의 커팅다이 사이의 거리(D)는 제1 그룹(121) 중의 첫 번째 전극탭(1211)의 폭보다 크고, 또한 제2 커팅다이(K2)의 폭(S2)과 제1 그룹(121) 중 첫 번째 전극탭(1211)의 폭의 합보다 작으며, 즉 W11≤D≤W11+S2이다. 구체적인 극판(100)의 제작방법은 이하 단계를 포함한다.
S401: 제1 커팅다이(K1)로 극판(100)의 일단에 길이가 B2인 간격을 커팅하는 단계;
S402: i=1, j=1이 되도록 하는 단계;
S403: 극판(100)의 최우측단을 제1 커팅다이(K1)의 우측단에서 B2+Wij만큼 떨어진 위치까지 이동시킨 후 정지하는 단계;
S404: 제1 커팅다이(K1)로 극판(100)을 다이 커팅하여, 제i그룹의 j번째 전극탭을 획득하는 단계, 상기 전극탭의 폭은 Wij이다;
S405: j=j+1이 되도록 하는 단계;
S406: 극판(100)을 제1 방향(D1)을 따라 전방으로 Wij+S1만큼 이동시킨 후 정지하는 단계;
S407: 제i그룹의 마지막 전극탭의 우측이 커팅될 때까지 단계 S404-S406을 반복하는 단계, 이때 제1 그룹(121)의 이전 4개의 전극탭이 이미 형성되며, j=5이다;
S408: 극판(100)을 제1 방향(D1)을 따라 전방으로 S1+S2+D+Wij만큼 이동시킨 후 정지하는 단계'
S409: 제2 커팅다이(K2)로 극판(100)을 다이 커팅하여, 제1 그룹의 다섯 번째 전극탭을 획득하는 단계, 상기 전극탭의 폭은 W15이다;
S410: i=i+1, j=1이 되도록 하는 단계;
S411: 극판(100)을 제1 방향(D1)을 따라 전방으로 Wij+S2만큼 이동시킨 후 정지하는 단계;
S412: 제2 커팅다이(K2)로 극판(100)을 다이 커팅하여, 제i그룹의 j번째 전극탭을 획득하는 단계, 상기 전극탭의 폭은 Wij이다;
S413: j=j+1이 되도록 하는 단계;
S414: 제i그룹의 마지막 전극탭의 우측이 커팅될 때까지 단계 S412-S413을 반복하는 단계; 본 실시예에서, 본 단계의 실행이 완료된 후, 제2 그룹(122)의 앞의 2개의 전극탭이 이미 형성되며, j=3이다;
S415: 극판(100)을 제1 방향(D1)을 따라 전방으로 W11+Wij+S2-D만큼 이동시키는 단계;
S416: 제1 커팅다이(K1)로 극판(100)을 다이 커팅하는 단계;
S417: 극판(100)을 제1 방향(D1)을 따라 전방으로 D-W11 만큼 이동시킨 후 정지하는 단계;
S418: 제2 커팅다이(K2)로 극판(100)을 다이 커팅하는 단계;
S419: 극판(100)을 분리 절단하고, 극판(100)을 제1 방향(D1)을 따라 전방으로 S1+W11+W12-D만큼 이동시키는 단계;
S420: 단계 S402로 되돌아가 다음 극판의 다이 커팅을 시작하는 단계.
2개의 커팅다이 사이의 거리(D)가 더 클 경우, 상기 단계 S415-418과 유사한 단계에 따라 상응하게 조정하여, 제작 과정에서 극판(100)을 역주행시키는 조작이 필요 없도록 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 예시성 설명도이며, 도 2에 도시된 바람직한 실시예에 대해 설명하면, 2개의 커팅다이의 위치에 변화가 발생 시, 예를 들어 제1 커팅다이(K1)와 제2 커팅다이(K2)의 위치가 호환되거나, 또는 2개의 커팅다이 사이의 거리(D)가 변경되는 등의 경우, 극판(100)을 다이 커팅하는 방법은 유사하다.
일부 실시예에서, 극판에 2그룹 이상의 전극탭이 구비되는 경우, 각 그룹의 전극탭마다 하나의 커팅다이에 대응된다. 이러한 실시예 중의 극판을 다이 커팅하는 방법은 위에서 설명한 방법을 참고하여 상응하게 조정할 수 있다.
도 2에 도시된 바람직한 실시예에서, 생산의 연속성을 보장하기 위하여, 각 그룹의 전극탭(120) 중의 마지막 전극탭의 폭은 미세하게 조정될 수 있다. 구체적으로, 도 2에 도시된 극판(100) 중, 제1 그룹(121) 중 2개의 이웃한 전극탭 사이의 간격은 S1=160.09mm이고, 제1 그룹(121) 중의 첫 번째 전극탭(1211)의 폭은 W11=14.00mm이다. 제1 그룹(121) 중 나머지 전극탭의 폭은 순차적으로 2πΔt만큼 증가하며, Δt=0.276mm이다. 다시 말해 W12=15.73mm, W13=17.47mm, W14=19.20mm, W15=20.93mm이다. 생산의 연속성을 유지하기 위하여, 제1 그룹(121) 중의 마지막 전극탭(1215)까지 다이 커팅 시, 마지막 전극탭(1215)의 폭은 제1 그룹(121) 중 끝에서 세 번째 전극탭의 폭과 같으며, 즉 W15=W13=17.47mm이다. 이렇게 하면, 제1 그룹(121)의 마지막 전극탭(1215)과 제2 그룹(122)의 첫 번째 전극탭(1221) 사이의 간격이 제2 커팅다이(K2)의 길이(S2)와 같아지게 됨으로써, 제1 커팅다이(K1)로부터 제2 커팅다이(K2)로의 스위칭이 구현된다.
이와 유사하게, 제2 그룹(122) 중 2개의 이웃한 전극탭 사이의 간격은 S2=167.03mm이고, 제2 그룹(122) 중의 첫 번째 전극탭(1221)의 폭은 W21=15.73mm이다. 제2 그룹(122) 중 나머지 전극탭의 폭은 2πΔt만큼 증가하며, 다시 말해 W22=17.47mm, W23=19.20mm이다. 생산의 연속성을 유지하기 위하여, 제2 그룹(122) 중의 마지막 전극탭(1223)까지 다이 커팅 시, 마지막 전극탭(1223)의 폭은 제2 그룹(122) 중 끝에서 세 번째 전극탭의 폭과 같으며, 즉 W23=W21=15.73mm이다. 이렇게 하면, 극판(100) 상의 마지막 전극탭(1223)의 외측변 간격(B1)과 연속 생산 시 다이 커팅해야 할 다음 극판(100) 상의 첫 번째 전극탭(1211)의 외측변 간격(B2)의 합이 제2 커팅다이(K2)의 길이(S2)와 같아질 수 있으며, 즉 B1+B2=S2이다. 이후, 제1 커팅다이(K1)를 이용하여 다음 극판(100) 상의 제1 그룹의 이웃한 전극탭에 대해 다이 커팅을 실시하며, 순차적으로 유추한다.
외측변 간격(B1)과 외측변 간격(B2)을 다이 커팅 시 제1 커팅다이(K1)를 이용할 수도 있으며, 이러한 실시예에서, 먼저 제2 커팅다이(K2)를 제1 커팅다이(K1)로 교체한 다음, 미세 조정을 통해 극판의 주행 방식을 제어하여, B1+B2=S1이 되도록 하여야 함을 이해할 수 있을 것이다.
전극탭 폭의 미세 조정을 거친 후의 극판은 한편으로는 가공 제조 과정에서 상이한 커팅다이 사이가 맞물리는 정확성을 보장할 수 있고, 다른 한편으로는 상기 극판이 권취되어 형성되는 리튬이온 배터리의 배터리 셀을 사용 시, 각각의 전극을 형성하는 다수의 전극탭이 중심에 정렬될 수 있으며, 또한 2개의 전극 사이에 소정의 안전 거리가 유지될 수 있다.
도 5는 도 2에 따른 극판(100)이 권취되어 형성되는 리튬이온 배터리의 배터리 셀(200)의 구조도이다. 도 5를 참조하면, 도 2에 따른 극판이 권취되어 형성되는 리튬이온 배터리의 배터리 셀은 배터리 셀 본체(210) 및 2개의 전극(220)을 포함하며, 배터리 셀 본체(210)는 극판 본체(110)가 권취되어 형성되고, 전극(220)은 다층의 전극탭(120)이 적층되어 형성되며, 복수 층의 전극탭(120)의 폭은 중간으로부터 양측을 향해 순차적으로 감소한다.
도 5 중의 배터리 셀 본체(210)는 정극 극판과 부극 극판을 포함하고, 그 극판은 모두 도 2에 도시된 바와 같으며, 정극 극판과 부극 극판이 권취된 후 각각 2개의 전극(220)을 형성한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 6a, 6b는 각각 도 5 중 영역 I과 영역 Ⅱ의 국부 확대도로서, 각각 상기 배터리 셀(200)의 2개의 전극(220)의 구조를 나타낸 것이며, 그 중 하나는 정극 전극이고, 하나는 부극 전극이다. 도 6a와 도 6b를 참조하면, 각각의 전극(220)은 각 극판의 적어도 두 그룹의 전극탭(120)이 순차적으로 적층되어 형성된다. 각각의 전극(220) 내의 각 그룹의 전극탭(120) 중 각각의 전극탭의 폭은 상기 배터리 셀 본체(210)의 내측원으로부터 외측원을 향해 순차적으로 증가한다. 따라서, 도 2에 도시된 바람직한 실시예 중의 극판(100)을 권취하여 배터리 셀(200)을 형성 시, 제1 그룹(121) 중의 전극탭이 먼저 순차적으로 적층되고, 전극탭의 폭은 상기 배터리 셀 본체(210)의 내측원으로부터 외측원을 향해 순차적으로 증가한다. 제1 그룹의 전극탭의 권취가 완료된 후, 계속 제2 그룹의 전극탭을 권취 시, 제2 그룹(121) 중 첫 번째 전극탭(1211)의 폭이 제1 그룹(122) 중의 마지막 전극탭(1225)의 폭보다 작기 때문에, 상기 배터리 셀(200)의 전극탭 폭이 먼저 감소한 다음, 다시 배터리 셀 본체(210)의 외측원을 향해 순차적으로 증가한다. 이와 같이 설계하는 목적은, 배터리 셀(200)의 2개의 전극(220) 사이의 간격이 안전 거리 범위에 처하도록 보장하고자 하는데 있다.
극판(100)이 2그룹 이상의 전극탭(120)을 갖는 경우, 상기 극판(100)이 권취되어 형성되는 배터리 셀(200)의 2개의 전극(220) 중, 각 그룹의 전극탭(120)에 대응하여, 전극탭의 폭이 배터리 셀 본체(210)의 내측원으로부터 외측원을 향해 순차적으로 증가하게 됨을 이해할 수 있을 것이다. 한 그룹의 전극탭(120)의 권취가 완료된 후, 다음 그룹의 전극탭(120)의 폭은 먼저 감소한 다음, 다시 배터리 셀 본체(210)의 외측원을 향해 극판(100)의 권취가 전부 완료될 때까지 순차적으로 증가한다.
일부 실시예에서, 하나의 극판(100)의 표면에 정극 활성재료를 코팅하여 정극 극판을 획득하고, 다른 극판(100)의 표면에 부극 활성재료를 코팅하여 부극 극판을 획득할 수 있다. 배터리 셀(200)의 정극은 정극 극판의 적어도 두 그룹의 전극탭(120)이 적층되어 형성되고, 배터리 셀(200)의 부극은 부극 극판의 적어도 두 그룹의 전극탭(120)이 적층되어 형성된다. 도 2에 도시된 바람직한 실시예에서 획득된 극판(100)에 따르면, 배터리 셀(200)의 정극은 정극 극판 상의 두 그룹의 전극탭(120)이 적층되어 형성되고, 배터리 셀(200)의 부극은 부극 극판 상의 두 그룹의 전극탭(120)이 적층되어 형성된다.
종래 기술과 비교하여, 본 발명 중의 충전 영역(filled area)이 모두 전극재료인 반면, 종래 공정은 세라믹 절연재료를 코팅하기 위한 예비 영역이 필요하다. 따라서 본 발명은 에너지 밀도가 높고 비용이 절감된다. 본 발명의 전극탭 사이의 간격은 커팅다이를 이용하여 한 번에 다이 커팅하여 성형되는 반면, 종래 공정은 커팅다이로 두 번 다이 커팅하여야 하므로 예리한 단턱이 발생할 수 있으며, 본 발명은 이러한 단턱의 발생을 피할 수 있어 배터리의 자가방전율이 감소되고 양품율이 향상된다.
따라서, 본 발명을 채택한 후, 이웃한 전극탭 사이는 한 번만 다이 커팅되므로, 커팅다이의 소모가 감소되고, 배터리의 자가방전율이 감소된다. 극판은 전극재료로 완전 코팅되므로 공정의 복잡성이 감소할 뿐만 아니라 배터리의 에너지 밀도가 향상되며, 세라믹 코팅을 생략하여 생산 원가가 절감된다. N그룹의 전극탭은 그룹과 그룹 간의 공정 오차를 원래의 1/N로 감소시킬 수 있어, 제조의 정밀도가 향상되고, 장치의 요구가 감소하며, 양품율이 향상된다. 전극탭 폭의 미세 조정을 통해 생산라인의 연속성을 구현함과 동시에, 극판의 두께와 분리막 두께가 변경된 후에도, 종래의 커팅다이를 계속 사용할 수 있어 장치의 투입 비용이 절감된다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 권취형 리튬이온 배터리용 극판(300)의 구조도이다. 도 7을 참조하면, 본 실시예의 극판(300)은 극판 본체(310) 및 극판 본체(310)에 설치되는 적어도 한 그룹의 전극탭(320)을 포함한다. 각 그룹의 전극탭(320)은 복수의 쌍의 전극탭을 포함하며, 각 쌍의 전극탭 중 2개의 전극탭의 폭은 같고, 각 쌍의 전극탭 중 2개의 전극탭 사이의 간격(L1)은 동일하며, 각 쌍의 전극탭 사이의 간격(L2)은 동일하고 또한 전극탭의 폭은 순차적으로 πΔt만큼 증가한다. 그 중, Δt는 리튬이온 배터리의 배터리 셀의 정극 극판, 부극 극판 및 2층의 분리막의 두께의 합이다. 각 그룹 내의 전극탭의 수량은 5~80개이다.
일부 실시예에서, 상기 적어도 한 그룹의 전극탭(320) 중의 복수의 쌍의 전극탭의 폭이 같은 경우 이외에, 특수한 상황을 더 포함하며, 즉, 상기 적어도 한 그룹의 전극탭(320) 중의 마지막 쌍의 전극탭 중의 2개의 전극탭의 폭은 같지 않을 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 적어도 한 그룹의 전극탭(320) 중의 복수의 쌍의 전극탭의 폭이 같은 경우 이외에, 특수한 상황을 더 포함하며, 즉 각 그룹의 전극탭(320) 중 다음 그룹의 전극탭과 이웃한 마지막 전극탭의 폭은 같지 않을 수 있다.
이러한 실시예에서 한 그룹의 전극탭 중의 마지막 쌍의 전극탭의 폭을 특수하게 설정하는 목적은 극판을 연속 생산하는 과정에서, 다음 그룹의 전극탭을 다이 커팅 시, 상이한 커팅다이 사이가 순조롭게 맞물리도록 보장하기 위한 것임을 이해할 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 극판 본체(310) 표면에 전극 재료가 완전 코팅된다.
도 7을 참조하면, 바람직한 실시예에서, 극판 본체(310)에 12개의 전극탭(320)이 설치되며, 12개의 전극탭(320)은 하나의 그룹으로 나뉘어, 상기 그룹에 6쌍의 전극탭이 구비된다. 각 쌍 중의 2개의 전극탭의 폭은 같고, 이웃한 두 쌍의 전극탭의 폭은 순차적으로 0.867mm만큼 증가하며, 이웃한 두 쌍의 전극탭 사이의 간격은 각각 34.956mm이고, 각 쌍 중의 2개의 전극탭 사이의 간격은 8.522mm이다. 생산라인의 연속성을 보장하기 위하여, 마지막 전극탭의 폭은 상기 쌍 중의 다른 전극탭보다 약간 좁다.
도 7에 도시된 극판(300)을 제작 시, 금속 커팅다이로 다이 커팅하는 방법을 채택할 수 있다. 커팅다이의 위치는 고정되고, 극판(300)이 제1 방향(D1)을 따라 이동하며, 극판(100)이 이동하는 거리가 적합한 거리에 도달 시, 극판(100)은 이동을 중지하고, 커팅다이를 사용하여 극판(300)을 다이 커팅한다.
비록 도 7에 도시된 극판(300)은 한 그룹의 전극탭(320)만 포함하나, 본 방법은 복수 그룹의 전극탭(320)을 구비한 극판(300)에 응용될 수 있다. 이러한 방법에서는 각 그룹의 전극탭(320)에 대해 2개의 커팅다이로 극판 본체(310)를 다이 커팅하여 복수의 쌍의 전극탭을 획득한다. 그 중 제1 커팅다이의 길이는 복수의 쌍의 전극탭 중 2개의 전극탭(320) 사이의 거리(L1)와 같고, 제2 커팅다이의 길이는 각 쌍의 전극탭 사이의 간격(L2)과 같다.
이하 도 7에 도시된 바람직한 실시예 중의 극판(300)의 제작 방법에 대해 구체적으로 설명하며, 상기 방법은 이하 단계를 포함한다:
S701: 2개의 커팅다이의 간격을 D=3mm로 조정하여, W=4mm보다 작게 하는 단계;
S702: 극판의 일단을 제1 커팅다이의 선단과 정렬시키는 단계;
S703: 프로세스 카운트를 cnt=0으로 설정하는 단계;
S704: 극판을 전방을 향해 L1+L2+D=8.522+34.956+3=46.478mm만큼 주행시키는 단계;
S705: 제2 커팅다이를 사용하여 다이 커팅하는 단계;
S706: 극판을 전방을 향해 W+ cnt×Δt-D=4+ cnt×0.276-3만큼 주행시키는 단계;
S707: 제1 커팅다이를 사용하여 다이 커팅하는 단계;
S708: 극판을 전방을 향해 W+ cnt×Δt만큼 주행시키는 단계;
S709: 프로세스 카운트를 cnt = cnt+1로 설정하는 단계;
S710: S704~S709의 과정을 종료될 때까지 반복하는 단계.
그 중, W는 첫 번째 전극탭의 폭이고, 프로세스 카운트는 사이클 카운터의 작동 파라미터이며, L1은 제1 커팅다이의 길이이고, L2는 제2 커팅다이의 길이이며, L1≠L2이다.
상기 방법에서, 제1 커팅다이의 길이는 다시 말해 상기 그룹 중 각 쌍의 전극 탭 중 2개의 전극탭 사이의 간격(L1)이다. 도 7에 도시된 바람직한 실시예에서, L1=8.522mm이다. 일부 실시예에서, 각 쌍의 전극탭 중 2개의 전극탭 사이의 간격(L1)은 5mm≤L1≤280mm를 만족시킨다.
상기 방법에서, 제2 커팅다이의 길이는 다시 말해 상기 그룹 중 각 쌍의 전극 탭 중 각 쌍의 전극탭 사이의 간격(L2)이다. 도 7에 도시된 바람직한 실시예에서, L2=34.956mm이다. 일부 실시예에서, 각 쌍의 전극탭 사이의 간격(L2)은 5mm≤L2≤280mm를 만족시킨다.
도 7에 도시된 바람직한 실시예에서, Δt=0.276mm이며, 도 2에 도시된 바람직한 실시예와 동일하다.
두 그룹 이상의 전극탭을 구비한 극판(300)을 제작 시, 각 그룹의 전극탭의 다이 커팅 방법은 상기 방법과 유사하며, 다른 점은 제1 커팅다이와 제2 커팅다이의 길이가 다르다는데 있다. 상이한 그룹의 전극탭의 경우, 각 그룹 내의 각 쌍의 전극탭 중 2개의 전극탭 사이의 간격(L1)은 제1 커팅다이의 길이와 같고, 각 그룹 내의 각 쌍의 전극탭 사이의 간격(L2)은 제2 커팅다이의 길이와 같다. 각 그룹의 전극쌍에 대해 상기 그룹의 전극탭에 대응되는 제1 커팅다이와 제2 커팅다이를 사용하여 순차적으로 다이 커팅을 실시하면, 두 그룹 이상의 전극탭을 구비한 극판을 획득할 수 있다.
도 8은 도 7에 따른 극판(300)이 권취되어 형성되는 리튬이온 배터리의 배터리 셀(400)의 구조도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 셀(400)은 배터리 셀 본체(410) 및 2개의 전극(420)을 포함하며, 각각의 전극(420)은 모두 마주보게 설치되는 2개의 하프 전극(421)으로 구성되고, 2개의 상기 하프 전극(421) 사이는 간격이 구비되며, 또한 거울 대칭을 이룬다. 각각의 전극(420)은 적어도 한 그룹의 전극탭이 순차적으로 적층되어 형성된다. 각각의 하프 전극(421)은 각 쌍의 전극탭 중 하나가 적층되어 형성된다.
배터리 셀 본체(410)는 극판 본체(310)가 권취되어 형성되며, 상기 하프 전극(421)은 전극탭(320)이 권취되어 형성된다. 상기 하프 전극(421)에서, 전극탭의 폭은 배터리 셀의 외측원으로부터 내측원을 향해 순차적으로 감소하고, 또한 중심이 대칭을 이룬다.
구체적인 권취방법은 다음과 같다:
1. 두 종류의 극판을 각각 제작하고, 두 종류의 극판 표면에 각각 정극 활성재료와 부극 활성재료를 도포한 후, 금속 다이 커팅으로 다수의 전극탭을 획득하며, 배터리 셀의 출력 및 작동 상황에 따라 전극탭 및 간격을 자유롭게 설계하여, 정극 극판과 부극 극판을 획득할 수 있으며, 정극 극판의 전극탭 폭은 바퀴 수가 증가함에 따라 순차적으로 증가하고, 또한 동일한 바퀴의 전극탭 폭은 동일하며, 상이한 바퀴의 전극탭 폭은 그 차이값이 등차수열을 이루고, 공차는 0.867mm이며, 공차=πΔt이도록 제어한다. 그 중 Δt는 정극 극판 두께+부극 극판 두께+2층의 분리막 두께이다. 부극 극판의 전극탭 폭의 변화 규칙은 정극과 동일하며, 동일한 바퀴 수 내의 전극탭 폭은 동일하고, 공차 역시 정극과 동일하다. 정극과 부극의 시작 전극탭의 폭은 배터리 셀의 처리능력(throughput)에 따라 설계할 수 있다.
2. 정극 극판, 부극 극판과 2층의 분리막을 교대로 삽입하여 적층하고, 모든 극판의 전극탭이 동일한 측을 향하도록 제어하여 두 바퀴 권취 후 성형하며, 권취 시, 주의 사항은 다음과 같다: 전극탭의 폭이 결정된 후, 권취의 일체성을 보장하려면 바퀴당 한 쌍의 전극을 구비하여, 첫 번째 바퀴의 두 전극탭 사이의 거리와 두 번째 바퀴의 2개의 전극탭 사이의 거리가 동일하여야 하고, 길이는 34.956mm이며, 순차적으로 유추한다. 첫 번째 바퀴의 두 번째 전극탭으로부터 두 번째 바퀴의 첫 번째 전극탭까지의 거리와 두 번째 바퀴의 두 번째 전극탭으로부터 세 번째 바퀴의 첫 번째 전극탭까지의 거리는 동일하여야 하고, 길이는 8.522mm이며, 순차적으로 유추한다. 각 간격은 한 번의 다이 커팅을 통해 즉시 성형될 수 있으며, 또한 금속 다이 커팅을 통해 성형 시에는 두 개의 커팅다이가 필요하다. 공정 과정의 연속성을 보장해야 하므로, 이전 배터리 셀의 극판은 다음 배터리 셀의 극판과 연속되어야 한다.
전극탭 및 간격이 상이한 정극 극판과 부극 극판을 획득한 후, 정극 극판은 원형 권취핀을 통해, 중간이 2층의 분리막에 의해 이격되어 권취되는 배터리 셀을 형성하며, 권취 후 전극탭은 동일한 측에 위치하게 된다. 배터리 셀의 주요 구조는 도 8에 도시된 바와 같으며, 제1층 분리막, 부극 극판, 제2층 분리막과 정극 극판이 권취핀에 권취되어 배터리 셀을 형성한다. 정극 극판에는 각각 2그룹의 전극탭이 구비되고, 각 그룹에 다수의 전극탭이 구비된다. 권취 후, 전극탭은 권취핀에 균일하게 분포되며, 열간압출을 거친 후 최종적인 배터리 셀을 획득한다. 배터리에 바퀴당 폭이 동일한 2개의 전극탭이 구비되므로, 권취 후 거울 대칭을 이루며, 현재의 사각형 배터리의 AB 셀과는 소정의 차이가 있다. 이와 같이 하면 권취 장치의 기구 설치를 줄일 수 있어 공정의 간편성이 증가한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 권취형 리튬이온 배터리용 극판(500)의 구조도이다. 도 9를 참조하면, 본 실시예의 극판(500)은 극판 본체(510)를 포함하고, 극판 본체(510)에 14개의 전극탭(520)이 2그룹으로 나뉘어 설치된다. 제1 그룹(G1)에 10개의 전극탭이 구비되고, 제2 그룹(G2)에 4개의 전극탭이 구비된다. 제1 그룹(G1) 중의 10개의 전극탭은 5쌍으로 나뉘며, 각 쌍 중의 2개의 전극탭의 폭은 같고, 이웃한 두 쌍의 전극탭의 전극탭 폭은 0.7mm만큼 증가하며, 이웃한 두 쌍의 전극탭 사이의 간격은 각각 29.2mm이고, 각 쌍 중의 2개의 전극탭 사이의 간격은 5.6mm이다. 생산라인의 연속성을 보장하기 위하여, 제1 그룹(G1) 중 마지막 전극탭의 폭은 상기 쌍 중의 다른 하나의 전극탭보다 좁다. 제2 그룹(G2) 중의 4개의 전극탭은 2쌍으로 나뉘고, 각 쌍 중의 2개의 전극탭의 폭은 같으며, 이웃한 두 쌍의 전극탭의 전극탭 폭은 0.7mm만큼 증가하고, 이웃한 두 쌍의 전극탭 사이의 간격은 각각 32.7mm이며, 각 쌍 중의 2개의 전극탭 사이의 간격은 9mm이다. 생산라인의 연속성을 보장하기 위하여, 제2 그룹(G2) 중 마지막 전극탭의 폭은 상기 쌍 중의 다른 전극탭보다 좁다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 극판(500)은 극판 본체(510)를 포함하고, 극판 본체(510)에 14개의 전극탭(520)이 2그룹으로 나뉘어 설치된다. 제1 그룹(G1)에 10개의 전극탭이 구비되고, 제2 그룹(G2)에 4개의 전극탭이 구비된다.
제1 그룹(G1)은 5쌍의 총 10개의 전극탭을 포함하고, 각 쌍 중의 2개의 전극탭(520)의 폭은 같으며, 이웃한 두 쌍의 전극탭의 전극탭 폭은 순차적으로 πΔt=0.7mm만큼 증가한다. 그 중 Δt=0.223mm이다. 이웃한 두 쌍의 전극탭 사이의 간격(G12)은 29.2mm이고, 각 쌍 중의 2개의 전극탭(520) 사이의 간격(G11)은 5.6mm이다. 생산라인의 연속성을 보장하기 위하여, 제1 그룹(G1) 중 마지막 전극탭(520a)의 폭은 상기 쌍 중의 다른 전극탭(520b)보다 좁다.
제2 그룹(G2)은 2쌍의 총 4개의 전극탭을 포함하고, 각 쌍 중의 2개의 전극탭(520)의 폭은 같으며, 이웃한 두 쌍의 전극탭의 전극탭 폭은 순차적으로 πΔt=0.7mm만큼 증가한다. 그 중 Δt=0.223mm이다. 이웃한 두 쌍의 전극탭 사이의 간격(G22)은 32.7mm이고, 각 쌍 중의 2개의 전극탭(520) 사이의 간격(G21)은 9mm이다. 생산라인의 연속성을 보장하기 위하여, 제2 그룹(G2) 중 마지막 전극탭(520c)의 폭은 상기 쌍 중의 다른 전극탭(520d)보다 좁다.
도 9에 도시된 극판(500)을 제작 시, 도 7의 바람직한 실시예의 제작방법을 참조할 수 있다. 도 7에 도시된 바람직한 실시예 중의 극판(300)과 다른 점은, 극판(500)에 두 그룹의 전극탭이 구비된다는데 있다. 따라서, 상기 극판(500)을 제작 시, 두 세트의 커팅다이가 필요하며, 그 중 각 세트의 커팅다이는 2개의 커팅다이를 포함한다. 제1 세트의 커팅다이 중의 2개의 커팅다이의 길이는 각각 제1 그룹(G1) 중의 2개의 전극탭 사이의 간격(G11) 및 이웃한 두 쌍의 전극탭 사이의 간격(G12)과 대응되고; 제2 세트의 커팅다이 중의 2개의 커팅다이의 길이는 각각 제2 그룹(G2) 중의 2개의 전극탭 사이의 간격(G21) 및 이웃한 두 쌍의 전극탭 사이의 간격(G22)에 대응된다. 극판을 다이 커팅하여 도 9에 도시된 극판(500)을 획득 시, 순차적으로 상기 두 세트의 커팅다이를 사용하여 극판을 다이 커팅한다.
도 10은 도 9에 따른 극판(500)이 권취되어 형성된 리튬이온 배터리의 배터리 셀(600)의 구조도이다. 도 10을 참조하면, 본 실시예 중의 배터리 셀(600)은 배터리 셀 본체(610)와 2개의 전극(620)을 포함한다. 각각의 전극(620)은 모두 마주보게 설치되는 2개의 하프 전극(621)으로 구성되며, 2개의 상기 하프 전극(621) 사이에는 간격이 구비되고, 또한 거울 대칭을 이룬다. 배터리 셀 본체(610)는 극판 본체(510)가 권취되어 형성되며, 상기 하프 전극(621)은 전극탭(520)이 권취되어 형성된다. 상기 하프 전극(621) 중, 각 그룹 중 전극탭의 폭은 외측원으로부터 내측원을 향해 순차적으로 감소하고, 또한 중심이 대칭을 이루며, 상기 그룹의 권취가 완료된 후, 다음 그룹은 전극탭의 폭이 외측원으로부터 내측원을 향해 순차적으로 감소하고, 또한 중심이 대칭을 이루는 관계가 반복된다.
도 10을 참조하면, 본 실시예 중의 배터리 셀(600)은 배터리 셀 본체(610)와 2개의 전극(620)을 포함한다. 배터리 셀 본체(610)는 극판 본체(510)가 권취되어 형성된다. 상기 2개의 전극(620)은 각각 정극 전극과 부극 전극임을 이해할 수 있을 것이다. 2개의 전극(620) 사이에 소정의 거리를 구비하여, 상기 배터리 셀(600)의 정극과 부극이 안전 거리 외측에 처하도록 보장한다. 각 전극(620)은 모두 마주보게 설치되는 2개의 하프 전극(621)으로 구성된다.
각각의 하프 전극(621)은 전극탭(520)이 권취되어 형성된다. 한 그룹의 전극탭의 권취를 통해 형성되는 하프 전극(621) 중, 전극탭의 폭은 배터리 셀(600)의 내측원으로부터 외측원을 향해 순차적으로 증가한다. 한 그룹의 전극탭의 권취가 완료된 후, 다음 그룹의 전극탭이 제1 그룹의 전극탭에 바로 이어서 계속 권취된다. 다음 그룹의 전극탭 중의 첫 번째 전극탭의 폭이 이전 그룹 중의 마지막 전극탭의 폭보다 감소되기 때문에, 상기 하프 전극(621)에서, 전극탭의 폭은 먼저 감소된 후 증가되는 상황으로 나타난다. 이와 같이 설계하는 목적은 배터리 셀(600)의 2개의 전극(620) 사이의 간격이 안전 거리 범위에 처하도록 보장하고자 하는데 있다.
극판(500)에 2그룹 이상의 전극탭(520)이 구비되는 경우, 상기 극판(500)이 권취되어 형성되는 배터리 셀(600)의 2개의 전극(620) 중, 각 그룹의 전극탭(520)에 대응하여, 전극탭의 폭은 배터리 셀 본체(610)의 내측원으로부터 외측원을 향해 순차적으로 증가한다. 한 그룹의 전극탭(520)의 권취가 완료된 후, 다음 그룹의 전극탭(520)의 폭은 먼저 감소된 다음, 다시 배터리 셀 본체(610)의 외측원을 향해 극판(500)의 권취가 전부 완료될 때까지 순차적으로 증가한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 권취형 리튬이온 배터리용 극판의 코팅 구조도이다.
도 1에 도시된 종래 기술에서는 절연층(13)을 코팅해야 할 뿐만 아니라, 예리한 단턱(12)이 발생할 수 있다. 본 발명은 극판 코팅 방식에 있어 전극재료를 완전 코팅하는 방식을 채택한다. 도 11 및 도 7에 도시된 극판(300)을 예로 들면, 극판 본체(310)에 전극재료를 완전 코팅할 수 있어, 에너지 밀도가 높을 뿐만 아니라, 예리한 단턱이 발생하지 않아 자가방전율이 감소되고 안전성이 향상된다. 상응하게, 기타 실시예 중의 극판 역시 전극재료를 완전 코팅하는 방식을 채택할 수 있다.
본 출원은 특정 용어를 사용하여 본 출원의 실시예를 묘사하였다. “하나의 실시예”, “일 실시예”, 및/또는 “일부 실시예”는 본 출원 중의 적어도 하나의 실시예와 관련된 어느 하나의 특징, 구조 또는 특성을 의미한다. 따라서 본 명세서 중 상이한 위치에 2회 이상 언급되는 “일 실시예” 또는 “하나의 실시예” 또는 “대체성 실시예”가 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니라는 점에 유의하여야 한다. 또한, 본 출원의 하나 또는 다수의 실시예 중의 모종의 특징, 구조 또는 특성은 적당히 조합될 수 있다.
비록 본 발명은 현재의 구체적인 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 기술분야 중의 보통 기술자라면, 이상의 실시예는 단지 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 경우 각종 등가의 변화 또는 교체를 실시할 수 있음을 인식하여야 하며, 따라서, 본 발명의 실질적인 정신 범위 내에서의 상기 실시예에 대한 변화, 변형은 모두 본 출원의 청구항의 범위 내에 포함된다.

Claims (23)

  1. 권취형 리튬이온 배터리의 극판에 있어서,
    극판 본체 및 상기 극판 본체에 설치되는 적어도 두 그룹의 전극탭을 포함하고, 각 그룹의 전극탭은 다수의 전극탭을 포함하며, 상기 다수의 전극탭 사이의 간격은 동일하고, 상기 다수의 전극탭의 폭은 순차적으로 2πΔt만큼 증가하며, 그 중 Δt는 상기 리튬이온 배터리의 배터리 셀의 정극 극판, 부극 극판 및 2층의 분리막의 두께의 합인 것을 특징으로 하는 권취형 리튬이온 배터리의 극판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 그룹의 전극탭 중의 임의의 제1 그룹의 전극탭 내의 이웃한 전극탭 사이의 간격은 제2 그룹의 전극탭 내의 이웃한 전극탭 사이의 간격과 같은 것을 특징으로 하는 권취형 리튬이온 배터리의 극판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 그룹의 전극탭 중의 임의의 제1 그룹의 전극탭 내의 이웃한 전극탭 사이의 간격은 제2 그룹의 전극탭 내의 이웃한 전극탭 사이의 간격과 같지 않은 것을 특징으로 하는 권취형 리튬이온 배터리의 극판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 극판 표면에 전극재료가 완전 코팅되는 것을 특징으로 하는 권취형 리튬이온 배터리의 극판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 그룹의 전극탭 중 각 그룹의 전극탭 수량은 3~36개인 것을 특징으로 하는 권취형 리튬이온 배터리의 극판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 그룹의 전극탭 중 각 그룹 내의 이웃한 전극탭 사이의 간격은 10mm~400mm인 것을 특징으로 하는 권취형 리튬이온 배터리의 극판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 그룹의 전극탭의 마지막 전극탭의 폭은 끝에서 세 번째 전극탭의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 권취형 리튬이온 배터리의 극판.
  8. 제1항에 있어서,
    각 그룹의 전극탭 중 다음 그룹의 전극탭과 이웃한 마지막 전극탭의 폭은 상기 그룹의 전극탭의 끝에서 세 번째 전극탭의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 권취형 리튬이온 배터리의 극판.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 따른 극판을 권취하여 형성되는 배터리 셀에 있어서,
    배터리 셀 본체 및 2개의 전극을 포함하며, 상기 배터리 셀 본체는 상기 극판 본체가 권취되어 형성되고, 각각의 상기 전극은 각각의 상기 극판의 상기 적어도 두 그룹의 전극탭이 순차적으로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  10. 제9항에 있어서,
    각 전극 내의 각 그룹의 전극탭 중 각 전극탭의 폭은 상기 배터리 셀 본체의 내측원으로부터 외측원을 향해 순차적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  11. 제9항에 있어서,
    정극 극판과 부극 극판을 포함하며, 상기 배터리 셀 본체는 상기 정극 극판과 부극 극판의 극판 본체를 포함하고, 상기 정극 극판의 적어도 두 그룹의 전극탭과 부극 극판의 적어도 두 그룹의 전극탭이 각각 적층되어 하나의 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 정극 극판과 부극 극판 사이에 개재되는 2층의 분리막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  13. 제1항에 따른 극판의 제작방법에 있어서,
    적어도 2개의 커팅다이로 상기 극판 본체를 다이 커팅하여 상기 적어도 두 그룹의 전극탭을 획득하며, 각 커팅다이의 길이는 대응하는 전극탭 중 2개의 이웃한 전극탭 사이의 간격과 같은 것을 특징으로 하는 극판의 제작방법.
  14. 권취형 리튬이온 배터리의 극판에 있어서,
    극판 본체 및 상기 극판 본체에 설치되는 적어도 한 그룹의 전극탭을 포함하고, 각 그룹의 전극탭은 복수의 쌍의 전극탭을 포함하며, 상기 복수의 쌍의 전극탭 중의 전극탭 각 쌍의 두 개의 전극탭의 폭은 같고, 각 쌍의 전극탭 중 2개의 전극탭 사이의 간격은 같으며, 각 쌍의 전극탭 간의 간격은 동일하면서 전극탭의 폭은 순차적으로 πΔt만큼 증가하며, 그 중 Δt는 상기 리튬이온 배터리의 배터리 셀의 정극 극판, 부극 극판과 2층의 분리막의 두께의 합인 것을 특징으로 하는 극판.
  15. 제14항에 있어서,
    각 쌍의 전극탭 사이의 거리(L1)는 5mm≤L1≤280mm를 만족시키는 것을 특징으로 하는 극판.
  16. 제14항에 있어서,
    각 쌍의 전극탭 사이의 거리(L2)는 5mm≤L2≤280mm를 만족시키는 것을 특징으로 하는 극판.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 극판 본체 표면에 전극재료가 완전 코팅되는 것을 특징으로 하는 극판.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 한 그룹의 전극탭의 마지막 한 쌍의 전극탭 중 2개의 전극탭의 폭은 같지 않은 것을 특징으로 하는 극판.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 한 그룹의 전극탭의 마지막 한 쌍의 전극탭 중 2개의 전극탭의 폭은 같지 않은 것을 특징으로 하는 극판.
  20. 제14항 내지 제19항 중의 어느 한 항에 따른 극판을 권취하여 형성된 배터리 셀에 있어서,
    배터리 셀 본체 및 2개의 전극을 포함하고, 상기 배터리 셀 본체는 상기 전극판 본체가 권취되어 형성되며, 각각의 상기 전극은 상기 적어도 한 그룹의 전극탭이 순차적으로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  21. 제20항에 있어서,
    각각의 상기 전극은 마주보게 설치되는 2개의 하프 전극(half electrode)을 포함하며, 각각의 하프 전극은 각 쌍의 전극탭 중 하나가 적층되어 형성되고, 각각의 상기 하프 전극 중 전극탭의 폭은 상기 배터리 셀의 내측원으로부터 외측원을 향해 순차적으로 증가하고, 각각의 상기 하프 전극은 중심이 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  22. 제14항에 따른 극판의 제작방법에 있어서,
    각 그룹의 전극탭에 대해 2개의 커팅다이로 상기 전극판 본체를 다이 커팅하여 상기 복수의 쌍의 전극탭을 획득하며, 그 중 하나의 커팅다이의 길이는 상기 복수의 쌍의 전극탭 중 2개의 전극탭 사이의 간격과 같고, 다른 하나의 커팅다이의 길이는 각 쌍의 전극탭 사이의 간격과 같은 것을 특징으로 하는 극판의 제작방법.
  23. 제9항 또는 제20항에 따른 배터리 셀을 포함하는 리튬이온 배터리.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4187662A1 (en) * 2021-11-26 2023-05-31 Prime Planet Energy & Solutions, Inc. Battery

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021057170A (ja) * 2019-09-30 2021-04-08 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電素子
KR20210103340A (ko) * 2020-02-13 2021-08-23 삼성에스디아이 주식회사 집전 구조가 개선된 이차전지
CN114223095A (zh) * 2020-03-16 2022-03-22 宁德新能源科技有限公司 电极极片、电芯及电化学装置
KR20230051257A (ko) * 2021-08-31 2023-04-17 컨템포러리 엠퍼렉스 테크놀로지 씨오., 리미티드 권취형 전극 조립체, 전지 셀, 전지 및 전기 장치
CN115000643A (zh) * 2022-06-01 2022-09-02 广州小鹏汽车科技有限公司 电芯结构及电芯制备方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004178832A (ja) 2002-11-25 2004-06-24 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 円筒形密閉式鉛蓄電池
JP5127271B2 (ja) * 2007-03-12 2013-01-23 株式会社東芝 捲回型電極電池およびその製造方法
JP2010118315A (ja) 2008-11-14 2010-05-27 Toshiba Corp 非水電解質電池
CN101714624A (zh) 2009-09-11 2010-05-26 广州丰江电池新技术股份有限公司 一种螺旋线多极耳锂离子电池及其制造方法
CN202434631U (zh) * 2012-02-16 2012-09-12 浙江兴海能源科技有限公司 一种差节距极片及采用该差节距极片的动力电池
CN102569721B (zh) 2012-02-16 2014-04-23 浙江兴海能源科技有限公司 一种差节距极片及采用该差节距极片的动力电池
JP6162431B2 (ja) 2013-02-28 2017-07-12 株式会社東芝 電池
DE112015000539T5 (de) * 2014-01-28 2016-11-03 A123 Systems, LLC Zylindrische elektrochemische zellen und verfahren zur herstellung
JP6431089B2 (ja) 2014-11-10 2018-11-28 日立オートモティブシステムズ株式会社 角形二次電池
KR102368089B1 (ko) 2015-01-28 2022-02-24 삼성에스디아이 주식회사 전극탭을 갖는 전극 어셈블리 및 이차 전지
KR102384021B1 (ko) * 2015-09-24 2022-04-07 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
CN106058137B (zh) 2016-08-03 2018-10-19 上海航天电源技术有限责任公司 一种卷绕式锂离子电池极耳及其制造方法
CN207097936U (zh) * 2017-07-06 2018-03-13 深圳市海目星激光科技有限公司 一种卷绕电芯片、卷绕电芯与电池
CN207765536U (zh) 2018-07-20 2018-08-24 上海瑞浦青创新能源有限公司 一种用于卷绕式锂离子电池的极片、电芯及锂离子电池
CN108461811B (zh) 2018-07-20 2019-11-05 瑞浦能源有限公司 一种用于卷绕式锂离子电池的极片及电芯

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4187662A1 (en) * 2021-11-26 2023-05-31 Prime Planet Energy & Solutions, Inc. Battery

Also Published As

Publication number Publication date
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