KR20220009907A - 전극조립체 - Google Patents

전극조립체 Download PDF

Info

Publication number
KR20220009907A
KR20220009907A KR1020210093046A KR20210093046A KR20220009907A KR 20220009907 A KR20220009907 A KR 20220009907A KR 1020210093046 A KR1020210093046 A KR 1020210093046A KR 20210093046 A KR20210093046 A KR 20210093046A KR 20220009907 A KR20220009907 A KR 20220009907A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
positive electrode
negative electrode
electrode
active material
negative
Prior art date
Application number
KR1020210093046A
Other languages
English (en)
Inventor
주정훈
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to PCT/KR2021/009173 priority Critical patent/WO2022015101A1/ko
Priority to EP21841678.2A priority patent/EP4184629A4/en
Priority to CN202180045163.XA priority patent/CN115803924A/zh
Priority to US18/014,689 priority patent/US20230275329A1/en
Publication of KR20220009907A publication Critical patent/KR20220009907A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

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

Abstract

본 발명은. 음극, 분리막, 양극이 적층된 상태로 권취되어 제조되는 전극조립체로써, 상기 양극은 제1양극 및 제2양극을 포함하고, 상기 제1양극과 제2양극은 각각 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포되어 제조되되, 일측 끝단에 양극활물질이 미도포되어 양극집전체가 노출된 양극무지부가 형성되며, 상기 제1양극과 제2양극은 서로의 양극무지부들끼리 접합되어 연결되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 전극조립체는 음극에 동일한 기술이 적용될 수도 있다. 즉, 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되어 제조되는 전극조립체로써, 상기 음극은 제1음극 및 제2음극을 포함하고, 상기 제1음극과 제2음극은 각각 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포되어 제조되되, 일측 끝단에 음극활물질이 미도포되어 음극집전체가 노출된 음극무지부가 형성되며, 상기 제1음극과 제2음극은 서로의 음극무지부들끼리 접합되어 연결되는 구성을 가질 수도 있다.

Description

전극조립체{Electrode assembly}
본 발명은 전극과 분리막이 교대로 적층된 상태로 권취된 전극조립체에 관한 것으로써 더욱 상세하게는 중심홀 근방과 외측 테두리 근방 사이의 대향비(N/P ratio: 음극과 양극의 단위면적당 용량의 비율) 편차가 감소되어 더 안정적인 성능을 가질 수 있는 전극조립체에 관한 것이다.
전기 에너지를 저장하는 전지는 일반적으로 일차 전지와 이차 전지로 구분될 수 있다. 일차 전지는 일회용 소모성 전지인 반면에, 이차 전지는 전류와 물질 사이의 산화 및 환원 과정이 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 충전식 전지이다. 즉, 전류에 의해 소재에 대한 환원 반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화 반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행가능하다.
여러 종류의 이차전지 중, 리튬 이차 전지는 일반적으로 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)이 적층된 전극조립체가 케이스에 장착되어 제조되며, 리튬 이온이 양극의 리튬 금속 산화물로부터 음극으로 삽입(Intercalation) 및 탈리(Deintercalation)되는 과정이 반복되면서, 리튬 이차 전지의 충방전이 진행된다.
상기 전극조립체는 일반적으로 미리 정해진 크기로 절단된 음극, 분리막, 양극이 미리 정해진 순서로 적층된 단위셀들이 복수 개 적층되어 또는 개별 양극/분리막/음극이 반복적층되어 하나의 전극 조립체가 된다. 그리고 이러한 전극조립체는 원통형 캔 또는 각형 파우치 등과 같은 케이스에 수용된다.
한편, 상기 전극조립체를 제조하는 방식으로써, 상기 음극과 양극 사이에 분리막을 적층한 후 감아서 제조하는 권취형, 요구되는 폭과 길이를 갖도록 재단하여 음극과 양극을 절단한 후, 상기 음극, 분리막, 양극이 반복되도록 적층하여 제조하는 적층형 및 폴딩분리막 위에 단위셀들을 나란히 올려놓은 후 일측부터 폴딩하여 제조하는 스택앤폴딩형 등이 공지된 바 있다.
이 중, 권취형(젤리롤형) 전극조립체는 권심(1)에 양극(3), 분리막(2: 2a, 2b), 음극(4)을 적층한 상태로 장착하고, 상기 권심(1)을 회전시켜 권심(1)의 둘레를 따라 양극(3), 분리막(2), 음극(4)을 권취하여 제조된다.
이때, 양극(3)과 음극(4)이 펼쳐진 모습이 나타난 도 1b 에 도시된 바와 같이, 상기 음극(4)은 권취가 끝날 때 가장 외곽에 놓이는 끝단에는 음극집전체의 표면에 음극활물질이 미도포된 음극무지부(4a)가 형성되고, 상기 음극무지부(4a)에 음극탭(4b)이 결합되었으며, 상기 양극(3)은 권취가 완료됐을 때 양극탭(3b)이 음극탭(4b)과 거리를 두고 이격되도록 양극집전체의 표면에 양극활물질이 미도포된 양극무지부(3a)가 길이방향을 따라 중간 쯤에 형성되고, 상기 양극무지부(3a)에 양극탭(3b)이 결합되는 구조를 갖는다.
그리고, 권심에 두 장의 분리막이 가장 먼저 고정되고 그 다음 음극과 양극이 순차적으로 투입되는 모습이 도시된 도 1a 에 도시된 바와 같이, 상기 권심(1)에는 분리막(2)이 가장 먼저 투입되고 그 다음 음극(4), 양극(3)이 순차적으로 투입된다. 즉, 젤리롤형 전극조립체의 제조방식에서는 두 장의 분리막들(2a, 2b)의 시작단(권취가 시작되는 끝단)이 겹쳐진 상태로 권심(1)에 고정된 상태에서 상기 권심(1)을 회전시킨 다음에 음극(4)을 투입한 후에, 약간의 시차를 두고 양극(3)이 투입되도록 구성된다. 또는, 제조방식에 따라, 첫번째 분리막(2a)이 권심(1)에서 권취되는 동안 음극(4), 두번째 분리막(2b), 양극(3)이 순차적으로 투입하기도 한다.
그리고, 양극(3)까지 투입된 상태에서 권심(1)이 미리 정해진 회전수만큼 회전하면 분리막/음극/분리막/양극 순서로 적층된 상태에서 권취된 형태로 원통형 전극조립체의 제조가 이뤄진다.
한편, 이러한 원통형 전극조립체의 경우, 한정된 공간 내에서 최대한 성능과 안정성을 높이기위해 전극(음극, 양극)의 설계가 중요하다.
특히, 원통형 전극조립체에서 양극(3)과 음극(4)은 (권심이 제거된 위치에서 형성되는) 중앙홀에 근방에서 외곽으로 갈수록 곡률에 의해 양극(3)과 음극(4)의 접촉면적비가 달라지게 되고 이로 인해 양극(3)과 음극(4)의 대향비(N/P ration: 음극과 양극의 단위면적당 활물질의 용량비율) 불균형이 발생한다. 아래와 같은 수식으로 계산될 수 있는 대향비는 양극(3)과 음극(4)의 접촉면적비에 따라 달라진다.
Figure pat00001
즉, 원통형 전극조립체에서 중앙홀 근방영역(A)과 외곽영역(B)이 표시된 도 1c 에 나타난 바와 같이, 양극(3)의 단위면적당 용량(단위면적당 전자를 수용할 수 있는 능력)이 전체적으로 동일할 때, 중앙홀 근방영역(A)의 대향비는 100%가 미만이 될 수 있는 반면, 외곽영역(B)에서의 대향비는 100%가 초과될 수 있었다. 이에 따라 중앙홀 근방영역(A)에서 전극의 퇴화가 촉진되어 이차전지 수명에 약영향을 미칠 수 있었다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 중앙홀 근방영역에서의 양극용량과 외곽영역에서의 양극용량을 다르게 구성하여 또는 중앙홀 근방영역에서의 음극용량과 외곽영역에서의 음극용량을 다르게 구성하여 대향비의 편차를 줄일 수 있는 전극조립체를 제공하는 것에 주목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되어 제조되는 전극조립체로써, 상기 양극은 제1양극 및 제2양극을 포함하고, 상기 제1양극과 제2양극은 각각 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포되어 제조되되, 일측 끝단에 양극활물질이 미도포되어 양극집전체가 노출된 양극무지부가 형성되며, 상기 제1양극과 제2양극은 서로의 양극무지부들끼리 접합되어 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1양극의 단위면적당 용량과 제2양극의 단위면적당 용량은 다르게 형성된다.
상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되, 원자비 또는 질량비 기준으로 상기 제1양극에 도포된 양극활물질의 성분비와 상기 제2양극에 도포된 양극활물질의 성분비는 서로 다르게 정해짐으로써 상기 제1양극의 단위면적당 용량과 제2양극의 단위면적당 용량이 달라지게 구성될 수 있다.
상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 동일한 도포량이 도포될 수 있다.
그리고, 상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되, 상기 제1양극에 도포된 양극활물질의 도포량과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질의 도포량은 서로 다르게 정해짐으로써 상기 제1양극의 단위면적당 용량과 제2양극의 단위면적당 용량이 달라지게 구성될 수 있다.
상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 원자비 또는 질량비 기준으로 동일한 성분비를 갖도록 제조될 수 있다.
상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되, 상기 제1양극에 도포된 양극활물질의 도포량 및 원자비 또는 질량비 기준의 성분비는 상기 제2양극에 도포된 양극활물질의 도포량 및 원자비 또는 질량비 기준의 성분비와 서로 다르게 정해짐으로써 상기 제1양극의 단위면적당 용량과 제2양극의 단위면적당 용량이 달라지게 구성될 수 있다.
아울러, 상기 제1양극의 양극무지부와 제2양극의 양극무지부가 접합된 지점에는 양극탭이 겹쳐지도록 접합된다.
이때, 상기 양극탭은 일측은 제1양극의 양극무지부와 용접되고 타측은 제2양극의 양극무지부와 용접되도록 접합될 수 있다.
상기 제1양극은 양극집전체의 일측면에 도포된 양극활물질의 도포량;이나 원자비 또는 질량비 기준의 성분비; 중 적어도 어느 하나가 양극집전체의 타측면에 도포된 양극활물질과 다르게 제조되어 일측면에서의 단위면적당 용량과 타측면에서의 단위면적당 용량은 다르게 형성될 수 있다.
상기 제2양극은 양극집전체의 일측면에 도포된 양극활물질의 도포량;이나 원자비 또는 질량비 기준의 성분비; 중 적어도 어느 하나가 양극집전체의 타측면에 도포된 양극활물질과 다르게 제조되어 일측면에서의 단위면적당 용량과 타측면에서의 단위면적당 용량은 다르게 형성될 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 위와 같이 양극이 나눠지는 구조 뿐만아니라 음극이 나눠지는 구조를 추가로 제공한다. 즉, 이러한 기술적 특징을 갖는 본 발명에 따른 전극조립체는, 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되어 제조되는 전극조립체로써, 상기 음극은 제1음극 및 제2음극을 포함하고, 상기 제1음극과 제2음극은 각각 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포되어 제조되되, 일측 끝단에 음극활물질이 미도포되어 음극집전체가 노출된 음극무지부가 형성되며, 상기 제1음극과 제2음극은 서로의 음극무지부들끼리 접합되어 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1음극에 도포된 음극활물질과 상기 제2음극에 도포된 음극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되, 원자비 또는 질량비 기준으로 상기 제1음극에 도포된 음극활물질의 성분비와 상기 제2음극에 도포된 음극활물질의 성분비는 서로 다르게 정해질 수 있다.
상기 제1음극에 도포된 음극활물질과 상기 제2음극에 도포된 음극활물질은 동일한 도포량이 도포될 수 있다.
또는, 상기 제1음극에 도포된 음극활물질과 상기 제2음극에 도포된 음극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되, 상기 제1음극에 도포된 음극활물질의 도포량과 상기 제2음극에 도포된 음극활물질의 도포량은 서로 다르게 정해지게 구성될 수도 있다.
상기 제1음극의 음극무지부와 제2음극의 음극무지부가 접합된 지점에는 음극탭이 겹쳐지도록 접합된다.
상기 음극탭은 일측은 제1음극의 음극무지부와 용접되고 타측은 제2음극의 음극무지부와 용접되도록 접합된다.
또는, (도 1b 에 나타난 종래의 구조와 같이) 상기 제2음극과 연결되는 쪽의 반대쪽 끝단에서 제1음극에는 추가적으로 음극무지부가 형성되며, 상기 제1음극과 연결되는 쪽의 반대쪽 끝단에서 제2음극에는 추가적으로 음극무지부가 형성되고, 상기 제1음극에서 추가적으로 형성된 음극무지부 또는 상기 제2음극에서 추가적으로 형성된 음극무지부 중 어느 한 곳에 음극탭이 접합될 수도 있다.
아울러, 본 발명에서는 위와 같은 기술적 특징을 갖는 전극조립체가 케이스에 내장되는 이차전지를 추가적으로 제공할 수 있다.
위와 같은 구성을 갖는 본 발명의 전극조립체는 양극이 제1양극과 제2양극이 접합된 구조를 가지므로, 제1양극과 제2양극이 개별적으로 제조되어 전극조립체에서 중심쪽에 위치되는 지 또는 외곽쪽에 위치되는 지에 여부에 따라 단위면적당 용량이 정해질 수 있으므로 종래 구조대비 대향비 편차를 줄일 수 있다.
이때, 상기 제1양극과 제2양극은 단위면적당 용량이 서로 달라질 수 있되, 그 두께 또한 달라질 수 있으며, 각각의 일측면과 타측면 또한 단위면적당 용량이 달라질 수 있으므로, 권취되는 위치에 맞게 단위면적당 용량이 조절될 수 있다.
그리고, 상기 제1양극의 양극무지부와 제2양극의 양극무지부가 접합된 지점에는 양극탭이 겹쳐지도록 접합되므로, 상기 양극탭의 접합에 의해 제1양극과 제2양극의 접합력을 증대될 수 있다.
아울러, 위와 같이 양극에 적용된 기술적 특징은 음극에도 동일하게 적용될 수 있으므로, 제조여건에 따라 양극에 적용할 지 음극에 적용할 지 여부를 유연하게 결정할 수 있는 효과가 있다.
도 1a 는 권심에 두 장의 분리막이 가장 먼저 고정되고 그 다음 음극과 양극이 순차적으로 투입되는 모습이 도시된 도면.
도 1b 는 도 1a 로 투입되는 종래의 양극과 음극이 펼쳐진 모습이 도시된 도면.
도 1c 는 원통형 전극조립체에서 중앙홀 근방영역(A)과 외곽영역(B)이 표시된 도면.
도 2 는 양극과 음극이 펼쳐진 모습이 도시된 도면으로써, 상기 양극은 본 발명에 따라 제1양극과 제2양극이 접합되어 구성된 모습이 도시된 도면.
도 3 은 제1양극과 제2양극이 접합된 후, 접합된 지점에 양극탭이 추가로 접합된 모습이 도시된 도면.
도 4 는 제1양극과 제2양극에서 양측면에 동일한 성분비의 양극활물질이 도포된 상태의 단면모습(a), 일측면과 타측면에 서로 상이한 성분비의 양극활물질이 각각 도포된 상태의 단면모습(b), 양측면에 동일한 성분비의 양극활물질이 도포되되 서로 상이한 도포량으로 도포된 상태의 단면모습(c)이 각각 나타난 도면.
도 5 는 서로 상이한 성분비의 양극활물질이 도포된 제1양극과 제2양극이 접합되기 전의 모습(d) 및 동일한 성분비의 양극활물질이 도포되되 도포량이 상이한 제1양극과 제2양극이 접합되기 전의 모습(e)이 각각 나타난 도면.
도 6 은 양극과 음극이 펼쳐진 모습이 도시된 도면으로써, 상기 음극은 본 발명에 따라 제1음극과 제2음극이 접합되어 구성된 모습이 도시된 도면.
도 7 은 제1음극과 제2음극이 접합된 후, 접합된 지점에 음극탭이 추가로 접합된 모습이 도시된 도면.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 원통형 전극조립체에서 중앙홀 근방 영역과 외곽영역에서 대향비 편차가 발생하는 문제점을 억제 또는 적어도 완화할 수 있도록 단위면적당 용량이 서로 다르게 제조되는 제1양극(10)과 제2양극(20)이 접합되어 양극(100)을 형성하는 전극조립체 및 제1음극(40)과 제2음극(50)이 접합되어 음극(200)을 형성하는 전극조립체에 관한 것으로써, 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
양극에 적용되는 전극조립체
도 2 는 양극(100)과 음극(200)이 펼쳐진 모습이 도시된 도면으로써, 상기 양극(100)은 본 발명에 따라 제1양극(10)과 제2양극(20)이 접합되어 구성된 모습이 도시된 도면이고, 도 3 은 제1양극(10)과 제2양극(20)이 접합된 후, 접합된 지점에 양극탭(30)이 추가로 접합된 모습이 도시된 도면이다.
도 2, 3 을 참조하면, 본 발명의 전극조립체는 분리막, 음극(200), 분리막, 양극(100)이 적층된 상태로 권취되어 제조되는 전극조립체로써, 위에 설명된 바와 같이 두 장의 분리막 시작단이 권심에서 권취될 때, 음극(200)과 양극(100)이 순차적으로 투입되어 제조된다.
이때, 본 발명에 따른 전극조립체에서 상기 양극(100)은 서로 단위면적당 용량이 상이하게 형성되는 제1양극(10)과 제2양극(20)이 접합되어 구성된다.
즉, 상기 제1양극(10)은 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포되어 제조되며, 제2양극(20) 또한 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포되어 제조된다.
그리고, 상기 제1양극(10)과 제2양극(20) 각각은 일측 끝단에 양극활물질이 미도포되어 양극집전체가 노출된 양극무지부(11, 21)가 형성된 구조를 가지며, 제1양극(10)과 제2양극(20)의 양극무지부들(11, 21)끼리는 서로 용접을 통해서 또는 전도성 접착제를 통해 접합된다.
아울러, 상기 제1양극(10)의 양극무지부(11)와 제2양극(20)의 양극무지부(21)가 접합된 지점에는 양극탭(30)이 겹쳐지도록 접합된다. 더 상세하게는, 상기 양극탭(30)은 일측은 제1양극(10)의 양극무지부(11)와 용접되고 타측은 제2양극(20)의 양극무지부(21)와 용접되도록 접합된다. 이에 따라, 상기 양극탭(30)은 제1양극(10)과 제2양극(20)의 결합력을 더 증대시킬 수 있다.
한편, 도 4 에는 제1양극(10)과 제2양극(20)에서 양측면에 동일한 성분비의 양극활물질이 도포된 상태의 단면모습(a), 일측면과 타측면에 서로 상이한 성분비의 양극활물질이 각각 도포된 상태의 단면모습(b), 양측면에 동일한 성분비의 양극활물질이 도포되되 서로 상이한 도포량으로 도포된 상태의 단면모습(c)이 각각 도시되었다.
도 4 의 (a)에 나타난 바와 같이, 상기 제1양극(10)과 제2양극(20)은 양극집전체(C)의 일측면과 타측면에 동일한 성분비의 양극활물질(A1)이 동일한 두께를 갖도록 도포될 수 있다.
그리고, (b)에 나타난 바와 같이, 일측면에 도포된 양극활물질(A1)의 성분비와 다르도록 안정성 또는 용량과 관련던 특정 성분들의 함량을 더 높이거나 낮춰서 성분비가 다르게 구성된 양극활물질(A2)을 양극집전체(C)의 타측면에 도포하여 양측면의 단위면적당 용량을 다르게 구성할 수도 있다.
또는, (c)에 나타난 바와 같이, 양측면에 동일한 성분비의 양극활물질(A1, A3)이 도포되되 일측면에 도포된 도포량 보다 타측면에 도포된 도포량을 다르게 함으로써 단위면적당 용량을 다르게 구성할 수도 있다.
즉, 본 발명에서, 상기 제1양극(10)과 제2양극(20) 모두 또는 제1양극(10)과 제2양극(20) 어느 하나는 양극집전체(C)의 일측면에 도포된 양극활물질(A1)의 도포량;이나 원자비 또는 질량비 기준의 성분비; 중 적어도 어느 하나가 양극집전체(C)의 타측면에 도포된 양극활물질(A2, A3)과 다르게 제조되어 일측면에서의 단위면적당 용량과 타측면에서의 단위면적당 용량은 다르게 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 특징을 조합하여 상기 제1양극(10)과 제2양극(20)의 단위면적당 용량을 다르게 형성하는 실시예들을 제공한다.
제1실시예
도 5 는 서로 상이한 성분비의 양극활물질이 도포된 제1양극(10)과 제2양극(20)이 접합되기 전의 모습(d) 및 동일한 성분비의 양극활물질이 도포되되 도포량이 상이한 제1양극(10)과 제2양극(20)이 접합되기 전의 모습(e)이 각각 나타난 도면이다.
이 실시예에서, 상기 제1양극(10)에 도포된 양극활물질(A1)과 상기 제2양극(20)에 도포된 양극활물질(A2)은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되, 원자비 또는 질량비 기준으로 상기 제1양극(10)에 도포된 양극활물질(A1)의 성분비와 상기 제2양극(20)에 도포된 양극활물질(A2)의 성분비는 서로 다르게 정해짐으로써 상기 제1양극(10)의 단위면적당 용량과 제2양극(20)의 단위면적당 용량은 달라질 수 있다.
즉, 도 5 의 (d)에 나타난 바와 같이, 양극집전체(C)에 도포되는 양극활물질의 성분비를 달리함으로써 제1양극(10)과 제2양극(20)의 단위면적당 용량을 다르게 구성할 수 있다.
이때, 상기 제1양극(10)에 도포된 양극활물질(A1)과 상기 제2양극(20)에 도포된 양극활물질(A2)은 동일한 도포량이 도포될 수 있다(동일한 두께를 가질 수 있다).
제2실시예
그리고, 도 5 의 (e)에 나타난 바와 같이, 상기 제1양극(10)에 도포된 양극활물질(A1)과 상기 제2양극(20)에 도포된 양극활물질(A3)은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되, 상기 제1양극(10)에 도포된 양극활물질(A1)의 도포량과 상기 제2양극(20)에 도포된 양극활물질(A3)의 도포량은 서로 다르게 정해짐으로써 상기 제1양극(10)의 단위면적당 용량과 제2양극(20)의 단위면적당 용량은 서로 달라질 수 있다.
이때, 상기 제1양극(10)에 도포된 양극활물질(A1)과 상기 제2양극(20)에 도포된 양극활물질(A2)은 원자비 또는 질량비 기준으로 동일한 성분비를 갖도록 제조될 수 있다.
또는 위의 제1실시예와 제2실시예가 조합되어, 상기 제1양극(10)에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극(20)에 도포된 양극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되, 상기 제1양극에 도포된 양극활물질의 도포량; 및 원자비 또는 질량비 기준의 성분비;는 상기 제2양극(20)에 도포된 양극활물질의 도포량 및 원자비 또는 질량비 기준의 성분비 모두와 서로 다르게 정해짐으로써 상기 제1양극(10)의 단위면적당 용량과 제2양극(20)의 단위면적당 용량이 달라지게 구성될 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 단위면적당 용량이 상이한 제1양극(10)과 제2양극(20)의 연결구조만 설명되었으나, 제2양극(20)의 반대쪽 끝단에 양극무지부(21)를 추가로 형성하고 양극무지부를 갖는 제3양극, 제4양극이 순차적으로 연결되는 구성도 가능할 것이다. 이때, 추가로 연결되는 제3양극, 제4양극도 제1양극 및 제2양극과 단위면적당 용량은 다르게 구성될 수 있다.
음극에 적용되는 전극조립체
본 발명의 전극조립체는 위와 설명한 바와 같이 양극에 적용되는 구성이 음극에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 6 은 양극(100)과 음극(200)이 펼쳐진 모습이 도시된 도면으로써, 상기 음극(200)은 본 발명에 따라 제1음극(40)과 제2음극(50)이 접합되어 구성된 모습이 도시된 도면이고, 도 7 은 제1음극(40)과 제2음극(50)이 접합된 후, 접합된 지점에 음극탭(60)이 추가로 접합된 모습이 도시된 도면이다.
도 6, 8 을 참조하면, 두 개의 음극이 이어지는 구조를 갖는 본 발명의 전극조립체는 분리막, 음극(200), 분리막, 양극(100)이 적층된 상태로 권취되어 제조되는 전극조립체로써, 위에 설명된 바와 같이 두 장의 분리막 시작단이 권심에서 권취될 때, 음극(200)과 양극(100)이 순차적으로 투입되어 제조된다.
이때, 본 발명에 따른 전극조립체에서 상기 음극(200)은 서로 단위면적당 용량이 상이하게 형성되는 제1음극(40)과 제2음극(50)이 접합되어 구성된다.
즉, 위에 설명한 양극의 구조와 마찬가지로, 상기 제1음극(40)은 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포되어 제조되며, 제2음극(50) 또한 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포되어 제조된다.
그리고, 상기 제1음극(40)과 제2음극(50) 각각은 일측 끝단에 음극활물질이 미도포되어 음극집전체가 노출된 음극무지부(41, 41)가 형성된 구조를 가지며, 제1음극(40)과 제2음극(50)의 음극무지부들(41, 51)끼리는 서로 용접을 통해서 또는 전도성 접착제를 통해 접합된다.
아울러, 상기 제1음극(40)의 음극무지부(41)와 제2음극(50)의 음극무지부(51)가 접합된 지점에는 음극탭(60)이 겹쳐지도록 접합된다. 더 상세하게는, 상기 음극탭(60)은 일측은 제1음극(40)의 음극무지부(41)와 용접되고 타측은 제2음극(50)의 음극무지부(51)와 용접되도록 접합된다. 이에 따라, 상기 음극탭(60)은 제1음극(40)과 제2양극(50)의 결합력을 더 증대시킬 수 있다.
참고로, 종래의 구조(도 1b에 도시된 구조) 같이 상기 음극탭(60)은 음극의 일측 끝단에 접합될 수 있다. 즉, 상기 제2음극(50)과 연결되는 쪽의 반대쪽 끝단에서 제1음극(40)에는 추가적으로 음극무지부(42)가 형성되며, 상기 제1음극(40)과 연결되는 쪽의 반대쪽 끝단에서 제2음극(50)에는 추가적으로 음극무지부(52)가 형될 수 있다. 그리고, 상기 제1음극(40)에서 추가적으로 형성된 음극무지부(42) 또는 상기 제2음극(50)에서 추가적으로 형성된 음극무지부(52) 중 어느 한 곳에 음극탭(60)이 접합되는 구조를 가질 수 도 있다.
아울러, 위에 설명한 양극의 구조와 마찬가지로, 상기 제1음극(40)과 제2음극(50)은 음극집전체의 일측면과 타측면에 동일한 성분비의 음극활물질이 동일한 두께를 갖도록 도포된 구조를 가질 수 있다.
또한, 일측면에 도포된 음극활물질의 성분비와 다르도록 안정성 또는 용량과 관련던 특정 성분들의 함량을 더 높이거나 낮춰서 성분비가 다르게 구성된 음극활물질을 음극집전체의 타측면에 도포하여 양측면의 단위면적당 용량을 다르게 구성할 수도 있다.
또는, 음극집전체의 양측면에 동일한 성분비의 음극활물질이 도포되되 일측면에 도포된 도포량 보다 타측면에 도포된 도포량을 다르게 함으로써 단위면적당 용량을 다르게 구성할 수도 있다.
즉, 상기 제1음극(40)과 제2음극(50) 모두 또는 제1음극(40)과 제2음극(50) 어느 하나는 음극집전체의 일측면에 도포된 음극활물질의 도포량;이나 원자비 또는 질량비 기준의 성분비; 중 적어도 어느 하나가 음극집전체의 타측면에 도포된 음극활물질과 다르게 제조되어 일측면에서의 단위면적당 용량과 타측면에서의 단위면적당 용량은 다르게 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 특징을 조합하여 상기 제1양극(10)과 제2양극(20)의 단위면적당 용량을 다르게 형성하는 구성과 동일한 방식으로 제1음극(40)과 제2음극(50)의 단위면적당 용량을 다르게 형성할 수 있다.
아울러, 제2음극(50)의 반대쪽 끝단에 음극무지부를 추가로 형성하고 음극무지부를 갖는 제3음극, 제4음극이 순차적으로 연결되는 구성도 가능하며, 이때, 추가로 연결되는 제3음극, 제4음극도 제1음극 및 제2음극과 단위면적당 용량은 다르게 구성될 수 있다.
위와 같은 구성을 갖는 본 발명의 전극조립체는 양극(100)이 제1양극(10)과 제2양극(20)이 접합된 구조 또는 음극(200)이 제1음극(40)과 제2음극(50)이 접합된 구조를 가지므로, 전극조립체에서 중심쪽에 위치되는 지 또는 외곽쪽에 위치되는 지에 여부에 따라 용량이 정해질 수 있으므로 종래 원통형 전극조립체 구조대비 대향비 편차를 줄일 수 있다.
이때, 상기 제1양극(10과 제2양극(20) 또는 상기 제1음극(40)과 제2음극(50)은 단위면적당 용량이 서로 달라질 수 있되, 그 두께 또한 달라질 수 있으며, 각각의 일측면과 타측면 또한 단위면적당 용량이 달라질 수 있으므로, 권취되는 위치에 맞게 단위면적당 용량이 조절될 수 있다.
그리고, 상기 제1양극(10)의 양극무지부(21)와 제2양극(20)의 양극무지부(21)가 접합된 지점에는 양극탭(30)이 겹쳐지도록 접합되거나, 상기 제1음극(40)의 음극무지부(41)와 제2음극(50)의 음극무지부(51)가 접합된 지점에는 음극탭(60)이 겹쳐지도록 접합되므로, 접합력을 증대될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 위와 같은 구성을 갖는 전극조립체가 케이스에 내장되는 이차전지를 추가적으로 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
10 : 제1양극
20 : 제2양극
30 : 양극탭
40 : 제1음극
50 : 제2음극
60 : 음극탭
100 : 양극
200 : 음극

Claims (19)

  1. 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되어 제조되는 전극조립체로써,
    상기 양극은 제1양극 및 제2양극을 포함하고,
    상기 제1양극과 제2양극은 각각 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포되어 제조되되, 일측 끝단에 양극활물질이 미도포되어 양극집전체가 노출된 양극무지부가 형성되며,
    상기 제1양극과 제2양극은 서로의 양극무지부들끼리 접합되어 연결되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1양극의 단위면적당 용량과 제2양극의 단위면적당 용량은 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되,
    원자비 또는 질량비 기준으로 상기 제1양극에 도포된 양극활물질의 성분비와 상기 제2양극에 도포된 양극활물질의 성분비는 서로 다르게 정해짐으로써 상기 제1양극의 단위면적당 용량과 제2양극의 단위면적당 용량이 달라진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 동일한 도포량이 도포된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되,
    상기 제1양극에 도포된 양극활물질의 도포량과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질의 도포량은 서로 다르게 정해짐으로써 상기 제1양극의 단위면적당 용량과 제2양극의 단위면적당 용량이 달라진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 원자비 또는 질량비 기준으로 동일한 성분비를 갖도록 제조된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되,
    상기 제1양극에 도포된 양극활물질의 도포량 및 원자비 또는 질량비 기준의 성분비는 상기 제2양극에 도포된 양극활물질의 도포량 및 원자비 또는 질량비 기준의 성분비와 서로 다르게 정해짐으로써 상기 제1양극의 단위면적당 용량과 제2양극의 단위면적당 용량이 달라진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1양극의 양극무지부와 제2양극의 양극무지부가 접합된 지점에는 양극탭이 겹쳐지도록 접합된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 양극탭은 일측은 제1양극의 양극무지부와 용접되고 타측은 제2양극의 양극무지부와 용접되도록 접합된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1양극은 양극집전체의 일측면에 도포된 양극활물질의 도포량;이나 원자비 또는 질량비 기준의 성분비; 중 적어도 어느 하나가 양극집전체의 타측면에 도포된 양극활물질과 다르게 제조되어 일측면에서의 단위면적당 용량과 타측면에서의 단위면적당 용량은 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2양극은 양극집전체의 일측면에 도포된 양극활물질의 도포량;이나 원자비 또는 질량비 기준의 성분비; 중 적어도 어느 하나가 양극집전체의 타측면에 도포된 양극활물질과 다르게 제조되어 일측면에서의 단위면적당 용량과 타측면에서의 단위면적당 용량은 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되어 제조되는 전극조립체로써,
    상기 음극은 제1음극 및 제2음극을 포함하고,
    상기 제1음극과 제2음극은 각각 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포되어 제조되되, 일측 끝단에 음극활물질이 미도포되어 음극집전체가 노출된 음극무지부가 형성되며,
    상기 제1음극과 제2음극은 서로의 음극무지부들끼리 접합되어 연결되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1음극에 도포된 음극활물질과 상기 제2음극에 도포된 음극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되,
    원자비 또는 질량비 기준으로 상기 제1음극에 도포된 음극활물질의 성분비와 상기 제2음극에 도포된 음극활물질의 성분비는 서로 다르게 정해진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1음극에 도포된 음극활물질과 상기 제2음극에 도포된 음극활물질은 동일한 도포량이 도포된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1음극에 도포된 음극활물질과 상기 제2음극에 도포된 음극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되,
    상기 제1음극에 도포된 음극활물질의 도포량과 상기 제2음극에 도포된 음극활물질의 도포량은 서로 다르게 정해진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1음극의 음극무지부와 제2음극의 음극무지부가 접합된 지점에는 음극탭이 겹쳐지도록 접합된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 음극탭은 일측은 제1음극의 음극무지부와 용접되고 타측은 제2음극의 음극무지부와 용접되도록 접합된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2음극과 연결되는 쪽의 반대쪽 끝단에서 제1음극에는 추가적으로 음극무지부가 형성되며, 상기 제1음극과 연결되는 쪽의 반대쪽 끝단에서 제2음극에는 추가적으로 음극무지부가 형성되고,
    상기 제1음극에서 추가적으로 형성된 음극무지부 또는 상기 제2음극에서 추가적으로 형성된 음극무지부 중 어느 한 곳에 음극탭이 접합된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항의 전극조립체가 케이스에 내장되는 이차전지.
KR1020210093046A 2020-07-16 2021-07-15 전극조립체 KR20220009907A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2021/009173 WO2022015101A1 (ko) 2020-07-16 2021-07-16 전극조립체
EP21841678.2A EP4184629A4 (en) 2020-07-16 2021-07-16 ELECTRODE ARRANGEMENT
CN202180045163.XA CN115803924A (zh) 2020-07-16 2021-07-16 电极组件
US18/014,689 US20230275329A1 (en) 2020-07-16 2021-07-16 Electrode assembly

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200088408 2020-07-16
KR20200088408 2020-07-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220009907A true KR20220009907A (ko) 2022-01-25

Family

ID=80049414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210093046A KR20220009907A (ko) 2020-07-16 2021-07-15 전극조립체

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220009907A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11973177B2 (en) Secondary battery and method for manufacturing the same
JP3547952B2 (ja) リチウム二次電池
EP3193392A1 (en) Positive electrode for lithium-ion secondary cell, and lithium-ion secondary cell
JP2011003518A (ja) ワインディング方式の電極積層体の製造方法及びそれによるリチウムイオン二次電池用電極積層体
JP2009545875A (ja) キャパシタ−バッテリー構造のハイブリッド型電極アセンブリー
CN112262491A (zh) 二次电池
KR20130043308A (ko) 이차전지
KR20220092314A (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지
CN113767504B (zh) 电极组件及其制造方法
KR20200141859A (ko) 전극조립체 및 그 제조방법
EP3780237A1 (en) Unit cell and manufacturing method therefor
JP2006012703A (ja) 二次電池
KR20220009907A (ko) 전극조립체
KR100307452B1 (ko) 이차전지의 전극
KR101668356B1 (ko) 스택-폴딩형 전극 조립체 및 그 제조 방법
US20230275329A1 (en) Electrode assembly
US11018395B2 (en) Electrode assembly and manufacturing method thereof
KR100525828B1 (ko) 버튼형 리튬전지 및 그의 제조방법
KR102103900B1 (ko) 전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법
JP2023509303A (ja) 複数のアノードを予備リチウム化するための方法
KR20210017086A (ko) 전극조립체 및 그 제조방법
EP3598555A1 (en) Electrode, electrode assembly, and manufacturing method therefor
KR102254261B1 (ko) 전극조립체
US20220344697A1 (en) Electrode assembly and method for manufacturing same
KR102323325B1 (ko) 이차전지용 전극 조립체 및 그의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination