KR20230051567A - 전극 시트 및 배터리 - Google Patents

전극 시트 및 배터리 Download PDF

Info

Publication number
KR20230051567A
KR20230051567A KR1020237009172A KR20237009172A KR20230051567A KR 20230051567 A KR20230051567 A KR 20230051567A KR 1020237009172 A KR1020237009172 A KR 1020237009172A KR 20237009172 A KR20237009172 A KR 20237009172A KR 20230051567 A KR20230051567 A KR 20230051567A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode sheet
active material
thickness
coating layer
lithium
Prior art date
Application number
KR1020237009172A
Other languages
English (en)
Inventor
슈앙후 장
지앤 장
레이밍 순
Original Assignee
주하이 코스엠엑스 배터리 컴퍼니 리미티드
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 주하이 코스엠엑스 배터리 컴퍼니 리미티드 filed Critical 주하이 코스엠엑스 배터리 컴퍼니 리미티드
Publication of KR20230051567A publication Critical patent/KR20230051567A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • 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
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/40—Alloys based on alkali metals
    • H01M4/405—Alloys based on lithium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

본 발명은 전극 시트 및 배터리를 제공하며, 상기 전극 시트는 집전체 및 집전체의 제1 표면에 위치하는 기능층을 포함하되, 제1 표면에는 탭이 설치되고, 기능층은 탭으로부터 멀리 이격된 정상 영역과 탭에 가까운 함몰 영역으로 이루어지며, 함몰 영역의 두께는 정상 영역의 두께보다 작다. 본 발명은 배터리셀에서 탭에 가까운 부위가 지나치게 두꺼운 등의 문제점을 효과적으로 회피할 수 있으며, 배터리의 안전성 및 충방전 배율 등의 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

전극 시트 및 배터리
본 발명은 배터리 분야에 관한 것으로, 구체적으로 전극 시트 및 상기 전극 시트를 사용하는 배터리에 관한 것이다.
본 출원은 2020년 12월 30일 중국특허국에 출원한 출원번호가 202011628643.2이고, 발명의 명칭이 "전극 시트 및 배터리"인 중국 특허 출원의 우선권을 주장하는 바, 그 전부의 내용은 참조로서 본 발명에 원용된다.
리튬 이온 배터리는 환경 친화성, 높은 동작 전압, 대용량 및 긴 순환 수명 등의 장점을 구비하므로, 소비 전자제품 및 전기자동차 등 분야에 널리 응용되고 있으며, 리튬 이온 배터리의 급속 충전 능력 및 수명과 안전성 등의 품질을 향상시키는 것은 배터리의 실제 응용 보급에 중요한 의미가 있다.
권취형 배터리는 보다 일반적인 일 종류의 배터리로서, 주로 양극 시트, 세퍼레이터, 음극 시트를 적층 설치한 후 권취하여 배터리셀을 형성한 다음, 액체 주입, 패키징, 화성 등의 공정을 수행하여 제조되지만, 일반 배터리셀은 통상적으로 전극 시트 탭에 가까운 부위가 지나치게 두껍고, 특히 전극 시트의 중간(단부가 아닌 위치)에 탭이 설계된 전극 시트를 사용할 경우, 탭 부위에 스티커 등을 부착해야 하므로, 배터리셀에서 탭에 가까운 부위가 지나치게 두꺼워지는 현상이 더욱 쉽게 발생하며, 두께 규격을 초과하여, 리튬 석출, 배터리 내부 저항 증가 등의 문제점을 초래하고, 배터리의 안전성, 배터리셀 부피 에너지 밀도 및 충방전 배율 등의 성능에 불리한 요소로서 작용한다.
본 발명은 적어도 상술한 종래기술에 존재하는 배터리셀 중 전극 시트의 탭에 가까운 부위가 지나치게 두꺼워 초래되는 배터리 안전성이 보다 낮고, 충방전 배율 성능이 떨어지는 문제점을 해결하기 위한 전극 시트를 제공한다.
본 발명은 상기 전극 시트를 사용하여, 그 배터리셀에서 전극 시트의 탭에 가까운 부위가 지나치게 두꺼운 등의 문제점을 효과적으로 회피하고, 우수한 충방전 배율 성능, 안전성, 및 더 긴 사용 수명을 갖는 배터리를 더 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 집전체 및 집전체의 제1 표면에 위치하는 기능층을 포함하되, 상기 제1 표면에는 탭이 설치되고, 상기 제1 표면의 기능층은 탭으로부터 멀리 이격된 정상 영역과 탭에 가까운 함몰 영역으로 이루어지며, 상기 함몰 영역의 두께는 정상 영역의 두께보다 작은 전극 시트를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 기능층은 프라이머 코팅층 및 활물질층을 포함하되, 상기 프라이머 코팅층은 집전체 표면과 활물질층 사이에 위치하고, 상기 프라이머 코팅층의 원료는 활물질, 바인더, 및 도전제를 포함하며, 상기 활물질층의 원료는 활물질, 바인더, 및 도전제를 포함하고, 상기 프라이머 코팅층 중의 바인더의 함량은 활물질층 중의 바인더의 함량보다 높다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 함몰 영역의 두께는 정상 영역의 두께보다 5 ~ 125μm만큼 작다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 함몰 영역의 프라이머 코팅층의 두께는 0 ~ 15μm이고, 함몰 영역의 활물질층의 두께는 0 ~ 105μm이며; 및/또는, 상기 정상 영역의 프라이머 코팅층의 두께는 5 ~ 15μm이고, 상기 정상 영역의 활물질층의 두께는 90 ~ 110μm이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 함몰 영역의 폭은 3 ~ 50mm이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 프라이머 코팅층은 다공질 구조이고, 그 공극률은 20% ~ 45%이며; 및/또는, 상기 활물질층은 다공질 구조이고, 그 공극률은 25% ~ 50%이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 프라이머 코팅층의 원료에서, 활물질의 질량 함량은 49 ~ 94%이고 바인더의 질량 함량은 4 ~ 50%이며, 도전제의 질량 함량은 1 ~ 5%이고; 및/또는, 상기 활물질층의 원료에서, 활물질의 질량 함량은 93 ~ 96%이며, 바인더의 질량 함량은 0.9 ~ 1.5%이고, 도전제의 질량 함량은 1 ~ 3%이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 전극 시트는 양극 시트이고, 상기 활물질은 코발트산리튬, 망간산리튬, 니켈산리튬, 니켈코발트망간산리튬, 인산철리튬, 인산철망간리튬, 인산바나듐리튬, 인산바나듐산소리튬, 리튬 리치 망간계 재료, 니켈코발트알루민산리튬, 및 리튬티타네이트 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 전극 시트는 음극 시트이고, 상기 활물질은 흑연, 메조카본마이크로비드, 소프트 카본, 하드 카본, 실리콘 재료, 실리콘-산소 재료, 실리콘-탄소 재료, 리튬티타네이트 재료 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에서는 상기 전극 시트를 포함하는 배터리를 제공한다.
본 발명에 따른 전극 시트는 상기 특수한 구조 설계를 통해 우수한 안전성을 가지며, 이를 배터리에 적용할 경우, 배터리셀에서 탭에 가까운 부위가 지나치게 두꺼운 등의 문제를 효과적으로 방지할 수 있어 배터리의 안전성 및 충방전 배율 등의 품질을 향상시킬 수 있고; 본 발명에서 제공된 배터리는 상기 전극 시트를 사용하여 우수한 안전성 및 충방전 배율 등의 성능을 가지므로 산업에서 더 큰 실용적 의미를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태의 전극 시트의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태의 배터리의 배터리셀 권취 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전극 시트 제조시 사용되는 그라비아 롤러를 나타내는 도면이다.
통상의 기술자가 본 발명의 방안을 더욱 잘 이해하도록 하기 위해, 아래에서는 첨부 도면을 결합하여 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 전극 시트를 제공한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 전극 시트는 집전체(1) 및 집전체(1)의 제1 표면에 위치하는 기능층을 포함하되, 제1 표면에는 탭(4)이 설치되고, 제1 표면의 기능층은 탭으로부터 멀리 이격된 정상 영역(31)과 탭에 가까운 함몰 영역(32)으로 이루어지며, 함몰 영역(32)의 두께는 정상 영역의 두께보다 작다.
본 발명에 따른 전극 시트는 상술한 함몰 영역 설계를 통해, 상기 전극 시트를 사용하여 형성된 배터리셀에서 탭에 가까운 부위의 두께가 지나치게 두꺼운 문제점을 효과적으로 회피할 수 있으므로, 배터리의 안전성 및 충방전 배율 등의 품질을 확보할 수 있다.
상기 기능층은 프라이머 코팅층(2) 및 활물질층(3)을 포함할 수 있으며, 프라이머 코팅층(2)은 집전체(1)의 표면과 활물질층(3) 사이에 위치하고, 프라이머 코팅층(2)의 원료는 활물질, 바인더, 및 도전제를 포함하며, 활물질층(3)의 원료는 활물질, 바인더, 및 도전제를 포함하고, 프라이머 코팅층(2) 중의 바인더의 함량은 활물질층(3) 중의 바인더의 함량보다 높으며, 상기 프라이머 코팅층(또는 안전 코팅층이라고 함)은 집전체의 표면과 보다 높은 접착력을 가지고, 전극 시트의 안전성 등의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명에서 탭(4)은 전극 시트의 중부(즉 단부가 아닌 위치)에 위치할 수 있고, 기능층은 탭을 둘러싸도록 설치된다. 일반적으로, 탭(4)의 두께는 함몰 영역(32)의 두께보다 크지 않고, 즉 집전체에서 탭이 설치된 표면(즉 제1 표면) 상에서, 집전체의 상기 표면을 기준으로, 탭(4)의 높이는 함몰 영역(32)의 높이보다 크지 않다.
본 발명에서 집전체(1)의 제1 표면에만 기능층을 설치할 수 있고, 동시에 제1 표면과 대향하는 제2 표면에도 기능층을 설치할 수 있으며(집전체의 정면과 배면인 양면에 모두 기능층을 설치), 후자가 더 바람직하며, 전극 시트의 에너지 밀도 등의 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 양면에 모두 기능층이 설치될 경우, 제2 표면 상에서 탭에 대응하는 위치에는 기능층이 코팅될 수 있고, 코팅층이 없는 미코팅 영역일 수도 있으며, 코팅층이 없는 미코팅 영역이 바람직하며, 배터리셀의 초두께(Ultrathick) 현상을 방지하는데 더욱 유리하고, 동시에 전극 시트의 제조에도 더욱 유리하며; 일 구체적인 실시형태에서, 집전체(1)의 양면에 모두 기능층이 설치될 경우, 제2 표면에 코팅층이 없는 미코팅 영역(6)이 형성되고, 미코팅 영역(6)은 제1 표면의 탭(4)의 위치에 대응되며, 제2 표면의 기능층에 함몰 영역을 형성하지 않을 수 있고, 미코팅 영역(6)에 가까운 위치에 함몰 영역을 형성할 수도 있으며(즉, 제2 표면의 기능층은 미코팅 영역(6)에 가까운 함몰 영역 및 미코팅 영역(6)과 멀리 이격된 정상 영역을 포함), 제1 표면의 함몰 영역과 제2 표면의 함몰 영역의 형상, 면적 크기, 두께 등의 파라미터는 동일하거나 상이할 수 있고, 바람직하게는 동일하다.
본 발명에서, 정상 영역(31)의 프라이머 코팅층 및 함몰 영역(32)의 프라이머 코팅층의 두께는 동일하거나 상이할 수 있고, 함몰 영역(32)의 두께가 정상 영역(31)의 두께보다 작기만 하면 되며, 다시 말하면, 함몰 영역 깊이(H1) = 정상 영역의 두께 - 함몰 영역의 두께, H1＞0이면 된다. 본 발명의 연구에 따르면, 상기 함몰 영역의 두께는 일반적으로 정상 영역의 두께보다 5 ~ 125μm만큼 작을 수 있고, 즉 H1은 5 ~ 125μm이며, 나아가 10 ~ 125μm일 수 있고, 예를 들어 10 ~ 100μm 또는 10 ~ 90μm 또는 10 ~ 80μm 또는 10 ~ 70μm 또는 10 ~ 65μm 또는 20 ~ 65μm 또는 30 ~ 65μm 또는 40 ~ 65μm 또는 45 ~ 65μm 또는 50 ~ 65μm 또는 55 ~ 65μm 또는 60 ~ 65μm일 수 있다.
상기 함몰 영역(32)의 두께는 기본적으로 함몰 영역(32)의 프라이머 코팅층 두께 및 함몰 영역(32)의 활물질층 두께의 합과 같으며, 일 바람직한 실시형태에서, 함몰 영역의 프라이머 코팅층 두께는 0 ~ 15μm일 수 있고, 예를 들어 5 ~ 12μm일 수 있으며, 함몰 영역의 활물질층 두께는 0 ~ 105μm일 수 있고, 예를 들어 45 ~ 105μm일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시형태에서, 함몰 영역의 두께는 0 ~ 125μm이고, 나아가 0 ~ 120μm일 수 있으며, 보다 나아가 50 ~ 112μm일 수 있고, 예를 들어 50μm, 57μm, 63μm, 74μm, 90μm, 101μm, 110μm, 112μm일 수 있다.
본 발명의 정상 영역(31)의 두께는 본 분야의 통상적인 전극 시트 코팅층 두께에 따라 설정될 수 있고, 정상 영역(31)의 두께는 기본적으로 정상 영역의 프라이머 코팅층 두께와 정상 영역의 활물질층 두께의 합과 같으며, 일 바람직한 실시형태에서, 정상 영역의 프라이머 코팅층의 두께는 5 ~ 15μm이고, 나아가 5 ~ 12μm일 수 있으며, 예를 들어 5 ~ 8μm일 수 있고, 전극 시트가 우수한 안전성 및 보다 낮은 내부 저항을 갖는데 유리하며; 정상 영역의 활물질층의 두께는 90 ~ 110μm로서, 전극 시트의 에너지 밀도 등의 특성을 더욱 향상시키는데 유리하다.
또한, 상기 함몰 영역(32)의 폭은 일반적으로 3 ~ 50mm일 수 있고, 나아가 3 ~ 30mm일 수 있으며, 예를 들어 10 ~ 30mm 또는 20 ~ 30mm 또는 25 ~ 30mm일 수 있다.
일반적인 경우, 상기 프라이머 코팅층(2)은 다공질 구조이고, 그 공극률은 20% ~ 45%일 수 있으며; 및/또는, 활물질층(3)은 다공질 구조이고, 그 공극률은 25% ~ 50%일 수 있다.
추가적으로 연구한 결과, 상기 프라이머 코팅층(2)의 원료에서, 활물질의 질량 함량은 49 ~ 94%이고; 및/또는, 바인더의 질량 함량은 4 ~ 50%이며, 도전제의 질량 함량은 1 ~ 5%이고; 상기 활물질층(3)의 원료에서, 활물질의 질량 함량은 93 ~ 96%이며, 예를 들어 94 ~ 96%이고; 및/또는, 바인더의 질량 함량은 0.9 ~ 1.5%이며, 예를 들어 2 ~ 3.5%이고, 도전제의 질량 함량은 1 ~ 3%이며, 예를 들어 1 ~ 2%이다.
본 발명에서, 활물질, 바인더, 도전제는 모두 본 기술분야의 통상적인 물질일 수 있고, 예를 들어 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌의 공중합체, 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염, 카르복시메틸셀룰로오스나트륨, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐에테르, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리헥사플루오로프로필렌, 및 부타디엔 스티렌 고무(SBR) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 도전제는 카본블랙, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 흑연, 그래핀, 금속 재료, 전도성 세라믹 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 전극 시트는 양극 시트 또는 음극 시트일 수 있고, 예를 들어 일 실시형태에서, 상기 전극 시트는 양극 시트이며, 상기 활물질은 리튬 함유 활물질과 같은 본 기술분야의 통상적인 양극 활물질일 수 있고, 예를 들어 코발트산리튬, 망간산리튬, 니켈산리튬, 니켈코발트망간산리튬, 인산철리튬, 인산철망간리튬, 인산바나듐리튬, 인산바나듐산소리튬, 리튬 리치 망간계 재료, 니켈코발트알루민산리튬 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 집전체는 알루미늄 호일과 같은 본 기술분야의 통상적인 양극 집전체일 수 있고; 다른 실시형태에서, 상기 전극 시트는 음극 시트이며, 상기 활물질은 흑연, 메조카본마이크로비드, 소프트 카본, 하드 카본, 실리콘 재료, 실리콘-산소 재료, 실리콘-탄소 재료, 리튬티타네이트 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 집전체는 동박과 같은 본 기술분야의 통상적인 음극 집전체일 수 있다.
상기 전극 시트가 음극 시트일 경우, 프라이머 코팅층(2)의 원료 및/또는 활물질층(3)의 원료는 분산제를 더 포함할 수 있고, 프라이머 코팅층(2) 중 분산제의 질량 함량은 1.5 ~ 2.5%일 수 있으며, 활물질층(3) 중 분산제의 질량 함량은 1.5 ~ 2.5%일 수 있고, 상기 분산제는 카르복시메틸셀룰로오스나트륨(CMC) 등의 일반적인 분산제일 수 있다.
본 발명의 전극 시트는 코팅법 등의 본 기술분야의 통상적인 방법으로 제조될 수 있고, 예를 들어 일 실시형태에서, 그 제조 방법은 구체적으로, 집전체(1)의 표면에 프라이머 코팅층(2)을 코팅한 후, 프라이머 코팅층(2)의 표면에 활물질층(3)을 코팅한 다음, 기설정된 탭 위치의 프라이머 코팅층 및 활물질층을 제거한 후, 기설정된 탭 위치의 집전체에 탭을 용접하고, 기설정된 함몰 영역의 폭, 두께 등의 파라미터에 따라 기설정된 함몰 영역의 기능층을 제거하여 함몰 영역(32)을 형성함으로써, 전극 시트를 얻되; 여기서 그라비아 코팅법을 사용하여 프라이머 코팅층을 코팅하며, 도 3에 도시된 바와 같이, 그라비아 코팅법에 사용되는 그라비아 롤러에는 예비 탭 위치(9)가 형성되어 있고, 집전체(1) 상의 기설정된 탭 위치는 그라비아 롤러의 예비 탭 위치(9)의 위치에 대응되며; 전사 코팅, 압출 코팅, 스크린 인쇄 등의 일반적인 방법을 이용하여 상기 활물질층을 코팅할 수 있고, 그라비아 코팅법으로 상기 활물질층을 코팅할 수도 있으며; 레이저 또는 스크레이퍼로 스크래핑하거나 이들의 조합과 같은 본 기술분야의 통상적인 방식으로 기설정된 탭 위치의 코팅층을 제거할 수 있다.
일반적인 경우, 먼저 프라이머 코팅층의 슬러리를 집전체에 도포한 후, 건조/드라이 처리(드라이 온도는 100 ~ 130℃, 예를 들어 110℃로 제어될 수 있음)에 의해 집전체에 프라이머 코팅층을 형성한 다음, 프라이머 코팅층의 표면에 활물질층의 슬러리를 코팅하고, 코팅 완료 후, 건조(건조 온도는 80 ~ 110℃일 수 있음) 및 롤링 처리를 수행하고, 이어서 스탭 스크레이퍼 또는 레이저 세정 등의 방식으로 기설정된 함몰 영역의 기능층을 제거하여 함몰 영역을 형성하고, 기설정된 탭 위치의 모든 기능층을 제거하여 집전체를 노출시키고, 집전체에 탭을 용접함으로써 전극 시트를 얻는다. 여기서, 상기 슬러리의 용매는 N-메틸피롤리돈(NMP)과 같은 본 기술분야의 통상적인 용매일 수 있다.
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 그라비아 롤러는 롤러 본체를 포함하고, 롤러 본체 표면에는 전극 시트 코팅층에 대응되는 적어도 하나의 코팅 영역이 설치되어 있으며, 코팅 영역은 격자 무늬가 조각되어 있는 조각 영역(8) 및 조각되어 있지 않은 예비 탭 위치(9)를 포함하고, 나머지는 미조각 영역(즉 비코팅 영역)(10)이다. 상기 기설정된 탭 위치는 탭을 용접하기 위한 것으로서, 그 표면 형상 크기는 용접할 탭의 바닥면 형상 크기와 동일하며, 상기 예비 탭 위치(9)의 형상 크기는 용접할 탭의 형상 크기에 따라 설정될 수 있고, 일반적으로 예비 탭 위치의 형상은 기설정된 탭 위치의 형상과 유사하며, 그 사이즈는 일반적으로 기설정된 탭 위치의 사이즈보다 약간 크다.
상기 그라비아 롤러를 채용한 그라비아 코팅기는 구체적으로 코팅층 슬러리를 수용하는 탱크, 상기 탱크 상방에 위치하는 그라비아 롤러, 상기 그라비아 롤러와 협력하는 고무 롤러(일반적으로 그라비아 롤러의 상방에 위치), 및 상기 그라비아 롤러와 협력하는 스크레이퍼(일반적으로 그라비아 롤러의 측면에 위치하여 그라비아 롤을 가압)를 포함할 수 있고; 여기서 탱크, 고무 롤러, 스크레이퍼 및 그 위치는 모두 본 분야의 통상적인 설치이며, 반복되는 설명을 생략한다. 구체적으로 실시할 때, 프라이머 코팅층 원료를 용매에 넣어 코팅층 슬러리를 형성하고, 스크레이퍼 압력, 고무 롤러 압력, 코팅 속도, 오븐 온도 등의 파라미터 또는 조건을 설정한 후, 상기 슬러리를 그라비아 코팅기의 탱크에 넣고, 집전체 등의 기재에 대해 코팅을 시작하고; 코팅 완료 후, 건조 처리를 거쳐 기재에 프라이머 코팅층을 형성하여 프라이머 코팅층이 도포된 코일재를 얻은 다음, 상기 코일재에 양극 활물질층을 도포한 후, 압연하고 커팅하여 기설정된 형상, 크기 등의 파라미터에 부합되는 전극 시트를 얻는다. 구체적으로, 상기 그라비아 코팅의 조건은, 코팅 속도 10 ~ 30 m/min, 예를 들어 20 m/min; 스크레이퍼 압력 0.2 ~ 0.6 MPa, 예를 들어 0.4 MPa; 고무 롤러 압력 0.2 ~ 0.6 MPa, 예를 들어 0.4 MPa일 수 있다.
상기 방법으로 전극 시트를 제조하면 전극 시트의 안전성, 충방전 배율 등의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전극 시트의 제조 수율을 향상시킬 수도 있어, 산업화 생산 및 응용에 유리하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 전극 시트를 포함하는 배터리를 더 제공한다.
본 발명의 배터리는 상기 구조 설계를 갖는 양극 시트를 포함하거나(즉, 상기 전극 시트는 양극 시트임), 상기 구조 설계를 갖는 음극 시트를 포함하거나(즉, 상기 전극 시트는 음극 시트임), 상기 구조 설계를 갖는 양극 시트 및 상기 구조 설계를 갖는 음극 시트를 동시에 포함할 수도 있다(즉 상기 전극 시트는 양극 시트 및 음극 시트를 포함). 상기 전극 시트가 음극 시트일 경우, 상기 배터리는 양극 시트를 더 포함하며, 상기 양극 시트는 본 기술분야의 통상적인 양극 시트일 수 있고; 상기 전극 시트가 양극 시트일 경우, 상기 배터리는 음극 시트를 더 포함하며, 상기 음극 시트는 본 기술분야의 통상적인 음극 시트일 수 있고, 예를 들어 일 실시형태에서, 상기 음극 시트는 음극 집전체 및 음극 집전체 상에 위치하는 음극 기능층을 포함하며, 상기 음극 기능층 두께는 100 ~ 120μm일 수 있고, 그 원료는 음극 활물질, 바인더, 및 도전제를 포함하되, 여기서 음극 활물질의 질량 함량은 94 ~ 96%일 수 있으며, 바인더의 질량 함량은 2 ~ 3.5%일 수 있고, 분산제의 질량 함량은 1.5 ~ 2.5%일 수 있으며, 도전제의 질량 함량은 1 ~ 2%일 수 있고, 바인더, 도전제, 음극 활물질, 분산제는 상술한 바와 같은 통상적인 물질일 수 있으며, 더 이상 반복 서술하지 않는다.
상기 배터리는 양극 시트와 음극 시트 사이에 위치하는 세퍼레이터를 더 포함하고, 상기 세퍼레이터는 양극 시트와 음극 시트를 이격시키며, 이는 본 분야의 통상적인 세퍼레이터일 수 있고, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
일반적인 경우, 전극 시트에서 탭이 설치된 일면에는 스티커(5)가 부착되어 있고, 스티커(5)는 탭(4), 탭(4)을 둘러싸는 함몰 영역(32)의 적어도 일부(탭에 가까운 함몰 영역(32))에 접착되며, 탭(4)은 함몰 영역(32), 스티커(5), 집전체(1)로 둘러싸인 캐비티 내에 위치하고, 스티커(5)의 상면은 정상 영역(31) 표면의 하방에 위치하며, 즉 스티커(5) 상면으로부터 정상 영역(31) 표면까지의 거리 H2 = 정상 영역(31)의 두께 - 스티커(5) 상면으로부터 상기 스티커가 위치한 측의 집전체 표면까지의 거리이고, H2＞0이다.
본 발명의 일 바람직한 실시형태에서, 집전체(1)의 양면에는 모두 기능층이 설치되어 있고, 제2 표면에는 코팅층이 없는 미코팅 영역(6)이 형성되어 있으며, 미코팅 영역(6)은 제1 표면의 탭(4)의 위치에 대응되고, 양면의 기능층에는 모두 함몰 영역(32)이 형성되며, 양면에는 모두 스티커(5)가 부착되어 있고, 제2 표면에서의 스티커(5)의 부착 방식은 제1 표면에서의 부착 방식과 동일하며, 즉 제2 표면에서 스티커(5)는 미코팅 영역(6)을 둘러싸는 함몰 영역(32)의 적어도 일부(미코팅 영역에 가까운 함몰 영역)에 접착되고, 미코팅 영역(6)은 함몰 영역(32), 스티커(5), 집전체(1)로 둘러싸인 캐비티 내에 위치하며, 스티커(5)의 상면은 정상 영역(31) 표면의 하방에 위치한다.
본 발명은 본 분야의 통상적인 스티커를 사용할 수 있고, 일 바람직한 실시형태에서 스티커의 두께는 일반적으로 16 ~ 30μm일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배터리는 권취형 리튬 이온 배터리일 수 있고, 양극 탭(4)을 가진 양극 시트와 음극 탭(7)을 가진 음극 시트 간에는 세퍼레이터에 의해 이격되며, 탭에 가까운 부위가 지나치게 두꺼워지는 현상이 존재하지 않는다.
상기 권취형 배터리는 본 분야의 통상적인 방법으로 제조될 수 있으며, 예를 들어 양극 시트, 세퍼레이터, 음극 시트를 적층 설치한 후, 권취, 조립, 진공 베이킹, 액체 주입, 방치, 패키징, 화성, 용량 분할 등의 처리를 거쳐 권취형 리튬 이온 배터리를 제조할 수 있고, 상기 권취, 조립, 진공 베이킹, 액체 주입, 방치, 패키징, 화성, 용량 분할은 모두 본 분야의 통상적인 공정일 수 있으며, 사용되는 세퍼레이터, 전해액 등은 모두 본 분야의 통상적인 재료일 수 있고, 더 이상 반복 서술하지 않는다.
본 발명의 목적, 기술방안, 및 장점이 보다 더 명확해지도록 하기 위해, 아래에서는 본 발명의 실시예를 결합하여, 본 발명의 실시형태에 따른 기술방안을 명확하고 완전하게 설명하며, 설명된 실시예는 본 발명의 일부 실시예이며, 전부의 실시예가 아니라는 점은 자명하다. 본 발명의 실시예에 기반하여, 통상의 기술자가 창조적 노동을 거치지 않고도 획득할 수 있는 모든 다른 실시예는 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다.
특별한 설명이 없는 한, 이하의 실시예에서 그라비아 코팅법을 이용하여 코팅을 수행하는 과정에서 사용되는 그라비아 코팅기는, 코팅층 슬러리를 수용하는 탱크, 상기 탱크 상방에 위치하는 그라비아 롤러, 상기 그라비아 롤러와 협력하는 고무 롤러(일반적으로 그라비아 롤러의 상방에 위치), 및 상기 그라비아 롤러와 협력하는 스크레이퍼(일반적으로 그라비아 롤러의 측면에 위치하며 그라비아 롤을 가압)를 포함하고; 여기서 그라비아 롤러는 롤러 본체를 포함하고, 롤러 본체 표면에는 전극 시트 코팅층에 대응하는 적어도 하나의 코팅 영역이 설치되어 있으며, 코팅 영역은 격자 무늬가 조각되어 있는 정상 영역 및 조각되지 않은 예비 탭 위치를 포함하고, 나머지는 비코팅 영역이며; 코팅시, 코팅 속도 20 m/min; 스크레이퍼 압력 0.4 MPa; 고무 롤러 압력 0.4 MPa로 제어하였다.
실시예 1
본 실시예의 양극 시트는 양극 집전체 및 양극 집전체 양면에 도포된 양극 기능층을 포함하고, 양극 집전체의 일면에는 양극 탭이 설치되며(양극 탭은 양극 시트의 중부에 위치), 상기 표면의 양극 기능층은 양극 탭으로부터 멀리 이격된 정상 영역 및 양극 탭에 가까운 함몰 영역으로 이루어지고, 상기 함몰 영역의 두께는 정상 영역의 두께보다 작으며; 양극 집전체의 타면에는 양극 탭 위치에 대응되는 미코팅 영역이 형성되고, 상기 타면의 양극 기능층은 양극 탭이 설치된 표면의 양극 기능층과 동일하며(상기 정상 영역과 함몰 영역으로 이루어짐); 상기 양면의 양극 기능층은 프라이머 코팅층 및 양극 활물질층을 포함하고, 프라이머 코팅층은 양극 집전체의 표면과 양극 활물질층 사이에 위치하며; 여기서 함몰 영역의 프라이머 코팅층의 두께는 정상 영역의 프라이머 코팅층의 두께와 동일하고, 프라이머 코팅층의 두께는 5μm이며, 함몰 영역의 양극 활물질층의 두께는 45μm이고, 정상 영역의 양극 활물질층의 두께는 110μm이며, 함몰 영역의 깊이(H1)는 65μm이고, 함몰 영역의 폭은 30mm이며; 프라이머 코팅층의 공극률은 28%이고, 양극 활물질층의 공극률은 35%이며; 양극 집전체는 알루미늄 호일이다.
상기 양극 시트 및 상기 양극 시트를 사용하여 형성된 권취형 리튬 이온 배터리는 구체적으로 하기와 같은 과정에 따라 제조된다.
(1) 인산철리튬, 폴리비닐리덴플루오라이드, 및 카본블랙을 65:30:5의 질량비에 따라 NMP에서 균일하게 혼합하여 프라이머 코팅층 슬러리를 형성하고(고형분은 15%임); 상기 프라이머 코팅층 슬러리를 그라비아 코팅기의 탱크에 넣고 코팅을 시작하며, 이를 알루미늄 호일 양면에 코팅한 다음, 110℃의 온도에서 건조시킨 후, 프라이머 코팅층이 도포된 코일재를 얻는다.
코발트산리튬, 폴리비닐리덴플루오라이드, 및 카본블랙을 97:1.3:1.4의 질량비에 따라 NMP에서 균일하게 혼합하여 양극 활물질층 슬러리를 형성하고, 슬릿형 압축 코팅 설비를 사용하여 이를 상기 코일재의 양면에 코팅하고, 100℃에서 2 ~ 5min 동안 베이킹한 후, 압연 및 커팅하여 1000mm×65mm의 양극 시트 전구체를 형성하고; 양극 시트 전구체의 기설정된 탭 위치의 코팅층을 세정하여 제거한 후, 탭을 용접하여 양극 시트를 얻는다.
(2) 흑연, CMC, SBR, 및 카본블랙을 95:1.5:1.5:2의 질량비에 따라 탈이온수에서 균일하게 혼합하여 음극 활물질층 슬러리를 형성하고, 상기 슬러리를 동박의 양면에 도포하고, 70 ~ 100℃에서 2 ~ 5min 동안 베이킹한 후, 압연 및 커팅하여 1100mm×66.5mm의 음극 시트를 형성하고; 여기서 음극 시트 기능층(상기 슬러리가 건조, 압연을 거쳐 형성된 코팅층임)의 두께는 120μm이다.
(3) 통상적인 리튬 배터리 권취 공정에 따라, 상기 양극 시트, 음극 시트를 사용하여 권취형 배터리를 제조한다. 여기서, 양극 시트의 양면에는 모두 스티커가 부착되어 있고, 양극 탭이 설치된 표면에서 스티커는 양극 탭, 양극 탭을 둘러싸는 함몰 영역에 접착되며, 양극 탭은 함몰 영역, 스티커, 양극 집전체로 둘러싸인 캐비티 내에 위치하고, 스티커의 상면은 정상 영역 표면의 하방에 위치하며, 미코팅 영역이 형성된 표면에서 스티커는 미코팅 영역을 둘러싸는 함몰 영역에 접착되고, 미코팅 영역은 함몰 영역, 스티커, 양극 집전체로 둘러싸인 캐비티 내에 위치하며, 스티커의 상면은 정상 영역 표면의 하방에 위치하고; 사용되는 스티커의 두께는 16μm이다.
실시예 2
본 실시예와 실시예 1의 구별되는 점은, 프라이머 코팅층의 두께가 7μm, 함몰 영역의 양극 활물질층의 두께가 50μm, 함몰 영역의 깊이가 60μm인 것이고, 나머지 조건은 실시예 1과 동일하다.
실시예 3
본 실시예와 실시예 1의 구별되는 점은, 프라이머 코팅층의 두께가 8μm, 함몰 영역의 양극 활물질층의 두께가 55μm, 함몰 영역의 깊이가 55μm인 것이고, 나머지 조건은 실시예 1과 동일하다.
실시예 4
본 실시예와 실시예 1의 구별되는 점은, 프라이머 코팅층의 두께가 9μm, 함몰 영역의 양극 활물질층의 두께가 65μm, 함몰 영역의 깊이가 45μm인 것이고, 나머지 조건은 실시예 1과 동일하다.
실시예 5
본 실시예와 실시예 1의 구별되는 점은, 프라이머 코팅층의 두께가 10μm, 함몰 영역의 양극 활물질층의 두께가 80μm, 함몰 영역의 깊이가 30μm인 것이고, 나머지 조건은 실시예 1과 동일하다.
실시예 6
본 실시예와 실시예 1의 구별되는 점은, 프라이머 코팅층의 두께가 11μm, 함몰 영역의 양극 활물질층의 두께가 90μm, 함몰 영역의 깊이가 20μm인 것이고, 나머지 조건은 실시예 1과 동일하다.
실시예 7
본 실시예와 실시예 1의 구별되는 점은, 프라이머 코팅층의 두께가 12μm, 함몰 영역의 양극 활물질층의 두께가 100μm, 함몰 영역의 깊이가 10μm인 것이고, 나머지 조건은 실시예 1과 동일하다.
실시예 8
해당 비교예와 실시예 1의 구별되는 점은, 함몰 영역의 깊이가 5μm, 함몰 영역의 양극 활물질층의 두께가 105μm인 것이고, 나머지 조건은 실시예 1과 동일하다.
실시예 9
해당 비교예와 실시예 1의 구별되는 점은, 양극 시트의 함몰 영역의 폭이 50mm로 설정된 것이고, 나머지 조건은 실시예 1과 동일하다.
비교예 1
해당 비교예와 실시예 1의 구별되는 점은, 프라이머 코팅층이 설치되지 않고, 함몰 영역의 두께 및 정상 영역의 두께가 동일하며(즉 함몰 영역이 형성되지 않음), 탭이 전극 시트의 단부에 설치된 것이고, 나머지는 실시예 1의 조건과 동일하다.
비교예 2
해당 비교예와 실시예 1의 구별되는 점은, 함몰 영역의 두께 및 정상 영역의 두께가 동일한 것이고(즉 함몰 영역이 형성되지 않음), 나머지 조건은 실시예 1과 동일하다.
성능 테스트
측정한 실시예 1 내지 9, 비교예 1 및 비교예 2의 리튬 이온 배터리의 배터리 내부 저항, 2C 충전 배율, 배터리셀 초두께 비율, 침자 통과율은 표 1에 표시된 바와 같고, 각 실시예 및 비교예 중의 함몰 영역의 깊이, 함몰 영역의 폭, 프라이머 코팅층의 두께, 배터리의 용량도 표 1에 나타나 있다.
여기서, 각 테스트 방법은 아래와 같다.
(1) 배터리 내부 저항: 배터리셀이 50% SOC까지 충전될 때, 1KHZ 전압 내부 저항 테스트기를 사용하여 배터리셀 또는 배터리의 내부 저항을 검출한다.
(2) 2C 충방전 배율
배율 충전: 25℃±5℃ 조건에서, 배터리셀을 0.2C 전류로 3.0V까지 정전류 방전하고, 10min 동안 방치한 후, 다시 2C 정전류로 4.35V까지 충전하고; 다음으로 충전 전류≤0.02C로 될 때까지 정전압 충전으로 변경하고; 여기서, 정전류 단계 충전 용량을 Cc1로 하고, 총 충전 용량을 C1로 하며, 정전류 충전 비율 = Cc1/C1이다.
배율 방전: 25℃±5℃ 조건에서, 배터리셀을 0.2C 전류로 3.0V까지 정전류 방전한 다음 0.2C 정전류 정전압으로 4.35V 커트오프 전압까지 충전하고, 0.2C 및 2C로 3.0V까지 방전하며; 여기서, 0.2C 방전 용량을 C0으로 하고, 2C 방전 용량을 C2로 하며, 방전 용량 비율 = C2/C0이다.
(3) 배터리셀 초두께 비율
하기와 같은 과정에 따라 각 실시예 및 비교예의 배터리셀 초두께 비율을 각각 측정한다. 평면 두께 측정기를 사용하여 200개의 배터리셀의 두께 값을 측정하고(각 실시예 및 비교예의 배터리셀 두께는 3.965mm를 초과하지 않는 것이 바람직함), 규격 한계(3.965+0.08mm)를 초과하는 배터리셀 개수를 N으로 기록하면, 초두께 비율 = N/50이다.
(4) 침자 통과율: 상온 환경에서, 리튬 이온 배터리를 전압이 4.35V로 될 때까지 0.5C 정전류로 충전한 다음, 전류가 0.025C로 될 때까지 정전압으로 충전하고; 리튬 이온 배터리를 침자 테스트 설비로 옮기고, 테스트 환경 온도를 25℃로 유지하고, 4mm의 직경을 가진 강철못을 사용하여 30mm/s의 속도로 리튬 이온 배터리 음극 탭측의 배터리셀 측변에서 7mm만큼 이격된 지점을 등속으로 관통하며, 300초 동안 유지하여, 리튬 이온 배터리가 발화하지 않고 폭발하지 않으면 통과로 기록한다. 실시예/비교예마다 5개의 리튬 이온 배터리를 테스트하였고, 침자 테스트 통과율을 리튬 이온 배터리 안전성 평가 지표로 하며, 여기서 침자 테스트 통과율=침자 테스트 통과 배터리 수량/침자 테스트 진행 총 배터리 수량이다.
실시예 함몰
영역
깊이
/μm		 함몰
영역 폭/mm		 배터리셀 용량
/mAh		 프라이머 코팅층
두께/μm		 배터리 내부
저항
mΩ		 2C 충전 배율 2C 방전 배율 배터리셀 초두께
비율		 침자
통과율
실시예 1 65 30 3920 5 16.95 74.21% 91.21% 0% 5/10
실시예 2 60 30 3872 7 17.01 74.16% 90.86% 0% 6/10
실시예 3 55 30 3861 8 17.36 72.75% 90.23% 0% 6/10
실시예 4 45 30 3849 9 17.64 69.92% 90.05% 0% 7/10
실시예 5 30 30 3837 10 17.82 69.89% 89.91% 0% 8/10
실시예 6 20 30 3825 11 18.10 68.54% 89.54% 0% 8/10
실시예 7 10 30 3802 12 18.26 68.44% 88.96% 0% 9/10
실시예 8 5 30 3806 5 16.91 68.82% 88.86% 4.5% 6/10
실시예 9 65 50 3795 5 16.94 68.93% 88.91% 0% 5/10
비교예 1 0 / 3805 / 31.52 65.21% 82.65% 5.8% 0/10
비교예 2 0 / 3820 5 16.88 68.73% 87.78% 6.5% 5/10
표 1의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1 및 2에 비해, 실시예 1 내지 9의 배터리는 배터리셀 초두께 비율이 극히 낮으며, 대부분 초두께 비율이 0이며, 동시에 보다 높은 침자 통과율, 보다 낮은 배터리 내부 저항, 보다 높은 배터리셀 용량 및 배율 성능 등의 장점을 가지며, 특히 실시예 1 내지 9의 배터리는 더욱 우수한 배터리셀 용량, 충방전 배율, 침자 통과율 등의 종합 성능을 갖는다. 구체적으로, 실시예 1 내지 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 프라이머 코팅층 두께가 증가함에 따라 배터리 침자 통과율이 증가하며, 이는 프라이머 코팅층 두께의 증가가 배터리의 안전성 향상에 대해 효과가 현저하지만, 지나치게 높으면 배터리 내부 저항 등의 성능에 영향을 미치는 것을 의미하며; 실시예 1, 8, 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 함몰 영역의 깊이가 증가함에 따라 배터리의 초두께 비율이 감소되지만, 함몰 영역이 지나치게 크면, 배터리의 용량에 영향을 미치는 반면, 함몰 영역 깊이가 너무 작으면, 배터리의 초두께 비율이 약간 높아져, 즉 상대적으로 보다 높은 초두께 위험성이 존재하고; 실시예 1 및 비교예 1 내지 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 양극 시트 함몰 영역 설계는 양극 시트가 권취되어 형성된 배터리셀에서 양극 시트, 세퍼레이터, 음극 시트 사이의 접촉이 더욱 긴밀하도록 할 수 있으며, 배터리셀 내부 저항의 감소 및 충방전 배율 성능의 발휘에 유리하다.
따라서, 상기 실시예 및 비교예 결과에 따르면, 본 발명은 양극 시트 탭 위치에 상기 특정한 함몰 영역을 형성함으로써, 배터리셀의 초두께 문제점을 효과적으로 해결할 수 있으며, 배터리의 안전성을 향상시키는 동시에, 배터리의 용량, 충방전 배율 등의 성능을 향상시킬 수 있다.
1: 집전체 2: 프라이머 코팅층
3: 활물질층 31: 정상 영역
32: 함몰 영역 4: 탭
5: 스티커 6: 미코팅 영역
7: 음극 탭 8: 조각 영역
9: 예비 탭 위치 10: 미조각 영역
H1: 함몰 영역의 깊이
H2: 스티커 상면으로부터 정상 영역 표면까지의 거리

Claims (10)

  1. 전극 시트에 있어서,
    집전체 및 상기 집전체의 제1 표면에 위치하는 기능층을 포함하되, 상기 제1 표면에는 탭이 설치되고, 상기 제1 표면의 기능층은 탭으로부터 멀리 이격된 정상 영역과 탭에 가까운 함몰 영역으로 이루어지며, 상기 함몰 영역의 두께는 상기 정상 영역의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기능층은 프라이머 코팅층 및 활물질층을 포함하되, 상기 프라이머 코팅층은 상기 집전체의 표면과 상기 활물질층 사이에 위치하고, 상기 프라이머 코팅층의 원료는 활물질, 바인더, 및 도전제를 포함하며, 상기 활물질층의 원료는 활물질, 바인더, 및 도전제를 포함하고, 상기 프라이머 코팅층 중의 바인더의 함량은 상기 활물질층 중의 바인더의 함량보다 높은 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 함몰 영역의 두께는 상기 정상 영역의 두께보다 5 ~ 125μm만큼 작은 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 함몰 영역의 프라이머 코팅층의 두께는 0 ~ 15μm이고, 상기 함몰 영역의 활물질층의 두께는 0 ~ 105μm이며; 및/또는, 상기 정상 영역의 프라이머 코팅층의 두께는 5 ~ 15μm이고, 상기 정상 영역의 활물질층의 두께는 90 ~ 110μm인 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 함몰 영역의 폭은 3 ~ 50mm인 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 프라이머 코팅층은 다공질 구조이고, 그 공극률은 20% ~ 45%이며; 및/또는, 상기 활물질층은 다공질 구조이고, 그 공극률은 25% ~ 50%인 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 프라이머 코팅층의 원료에서, 상기 활물질의 질량 함량은 49 ~ 94%이고, 상기 바인더의 질량 함량은 4 ~ 50%이고, 상기 도전제의 질량 함량은 1 ~ 5%이고; 및/또는, 상기 활물질층의 원료에서, 상기 활물질의 질량 함량은 93 ~ 96%이고, 상기 바인더의 질량 함량은 0.9 ~ 1.5%이고, 상기 도전제의 질량 함량은 1 ~ 3%인 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 전극 시트는 양극 시트이고, 상기 활물질은 코발트산리튬, 망간산리튬, 니켈산리튬, 니켈코발트망간산리튬, 인산철리튬, 인산철망간리튬, 인산바나듐리튬, 인산바나듐산소리튬, 리튬 리치 망간계 재료, 니켈코발트알루민산리튬, 및 리튬티타네이트 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 전극 시트는 음극 시트이고, 상기 활물질은 흑연, 메조카본마이크로비드, 소프트 카본, 하드 카본, 실리콘 재료, 실리콘-산소 재료, 실리콘-탄소 재료, 리튬티타네이트 재료 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  10. 배터리에 있어서,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 전극 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
KR1020237009172A 2020-12-30 2021-12-17 전극 시트 및 배터리 KR20230051567A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011628643.2 2020-12-30
CN202011628643.2A CN112750978B (zh) 2020-12-30 2020-12-30 极片及电池
PCT/CN2021/139024 WO2022143210A1 (zh) 2020-12-30 2021-12-17 极片及电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230051567A true KR20230051567A (ko) 2023-04-18

Family

ID=75650725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237009172A KR20230051567A (ko) 2020-12-30 2021-12-17 전극 시트 및 배터리

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230115059A1 (ko)
EP (1) EP4145562A1 (ko)
JP (1) JP2023528447A (ko)
KR (1) KR20230051567A (ko)
CN (2) CN112750978B (ko)
WO (1) WO2022143210A1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112750978B (zh) * 2020-12-30 2022-03-15 珠海冠宇电池股份有限公司 极片及电池
EP4336580A1 (en) * 2021-05-08 2024-03-13 Ningde Amperex Technology Limited Battery cell and electrical device
CN113948671A (zh) * 2021-09-02 2022-01-18 惠州锂威新能源科技有限公司 一种正极极片的制备方法及正极极片和二次电池
CN114068859B (zh) * 2021-11-18 2023-05-16 珠海冠宇电池股份有限公司 一种正极片及电池
CN114464772B (zh) * 2022-02-16 2024-04-26 星恒电源股份有限公司 一种极片及其制备方法
WO2023241165A1 (zh) * 2022-06-17 2023-12-21 珠海冠宇电池股份有限公司 一种极片及电池
WO2023249443A1 (ko) * 2022-06-23 2023-12-28 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차 전지용 음극 및 음극을 포함하는 리튬 이차 전지
WO2024057630A1 (ja) * 2022-09-15 2024-03-21 パナソニックエナジー株式会社 蓄電装置用電極板および蓄電装置
CN115458879B (zh) * 2022-09-28 2024-03-22 惠州锂威新能源科技有限公司 电芯及电芯制造方法
CN115513611B (zh) * 2022-10-27 2023-06-30 惠州锂威新能源科技有限公司 电芯及电芯制造方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3988564A (en) * 1972-07-17 1976-10-26 Hughes Aircraft Company Ion beam micromachining method
DE3011836C2 (de) * 1980-03-27 1983-12-01 Fa. Emil Bender, 5900 Siegen Gitterplatte zur Bildung von Plus- und Minus-Plattensätzen für Sammlerbatterien
US4862318A (en) * 1989-04-04 1989-08-29 Avx Corporation Method of forming thin film terminations of low inductance ceramic capacitors and resultant article
EP2584629B1 (en) * 2011-10-21 2014-10-01 BlackBerry Limited Recessed tab for higher energy density and thinner batteries
CN204464391U (zh) * 2015-04-03 2015-07-08 东莞新能源科技有限公司 电芯
CN105261727B (zh) * 2015-10-16 2017-08-29 广东烛光新能源科技有限公司 一种电化学电池及其制备方法
CN105742565B (zh) * 2016-02-29 2019-03-05 宁德新能源科技有限公司 一种锂离子电池极片及其制备方法
WO2017149927A1 (ja) * 2016-03-03 2017-09-08 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 リチウムイオン二次電池用正極およびリチウムイオン二次電池
CN107093706A (zh) * 2017-05-15 2017-08-25 哈尔滨光宇电源股份有限公司 锂电池负极制备方法
WO2019073595A1 (ja) * 2017-10-13 2019-04-18 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 リチウムイオン二次電池
CN110943201B (zh) * 2019-04-15 2021-02-26 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种正极极片和电化学装置
CN210110986U (zh) * 2019-08-03 2020-02-21 惠州市茂林电子科技有限公司 一种接触性良好的电池化成机夹具
CN210443619U (zh) * 2019-08-23 2020-05-01 惠州锂威新能源科技有限公司 一种高能量密度电芯
CN110739437A (zh) * 2019-11-05 2020-01-31 珈伟隆能固态储能科技如皋有限公司 一种高倍率且安全圆柱型锂离子电池及其制造方法
CN211088397U (zh) * 2020-01-03 2020-07-24 深圳市海鸿新能源技术有限公司 一种二次电池及其极片
CN211507765U (zh) * 2020-04-03 2020-09-15 珠海冠宇电池股份有限公司 卷芯结构
CN111816838B (zh) * 2020-07-22 2021-08-31 珠海冠宇电池股份有限公司 锂离子电池正极片及其制备方法以及锂离子电池
CN112750978B (zh) * 2020-12-30 2022-03-15 珠海冠宇电池股份有限公司 极片及电池
CN112802992B (zh) * 2020-12-30 2022-10-14 珠海冠宇电池股份有限公司 一种极片和锂离子电池
CN112820852B (zh) * 2020-12-30 2022-04-15 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片和锂离子电池

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023528447A (ja) 2023-07-04
US20230115059A1 (en) 2023-04-13
EP4145562A1 (en) 2023-03-08
CN112750978A (zh) 2021-05-04
CN112750978B (zh) 2022-03-15
CN116897440A (zh) 2023-10-17
WO2022143210A1 (zh) 2022-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20230051567A (ko) 전극 시트 및 배터리
KR101664244B1 (ko) 전극의 표면에 패턴을 형성하는 방법, 이 방법을 이용해 제조된 전극 및 이 전극을 포함하는 이차전지
EP4199135A1 (en) Negative electrode plate and secondary battery
KR101536063B1 (ko) 비수전해액 2차 전지
KR20090074175A (ko) 이차전지 및 그 제조 방법
WO2016159058A1 (ja) リチウムイオン二次電池及びその製造方法
KR20170034606A (ko) 3차원 리튬 이차전지용 양극 및 그 제조방법
US9871254B2 (en) Electrode material and manufacturing method thereof
WO2022199210A1 (zh) 极片及电化学装置和电子装置
KR20200090643A (ko) 리튬 이차전지용 음극활물질, 이를 포함하는 음극 및 리튬 이차전지
CN211980812U (zh) 一种用于锂电池极片卷绕压花的工装
CN114982007A (zh) 制造负极的方法
CN114204038B (zh) 集流体及其应用
US9705135B2 (en) Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery
US20160049651A1 (en) Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery
KR102056455B1 (ko) 음극 및 이를 포함하는 이차 전지
JP5904096B2 (ja) リチウムイオン二次電池用集電体、およびそれを用いたリチウムイオン二次電池
KR100359054B1 (ko) 도전성 슬러리로 표면처리된 금속산화물 양극, 그제조방법 및 이를 이용한 리튬이차전지
EP3358652B1 (en) Positive electrode for lithium-ion secondary cell, and lithium-ion secondary cell
CN219811630U (zh) 隔膜及电池
US9711783B2 (en) Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery
CN212161973U (zh) 电极极片和二次电池
CN217903142U (zh) 锂电池极片及锂电池
CN112864364B (zh) 一种含高延伸层的正极片及包括该正极片的锂离子电池
CN216133877U (zh) 一种极片涂布结构