KR20230084546A - 전극 조립체, 배터리 셀, 배터리 및 전기 장치 - Google Patents

전극 조립체, 배터리 셀, 배터리 및 전기 장치 Download PDF

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KR20230084546A
KR20230084546A KR1020237015594A KR20237015594A KR20230084546A KR 20230084546 A KR20230084546 A KR 20230084546A KR 1020237015594 A KR1020237015594 A KR 1020237015594A KR 20237015594 A KR20237015594 A KR 20237015594A KR 20230084546 A KR20230084546 A KR 20230084546A
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bent
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후 슈
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Abstract

본 발명 실시예에서는 전극 조립체, 배터리 셀, 배터리 및 전기 장치를 제공한다. 본 발명 실시예의 전극 조립체는 양극 극편과 음극 극편을 포함하며, 양극 극편과 음극 극편은 권취 방향을 따라 권취되어 권취 구조를 형성하고, 권취 구조는 절곡 영역을 포함한다. 양극 극편과 음극 극편은 모두 절곡 영역에 위치하는 복수개의 절곡부를 포함하고, 양극 극편 중 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부이고, 음극 극편 중 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부에 인접한 제2절곡부이다. 전극 조립체에는 제1차단재가 설치되고, 적어도 일부의 제1차단재는 제1절곡부와 제2절곡부 사이에 위치하며, 제1차단재는 제1절곡부로부터 탈리된 적어도 일부의 이온이 제2절곡부에 매립되는 것을 차단한다. 제1방향에서, 제1차단재의 적어도 일단은 제1절곡부 및 제2절곡부를 초과하고, 제1방향은 권취 방향에 수직된다. 본 발명은 배터리 셀의 안전성능을 향상시킨다.

Description

전극 조립체, 배터리 셀, 배터리 및 전기 장치
본 발명은 배터리 기술 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전극 조립체 및 이의 제조 방법과 제조 시스템, 배터리 셀, 배터리 및 전기 장치에 관한 것이다.
배터리 셀은 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 축전지 자동차, 전기 자동차, 전기 항공기, 전기 선박, 전기 자동차 장난감, 전기 선박 장난감, 전기 항공기 장난감, 전동 공구 등과 같은 전자 장치에 널리 사용되고 있다. 배터리 셀은 카드뮴 니켈 배터리 셀, 니켈 수소 배터리 셀, 리튬 이온 배터리 셀 및 2 차 알칼리 아연망간 배터리 셀 등을 포함할 수 있다.
배터리 기술의 발전에 있어서, 배터리 셀의 성능을 개선하는 것 외에, 안전 문제도 무시할 수 없는 문제이다. 배터리 셀의 안전성을 보장할 수 없는 경우, 해당 배터리 셀은 사용할 수 없다. 따라서, 배터리 셀의 안전성 강화는 배터리 기술에서 시급히 해결해야 할 기술 문제이다.
본 발명은 전극 조립체 및 그 제조 방법과 제조 시스템, 배터리 셀, 배터리 및 전기 장치를 제공하며, 배터리 셀의 안전성을 강화시킬 수 있다.
제1양태에서, 본 발명 실시예에서는 양극 극편과 음극 극편을 포함하는 전극 조립체를 제공하며, 양극 극편과 음극 극편은 권취 방향을 따라 권취되어 권취 구조를 형성하고, 권취 구조는 절곡 영역을 포함한다. 양극 극편과 음극 극편은 모두 절곡 영역에 위치하는 복수개의 절곡부를 포함하고, 양극 극편 중 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부이고, 음극 극편 중 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부에 인접한 제2절곡부이다. 전극 조립체에는 제1차단재가 설치되고,적어도 일부의 제1차단재는 제1절곡부와 제2절곡부 사이에 위치하며, 제1차단재는 제1절곡부로부터 탈리된 적어도 일부의 이온이 제2절곡부에 매립되는 것을 차단한다. 제1방향에서, 제1차단재의 적어도 일단은 제1절곡부 및 제2절곡부를 초과하고, 제1방향은 권취 방향에 수직된다.
상술한 솔루션에서, 제1절곡부와 제2절곡부 사이에 제1차단재를 설치함으로써, 리튬의 석출현상을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 충전시에, 제1절곡부의 양극 활물질층으로부터 탈리된 이온의 적어도 일부는 제1차단재에 의해 차단되어, 제1차단재에 의해 차단된 이온이 제2절곡부의 음극 활물질층에 매립되지 않도록 함으로써, 제2절곡부에 음극 활물질의 탈락이 발생할 때 리튬 석출의 발생을 감소시킨다. 제1차단재의 제1절곡부와 제2절곡부를 초과하는 부분은 지지 작용을 할 수 있으며, 제1절곡부와 제2절곡부의 진동 폭을 효과적으로 감소시키고, 제1절곡부와 제2절곡부가 받는 충격력을 저하시키며, 활물질의 탈락을 감소시켜 리튬 석출의 발생을 줄이고 배터리 셀의 안전성능을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 제1절곡부에는 제1차단재가 부접된다. 제1차단재는 접착의 형태로 제1절곡부의 표면에 부접된다.
일부 실시예에서, 제1차단재는 제1베이스층과 제1접착층을 포함하고, 제1접착층은 제1베이스층의 제1절곡부를 향한 표면에 배치된다. 제1베이스층은 제1본체부와 제1본체부에 연결되는 제1지지부를 포함하며, 제1접착층은 제1본체부의 적어도 일부를 제1절곡부에 접착시키며, 제1지지부는 제1방향에서 제1절곡부로부터 돌출된다. 제1본체부는 제1절곡부의 양극 활물질층으로부터 탈리되는 적어도 일부의 이온을 차단하여 리튬 석출의 발생을 감소시킨다. 제1지지부는 지지 작용을 하여, 제1절곡부와 제2절곡부의 진동 폭을 효과적으로 감소시키고, 제1절곡부와 제2절곡부가 받는 충격력을 저하시키며, 활물질의 탈락을 감소시켜 리튬 석출의 발생을 감소시키고 배터리 셀의 안전성능을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 제1지지부의 제1절곡부를 향한 표면의 적어도 일부에는 제1접착층이 설치되지 않는다. 제1지지부는 제1절곡부로부터 돌출되며, 제1절곡부에 접착될 필요가 없기에, 제1지지부 표면의 제1접착층은 생략될 수 있어, 재료를 절약하고 에너지 밀도를 높일 수 있다
일부 실시예에서, 제1절곡부의 2개의 표면에는 모두 제1차단재가 부접되며, 2개의 제1차단재의 제1본체부는 제1절곡부의 양측에 각각 설치되고, 2개의 제1차단재의 제1지지부에는 모두 제1접착층이 설치되지 않는다.
일부 실시예에서, 제1지지부의 제1절곡부를 향한 표면의 적어도 일부에는 제1접착층이 설치된다.
일부 실시예에서, 제1절곡부의 2개의 표면에는 모두 제1차단재가 부접되고, 2개의 제1차단재의 제1본체부는 각각 제1절곡부의 양측에 설치되고, 2개의 제1차단재의 제1지지부는 제1접착층을 통해 연결된다. 2개의 제1차단재의 제1지지부는 제1접착층을 통해 연결되어, 2개의 제1차단재가 서로 접착되게 하여, 제1차단재가 제1절곡부로부터 탈락될 위험을 줄이고, 배터리 셀의 수명에 있어서 제1차단재의 신뢰성을 향상시킨다
일부 실시예에서, 제1방향에서, 제1차단재의 양단은 모두 제1절곡부를 초과한다. 제1차단재의 제1방향을 따른 양단은 지지 작용을 할 수 있어, 제1절곡부의 진동 폭을 감소시키고, 제1절곡부가 받는 충격력을 저하시키며, 활물질의 탈락을 감소시킨다.
일부 실시예에서, 제1방향에서, 제1차단재의 양단은 모두 제2절곡부를 초과한다. 제1차단재의 제1방향을 따른 양단은 지지 작용을 할 수 있어, 제2절곡부의 진동 폭을 감소시키고, 제2절곡부가 받는 충격력을 저하시키며, 활물질의 탈락을 감소시킨다.
일부 실시예에서, 전극 조립체는 제2차단재를 더 구비하며, 제2차단재의 적어도 일부는 제1절곡부와 제2절곡부 사이에 위치한다. 제1차단재와 제2차단재는 제1방향을 따라 간격을 두고 설치되며, 제1차단재의 제2차단재를 등진 일단은 제1절곡부의 일단을 초과하며, 제2차단재의 제1차단재를 등진 일단은 제1절곡부의 타단을 초과한다.
일부 실시예에서, 전극 조립체는 제1극편과 제2극편을 격리시키기 위한 세퍼레이터를 더 포함하며, 제1방향에서, 세퍼레이터의 양단은 모두 제1절곡부와 제2절곡부를 초과한다. 세퍼레이터는 제1절곡부와 제2절곡부를 격리시킬 수 있으며, 제1절곡부와 제2절곡부의 도통 위험을 줄일 수 있다.
일부 실시예에서, 제1차단재의 공극율은 세퍼레이터의 공극율보다 작아, 제1차단재가 리튬 이온의 통과를 보다 효과적으로 차단할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1차단재의 경도는 세퍼레이터의 경도보다 크다. 제1차단재가 상대적으로 큰 경도를 가지므로, 비교적 큰 충격력을 견딜 수 있으며, 제1차단재가 충격력을 받는 경우에 발생하는 변형을 감소시키고, 제1절곡부와 제2절곡부의 진동 폭을 효과적으로 감소시켜, 제1절곡부와 제2절곡부가 받는 충격력을 저하시키고, 활물질의 탈락을 감소시킨다.
일부 실시예에서, 제1방향에서, 세퍼레이터의 양단은 제1차단재를 초과한다. 이로써, 제1차단재는 전극 조립체의 제1방향에서의 최대 사이즈를 증대시키지 않고, 전극 조립체의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 세퍼레이터의 표면에는 제1차단재가 부접된다.
일부 실시예에서, 권취 구조는 절곡 영역에 연결된 평직 영역을 더 포함한다. 제1차단재의 권취 방향을 따른 양단이 모두 절곡 영역에 위치하거나, 또는, 제1차단재의 권취 방향을 따른 일단이 절곡 영역에 위치하고 제1차단재의 권취 방향을 따른 타단은 평직 영역에 위치할 수 있으며, 또는 제1차단재의 권취 방향을 따른 양단이 모두 평직 영역에 위치할 수 있다.
일부 실시예에서, 양극 극편은 평직 영역에 위치한 제1평직부와 제1평직부에 연결된 양극 탭을 포함하며, 제1평직부는 제1절곡부에 연결되고, 양극 탭은 제1평직부의 제1방향을 따른 일단에 연결된다. 제1방향에서, 제1차단재의 양극 탭에 가까운 일단은 제1절곡부와 제2절곡부를 초과한다. 제1차단재는 전극 조립체가 양극 탭 일측에서의 진동 폭을 감소시켜 양극 탭이 찢어지는 위험을 감소시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 양극 극편의 적어도 최내측의 하나의 절곡부는 제1절곡부이고, 음극 극편의 적어도 최내측의 하나의 절곡부는 제2절곡부이다. 절곡 영역의 최내측의 2개의 절곡부 사이에는 제1차단재가 설치되어, 절곡 영역 최내측의 2개의 절곡부 사이에 리튬 석출 현상이 발생하는 것을 감소시키고, 안전성능을 향상시킬 수 있다.
제2양태에서, 본 발명 실시예에서는 외각과 제1양태의 임의의 실시예에 따른 전극 조립체를 포함하는 배터리 셀을 제공하며, 전극 조립체는 외각에 수용된다.
제3양태에서, 본 발명 실시예에서는 케이스와 제2양태에 따른 배터리 셀을 포함하는 배터리를 제공하며, 배터리 셀은 케이스에 수용된다.
제4양태에서, 본 발명 실시예에서는 제3양태에 따른 배터리를 포함하는 전기 장치를 제공하며, 배터리는 에너지를 제공한다.
제5양태에서, 본 발명 실시예에서는 양극 극편, 음극 극편과 제1차단재를 공급하는 단계; 양극 극편과 음극 극편을 권취 방향으로 권취하여 권취 구조를 형성하는 단계; 를 포함하는 전극 조립체의 제조 방법을 제공한다. 권취 구조는 절곡 영역을 포함한다. 양극 극편과 음극 극편은 모두 절곡 영역에 위치한 복수개의 절곡부를 포함하며, 양극 극편의 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부이고, 음극 극편의 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부에 인접한 제2절곡부이다. 적어도 일부의 제1차단재는 제1절곡부와 제2절곡부 사이에 위치하고, 제1차단재는 제1절곡부로부터 탈리된 적어도 일부의 이온이 제2절곡부에 매립되는 것을 차단하기 위한 것이다. 제1방향에서, 제1차단재의 적어도 일단은 제1절곡부와 제2절곡부를 초과하고, 제1방향은 권취 방향에 수직된다.
제6양태에서, 본 발명 실시예에서는, 양극 극편을 공급하기 위한 제1공급장치; 음극 극편을 공급하기 위한 제2공급장치; 제1차단재를 공급하기 위한 제3공급장치; 권취 방향을 따라 음극 극편과 양극 극편을 권취하여 권취 구조를 형성하는 조립장치; 를 포함하는 전극 조립체의 제조 시스템을 제공한다. 권취 구조에는 절곡 영역이 포함된다. 양극 극편과 음극 극편은 모두 절곡 영역에 위치한 복수개의 절곡부를 포함하며, 양극 극편 중 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부이고, 음극 극편 중 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부에 인접된 제2절곡부이다. 적어도 일부의 제1차단재는 제1절곡부와 제2절곡부 사이에 위치하고, 제1차단재는 제1절곡부로부터 탈리된 적어도 일부 이온이 제2절곡부에 매립되는 것을 차단하기 위한 것이다. 제1방향에서, 제1차단재의 적어도 일단은 제1절곡부와 제2절곡부를 초과하고, 제1방향은 권취 방향에 수직된다.
본 발명 실시예의 기술적 솔루션을 보다 명확하게 설명하기 위해, 본 발명 실시예에서 사용되어야 하는 첨부 도면들을 간략히 소개하고자 한다. 이하 제공되는 도면은 단지 본 발명의 일부 실시예일 뿐이며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 다른 도면도 창조적인 노력 없이 얻을 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예에 의해 제공되는 차량의 구조도;
도 2은 본 발명의 일부 실시예에 의해 제공되는 배터리의 분해도;
도 3은 도 2에 도시된 배터리 모듈의 구조도;
도 4는 본 발명의 일부 실시예에 의해 제공되는 배터리 셀의 분해도;
도 5는 본 발명의 일부 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 구조도;
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 구조도;
도 7은 본 발명의 일부 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 국부 구조도;
도 8은 도 7에 도시된 전극 조립체의 D-D선을 따른 단면도;
도 9는 도 8에 도시된 전극 조립체가 네모F위치에서의 확대도;
도 10은 도 7에 도시된 전극 조립체의 E-E 선을 따른 단면도;
도 11은 본 발명의 일부 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 양극 극편의 전개 상태에서의 국부 구조도;
도 12는 본 발명의 일부 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 국부 단면도;
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 국부 단면도;
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 국부 단면도;
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 국부 구조도;
도 16는 본 발명의 또 다른 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 국부 구조도;
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 국부 구조도;
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 국부 구조도;
도 19는 본 발명의 일부 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 제조 방법의 흐름도;
도 20은 본 발명의 일부 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 제조 시스템의 블록도이다.
도면은 실제 척도로 제작된 것이 아니다.
본 발명 실시예의 목적, 기술적 솔루션과 장점을 보다 명확하게 설명하기 위하여, 이하 본 발명 실시예의 첨부 도면들과 결합하여 본 발명의 기술적 솔루션을 설명한다. 설명된 실시예들은 단지 본 발명의 일부일 뿐이며 전체가 아니다. 당업자들이 본 발명 실시예를 기반으로, 창조적인 노력이 없이 획득한 모든 다른 실시예들은 본 발명의 보호 범위에 포함된다.
달리 정의되지 않는 한, 본 발명에서 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지며, 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도로 이해해서는 아니된다. 본 발명의 명세서 및 특허청구범위, 도면의 설명에 기재된 "포함" 및 "구비" 등 용어 및 이들의 모든 변형은 비배타적인 함의를 포함하도록 의도된다. 본 발명의 명세서 및 특허청구범위, 도면의 설명에 기재된 "제1", "제2" 등의 기술 용어는 단지 서로 다른 대상을 구별하기 위해 사용된 것으로, 특정 순서 또는 주된 것과 부차적인 것의 관계를 암시하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명에서 언급된 "실시예"는 실시예와 관련하여 설명된 특정된 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있음을 의미한다. 명세서의 다양한 위치에 있는 문구의 출현이 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니며, 다른 실시예와 상호 배타적인 별도의 또는 대안적인 실시예를 지칭하는 것이 아니다.
본 발명을 설명함에 있어서, 달리 명시되고 한정되지 않는 한, "설치", "상호 연결", "연결", "부접"과 같은 기술 용어는 보다 넓은 의미로 이해되어야 한다. 예를 들어, 고정 연결일 수 있거나 분리가능한 연결 또는 일체적인 연결일 수 있으며, 직접 연결 또는 중간 매체를 통해 간접적으로 연결될 수 있으며, 2개의 부품 내부의 상호 연통 일 수 있다. 당업자들은 특정 상황에 따라 상기 용어들이 본 발명에서의 구체적인 의미를 이해할 수 있을 것이다.
본 발명 실시예에 대한 설명에서, "및/또는"이라는 용어는 단지 관련 대상의 연관 관계를 설명할 뿐이며, 세가지 관계가 있을 수 있음을 나타낸다. 예를 들면, A 및/또는 B는 A만 존재하거나, A와 B가 동시에 존재하거나 또는 B만 존재하는 세가지 경우를 의미한다. 또한, 본 발명에서 "/"는 일반적으로 전후 관련 대상이 "또는"의 관계임을 나타낸다.
본 발명 실시예에서, 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 의미하며, 설명의 간결함을 위해, 다른 실시예에서 구성요소가 동일한 경우에는 이에 대한 설명을 생략한다. 도면에 도시된 본 발명 실시예의 각 구성요소의 두께, 길이 등 사이즈 및 집적장치의 전체 두께, 길이 등 사이즈는 단지 예시적인 설명일 뿐이며, 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.
본 발명에서 "복수"라는 용어는 2개 이상(2개 포함)을 의미한다.
본 발명에서, 배터리 셀은 리튬 이온 이차 전지, 리튬 이온 일차 전지, 및 리튬황 전지, 나트륨리튬 이온 전지, 나트륨이온 전지 또는 마그네슘이온 전지 등이 포함되나, 본 발명의 이 실시예는 이에 대해 한정하지 않는다. 배터리 셀은 원기둥체, 편평체, 직육면체 또는 기타 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명 실시예에서는 이에 대해 한정하지 않는다. 배터리 셀은 일반적으로 패키징 방법에 따라 기둥형 배터리 셀, 사각형 배터리 셀과 연포장 배터리 셀 이 3가지 유형으로 구분되며, 본 발명 실시예에서는 이에 대해 한정하지 않는다.
본 발명 실시예에서 언급된 배터리는 하나 또는 복수개의 배터리 셀을 포함하여 더 높은 전압 및 용량을 제공하는 단일 물리적 모듈을 지칭한다. 예를 들면, 본 발명에서 언급된 배터리는 배터리 모듈 또는 배터리팩 등을 포함한다. 배터리는 일반적으로 하나 이상의 배터리 셀을 패키징하기 위한 케이스를 포함한다. 케이스는 액체 또는 다른 이물질이 상기 배터리 셀의 충전 또는 방전에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
배터리 셀은 전극 조립체와 전해액을 포함하며, 전극 조립체는 양극 극편, 음극 극편 및 세퍼레이터로 구성된다. 배터리 셀은 주로 금속 이온이 양극 극편과 음극 극편 사이에서 이동하는 것에 의해 작동된다. 양극 극편은 양극 집전체 및 양극 활물질층을 포함하고, 양극 집전체의 표면에는 양극 활물질층이 도포되며, 양극 집전체는 양극 집전부와 양극 집전부로부터 돌출되는 양극 돌출부를 포함하고, 양극 집전부에는 양극 활물질층이 도포되며, 양극 돌출부의 적어도 일부에는 양극 활물질층이 도포되지 않으며, 양극 돌출부는 양극 탭으로 사용될 수 있다. 리튬 이온 배터리를 예로 들면, 양극 집전체의 재료는 알루미늄일 수 있고, 양극 활물질층은 양극 활물질을 포함하며, 코발트산리튬, 인산철리튬, 삼원리튬 또는 망간산리튬 일 수 있다. 음극 극편은 음극 집전체 및 음극 활물질층을 포함하고, 음극 집전체의 표면에 음극 활물질층이 도포되고, 음극 집전체는 음극 집전부와 음극 집전부로부터 돌출되는 음극 돌출부를 포함하고, 음극 집전부에는 음극 활물질층이 도포되며, 음극 돌출부의 적어도 일부에는 음극 활물질층이 도포되지 않으며, 음극 돌출부는 음극 탭으로 사용될 수 있다. 음극 집전체의 재료는 구리일 수 있고, 음극 활물질층은 음극 활물질을 포함하며, 탄소 또는 실리콘일 수 있다. 대전류가 흐르지만 용단이 발생하지 않도록 하기 위하여, 양극 탭의 수는 복수개이고 적층되며, 음극 탭의 수도 복수개이고 적층된다. 세퍼레이터의 재질은 PP(polypropylene, 폴리프로필렌) 또는 PE(polyethylene, 폴리에틸렌) 등 일 수 있다. 또한, 전극 조립체는 권취형 구조 또는 적층형 구조일 수 있으며, 본 발명 실시예는 이에 대해 한정하지 않는다.
리튬 이온 배터리 셀은 충전 시 리튬 이온이 양극 활물질층을 탈리하여 음극 활물질층으로 매립되지만, 이상 상황이 발생할 수 도 있다. 예를 들면, 음극 활물질층에 리튬 이온이 매립될 공간이 부족하거나, 리튬 이온이 음극 활물질층에 매립되는 저항력이 너무 크거나 또는 리튬 이온이 너무 빨리 양극 활물질층을 탈리하여 탈리된 리튬 이온이 등량으로 음극 극편의 음극 활물질층에 매립될 수 없어, 음극 극편에 매립되지 못한 리튬 이온은 음극 극편 표면에서만 전자를 얻을 수 있으며 금속리튬 단체를 형성하는데, 이는 바로 리튬 석출 현상이다. 리튬 석출은 리튬 이온 배터리 셀의 성능을 저하시키고, 사이클 수명을 크게 단축시킬 뿐만 아니라, 리튬 이온 배터리 셀의 급속 충전 용량을 제한한다. 또한, 리튬 이온 배터리 셀에서 리튬 석출 현상이 발생한 경우, 석출된 리튬 금속의 반응도가 매우 높아, 비교적 낮은 온도에서 전해액과 반응할 수 있으며, 이로 인해 배터리 셀의 자체 열발생 초기 온도가 낮아지고 자체 열발생 속도가 증가하게 되어, 배터리 셀의 안전을 심각하게 위협한다. 또한, 리튬 석출이 심한 경우, 탈리된 리튬 이온은 음극 극편 표면에 리튬 결정을 형성할 수 있으며, 리튬 결정은 세퍼레이터를 쉽게 뚫어 인접한 양극 극편과 음극 극편이 단락될 위험이 있다.
발명인이 연구 개발 과정에서 발견한 바에 따르면, 전극 조립체가 진동이나 압력을 받는 경우에 양극 극편의 활성 물질 또는 음극 극편의 활성 물질이 탈락하며 이는 탈분 현상이라고 한다. 활물질의 탈락, 특히 음극 극편의 활물질의 탈락은 해당 음극 극편의 음극 활물질층의 리튬 매립 위치가 인접한 양극 극편의 양극 활물질층이 공급할 수 있는 리튬 이온의 양보다 적을 수 있으므로, 리튬 이온 배터리 셀이 충전시 리튬 석출 현상이 발생하기 쉽다.
발명인이 연구 개발 과정에서 발견한 바에 따르면, 권취형 전극 조립체는 절곡 영역에서 리튬 석출 현상이 더 잘 나타나며, 추가 연구에 따르면, 발명인은 해당 리튬 석출 현상의 원인이 주로 절곡 영역의 양극 극편과 음극 극편이 절곡되는 반면, 양극 활물질층과 음극 활물질층은 절곡 과정에서 응력이 집중되어 각각의 활물질이 떨어지기 쉽기 때문이다. 활물질의 탈락, 특히 음극 극편의 활물질의 탈락으로 인해, 해당 음극 극편의 음극 활물질층의 리튬 매립 위치가 인접한 양극 극편의 양극 활물질층이 공급할 수 있는 리튬 이온의 양보다 적어 리튬 석출 현상을 일으킬 수 있다.
이러한 점에 비추어, 본 발명 실시예의 기술 솔루션에서는 권취 방향으로 권취되어 권취 구조를 형성하는 양극 극편과 음극 극편을 포함하는 전극 조립체를 개시하며, 권취 구조는 절곡 영역을 포함한다. 양극 극편과 음극 극편은 모두 절곡 영역에 위치하는 복수의 절곡부를 포함하고, 양극 극편 중 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부이고, 음극 극편 중 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부에 인접한 제2절곡부이다. 전극 조립체에는 제1차단재가 설치되고, 적어도 일부의 제1차단재는 제1절곡부와 제2절곡부 사이에 위치하며, 제1차단재는 제1절곡부로부터 탈리된 적어도 일부의 이온이 제2절곡부에 매립되는 것을 차단한다. 제1방향에서, 제1차단재의 적어도 일단은 제1절곡부 및 제2절곡부를 초과하고, 제1방향은 권취 방향에 수직된다. 이러한 구조의 배터리 셀은 리튬 석출 현상을 줄이고 안전 리스크를 줄일 수 있다.
본 발명 실시예에서 설명된 기술 솔루션은 배터리 및 배터리를 사용하는 전기 장치에 적용된다.
전기 장치는 차량, 휴대 전화, 휴대용 장비, 노트북 컴퓨터, 선박, 우주선, 전기 장난감, 전동 공구 등 일 수 있다. 차량은 연료 자동차, 가스 자동차 또는 신에너지 자동차일 수 있으며, 신에너지 자동차는 순수 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 주행 거리 연장 전기차 등 일 수 있으며, 우주선에는 항공기, 로켓 및 우주 왕복선과 우주선 등 이 포함되고, 전기 장난감은 고정식 또는 이동식의 전기 장난감일 수 있으며, 예를 들면 게임기, 전기차 장난감, 전기 선박 장난감과 전기 비행기 장난감 등 일 수 있으며, 전동 공구는 금속 절삭 전동 공구와 연삭 전동 공구, 조립 전동 공구 및 철도용 전동 공구가 포함되며, 예를 들면 전기 드릴, 전동 그라인더, 전동 렌치, 전동 드라이버, 전기 해머, 충격 드릴, 콘크리트 진동기 및 전동 대패 등 일 수 있다. 본 발명 실시예는 상기 전기 장치에 대해 특별히 한정하지 않는다.
하기 실시예에서는 설명의 편의를 위해, 전기 장치가 차량인 경우를 예로써 설명한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예에 의해 제공되는 차량의 구조도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 차량(1)의 내부에는 배터리(2)가 설치되고, 배터리(2)는 차량(1)의 바닥부 또는 머리부 또는 끝부분에 설치될 수 있다. 배터리(2)는 차량(1)에 전력을 공급하며, 예로써 배터리(2)는 차량(1)의 작동 전원일 수 있다.
차량(1)은 제어기(3)와 모터(4)를 더 포함할 수 있고, 제어기(3)는 배터리(2)를 제어하여 모터(4)에 전기를 공급하며, 예를 들면, 차량(1)의 작동, 네비게이션과 주행시의 전력공급을 위한 것이다.
본 발명의 일부 실시예에서, 배터리(2)는 차량(1)의 작동 전원이 될수 있을 뿐만 아니라, 차량(1)의 구동 전원이 될 수 있으며, 연료유 또는 천연가스를 대체하거나 부분적으로 대체하여 차량(1)에 구동력을 제공한다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예에 의해 제공되는 배터리의 분해도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(2)는 케이스(5)와 배터리 셀(도 2에 도시되지 않음)을 포함하며, 배터리 셀은 케이스(5)내에 수용된다.
케이스(5)는 배터리 셀을 수용하기 위한 것으로, 케이스(5)는 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 케이스(5)는 제1케이스부(51)와 제2케이스부(52)를 포함할 수 있고, 제1케이스부(51)와 제2케이스부(52)는 서로 커버 결합되며, 제1케이스부(51)와 제2케이스부(52)는 공동으로 배터리 셀을 수용하는 수용공간(53)을 한정한다. 제2케이스부(52)는 일단이 개구된 중공 구조이고, 제1케이스부(51)는 판상 구조이며, 제1케이스부(51)는 제2케이스부(52)의 개구측에 커버 결합되어 수용공간(53)을 구비한 케이스(5)를 형성하며, 제1케이스부(51)와 제2케이스부(52)는 모두 일측이 개구된 공심 구조이며, 제1케이스부(51)의 개구측은 제2케이스부(52)의 개구측에 커버 결합되어, 수용공간(53)을 구비한 케이스(5)를 형성한다. 물론, 제1케이스부(51)와 제2케이스부(52)는 원기둥체, 직육면체 등 다양한 형태로 구성될 수 있다.
제1케이스부(51)와 제2케이스부(52)가 결합된 후 의 밀폐성을 보장하기 위해, 제1케이스부(51)와 제2케이스부(52)사이에는 실란트, 밀폐링 등 씰링부재를 설치할 수 있다.
제1케이스부(51)가 제2케이스부(52)의 꼭대기부에 커버 결합되는 경우, 제1케이스부(51)는 상부 케이스 커버로 정의할 수 있으며, 제2케이스부(52)는 하부 케이스로 정의할 수 있다.
배터리(2)에서, 배터리 셀은 하나이거나 복수개일 수 있다. 만일 배터리 셀이 복수개이면, 복수개의 배터리 셀 사이는 직렬 또는 병렬 또는 혼합 연결 될 수 있다. 혼합 연결은 복수개의 배터리 셀에 직렬된 것도 있고 병렬된 것도 있는것을 의미한다. 복수개의 배터리 셀 사이는 직접 직렬 또는 병렬 또는 혼합 연결되고, 복수개의 배터리 셀로 구성된 전체가 케이스(5)내에 수용될 수 있다. 물론, 복수개의 배터리 셀이 먼저 직렬 또는 병렬 연결된후 혼합 연결되어 배터리 모듈(6)을 구성할 수도 있으며, 복수개의 배터리 모듈(6)이 다시 직렬 또는 병렬 연결된후 혼합 연결되어 그 전체가 케이스(5)내에 수용될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 배터리 모듈의 구조도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 배터리 셀(7)은 복수개이며, 복수개의 배터리 셀(7)이 먼저 직렬 또는 병렬 연결된후 혼합 연결되어 배터리 모듈(6)을 구성할 수도 있다. 복수개의 배터리 모듈(6)은 직렬 또는 병렬 연결된후 혼합 연결되어 그 전체가 케이스 내에 수용될 수 있다.
배터리 모듈(6)의 복수개의 배터리 셀(7) 사이는 버스 부재를 통해 전기적으로 연결되어 배터리 모듈(6) 중 복수개의 배터리 셀(7)이 직렬 또는 병렬 또는 혼합 연결되는 것을 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예에 의해 제공되는 배터리 셀의 분해도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명 실시예에서 제공되는 배터리 셀(7)은 전극 조립체(10)와 외각(20)을 포함하며, 전극 조립체(10)는 외각(20)에 수용된다.
일부 실시예에서, 외각(20)은 또한 전해액과 같은 전해질을 수용할 수 있다. 외각(20)은 다양한 구조로 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 외각(20)은 하우징(21) 및 엔드 커버(22)를 포함할 수 있고, 하우징(21)은 일측이 개구된 중공 구조로, 엔드 커버(22)는 하우징(21)의 개구부에 커버 결합되어 밀폐 연결됨으로써 전극 조립체(10)와 전해질을 수용하기 위한 밀폐 공간을 형성한다.
하우징(21)은 원기둥체, 직육면체 등과 같은 다양한 형태를 가질 수 있다. 하우징(21)의 형태는 전극 조립체(10)의 구체적인 형태에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 전극 조립체(10)가 원기둥체 구조이면 원기둥체 하우징을 선택할 수 있으며, 전극 조립체(10)가 직육면체 구조이면 직육면체 하우징을 선택할 수 있다. 물론, 엔드 커버(22)도 다양한 구조일 수 있으며, 예를 들면, 엔드 커버(22)는 판상 구조, 일단이 개구된 중공 구조일 수 있다. 예시적으로, 도 4에서, 하우징(21)은 직육면체 구조이고, 엔드 커버(22)는 판상 구조이며, 엔드 커버(22)는 하우징(21) 상단의 개구 부위에 커버 결합된다.
일부 실시예에서, 배터리 셀(7)은 양극 전극 단자(30), 음극 전극 단자(40)와 압력 방출 기구(50)를 포함할 수 있으며, 양극 전극 단자(30), 음극 전극 단자(40)와 압력 방출 기구(50)는 모두 엔드 커버(22)에 장착된다. 양극 전극 단자(30)와 음극 전극 단자(40)는 모두 전극 조립체(10)과 전기적으로 연결되어, 전극 조립체(10)에서 발생하는 전기 에너지를 출력한다. 압력 방출 기구(50)는 배터리 셀(7)의 내부 압력 또는 온도가 사전 설정값에 도달했을 때 배터리 셀(7) 내부의 압력을 방출한다.
예시적으로, 압력 방출 기구(50)는 양극 전극 단자(30)와 음극 전극 단자(40)사이에 위치하며, 압력 방출 기구(50)는 방폭 밸브, 파열판, 에어 밸브, 감압 밸브 또는 안전 밸브와 같은 부재일 수 있다.
물론, 다른 실시예에서, 외각(20)은 다른 구조일 수도 있으며, 예를 들어, 외각(20)은 하우징(21)과 2개의 엔드 커버(22)를 포함하고, 하우징(21)은 마주하는 양측이 개구된 중공 구조이며, 하나의 엔드 커버(22)는 하우징(21)의 하나의 개구 부위에 대응하여 커버 결합되어 밀폐 연결됨으로써, 전극 조립체(10)와 전해질을 수용하기 위한 밀폐 공간을 형성한다. 이러한 구조에서, 양극 전극 단자(30)와 음극 전극 단자(40)은 동일한 엔드 커버(22)에 장착될 수 있으며, 서로 다른 엔드 커버(22)에 장착될 수도 있다. 하나의 엔드 커버(22)에 압력 방출 기구(50)가 장착되거나, 또는 2개의 엔드 커버(22)에 모두 압력 방출 기구(50)가 장착될 수 있다.
유의해야 될 점은, 배터리 셀(7)에서, 외각(20)에 수용된 전극 조립체(10)는 하나일 수도 있고 복수개일 수도 있다. 예시적으로, 도 4에서 전극 조립체(10)는 2개이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 구조도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명 실시예의 전극 조립체(10)는 양극 극편(11)과 음극 극편(12)을 포함하며, 양극 극편(11)과 음극 극편(12)은 권취 방향 A를 따라 권취되어 권취 구조를 형성한다.
본 발명 실시예에서, 권취 방향 A는 양극 극편(11)과 음극 극편(12)이 안쪽에서 바깥 둘레 방향으로 권취되는 방향이다. 도 5에서, 권취 방향 A는 시계 방향이다.
일부 실시예에서, 전극 조립체(10)는 또한 세퍼레이터(13)를 포함하며, 세퍼레이터(13)는 양극 극편(11)과 음극 극편(12)을 격리시켜, 양극 극편(11)과 음극 극편(12) 사이의 단락 위험을 감소시킨다. 세퍼레이터(13)는 대량의 관통된 미세 구멍을 가지고 있어, 전해질 이온의 자유로운 통과를 보장할 수 있고, 리튬 이온에 대한 투과성이 매우 좋기 때문에, 세퍼레이터(13)는 기본적으로 리튬 이온의 통과를 차단할 수 없다. 예시적으로, 세퍼레이터(13)의 재질은 PP(polypropylene, 폴리프로필렌) 또는 PE(polyethylene, 폴리에틸렌) 등 일 수 있다.
양극 극편(11), 음극 극편(12)과 세퍼레이터(13)는 모두 띠 모양의 구조이다. 본 발명 실시예에서는 먼저 양극 극편(11), 세퍼레이터(13)와 음극 극편(12)을 순차적으로 적층한 후, 2회 이상 권취하여 전극 조립체(10)를 형성할 수 있다.
전극 조립체(10)는 다양한 형태일 수 있으며, 예를 들어, 전극 조립체(10)는 원기둥체, 편평체, 각기둥체(삼각기둥,사각기둥 또는 육각기둥) 또는 기타 형태일 수 있다.
일부 실시예에서, 권취 구조는 절곡 영역 B를 포함한다. 양극 극편(11)과 음극 극편(12)은 모두 절곡 영역 B에 위치한 복수개의 절곡부(14)를 포함한다. 절곡 영역 B은 전극 조립체(10)가 절곡구조를 갖는 영역이며, 양극 극편(11)의 절곡 영역 B에 위치한 부분(즉 양극 극편(11)의 절곡부(14))와 음극 극편(12)의 절곡 영역 B에 위치한 부분(즉 음극 극편(12)의 절곡부(14))은 모두 절곡되게 설치된다. 예시적으로, 양극 극편(11)의 절곡부(14)와 음극 극편(12)의 절곡부(14)는 대체적으로 원호형으로 절곡된다.
예시적으로, 절곡 영역 B에서 양극 극편(11)의 절곡부(14)와 음극 극편(12)의 절곡부(14)는 서로 엇갈리게 배열되며, 즉 절곡 영역 B에서 음극 극편(12)의 하나의 절곡부(14), 양극 극편(11)의 하나의 절곡부(14), 음극 극편(12)의 하나의 절곡부(14)????의 순서로 배열된다. 선택적으로, 양극 극편(11)의 최내측에 위치한 하나의 절곡부(14)는 음극 극편(12)의 최내측에 위치한 하나의 절곡부(14)의 외측에 위치한다.
일부 실시예에서, 전극 조립체(10)는 편평체일 수 있다. 예시적으로, 권취 구조는 절곡 영역 B에 연결된 평직 영역 C을 더 포함한다. 양극 극편(11)과 음극 극편(12)은 모두 평직 영역 C에 위치한 복수개의 평직부(15)를 포함한다. 평직 영역 C은 전극 조립체(10)가 평직 구조를 갖는 영역이며, 선택적으로, 절곡 영역 B는 2개이고, 각각 평직 영역 C의 양단에 각각 연결된다.
양극 극편(11)의 평직 영역 C에 위치한 부분(즉 양극 극편(11)의 평직부(15)) 및 음극 극편(12)의 평직 영역 C에 위치한 부분(즉 음극 극편(12)의 평직부(15))은 기본적으로 평직하게 설치된다. 양극 극편(11)의 평직부(15)와 음극 극편(12)의 평직부(15)의 표면은 모두 대체적으로 평면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 구조도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 전극 조립체(10)는 대체적으로 원기둥체이다. 예시적으로, 권취 구조는 평직 영역이 없이 절곡 영역 B만 있을 수 있다. 양극 극편(11)에서 양극 극편(11)의 한바퀴는 하나의 절곡부(14)이며, 음극 극편(12)에서 음극 극편(12)의 한바퀴는 하나의 절곡부(14)이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 국부 구조도; 도 8은 도 7에 도시된 전극 조립체의 D-D선을 따른 단면도; 도 9는 도 8에 도시된 전극 조립체가 네모F위치에서의 확대도; 도 10은 도 7에 도시된 전극 조립체의 E-E 선을 따른 단면도; 도 11은 본 발명의 일부 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 양극 극편의 전개 상태에서의 국부 구조도이다.
도 7 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 양극 극편(11)은 양극 집전체(111)와 양극 집전체(111)의 표면에 도포된 양극 코팅층(112)를 포함하며, 양극 집전체(111)는 양극 집전부(111a)와 양극 집전부(111a)로부터 돌출된 양극 탭(111b)을 포함하고, 양극 코팅층(112)은 양극 활물질층(112a)를 포함하며, 양극 집전부(111a)의 2개의 표면에는 양극 활물질층(112a)이 도포되고, 양극 탭(111b)의 적어도 일부는 양극 활물질층(112a)이 도포되지 않는다. 양극 탭(111b)의 양극 활물질층(112a)이 도포되지 않은 부분은 전극 단자에 전기적으로 연결된다.
일부 실시예에서, 양극 집전부(111a)는 일부 영역에만 양극 활물질층(112a)이 도포되며, 양극 탭(111b)에는 양극 활물질층(112a)이 도포되지 않는다. 양극 코팅층(112)은 절연층(112b)를 더 포함하며, 절연층(112b)은 양극 활물질층(112a)의 양극 탭(111b)에 가까운 일측에 위치하고, 양극 집전부(111a)의 양극 활물질층(112a)이 도포되지 않은 영역에는 절연층(112b)이 도포된다. 예시적으로, 양극 탭(111b)의 양극 집전부(111a)에 근접된 루트부에도 절연층(112b)이 도포된다.
양극 극편(11)의 절곡부에서, 양극 코팅층(112)의 제1방향X의 양단은 양극 집전부111a의 제1방향X를 따른 양단과 가지런하다. 제1방향X은 권취 방향 A에 수직된다.
일부 실시예에서, 양극 탭(111b)은 평직부의 제1방향X를 따른 일단에 연결되며 평직부에서 돌출된다. 제1방향X에서, 양극 극편(11)의 평직부의 양단은 각각 양극 극편(11)의 절곡부의 양단과 가지런하다. 양극 극편(11)에서, 평직부의 일부에 양극 탭(111b)이 연결되거나, 평직부 전체에 양극 탭(111b)이 연결될 수 있다. 예시적으로, 양극 탭(111b)은 복수개이며 적층 설치된다.
음극 극편(12)은 음극 집전체(121)와 음극 집전체(121)의 표면에 도포된 음극 코팅층을 포함하고, 음극 집전체(121)는 음극 집전부 및 음극 집전부로부터 돌출된 음극 탭을 포함한다. 음극 코팅층은 음극 활물질층(122)을 포함하고, 음극 집전부의 2개의 표면에는 음극 활물질층(122)이 도포되며, 음극 탭의 적어도 일부에는 음극 활물질층(122)이 도포되지 않는다. 음극 탭의 음극 활물질층(122)이 도포되지 않은 부분은 전극 단자에 전기적으로 연결된다.
음극 극편(12)의 절곡부에서, 음극 활물질층(122)의 제1방향X를 따른 양단은 음극 집전부의 제1방향X를 따른 양단과 가지런하다.
제1방향X에서, 음극 활물질층(122)의 양단은 모두 양극 활물질층(112a)을 초과한다. 제1방향X는 권취 방향 A에 수직된다. 제1방향X에서, 양극 활물질층(112a)의 일단부는 음극 활물질층(122)의 일단부보다 더 안쪽에 위치하며, 양극 활물질층(112a)의 타단부는 음극 활물질층(122)의 타단부보다 안쪽에 위치하여, 음극 활물질층(122)은 양극 활물질층(112a)을 복개할 수 있으며, 양극 활물질층(112a)에서 탈리되는 리튬 이온에 더 많은 리튬 매립위치를 제공하여 리튬 석출 위험을 줄일 수 있다.
일부 실시예에서, 양극 극편(11)의 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부(14a)이고, 음극 극편(12)의 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부(14a)에 인접한 제2절곡부(14b)이다. 전극 조립체(10)에는 제1차단재(16)가 구비되고, 제1차단재(16)의 적어도 일부가 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b) 사이에 위치하며, 제1차단재(16)는 제1절곡부(14a)로부터 탈리된 적어도 일부의 이온이 제2절곡부(14b)에 매립되는 것을 차단한다. 제1방향X에서, 제1차단재(16)의 적어도 일단은 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b)를 초과한다.
제1방향X에서, 제1차단재(16)의 일단은 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b)를 초과하고, 제1차단재(16)의 타단은 제1절곡부(14a)를 초과하거나 초과하지 않을 수 있으며, 제2절곡부(14b)를 초과하거나 초과하지 않을 수 있다.
양극 극편(11)에서, 제1절곡부(14a)는 하나 또는 복수개 일 수 있다. 양극 극편(11)에서, 절곡부 전체가 제1절곡부(14a)이거나, 절곡부의 일부가 제1절곡부(14a)일 수 있다. 예를 들어, 양극 극편(11)의 절곡부의 일부가 제1절곡부(14a)이고, 다른 일부는 제3절곡부이며, 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b) 사이에는 제1차단재(16)가 설치되나, 제3절곡부와 양측에 인접한 음극 극편(12)의 절곡부 사이에는 제1차단재(16)가 설치되지 않는다.
음극 극편(12)에서, 제2절곡부(14b)는 하나 또는 복수개 일 수 있다. 음극 극편(12)에서, 절곡부 전체가 제2절곡부(14b)이거나, 절곡부의 일부가 제2절곡부(14b)일 수 있다. 예를 들어, 음극 극편(12)의 절곡부의 일부가 제2절곡부(14b)이고, 다른 일부는 제4절곡부이며, 제2절곡부(14b)와 제1절곡부(14a) 사이에는 제1차단재(16)가 설치되나, 제4절곡부와 양측에 인접한 양극 극편(11)의 절곡부 사이에는 제1차단재(16)가 설치되지 않는다.
제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b) 사이의 제1차단재(16)는 하나 또는 복수개 일 수 있다. 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b) 사이에는 제1차단재(16)만 설치되거나, 또는 제2차단재, 제3차단재 등과 같은 기타 차단재가 설치될 수도 있다.
제1차단재(16)는 그 전체가 절곡 영역 B에 위치하거나, 단지 일부만 절곡 영역 B에 위치할 수도 있다. 예를 들어, 평직 영역 C를 포함하는 전극 조립체의 경우, 제1차단재(16)는 전체가 절곡 영역 B에 위치하거나, 일부는 절곡 영역 B에 위치하고 다른 일부는 평직 영역 C에 위치할 수도 있다.
제1차단재(16)는 양극 극편(11)과 음극 극편(12)에 각각 독립적으로 설치되거나, 양극 극편(11)의 임의의 표면, 음극 극편(12)의 임의의 표면 또는 세퍼레이터(13)에 부접될 수도 있다. 제1차단재(16)가 양극 극편(11)과 음극 극편(12)에 각각 독립적으로 설치되는 것은 제1차단재(16)가 양극 극편(11)과 음극 극편(12)에 각각 분리식으로 적층되는 것을 의미하며, 즉 접착 또는 도포 관계가 아니며, 부접은 접착, 도포 또는 스프레이 도장에 의해 연결되는 것을 의미한다.
제2절곡부는 절곡과정에서 응력집중이 발생하여 음극 활물질의 탈락이 발생할 수 있으며, 음극 활물질의 탈락으로 인하여 제2절곡부의 음극 활물질층의 리튬 매립위치가 제1절곡부의 양극 활물질층에 공급되는 리튬 이온의 양보다 적어, 리튬 석출 현상이 일어날 수 있다. 배터리 셀의 사용 과정에 진동 또는 압력을 받는 경우, 제2절곡부의 음극 활물질층이 절곡된 상태이므로, 제2절곡부의 음극 활물질층이 진동 또는 압력을 받으면, 음극 활물질의 탈락이 발생하기 더욱 쉽다.
본 발명 실시예에서는 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b) 사이에 제1차단재(16)를 설치함으로써, 리튬 석출 현상을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 충전시, 제1절곡부(14a)의 양극 활물질층(112a)으로부터 탈리된 이온의 적어도 일부는 제1차단재(16)에 의해 차단되어, 제1차단재(16)에 의해 차단되는 이온이 제2절곡부(14b)의 음극 활물질층(122)에 매립될 수 없으므로, 제2절곡부(14b)에 음극 활물질의 탈락이 발생할 경우, 리튬 석출 현상의 발생을 감소시킨다. 다시 말해서, 제2절곡부(14b)는 음극 활물질의 탈락으로 인해 리튬 매립 위치가 감소하지만, 제1차단재(16)가 제1절곡부(14a)의 양극 활물질층(112a)으로부터 탈리된 적어도 일부의 이온을 차단하여, 리튬 석출 현상의 발생을 감소시킨다.
본 발명 실시예에서는 제1차단재(16)의 제1방향X에서의 적어도 일단이 제1절곡부(14a) 및 제2절곡부(14b)를 초과하고, 제1차단재(16)의 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b)를 초과하는 부분은 지지 작용을 함으로써, 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b)의 진동폭을 효과적으로 감소시키고, 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b)가 받는 충격을 감소시키며, 활물질의 탈락을 감소시켜 리튬 석출의 발생을 줄이고 배터리 셀의 안전성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명 실시예에서, 제1차단재(16)는 제1절곡부(14a)의 양극 활물질의 탈락과 제2절곡부(14b)의 음극 활물질의 탈락을 감소시킬 뿐만 아니라, 제1절곡부(14a)의 양극 활물질층(112a)에서 탈리되는 적어도 일부의 이온을 차단시킴으로써, 리튬 석출의 발생을 줄이고 배터리 셀의 안전성능을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 제1방향X에서, 제1차단재(16)의 양단은 모두 제1절곡부(14a)를 초과한다.
제1차단재(16)가 제1방향X에서의 일단부는 제1절곡부(14a)가 제1방향X에서의 일단부의 더 바깥쪽 일측에 위치하며, 제1차단재(16)가 제1방향X에서의 타단부는 제1절곡부(14a)가 제1방향X에서의 타단부의 더 바깥쪽 일측에 위치한다.
제1방향X에서, 제1차단재(16)의 일단은 제2절곡부(14b)를 초과하고, 제1차단재(16)의 타단은 제2절곡부(14b)를 초과하거나 초과하지 않을 수 있다.
본 실시예에서, 제1차단재(16)의 제1방향X를 따른 양단은 지지 작용을 하며, 제1절곡부(14a)의 진동 폭을 감소시키고, 제1절곡부(14a)가 받는 충격력을 저하시키고, 활물질의 탈락을 감소시킨다.
일부 실시예에서, 제1방향X에서, 제1차단재(16)의 양단은 제2절곡부(14b)를 초과한다.
제1차단재(16)가 제1방향X에서의 일단부는 제2절곡부(14b)가 제1방향X에서의 일단부의 더 바깥쪽 일측에 위치하며, 제1차단재(16)가 제1방향X에서의 타단부는 제2절곡부(14b)가 제1방향X에서의 타단부의 더 바깥쪽 일측에 위치한다.
본 실시예에서, 제1차단재(16)의 제1방향X를 따른 양단은 지지 작용을 하며, 제2절곡부(14b)의 진동 폭을 감소시키고, 제2절곡부(14b)가 받는 충격력을 저하시키며, 활물질의 탈락을 감소시키고, 리튬 석출의 발생을 줄이고 배터리 셀의 안전성능을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 양극 극편(11)의 적어도 최내측의 하나의 절곡부는 제1절곡부(14a)이고, 음극 극편(12)의 적어도 최내측의 하나의 절곡부는 제2절곡부(14b)이다. 다시 말해서, 절곡 영역 B의 최내측의 2개의 절곡부 사이에 제1차단재(16)가 설치된다.
양극 극편(11)의 최내측의 하나의 절곡부의 절곡 정도가 가장 크고, 즉, 양극 극편(11)의 최내측의 하나의 절곡부의 양극 활물질이 탈락하는 현상이 제일 심각하며, 음극 극편(12)의 최내측의 하나의 절곡부의 절곡 정도가 가장 크고, 즉, 음극 극편(12)의 최내측의 하나의 절곡부의 양극 활물질이 탈락하는 현상이 제일 심각하다. 본 발명 실시예에서는 양극 극편(11)의 적어도 최내측의 하나의 절곡부를 제1절곡부(14a)로 하고, 음극 극편(12)의 적어도 최내측의 하나의 절곡부를 제2절곡부(14b)로 함으로써, 절곡 영역 B의 최내측의 2개의 절곡부 사이의 리튬 석출 현상을 감소시키고, 안전성능을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 음극 극편(12)의 내측에서 외측으로 2개 이상의 절곡부를 제1절곡부(14a)로 하고, 양극 극편(11)의 내측에서 외측으로 2개 이상의 절곡부를 제2절곡부(14b)로 한다. 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b)는 내측에서 외측으로 엇갈리게 배치된다. 인접하는 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b) 사이에는 제1차단재(16)가 설치된다.
일부 실시예에서, 제1차단재(16)의 권취 방향 A을 따른 양단은 모두 절곡 영역 B에 위치한다. 예시적으로, 제1차단재(16)의 권취 방향 A을 따른 양단은 모두 절곡 영역 B와 평직 영역 C의 경계부에 위치하거나, 또는 제1차단재(16)의 권취 방향 A을 따른 양단은 모두 절곡 영역 B와 평직 영역 C의 경계부에 인접한다. 다른 실시예에서, 제1차단재(16)의 권취 방향 A을 따른 일단은 절곡 영역 B에 위치하며, 제1차단재(16)의 권취 방향 A을 따른 타단은 평직 영역 C에 위치한다. 또 다른 실시예에서, 제1차단재(16)의 권취 방향 A을 따른 양단은 모두 평직 영역 C에 위치한다.
일부 실시예에서, 양극 극편(11)은 평직 영역 C에 위치한 제1평직부(15a)와 제1평직부(15a)에 연결된 양극 탭(111b)을 포함하며, 제1평직부(15a)는 제1절곡부(14a)에 연결되고, 양극 탭(111b)은 제1평직부(15a)의 제1방향X을 따른 일단에 연결된다. 제1방향X에서, 제1차단재(16)의 양극 탭(111b)에 가까운 일단은 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b)를 초과한다.
제1평직부(15a)의 제1방향X을 따른 양단은 각각 제1절곡부(14a)의 제1방향X을 따른 양단과 가지런하며, 양극 탭(111b)은 제1평직부(15a)에서 돌출된다.
전극 조립체(10)가 진동할 경우, 양극 탭(111b)이 비교적 얇기 때문에 쉽게 찢어지며, 과전류 능력에 영향준다. 제1차단재(16)의 양극 탭(111b)에 근접한 일단이 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b)를 초과하므로, 제1차단재(16)는 전극 조립체(10)가 양극 탭(111b) 측에서의 진동 폭을 감소시켜, 양극 탭(111b) 이 찢어지는 위험을 줄인다.
일부 실시예에서, 전극 조립체(10)는 제1극편(11)과 제2극편(12)을 격리시키기 위한 세퍼레이터(13)를 더 포함하며, 제1방향X에서, 세퍼레이터(13)의 양단은 모두 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b)를 초과한다.
세퍼레이터(13)가 제1방향X에서의 일단부는 제1절곡부(14a)가 제1방향X에서의 일단부의 더 바깥쪽 일측에 위치하고, 제2절곡부(14b)가 제1방향X에서의 일단부의 더 바깥쪽 일측에 위치하며, 세퍼레이터(13)가 제1방향X에서의 타단부는 제1절곡부(14a)가 제1방향X에서의 타단부의 더 바깥쪽 일측에 위치하고, 제2절곡부(14b)가 제1방향X에서의 타단부의 더 바깥쪽 일측에 위치한다.
본 실시예에서, 세퍼레이터(13)는 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b)를 격리시킬 수 있어, 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b)의 도통 위험을 줄이고 안전성능을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 제1차단재(16)의 공극율은 세퍼레이터(13)의 공극율보다 작다.
본 발명 실시예에서, 제1차단재(16)의 공극율은 세퍼레이터(13)의 공극율보다 작으므로, 제1차단재(16)가 리튬 이온의 통과를 보다 효과적으로 차단할 수 있다. 공극율은 덩어리 모양의 소재에서의 공극 체적과 소재가 자연상태에서의 총 체적의 백분율을 의미한다. 일반적으로, 공극율의 측정 방법은 참밀도 측정 방법이다.
예시적으로, 제1차단재(16)의 공극율은 10%-70%이고, 선택적으로, 제1차단재(16)의 공극율은 20%-60%이다.
일부 실시예에서, 제1차단재(16)의 경도는 세퍼레이터(13)의 경도보다 크다.
제1차단재(16)가 상대적으로 큰 경도를 가지므로, 비교적 큰 충격력을 견딜 수 있으며, 제1차단재(16)가 충격력을 받는 경우에 발생하는 변형을 감소시키고, 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b)의 진동 폭을 효과적으로 감소시켜, 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b)가 받는 충격력을 저하시키고, 활물질의 탈락을 감소시킨다. 예시적으로, 제1차단재(16)의 쇼어 경도는 세퍼레이터(13)의 쇼어 경도보다 크다.
제1차단재(16)가 상대적으로 큰 경도를 가지므로, 세퍼레이터(13)를 지지할 수 있으며, 세퍼레이터(13)의 단부가 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b) 사이로 절곡되는 위험을 감소시킬 수 있다.
제1방향X에서, 세퍼레이터(13)의 일단은 제1차단재(16)를 초과하거나, 또는 제1차단재(16)를 초과하지 않을 수 있으며, 세퍼레이터(13)의 타단은 제1차단재(16)를 초과하거나, 또는 제1차단재(16)를 초과하지 않을 수 있다.
일부 실시예에서, 제1방향X에서, 세퍼레이터(13)의 양단은 제1차단재(16)를 초과한다.
세퍼레이터(13)가 제1방향X에서의 일단부는 제1차단재(16)가 제1방향X에서의 일단부의 더 바깥쪽 일측에 위치하고, 세퍼레이터(13)가 제1방향X에서의 타단부는 제1차단재(16)가 제1방향X에서의 타단부의 더 바깥쪽 일측에 위치한다.
본 실시예에서, 제1차단재(16)는 전극 조립체(10)의 제1방향X에서의 최대 크기를 증가시키지 않고, 전극 조립체(10)의 에너지 밀도를 향상시킨다.
일부 실시예에서, 세퍼레이터(13)의 표면에는 제1차단재가 부접된다.
일부 실시예에서, 제1절곡부(14a)에는 제1차단재(16)가 부접된다.예시적으로, 제1차단재(16)는 접착의 형태로 제1절곡부(14a)의 표면에 부접될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1차단재(16)의 재질은 무기 산화물과 고분자 폴리머 중 적어도 하나를 포함한다. 예시적으로, 무기 산화물은 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO), 뵘석, 규회석, 황산바륨(BaSO4), 황산칼슘(CaSO4), 탄산칼슘(CaCO3), 산화알루미늄(Al2O3) 및 실리카(SiO2) 중 적어도 하나일 수 있으며, 고분자 폴리머는 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 에폭시 수지, 폴리아크릴레이트 및 폴리우레탄 고무 중 적어도 하나일 수 있다.
다른 실시예에서, 제1차단재(16)는 제1베이스층(161)과 제1접착층(162)을 포함한다. 제1접착층(162)은 제1베이스층(161)의 제1절곡부(14a)를 향한 표면에 배치된다. 제1베이스층(161)은 제1본체부(161a)와 제1본체부(161a)에 연결되는 제1지지부(161b)를 포함하며, 제1접착층(162)은 제1본체부(161a)의 적어도 일부를 제1절곡부(14a)에 접착시키며, 제1지지부(161b)는 제1방향X에서 제1절곡부(14a)로부터 돌출된다.
제1베이스층(161)의 재질은 폴리에틸렌 및/또는 에틸렌 비닐 아세테이트 코폴리머(Ethylene Vinyl Acetate Copolymer，EVA)를 포함한다.
제1본체부(161a)는 제1베이스층(161)의 제1절곡부(14a)의 두께 방향에서 제1절곡부(14a)와 중첩되는 부분이다. 이에 대응되게, 제1지지부(161b)는 제1절곡부(14a)의 두께 방향에서 제1절곡부(14a)와 중첩되지 않는 부분이다. 제1본체부(161a)는 제1절곡부(14a)의 양극 활물질층(112a)에서 탈리된 적어도 일부의 이온을 차단하여 리튬 석출의 발생을 감소시킨다. 제1지지부(161b)는 지지 작용을 하여 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b)의 진동 폭을 효과적으로 감소시키고, 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b)가 받는 충격력을 저하시키며, 활물질의 탈락을 감소시켜 리튬 석출의 발생을 감소시키고 배터리 셀의 안전성능을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 제1본체부(161a)는 그 전체가 제1접착층(162)을 통해 제1절곡부(14a)에 접착된다. 다른 실시예에서, 제1본체부(161a)의 일부는 제1접착층(162)을 통해 제1절곡부(14a)에 접착되며, 제1본체부(161a)의 일부에는 제1접착층(162)이 설치되지 않으며 제1절곡부(14a)에 접착되지 않는다.
일부 실시예에서, 제1지지부(161b)의 제1절곡부(14a)를 향한 표면의 적어도 일부에는 제1접착층(162)이 설치되지 않는다. 제1지지부(161b)는 제1절곡부(14a)로부터 돌출되며, 제1절곡부(14a)에 접착될 필요가 없기에, 제1지지부(161b) 표면의 제1접착층(162)은 생략될 수 있어 재료를 절약하고 에너지 밀도를 높일 수 있다. 본 실시예는 또한 제1지지부(161b)가 세퍼레이터(13)에 접착될 가능성을 감소시키고, 제1지지부(161b)의 영향으로 인해 세퍼레이터(13)에 주름이 발생할 위험을 감소시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 국부 단면도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 제1절곡부(14a)의 2개의 표면에는 모두 제1차단재(16)가 부접된다. 예시적으로, 제1절곡부(14a)에는 적어도 2개의 제1차단재(16)가 부접되며, 2개의 제1차단재(16)의 제1본체부(161a)는 각각 제1절곡부(14a)의 양측에 설치되고, 2개의 제1차단재(16)의 제1지지부(161b)에는 모두 제1접착층(162)이 설치되지 않는다. 2개의 제1차단재(16)의 제1본체부(161a)는 제1절곡부(14a)의 2개의 표면에 각각 접착된다.
2개의 제1차단재(16)의 제1본체부(161a)는 각각 제1절곡부(14a)의 양측 양극 활물질층(112a)에서 탈리되는 적어도 일부의 이온을 차단한다. 2개의 제1차단재(16)의 제1지지부(161b)는 양측에서 제1절곡부(14a)를 보호할 수 있으며, 제1절곡부(14a)가 받는 충격력을 저하시킨다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 국부 단면도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 제1지지부(161b)의 제1절곡부(14a)를 향한 표면의 적어도 일부에는 제1접착층(162)이 설치된다. 제1접착층(162)은 필요에 따라 제1지지부(161b)를 설정된 부재에 접착시킨다.
일부 실시예에서, 제1지지부(161b)는 절곡되어 제1절곡부(14a)의 제1방향X을 따른 단부에 접착될 수 있으며, 이로써 제1차단재(16)와 제1절곡부(14a)의 접착면적이 증대되고, 제1차단재(16)가 제1절곡부(14a)로부터 탈락될 위험이 저감된다.
일부 실시예에서, 제1절곡부(14a)의 2개의 표면에는 모두 제1차단재(16)가 부접되며, 2개의 제1차단재(16)의 제1본체부(161a)는 제1절곡부(14a)의 양측에 각각 설치되고, 2개의 제1차단재(16)의 제1지지부(161b)는 제1접착층(162)을 통해 연결된다.
2개의 제1차단재(16)의 제1본체부(161a)는 제1절곡부(14a)의 2개의 표면에 접착된다.
2개의 제1차단재(16)를 제1절곡부(14a)에 접착하기 전에, 하나의 제1차단재(16)의 제1지지부(161b)에는 제1접착층(162)이 설치되고, 다른 하나의 제1차단재(16)의 제1지지부(161b)에는 제1접착층(162)이 설치되지 않으며, 2개의 제1차단재(16)가 제1절곡부(14a)에 접착된 후, 2개의 제1지지부(161b)를 함께 누르면, 하나의 제1접착층(162)은 2개의 제1지지부(161b)를 연결시킨다. 기타 실시예에서, 2개의 제1차단재(16)를 제1절곡부(14a)에 접착하기 전에, 2개의 제1차단재(16)의 제1지지부(161b)에는 제1접착층(162)이 설치되며, 2개의 제1차단재(16)를 제1절곡부(14a)에 접착한 후, 2개의 제1지지부(161b)를 함께 누르면, 2개의 제1접착층(162)을 하나로 접착하여 2개의 제1지지부(161b)를 연결시킨다. 2개의 제1차단재(16)의 제1지지부(161b)는 제1접착층(162)을 통해 서로 연결됨으로써, 2개의 제1차단재(16)가 상호 접착됨으로써, 제1차단재(16)가 제1절곡부(14a)에서 탈락될 위험을 줄이고, 배터리 셀의 수명에 있어서, 제1차단재(16)의 신뢰성을 향상시킨다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 국부 단면도이다.
일부 실시예에서, 전극 조립체(10)는 제2차단재(17)를 더 구비하며, 제2차단재(17)의 적어도 일부는 제1절곡부(14a)와 제2절곡부(14b) 사이에 위치한다. 제1차단재(16)와 제2차단재(17)는 제1방향X을 따라 간격을 두고 설치되며, 제1차단재(16)의 제2차단재(17)를 등진 일단은 제1절곡부(14a)의 일단을 초과하며, 제2차단재(17)의 제1차단재(16)를 등진 일단은 제1절곡부(14a)의 타단을 초과한다.
제1차단재(16)와 제2차단재(17)는 제1절곡부(14a)로부터 탈리되는 적어도 일부의 이온이 제2절곡부(14b)에 매립되는 것을 차단한다.
제1차단재(16)의 제1절곡부(14a)를 초과하는 부분은 지지 작용을 하며, 진동시 제1절곡부(14a)의 일단이 받는 충격력을 저하시키고, 활물질의 탈락을 감소시키며, 제2차단재(17)의 제1절곡부(14a)를 초과하는 부분은 지지 작용을 하며, 진동시 제1절곡부(14a)의 타단이 받는 충격력을 저하시키고, 활물질의 탈락을 감소시킨다.
일부 실시예에서, 제2차단재(17)는 제1절곡부(14a)에 부접된다. 제2차단재(17)와 제1차단재(16)는 동일한 구조가 적용된다. 예시적으로, 제2차단재(17)는 제2베이스층(171)과 제2접착층(172)을 포함한다. 제2접착층(172)은 제2베이스층(171)의 제1절곡부(14a)를 향한 표면에 설치된다.
제2베이스층(171)은 제2본체부(171a)와, 제2본체부(171a)에 연결된 제2지지부(171b)를 포함하며, 제2접착층(172)은 제2본체부(171a)의 적어도 일부를 제1절곡부(14a)에 접착시키며, 제2지지부(171b)는 제1방향X에서 제1절곡부(14a)로부터 돌출된다. 제1절곡부(14a)의 두께 방향에서, 제2본체부(171a)는 제1절곡부(14a)와 중첩된다. 제2본체부(171a)는 제1절곡부(14a)의 양극 활물질층(112a)에서 탈리된 적어도 일부의 이온을 차단하여 리튬 석출의 발생을 감소시킨다. 제2지지부(171b)는 지지 작용을 하여, 제1절곡부(14a)의 진동 폭을 효과적으로 감소시키고, 제1절곡부(14a)가 받는 충격력을 저하시키며, 활물질의 탈락을 감소시킨다.
일부 실시예에서, 제2본체부(171a)는 그 전체가 제2접착층(172)을 통해 제1절곡부(14a)에 접착된다.
일부 실시예에서, 제2지지부(171b)의 제1절곡부(14a)를 향한 표면의 적어도 일부에는 제2접착층(172)이 설치되지 않는다. 다른 실시예에서, 제2지지부(171b)의 제1절곡부(14a)를 향한 표면에도 제2접착층(172)이 설치될 수 있다.
일부 실시예에서, 전극 조립체(10)에는 제3차단재(미도시)가 더 구비되며, 제3차단재는 제1절곡부(14a)에 부접되고, 제1차단재(16)와 제2차단재(17)사이에 위치한다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 국부 구조도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 제2절곡부(14b)의 표면에는 제1차단재(16)가 부접된다. 예시적으로, 제1차단재(16)의 제1본체부는 제2절곡부(14b)의 표면에 접착된다.
다른 실시예에서, 제1절곡부(14a)의 표면과 제2절곡부(14b)의 표면에는 모두 제1차단재(16)가 부접된다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 국부 구조도이다.
일부 실시예에서, 세퍼레이터(13)의 표면에는 제1차단재(16)가 부접된다. 예시적으로, 제1차단재(16)는 그 전체가 세퍼레이터(13)의 표면에 접착된다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 국부 구조도이다.
도 17에 도시된 바와 같이,제1차단재(16)의 권취 방향 A을 따른 일단은 절곡 영역 B에 위치하고, 제1차단재(16)의 권취 방향 A을 따른 타단은 평직 영역 C에 위치한다. 예시적으로, 제1차단재(16)의 권취 방향 A을 따른 일단은 절곡 영역 B과 평직 영역 C의 경계에 인접한다.
예시적으로, 제1차단재(16)는 제1절곡부(14a)와 제1평직부(15a)에 동시에 부접된다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 국부 구조도이다.
도 18에 도시된 바와 같이, 제1차단재(16)의 권취 방향 A을 따른 양단은 모두 평직 영역 C에 위치한다. 예시적으로, 제1차단재(16)는 제1절곡부(14a)와 제1평직부(15a)에 동시에 부접된다.
도 19는 본 발명의 일부 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 제조 방법의 흐름도이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
S100, 양극 극편, 음극 극편과 제1차단재를 공급한다.
S200, 양극 극편과 음극 극편을 권취 방향으로 권취하여 권취 구조를 형성한다.
권취 구조는 절곡 영역을 포함한다. 양극 극편과 음극 극편은 모두 절곡 영역에 위치한 복수개의 절곡부를 포함하며, 양극 극편의 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부이고, 음극 극편의 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부에 인접한 제2절곡부이다. 적어도 일부의 제1차단재는 제1절곡부와 제2절곡부 사이에 위치하고, 제1차단재는 제1절곡부로부터 탈리된 적어도 일부의 이온이 제2절곡부에 매립되는 것을 차단하기 위한 것이다. 제1방향에서, 제1차단재의 적어도 일단은 제1절곡부와 제2절곡부를 초과하고, 제1방향은 권취 방향에 수직된다.
단계 S100는 양극 극편을 공급하는 단계 S110; 음극 극편을 제공하는 단계 S120; 제1차단재를 제공하는 단계 S130; 을 포함한다.
설명해야 될 점은, 상술한 전극 조립체의 제조 방법에 의해 제조된 전극 조립체의 관련 구조는 상술한 각 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체를 참조할 수 있다.
상술한 전극 조립체의 제조 방법을 기반으로 전극 조립체를 조립할 때, 상술한 단계는 순차적으로 수행될 필요가 없으며, 다시 말해서, 상술한 단계는 실시예에 언급된 순서에 따라 수행되거나, 실시예에 언급된 순서와 달리 수행될 수 있으며, 또는 여러 단계가 동시에 수행될 수도 있다. 예를 들면, 단계 S110과 단계 S120의 수행은 선후 순서에 관계없이 동시에 수행될 수 있다.
도 20은 본 발명의 일부 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체의 제조 시스템의 블록도이다.
도 20에 도시된 바와 같이, 본 출원 실시예의 전극 조립체의 제조 시스템(8)은 양극 극편을 공급하기 위한 제1공급장치(81); 음극 극편을 공급하기 위한 제2공급장치(82); 제1차단재를 공급하기 위한 제3공급장치(83); 권취 방향을 따라 음극 극편과 양극 극편을 권취하여 권취 구조를 형성하는 조립장치 (84); 를 포함한다.
권취 구조에는 절곡 영역이 포함된다. 양극 극편과 음극 극편은 모두 절곡 영역에 위치한 복수개의 절곡부를 포함하며, 양극 극편 중 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부이고, 음극 극편 중 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부에 인접된 제2절곡부이다. 적어도 일부의 제1차단재는 제1절곡부와 제2절곡부 사이에 위치하고, 제1차단재는 제1절곡부로부터 탈리된 적어도 일부 이온이 제2절곡부에 매립되는 것을 차단하기 위한 것이다. 제1방향에서, 제1차단재의 적어도 일단은 제1절곡부와 제2절곡부를 초과하고, 제1방향은 권취 방향에 수직된다.
상술한 제조 시스템에 의해 제조된 전극 조립체의 관련 구조는 상술한 각 실시예에 의해 제공되는 전극 조립체를 참조할 수 있다.
설명해야 될 점은, 서로 충돌하지 않는 한, 본 발명 실시예 및 실시예의 특징은 서로 조합될 수 있다.
마지막으로, 상술한 실시예는 단지 본 발명의 기술적 솔루션에 대한 설명일 뿐이며, 본 발명을 제한하려는 것이 아니다. 이상 실시예를 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 설명했으나, 당업자들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 전제하에 다양한 수정이 이루어질 수 있고 균등물로 그 일부를 대체할 수 있음을 이해할 수 있다. 이러한 수정 또는 대체는 본 발명 각 실시예의 기술적 솔루션의 사상과 범위를 벗어나지 않는다.

Claims (23)

  1. 양극 극편과 음극 극편을 포함하는 전극 조립체에 있어서,
    상기 양극 극편과 상기 음극 극편은 권취 방향을 따라 권취되어 권취 구조를 형성하고, 상기 권취 구조는 절곡 영역을 포함하며;
    상기 양극 극편과 상기 음극 극편은 모두 상기 절곡 영역에 위치하는 복수개의 절곡부를 포함하고, 상기 양극 극편 중 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부이고, 상기 음극 극편 중 적어도 하나의 절곡부는 상기 제1절곡부에 인접한 제2절곡부이며;
    상기 전극 조립체에는 제1차단재가 설치되고, 적어도 일부의 상기 제1차단재는 상기 제1절곡부와 상기 제2절곡부 사이에 위치하며, 상기 제1차단재는 상기 제1절곡부로부터 탈리된 적어도 일부의 이온이 상기 제2절곡부에 매립되는 것을 차단하며;
    제1방향에서, 상기 제1차단재의 적어도 일단은 상기 제1절곡부 및 상기 제2절곡부를 초과하고, 상기 제1방향은 상기 권취 방향에 수직되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1절곡부에는 상기 제1차단재가 부접되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1차단재는 제1베이스층과 제1접착층을 포함하고, 상기 제1접착층은 상기 제1베이스층의 상기 제1절곡부를 향한 표면에 배치되며;
    상기 제1베이스층은 제1본체부와 상기 제1본체부에 연결되는 제1지지부를 포함하며, 상기 제1접착층은 상기 제1본체부의 적어도 일부를 상기 제1절곡부에 접착시키며, 상기 제1지지부는 상기 제1방향에서 상기 제1절곡부로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1지지부의 상기 제1절곡부를 향한 표면의 적어도 일부에는 상기 제1접착층이 설치되지 않는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1절곡부의 2개의 표면에는 모두 상기 제1차단재가 부접되며, 2개의 상기 제1차단재의 상기 제1본체부는 상기 제1절곡부의 양측에 각각 설치되고, 2개의 상기 제1차단재의 상기 제1지지부에는 상기 제1접착층이 설치되지 않는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1지지부의 상기 제1절곡부를 향한 표면의 적어도 일부에는 상기 제1접착층이 설치되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1절곡부의 2개의 표면에는 모두 상기 제1차단재가 부접되고, 2개의 상기 제1차단재의 상기 제1본체부는 각각 상기 제1절곡부의 양측에 설치되고, 2개의 상기 제1차단재의 상기 제1지지부는 상기 제1접착층을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  8. 제1내지 7항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 제1방향에서, 상기 제1차단재의 양단은 모두 상기 제1절곡부를 초과하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1방향에서, 상기 제1차단재의 양단은 모두 상기 제2절곡부를 초과하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  10. 제1내지 7항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 제2차단재를 더 구비하며, 상기 제2차단재의 적어도 일부는 상기 제1절곡부와 상기 제2절곡부 사이에 위치하며;
    상기 제1차단재와 상기 제2차단재는 상기 제1방향을 따라 간격을 두고 설치되며, 상기 제1차단재의 상기 제2차단재를 등진 일단은 상기 제1절곡부의 일단을 초과하며, 상기 제2차단재의 상기 제1차단재를 등진 일단은 상기 제1절곡부의 타단을 초과하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  11. 제1내지 10항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상기 제1극편과 상기 제2극편을 격리시키기 위한 세퍼레이터를 더 포함하며, 상기 제1방향에서, 상기 세퍼레이터의 양단은 모두 상기 제1절곡부와 상기 제2절곡부를 초과하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1차단재의 공극율은 상기 세퍼레이터의 공극율보다 작은 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  13. 제11 또는 12 항에 있어서,
    상기 제1차단재의 경도는 상기 세퍼레이터의 경도보다 큰 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  14. 제11 내지 13항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 제1방향에서, 상기 세퍼레이터의 양단은 상기 제1차단재를 초과하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  15. 제11 내지 14항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터의 표면에는 상기 제1차단재가 부접되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  16. 제1내지 15항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 권취 구조는 상기 절곡 영역에 연결된 평직 영역을 더 포함하며;
    상기 제1차단재의 상기 권취 방향을 따른 양단이 모두 상기 절곡 영역에 위치하거나, 또는, 상기 제1차단재의 상기 권취 방향을 따른 일단이 절곡 영역에 위치하고 상기 제1차단재의 상기 권취 방향을 따른 타단은 상기 평직 영역에 위치하며, 또는 상기 제1차단재의 상기 권취 방향을 따른 양단이 모두 상기 평직 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 양극 극편은 상기 평직 영역에 위치한 제1평직부와 상기 제1평직부에 연결된 양극 탭을 포함하며, 상기 제1평직부는 상기 제1절곡부에 연결되고, 양극 탭은 상기 제1평직부의 상기 제1방향을 따른 일단에 연결되며;
    상기 제1방향에서, 상기 제1차단재의 상기 양극 탭에 가까운 일단은 상기 제1절곡부와 상기 제2절곡부를 초과하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  18. 제1내지 17항 중 임의의 한 항에 있어서,
    상기 양극 극편의 적어도 최내측의 하나의 절곡부는 상기 제1절곡부이고, 상기 음극 극편의 적어도 최내측의 하나의 절곡부는 상기 제2절곡부인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  19. 배터리 셀에 있어서, 외각과 제1내지 18항 중 임의의 한 항에 따른 전극 조립체를 포함하며, 상기 전극 조립체는 상기 외각에 수용되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  20. 배터리에 있어서, 케이스와 제19항에 따른 배터리 셀을 포함하며,상기 배터리 셀은 케이스에 수용되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  21. 전기 장치에 있어서, 제20항에 따른 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 에너지를 제공하는 것을 특징으로 하는 전기 장치.
  22. 전극 조립체의 제조 방법에 있어서,
    양극 극편, 음극 극편과 제1차단재를 공급하는 단계;
    상기 양극 극편과 상기 음극 극편을 권취 방향으로 권취하여 권취 구조를 형성하는 단계; 를 포함하며,
    상기 권취 구조는 절곡 영역을 포함하며;
    상기 양극 극편과 상기 음극 극편은 모두 상기 절곡 영역에 위치한 복수개의 절곡부를 포함하며, 상기 양극 극편의 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부이고, 상기 음극 극편의 적어도 하나의 절곡부는 상기 제1절곡부에 인접한 제2절곡부이며;
    적어도 일부의 상기 제1차단재는 상기 제1절곡부와 상기 제2절곡부 사이에 위치하고, 상기 제1차단재는 상기 제1절곡부로부터 탈리된 적어도 일부의 이온이 상기 제2절곡부에 매립되는 것을 차단하기 위한 것이며;
    제1방향에서, 상기 제1차단재의 적어도 일단은 상기 제1절곡부와 상기 제2절곡부를 초과하고, 상기 제1방향은 상기 권취 방향에 수직되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조 방법.
  23. 전극 조립체의 제조 시스템에 있어서,
    양극 극편을 공급하기 위한 제1공급장치;
    음극 극편을 공급하기 위한 제2공급장치;
    제1차단재를 공급하기 위한 제3공급장치;
    권취 방향을 따라 상기 음극 극편과 상기 양극 극편을 권취하여 권취 구조를 형성하는 조립장치; 를 포함하며;
    상기 권취 구조에는 절곡 영역이 포함되고;
    상기 양극 극편과 상기 음극 극편은 모두 상기 절곡 영역에 위치한 복수개의 절곡부를 포함하며, 상기 양극 극편 중 적어도 하나의 절곡부는 제1절곡부이고, 상기 음극 극편 중 적어도 하나의 절곡부는 상기 제1절곡부에 인접된 제2절곡부이며;
    적어도 일부의 상기 제1차단재는 상기 제1절곡부와 상기 제2절곡부 사이에 위치하고, 상기 제1차단재는 상기 제1절곡부로부터 탈리된 적어도 일부 이온이 상기 제2절곡부에 매립되는 것을 차단하기 위한 것이며;
    제1방향에서, 상기 제1차단재의 적어도 일단은 상기 제1절곡부와 상기 제2절곡부를 초과하고, 상기 제1방향은 상기 권취 방향에 수직되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조 시스템.
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