KR20230100580A - 전극 조립체 및 2차 전지 - Google Patents
전극 조립체 및 2차 전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230100580A KR20230100580A KR1020220099160A KR20220099160A KR20230100580A KR 20230100580 A KR20230100580 A KR 20230100580A KR 1020220099160 A KR1020220099160 A KR 1020220099160A KR 20220099160 A KR20220099160 A KR 20220099160A KR 20230100580 A KR20230100580 A KR 20230100580A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- current collector
- current collectors
- electrode assembly
- uncoated
- current
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 90
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 claims description 64
- 238000007600 charging Methods 0.000 description 22
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 LiNiMnCoAlO2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910032387 LiCoO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910011279 LiCoPO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052493 LiFePO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003005 LiNiO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002097 Lithium manganese(III,IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 238000010277 constant-current charging Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910001317 nickel manganese cobalt oxide (NMC) Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920013716 polyethylene resin Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
- H01M50/509—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the type of connection, e.g. mixed connections
- H01M50/512—Connection only in parallel
-
- 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
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
-
- 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
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/411—Organic material
- H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
-
- 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
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
-
- 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
-
- 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
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
- H01M50/548—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on opposite sides of the cell
-
- 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)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
교차로 적층되어 있는 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 위치하는 분리막을 포함하는 전극 조립체에서 복수의 집전체는 각 집전체에 형성된 병렬 연결용 탭을 통해 동일한 극성끼리 연결되어 있고, 복수의 집전체 중 한 쌍의 집전체에는 리드 연결용 탭이 형성되어 있고, 리드 연결용 탭이 형성된 한 쌍의 집전체 중 하나의 집전체는 에너지 물질이 미코팅될 수 있다.
Description
본 발명은 플렉시블한 환경에서 굽힘 내구성 및 효과적인 전자 흐름을 향상시키는 구조의 전극 조립체를 갖는 2차 전지에 대한 것이다.
일반적인 전기화학셀은 금속박 형태를 갖는 집전체에 에너지 물질이 코팅된 합제가 포함된 전극으로 구성된다. 여기서, 집전체는 전기화학셀 내부의 전기화학 반응에 의해 발생하는 전자를 이동시키는 통로 역할을 한다. 이러한, 집전체는 전기화학셀 내부에서 발생된 전자를 충분히 모으고 이동시킬 수 있는 전자전도성을 가져야 한다.
도 1을 참조하면, 일반적인 전극 조립체는 상이한 극성을 갖는 한 쌍의 집전체(101, 103)가 교차로 적층되어 제작되고, 전극 조립체를 구성하는 복수의 집전체는 각 집전체의 일측에 형성된 탭(105, 107)을 통해 연결됨으로써 병렬연결된다. 전극 조립체의 음극 집전체에는 음극의 탭(105)이 구비되고, 전극 조립체의 양극 집전체에는 양극의 탭(107)이 구비된다. 그리고, 탭(105, 107)에는 전극 리드가 연결된다.
일반적인 리튬이차전지용 전극은 양극 집전체 및 음극 집전체를 포함한다. 여기서, 양극 집전체는 알루미늄 포일을 사용하고, 음극의 집전체는 구일 포일을 사용한다.
순수한 알루미늄 포일이나 구리 포일의 경우, 비저항이 2.65*
Ω·cm 내지 1.68*
Ω·cm로 알려져 있다. 이와 같이, 알루미늄 포일이나 구리 포일은 상대적으로 낮은 비저항을 갖는다.
한편, 높은 비저항을 갖는 재료의 도입이 필요한 경우가 있는데 일 예로 플렉시블 배터리가 있다. 플렉시블 배터리의 경우, 전기적 특성의 요구 수준에 비해 물리적 특성의 요구 수준이 높기 때문에, 저항이 상대적으로 높더라도 고강도의 재료를 사용해야 한다.
높은 비저항성이 필요한 플렉시블 배터리를 제조하기 위해, 종래의 전기화학셀의 금속박 형태에 물리적 취성이 뛰어난 신규 물질을 사용하거나, 전도성 부직포 형태 또는 전도성 층을 지닌 폴리머 필름형태 등의 새로운 형태의 재료를 사용하기도 한다.
이와 같은 새로운 소재들은 종래의 전기화학셀에 사용하는 집전체보다 상대적으로 높은 비저항을 지니게 되며, 높은 비저항을 지닌 재료가 전극집전체로 적용되었을 때, 전기화학셀 내부에서 전자흐름의 병목이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 분리막을 통해 교차로 적층되는 복수의 집전체를 갖는 전극 조립체에서 복수의 집전체는 각 집전체에 형성된 병렬 연결용 탭을 통해 동일한 극성끼리 연결되도록 구성되고, 복수의 집전체 중 리드 연결용 탭이 형성된 한 쌍의 집전체의 하나는 에너지 물질이 미코팅되어 있도록 함으로써 빠른 속도로 충방전이 가능하도록 하면서 내구성 및 안정성을 확보하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 교차로 적층되어 있는 복수의 집전체 및 상기 복수의 집전체 사이에 위치하는 분리막을 포함하는 전극 조립체에서 상기 복수의 집전체는 상기 각 집전체에 형성된 병렬 연결용 탭을 통해 동일한 극성끼리 연결되어 있고, 상기 복수의 집전체 중 한 쌍의 집전체에는 리드 연결용 탭이 형성되어 있고, 상기 리드 연결용 탭이 형성된 한 쌍의 집전체 중 하나의 집전체는 에너지 물질이 미코팅되어있다.
본 발명의 제 2 측면에 따른 2 차 전지는 교차로 적층되어 있는 복수의 집전체 및 상기 복수의 집전체 사이에 위치하는 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 수용하는 외장재를 포함하고, 상기 복수의 집전체는 상기 각 집전체에 형성된 병렬 연결용 탭을 통해 동일한 극성끼리 연결되어 있고, 상기 복수의 집전체 중 한 쌍의 집전체에는 리드 연결용 탭이 형성되어 있고, 상기 리드 연결용 탭이 형성된 한 쌍의 집전체 중 하나의 집전체는 에너지 물질이 미코팅되어 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
본 발명에 따르면, 분리막을 통해 교차로 적층되는 복수의 집전체를 갖는 전극 조립체에서 복수의 집전체는 각 집전체에 형성된 병렬 연결용 탭을 통해 동일한 극성끼리 연결되도록 구성되고, 복수의 집전체 중 리드 연결용 탭이 형성된 한 쌍의 집전체의 하나는 에너지 물질이 미코팅되어 있도록 함으로써 빠른 속도로 충방전이 가능하도록 하면서 내구성 및 안정성을 확보할 수 있다.
도 1은 일반적인 전극 조립체를 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 2차 전지에 포함된 전극 조립체를 구성하는 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 배치된 분리막의 배치 구조를 보인다.
도 3a 내지 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 2차 전지에 포함된 전극 조립체를 구성하는 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 배치된 분리막의 배치 구조를 보인다.
도 4a 내지 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 2차 전지에 포함된 전극 조립체를 구성하는 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 배치된 분리막의 배치 구조를 보인다.
도 5a 내지 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 2차 전지에 포함된 전극 조립체를 구성하는 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 배치된 분리막의 배치 구조를 보인다.
도 6a 내지 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 2차 전지에 포함된 전극 조립체를 구성하는 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 배치된 분리막의 배치 구조를 보인다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리의 충전 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 2차 전지에 포함된 전극 조립체를 구성하는 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 배치된 분리막의 배치 구조를 보인다.
도 3a 내지 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 2차 전지에 포함된 전극 조립체를 구성하는 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 배치된 분리막의 배치 구조를 보인다.
도 4a 내지 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 2차 전지에 포함된 전극 조립체를 구성하는 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 배치된 분리막의 배치 구조를 보인다.
도 5a 내지 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 2차 전지에 포함된 전극 조립체를 구성하는 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 배치된 분리막의 배치 구조를 보인다.
도 6a 내지 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 2차 전지에 포함된 전극 조립체를 구성하는 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 배치된 분리막의 배치 구조를 보인다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리의 충전 방식을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 플렉시블 전지에 대하여 설명하기로 한다.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
또한, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2a 내지 2b는 본 발명에 따른 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 배치된 분리막의 배치 구조를 갖는 전극 조립체의 제 1 실시예이다.
도 2a를 참조하면, 전극 조립체(20)는 교차로 적층되어 있는 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 위치하는 분리막을 포함할 수 있다.
복수의 집전체는 복수의 음극의 집전체 및 복수의 양극의 집전체가 서로 교차로 적층된 구조를 갖는다. 복수의 집전체 각각은 에너지 물질로 코팅된 집전체일 수 있다. 각 집전체는 예를 들어, 비저항이 7*
Ω·cm 이상인 재료로 이루어진 집전체일 수 있다.
각 집전체 상의 양면 또는 단면에는 에너지 물질로 코팅된 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 양극 에너지 물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiNiMnCoO2, LiNiMnCoAlO2, LiCoPO4, LiFePO4 및 상기 물질을 2개 이상 포함하는 복합물질일 수 있다. 음극 에너지 물질은 Graphite, Carbon, Silicon, Silicon oxide, Lithium metal 및 상기 물질을 2개 이상 포함하는 복합물질일 수 있다.
복수의 집전체 중 한 쌍의 집전체(201, 203)에는 리드 연결용 탭(211, 213)이 형성되어 있고, 리드 연결용 탭(211, 213)을 통해 전극 리드(205, 207)가 연결되어 있다. 예를 들어, 한 쌍의 집전체(201, 203) 중 음극의 집전체(201)에는 음극 리드 연결용 탭(211)이 구비되고, 양극의 집전체(203)에는 양극 리드 연결용 탭(213)이 구비될 수 있다.
복수의 집전체의 일단부에는 병렬 연결용 탭(209)이 형성되어 있다. 복수의 음극의 집전체 및 복수의 양극의 집전체의 일단부에 형성된 병렬 연결용 탭(209)은 동일한 극성의 집전체들을 서로 전기적으로 병렬 연결하게 한다. 또한, 전극 조립체(20)는 복수의 음극 집전체 및 복수의 양극 집전체 일단부에서 병렬 연결용 탭(209)을 통해 연결됨으로써 고정될 수 있다.
한 쌍의 집전체(201, 203)에 형성된 리드 연결용 탭(211, 213)은 병렬 연결용 탭(209)이 형성된 일단부의 위치와 반대되는 타단부에 구비될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 분리막은 다공성 고분자 필름(22)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다공성 고분자 필름은 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리메틸메타아크릴레이트 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 셀룰로오스 및 상기 수지들의 유도체 및 혼합수지를 포함할 수 있다.
분리막을 사이에 두고 음극의 코팅집전체와 양극의 코팅집전체가 연속적으로 적층된 상태에서, 분리막은 각각의 코팅집전체를 감싸도록 지그재그 적층 형태로 배치될 수 있다.
기존의 음극판과 양극판이 단순히 적층되는 방식은 외부의 굽힘 및 비틀림 등에 의해 전극 조립체 내의 전극과 분리막들의 이탈과 오정렬에 의해 리튬 석출 및 내부 단락 문제가 발생하여 안전성이 떨어진다. 하지만 본 발명에서는 분리막에 대한 지그재그 적층 방식과 병렬 연결용 탭들이 전극 조립체 내 집전체들을 잡아주기 때문에 플렉시블한 환경에서도 이탈과 오정렬을 최소화하는 효과가 있다.
한편, 플렉시블 배터리의 제조과정에 제 1 실시예에 따른 전극 조립체(20)를 사용하게 되면, 전극 조립체(20) 내 높은 비저항을 갖는 집전체들 및 전극 조립체(20)의 구조적인 특징(리드 연결용 탭(211, 213)과 병렬 연결용 탭(209)이 정반대되는 위치에 형성된다는 점)으로 인해 충방전시 전극 조립체의 병렬 연결용 탭(209)에서 전류 병목 현상이 발생할 수 있다.
전류 병목 현상이 발생하는 환경에서 전극 조립체는 내부의 온도 상승에 의한 안전성 상의 문제가 발생할 뿐 아니라, 장기적으로는 급격한 성능저하로까지 이어지게 된다.
본 발명은 이하에서 설명될 도 3a 내지 6b를 통해 미코팅된 집전체를 전극 조립체의 최외곽에 추가 배치함으로써 전류 병목현상 문제를 해결할 수 있다.
도 3a 내지 3b는 본 발명에 따른 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 배치된 분리막의 배치 구조를 갖는 전극 조립체의 제 2 실시예이다.
도 3a를 참조하면, 전극 조립체(30)는 교차로 적층되어 있는 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 위치하는 분리막을 포함할 수 있다.
전극 조립체(30)를 구성하는 복수의 집전체는 복수의 음극 집전체 및 복수의 양극 집전체가 서로 교차로 적층된 구조를 갖는다.
복수의 집전체는 에너지 물질이 코팅되어 있지 않은 하나의 미코팅된 집전체 및 복수의 에너지 물질로 코팅된 집전체를 포함할 수 있다.
하나의 미코팅된 집전체를 제외한 나머지 집전체들 상의 양면 또는 단면에는 에너지 물질이 코팅될 수 있다.
각 집전체는 예를 들어, 비저항이 7*
Ω·cm 이상인 재료로 이루어진 집전체일 수 있다.
미코팅된 집전체는 예를 들어, 알루미늄을 주성분으로 하는 집전체일 수 있고, 코팅된 집전체는 예를 들어, 스테인레스 스틸 물질로 이루어진 집전체일 수 있다.
각 집전체의 두께는 예를 들어, 30 마이크로미터(micrometer) 이하로 제작될 수 있다.
복수의 집전체 중 한 쌍의 집전체(301, 303)에는 리드 연결용 탭(311, 313)이 형성되어 있고, 리드 연결용 탭(311, 313)을 통해 전극 리드(305, 307)와 연결될 수 있다. 이 경우, 리드 연결용 탭(311, 313)이 형성된 한쌍의 집전체는 전극 조립체(30)의 최외곽에 배치될 수 있다.
리드 연결용 탭(311, 313)이 형성된 한 쌍의 집전체(301, 303) 중 하나의 집전체는 에너지 물질이 미코팅된 집전체일 수 있다. 즉, 미코팅된 집전체는 전극 조립체(30)의 최외곽에 배치되어 있다.
리드 연결용 탭(311, 313)이 형성된 한 쌍의 집전체(301, 303) 중 미코팅된 집전체(301)와 인접하여 적층된 집전체(303)는 미코팅된 집전체(301)와 상이한 극성을 가지고, 에너지 물질이 코팅될 수 있다. 즉, 전극 조립체의 제 2 실시예에서는 전극 조립체에 포함되는 복수의 집전체 중 최외곽에 배치된 집전체만 에너지 물질이 미코팅되어 있고, 나머지 집전체에는 에너지 물질이 코팅되어 있다.
예를 들어, 한 쌍의 집전체(301, 303) 중 에너지 물질이 미코팅된 집전체(301)는 양극의 극성을 갖는 집전체이고, 에너지 물질이 코팅된 집전체(303)는 음극의 극성을 갖는 집전체일 수 있다. 이에 따라, 리드 연결용 탭(311, 313)이 형성된 한 쌍의 집전체(301, 303) 중 에너지 물질이 미코팅된 집전체(301)에는 양극 리드 연결용 탭(311)이 구비되고, 에너지 물질이 코팅된 집전체(303)에는 음극 리드 연결용 탭(313)이 구비될 수 있다.
복수의 집전체의 일단부에는 병렬 연결용 탭(309)이 형성되어 있다. 복수의 음극의 집전체 및 복수의 양극의 집전체의 일단부에 형성된 병렬 연결용 탭(309)은 동일한 극성의 집전체들을 서로 전기적으로 병렬 연결하게 한다. 또한, 전극 조립체(30)는 복수의 음극의 집전체 및 복수의 양극의 집전체 일단부에서 병렬 연결용 탭(309)을 통해 연결됨으로써 고정될 수 있다.
한 쌍의 집전체(301, 303)에 형성된 리드 연결용 탭(311, 313)은 병렬 연결용 탭(309)이 형성된 일단부의 반대에 위치하는 복수의 집전체의 타단부에 형성될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 분리막은 다공성 고분자 필름(32-1, 32-3, 32-5, 32-7, 32-9) 및 비다공성 고분자 필름(34-1, 34-3)을 포함할 수 있다.
복수의 집전체 사이에 위치하는 분리막은 서로 상이한 극성을 갖는 복수의 집전체가 연속적으로 적층된 상태에서 각 집전체를 감싸도록 지그재그 적층 형태로 배치될 수 있다.
다공성 고분자 필름(32-1, 32-3, 32-5, 32-7)은 복수의 집전체 중 에너지 물질이 코팅된 적어도 하나의 집전체 사이에 배치되고, 비다공성 고분자 필름(34-1, 34-3)은 미코팅된 집전체(301)의 주변에 배치될 수 있다.
서로 다른 극성을 갖는 에너지 물질이 코팅된 집전체들은 다공성 고분자 필름(32-1, 32-3, 32-5, 32-7)을 경계로 하여 대면하도록 배치되며, 미코팅된 집전체(301)는 비다공성 고분자 필름(34-3)을 경계로 하여 서로 다른 극성의 에너지 물질이 코팅된 집전체(303)와 대면하도록 배치될 수 있다.
전극 조립체의 제 2 실시예에서는 상이한 극성을 가지는 미코팅된 집전체(301) 및 코팅된 집전체(303)가 인접하여 적층될 수 있다. 이 경우, 제 2 실시예에 따른 전극 조립체(30)에 포함된 분리막 중 인접하여 적층된 상이한 극성의 미코팅된 집전체(301) 및 코팅된 집전체(303) 사이에 위치하는 분리막은 비다공성 고분자 필름(34-3)일 수 있다.
비다공성 고분자 필름(34-1, 34-3)의 녹는점은 다공성 고분자 필름(32-1, 32-3, 32-5, 32-7, 32-9)의 녹는점보다 높을 수 있다.
비다공성 고분자 필름(34-1, 34-3)은 미코팅된 집전체(301)와 분리되어 있을 수 있으나, 비다공성 고분자 필름(34-1, 34-3)의 일면에 접착체를 포함하도록 함으로써 비다공성 고분자 필름(34-1, 34-3)이 미코팅된 집전체(301)와 접착될 수도 있다.
비다공성 고분자 필름(34-1, 34-3)은 비다공성 고분자 필름(34-1, 34-3)과 마주하는 미코팅된 집전체(301)는 전극 조립체(30)의 최외곽에 배치될 수 있다.
전극 조립체(30)의 최외곽에 배치된 미코팅된 집전체(301)는 비다공성 고분자 필름(34-3)을 사이에 두고 인접하여 배치된 상이한 극성을 갖는 코팅된 집전체(303)와 전기적으로 절연됨으로써 전극 조립체(30)가 빠른 속도로 충방전되더라도 안정적인 성능을 제공할 수 있고, 안정성까지 확보할 수 있다.
제 2 실시예에 따른 전극 조립체(30)의 구조는 대전류에서 저항이 많이 발생하는 양극의 문제를 해결하기 위해, 전극 조립체(30)의 최외곽에 양극의 미코팅된 집전체(301)를 배치함으로써 플렉시블 배터리의 충방전 과정에서 대전류의 흐름에 대한 저항 발생을 최소화하면서 전류 병목 현상 문제를 해결할 수 있다.
또한, 미코팅된 집전체(301)를 전극 조립체(30)의 최외곽에 배치함으로써 곡률반경에 의한 영향을 가장 크게 받는 최외곽 전극의 기계적 내구성을 강화할 수 있다.
도 4a 내지 4b는 본 발명에 따른 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 배치된 분리막의 배치 구조를 갖는 전극 조립체의 제 3 실시예이다.
도 4a를 참조하면, 전극 조립체(40)는 교차로 적층되어 있는 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 위치하는 분리막을 포함할 수 있다.
전극 조립체(40)를 구성하는 복수의 집전체는 복수의 음극 집전체 및 복수의 양극 집전체가 서로 교차로 적층된 구조를 갖는다.
복수의 집전체는 에너지 물질이 코팅되어 있지 않은 두 개의 미코팅된 집전체 및 복수의 에너지 물질로 코팅된 집전체를 포함할 수 있다.
두 개의 미코팅된 집전체를 제외한 나머지 집전체들 상의 양면 또는 단면에는 에너지 물질이 코팅될 수 있다.
각 집전체는 예를 들어, 비저항이 7*
Ω·cm 이상인 재료로 이루어진 집전체일 수 있다.
각 집전체의 두께는 예를 들어, 30 마이크로미터(micrometer) 이하로 제작될 수 있다.
복수의 집전체 중 한 쌍의 집전체(401, 403)에는 리드 연결용 탭(413, 415)이 형성되어 있고, 리드 연결용 탭(413, 415)을 통해 전극 리드(405, 407)와 연결될 수 있다. 리드 연결용 탭(413, 415)이 형성된 한쌍의 집전체는 전극 조립체(40)의 최외곽에 배치될 수 있다.
리드 연결용 탭(413, 415)이 형성된 한 쌍의 집전체(401, 403) 중 미코팅된 집전체와 인접하여 적층된 집전체는 미코팅된 집전체와 상이한 극성을 가지고 에너지 물질이 미코팅된 집전체일 수 있다. 즉, 리드 연결용 탭(413, 415)이 형성된 한 쌍의 집전체(401, 403) 모두는 에너지 물질이 코팅되어 있지 않은 미코팅된 집전체이다.
예를 들어, 리드 연결용 탭(413, 415)이 형성된 한 쌍의 집전체(401, 403)는 서로 다른 극성을 갖는 집전체이므로 한 쌍의 미코팅된 집전체(401, 403) 중 음극의 미코팅 집전체(401)에는 음극 리드 연결용 탭(413)이 구비되고, 양극의 미코팅 집전체(403)에는 양극 리드 연결용 탭(415)이 구비된다.
예를 들어, 한 쌍의 미코팅된 집전체(401, 403) 중 음극의 미코팅 집전체(401)는 전극 조립체(40)의 최외곽에 배치될 수 있다.
리드 연결용 탭(413, 415)이 형성된 한 쌍의 미코팅된 집전체(401, 403) 중 양극의 미코팅된 집전체(403)와 인접하여 적층된 집전체(409)는 양극의 미코팅된 집전체(403)와 상이한 극성을 가지고, 에너지 물질이 코팅될 수 있다.
즉, 전극 조립체의 제 3 실시예에서는 전극 조립체에 포함되는 복수의 집전체 중 최외곽에 배치된 한쌍의 집전체만 에너지 물질이 미코팅되어 있고, 나머지 집전체에는 에너지 물질이 코팅되어 있다.
한 쌍의 미코팅된 집전체(401, 403)와 인접하여 적층된 적어도 하나의 에너지 물질이 코팅된 집전체는 서로 상이한 극성을 가진다.
복수의 집전체의 일단부에는 병렬 연결용 탭(411)이 형성되어 있다.
리드 연결용 탭(413, 415)이 형성된 한 쌍의 미코팅된 집전체(401, 403)에는 코팅된 집전체와 연결하기 위한 병렬 연결용 탭이 구비되어 있고, 에너지 물질이 코팅된 집전체에도 전극과 연결하기 위한 병렬 연결용 탭이 구비되어 있다.
복수의 음극 집전체 및 복수의 양극 집전체의 일단부에 형성된 병렬 연결용 탭(411)은 동일한 극성의 집전체들을 서로 전기적으로 병렬 연결하게 한다.
또한, 전극 조립체(40)는 복수의 음극 집전체 및 복수의 양극 집전체 일단부에서 병렬 연결용 탭(411)을 통해 연결됨으로써 고정될 수 있다.
한 쌍의 미코팅된 집전체(401, 403)에 형성된 리드 연결용 탭(413, 415)은 병렬 연결용 탭(411)이 형성된 일단부의 반대에 위치하는 집전체의 타단부에 형성될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 분리막은 다공성 고분자 필름(42-1, 42-3, 42-5, 42-7, 42-9) 및 비다공성 고분자 필름(44-1, 44-3, 44-5)을 포함할 수 있다.
복수의 집전체 사이에 위치하는 분리막은 서로 상이한 극성을 갖는 복수의 집전체가 연속적으로 적층된 상태에서 각 집전체를 감싸도록 지그재그 적층 형태로 배치될 수 있다.
다공성 고분자 필름(42-1, 42-3, 42-5, 42-7)은 복수의 집전체 중 에너지 물질이 코팅된 적어도 하나의 집전체 사이에 배치되고, 비다공성 고분자 필름(44-1, 44-3, 44-5)은 미코팅된 집전체의 주변에 배치될 수 있다.
서로 다른 극성을 갖는 에너지 물질이 코팅된 집전체들은 다공성 고분자 필름(42-3, 42-5, 42-7)을 경계로 하여 대면하도록 배치되며, 서로 다른 극성의 미코팅된 집전체들(401, 403)은 비다공성 고분자 필름(44-3)을 경계로하여 대면하도록 배치될 수 있다.
전극 조립체의 제 3 실시예에서는 상이한 극성을 가지는 미코팅된 집전체(403) 및 코팅된 집전체(409)가 인접하여 적층될 수 있다. 이 경우, 제 3 실시예에 따른 전극 조립체(40)에 포함된 분리막 중 인접하여 적층된 상이한 극성의 미코팅된 집전체(403) 및 코팅된 집전체(409) 사이에 위치하는 분리막은 비다공성 고분자 필름(44-5)일 수 있다.
비다공성 고분자 필름(44-1, 44-3, 44-5)의 녹는점은 다공성 고분자 필름(42-1, 42-3, 42-5, 42-7, 42-9)의 녹는점보다 높을 수 있다.
비다공성 고분자 필름(44-1, 44-3, 44-5)은 미코팅된 집전체(401, 403)와 분리되어 있을 수 있으나, 비다공성 고분자 필름(44-1, 44-3, 44-5)의 일면에 접착체를 포함하도록 함으로써 비다공성 고분자 필름(44-1, 44-3, 44-5)이 미코팅된 집전체(401, 403)와 접착될 수도 있다.
양극의 미코팅된 집전체(403)는 비다공성 고분자 필름(44-5)을 사이에 두고 인접하여 배치된 음극의 코팅된 집전체(409)와 전기적으로 절연됨으로써 전극 조립체(40)가 빠른 속도로 충방전되더라도 안정적인 성능을 제공할 수 있고, 안전성까지 확보할 수 있다.
제 3 실시예에 따른 전극 조립체(40)의 구조에서 동일 극성을 가지는 집전체 들이 동일한 재료로 설계되는 경우, 미코팅된 집전체의 두께는 에너지 물질이 코팅된 집전체의 두께보다 두껍게 제작될 수 있다. 이는 아래의 제 4 실시예 및 제 5 실시예에도 적용될 수 있다.
제 3 실시예에 따른 전극 조립체(40)의 구조에서 미코팅된 집전체의 비저항 값은 에너지 물질이 코팅된 집전체의 비저항 값과 같거나 낮게 재료를 선택하여 제작될 수 있다. 이는 아래의 제 4 실시예 및 제 5 실시예에도 적용될 수 있다.
제 3 실시예에 따른 전극 조립체(40)의 구조는 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍의 미코팅된 집전체(401, 403)를 전극 조립체(40)의 최외곽에 배치함으로써 플렉시블 배터리의 고속 충방전시 전자이동이 가장 힘든 병렬 연결용 탭부에서의 전자 저항 발생을 최소화함으로써 전류 병목 현상 문제를 해결할 수 있다. 또한, 전류 병목 현상 문제를 해결함으로써 플렉시블 배터리의 고속충방전을 가능하게 한다.
또한, 전극 조립체(40)의 최외곽에 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍의 미코팅된 집전체(401, 403)를 배치함으로써 곡률 반경에 의한 영향을 줄이면서 전극 조립체(50)의 기계적 내구성을 강화시킬 수 있다.
도 5a 내지 5b는 본 발명에 따른 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 배치된 분리막의 배치 구조를 갖는 전극 조립체의 제 4 실시예이다.
도 5a를 참조하면, 전극 조립체(50)는 교차로 적층되어 있는 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 위치하는 분리막을 포함할 수 있다.
복수의 집전체는 에너지 물질이 코팅되어 있지 않은 두개의 미코팅된 집전체 및 복수의 에너지 물질로 코팅된 집전체를 포함할 수 있다.
두개의 미코팅된 집전체를 제외한 나머지 집전체들 상의 양면 또는 단면에는 에너지 물질이 코팅될 수 있다.
각 집전체는 예를 들어, 비저항이 7*
Ω·cm 이상인 재료로 이루어진 집전체일 수 있다.
각 집전체의 두께는 예를 들어, 30 마이크로미터(micrometer) 이하로 제작될 수 있다.
동일 극성을 갖는 미코팅된 집전체와 에너지 물질이 코팅된 집전체에 대하여 미코팅된 집전체의 비저항 값은 에너지 물질이 코팅된 어느 하나의 집전체의 비저항 값과 같거나 낮게 제작될 수 있다.
복수의 집전체 중 한 쌍의 집전체(501, 503)에는 리드 연결용 탭(513, 515)이 형성되어 있고, 리드 연결용 탭(513, 515)을 통해 전극 리드(505, 507)와 연결될 수 있다. 리드 연결용 탭(513, 515)이 형성된 한쌍의 집전체는 전극 조립체(50)의 최외곽에 배치될 수 있다.
리드 연결용 탭(513, 515)이 형성된 한 쌍의 집전체(501, 503) 중 미코팅된 집전체와 인접하여 적층된 집전체는 미코팅된 집전체와 상이한 극성을 가지고 에너지 물질이 미코팅된 집전체일 수 있다. 즉, 리드 연결용 탭(513, 515)이 형성된 한 쌍의 집전체(501, 503)는 에너지 물질이 코팅되어 있지 않은 미코팅된 집전체이다.
예를 들어, 리드 연결용 탭(513, 515)이 형성된 한 쌍의 미코팅된 집전체(501, 503)는 서로 다른 극성을 갖는 집전체이므로 한 쌍의 미코팅된 집전체(501, 503) 중 양극의 미코팅 집전체(501)에는 양극 리드 연결용 탭(513)이 구비되고, 음극의 미코팅 집전체(503)에는 음극 리드 연결용 탭(515)이 구비된다.
예를 들어, 한 쌍의 미코팅된 집전체(501, 503) 중 양극의 미코팅 집전체(501)는 전극 조립체(50)의 최외곽에 배치될 수 있다.
리드 연결용 탭(513, 515)이 형성된 한 쌍의 미코팅된 집전체(501, 503) 중 음극의 미코팅된 집전체(503)와 인접하여 적층된 집전체(509)는 음극의 미코팅된 집전체(503)와 동일한 극성을 가지고, 에너지 물질이 코팅되어 있다.
즉, 전극 조립체의 제 4 실시예에서는 전극 조립체에 포함되는 복수의 집전체 중 최외곽에 배치된 한쌍의 집전체만 에너지 물질이 미코팅되어 있고, 나머지 집전체에는 에너지 물질이 코팅되어 있다.
한 쌍의 미코팅된 집전체(501, 503) 중 하나의 미코팅된 집전체와 인접하여 적층된 적어도 하나의 에너지 물질이 코팅된 집전체는 동일한 극성을 가진다.
복수의 집전체의 일단부에는 병렬 연결용 탭(511)이 형성되어 있다.
리드 연결용 탭(513, 515)이 형성된 한 쌍의 미코팅된 집전체(501, 503)에는 전극과 연결하기 위한 병렬 연결용 탭이 구비되어 있고, 에너지 물질이 코팅된 집전체에도 전극과 연결하기 위한 병렬 연결용 탭이 구비되어 있다.
복수의 음극 집전체 및 복수의 양극 집전체의 일단부에 형성된 병렬 연결용 탭(511)은 동일한 극성의 집전체들을 서로 전기적으로 병렬 연결하게 한다.
또한, 전극 조립체(50)는 복수의 음극 집전체 및 복수의 양극 집전체 일단부에서 병렬 연결용 탭(511)을 통해 연결됨으로써 고정될 수 있다.
한 쌍의 미코팅된 집전체(501, 503)에 형성된 리드 연결용 탭(513, 515)은 병렬 연결용 탭(511)이 형성된 일단부의 반대에 위치하는 복수의 집전체의 타단부에 형성될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 분리막은 다공성 고분자 필름(52-1, 52-3, 52-5, 52-7, 52-9, 52-11) 및 비다공성 고분자 필름(54-1, 54-3)을 포함할 수 있다.
복수의 집전체 사이에 위치하는 분리막은 복수의 집전체가 연속적으로 적층된 상태에서 각 집전체를 감싸도록 지그재그 적층 형태로 배치될 수 있다.
다공성 고분자 필름(52-3, 52-5, 52-9, 52-7)은 복수의 집전체 중 에너지 물질이 코팅된 적어도 하나의 집전체 사이에 배치되고, 비다공성 고분자 필름(54-1, 54-3)은 미코팅된 집전체의 주변에 배치될 수 있다.
서로 다른 극성을 갖는 에너지 물질이 코팅된 집전체들은 다공성 고분자 필름(52-3, 52-5, 52-7, 52-9)을 경계로 하여 대면하도록 배치되며, 서로 다른 극성의 미코팅된 집전체들(501, 503)은 비다공성 고분자 필름(54-3)을 경계로하여 대면하도록 배치된다.
전극 조립체의 제 4 실시예에서는 동일한 극성을 가지는 미코팅된 집전체(503) 및 코팅된 집전체(509)가 인접하여 적층될 수 있다. 이 경우, 제 4 실시예에 따른 전극 조립체(50)에 포함된 분리막 중 인접하여 적층된 동일한 극성의 미코팅된 집전체(503) 및 코팅된 집전체(509) 사이에 위치하는 분리막은 다공성 고분자 필름(52-1)일 수 있다.
비다공성 고분자 필름(54-1, 54-3)의 녹는점은 다공성 고분자 필름(52-1, 52-3, 52-5, 52-7, 52-9, 52-11)의 녹는점보다 높을 수 있다.
비다공성 고분자 필름(54-1, 54-3)은 미코팅된 집전체(501, 503)와 분리되어 있을 수 있으나, 비다공성 고분자 필름(54-1, 54-3)의 일면에 접착체를 포함하도록 함으로써 비다공성 고분자 필름(54-1, 54-3)이 미코팅된 집전체(501, 503)와 접착될 수도 있다.
제 4 실시예에 따른 전극 조립체(50)의 구조는 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍의 미코팅된 집전체(501, 503)를 전극 조립체(50)의 최외곽에 배치함으로써 플렉시블 배터리의 고속 충방전시 전자이동이 가장 힘든 병렬 연결용 탭부에서의 전자 저항 발생을 최소화함으로써 전류 병목 현상 문제를 해결할 수 있다. 또한, 전극 조립체(50)의 최외곽에 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍의 미코팅된 집전체(501, 503)를 배치함에 따라 곡률 반경에 의한 영향을 줄이면서 전극 조립체(50)의 기계적 내구성을 강화시킬 수 있다.
도 6a 내지 6b는 본 발명에 따른 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 배치된 분리막의 배치 구조를 갖는 전극 조립체의 제 5 실시예이다.
도 6a를 참조하면, 전극 조립체(60)는 교차로 적층되어 있는 복수의 집전체 및 복수의 집전체 사이에 위치하는 분리막을 포함할 수 있다.
복수의 집전체는 에너지 물질이 코팅되어 있지 않은 두개의 미코팅된 집전체 및 복수의 에너지 물질로 코팅된 집전체를 포함할 수 있다.
두개의 미코팅된 집전체를 제외한 나머지 집전체들 상의 양면 또는 단면에는 에너지 물질이 코팅될 수 있다.
각 집전체는 예를 들어, 비저항이 7*
Ω·cm 이상인 재료가 사용될 수 있다.
각 집전체의 두께는 예를 들어, 30 마이크로미터(micrometer) 이하로 제작될 수 있다.
복수의 집전체 중 한 쌍의 집전체(601, 603)에는 리드 연결용 탭(613, 615)이 형성되어 있고, 리드 연결용 탭(613, 615)을 통해 전극 리드(605, 607)와 연결될 수 있다. 리드 연결용 탭(613, 615)이 형성된 한쌍의 집전체는 전극 조립체(60)의 최외곽에 배치될 수 있다.
리드 연결용 탭(613, 615)이 형성된 한 쌍의 집전체(601, 603)는 서로 상이한 극성을 갖는 에너지 물질이 코팅되어 있지 않은 미코팅된 집전체일 수 있다.
예를 들어, 리드 연결용 탭(613, 615)이 형성된 한 쌍의 미코팅된 집전체(601, 603)는 서로 다른 극성을 갖는 집전체이므로 한 쌍의 미코팅된 집전체(601, 603) 중 양극의 미코팅 집전체(601)에는 양극 리드 연결용 탭(613)이 구비되고, 음극의 미코팅 집전체(603)에는 음극 리드 연결용 탭(615)이 구비된다.
예를 들어, 한 쌍의 미코팅된 집전체(601, 603) 중 양극의 미코팅 집전체(601)는 전극 조립체(60)의 최외곽에 배치될 수 있다.
리드 연결용 탭(613, 615)이 형성된 한 쌍의 미코팅된 집전체(601, 603) 중 음극의 미코팅된 집전체(603)와 인접하여 적층된 집전체(609)는 음극의 미코팅된 집전체(603)와 동일한 극성을 가지고, 에너지 물질이 코팅될 수 있다.
즉, 전극 조립체의 제 5 실시예에서는 전극 조립체에 포함되는 복수의 집전체 중 최외곽에 배치된 한쌍의 집전체만 에너지 물질이 미코팅되어 있고, 나머지 집전체에는 에너지 물질이 코팅되어 있다.
한 쌍의 미코팅된 집전체(601, 603) 중 하나의 미코팅된 집전체와 인접하여 적층된 적어도 하나의 에너지 물질이 코팅된 집전체는 동일한 극성을 가진다.
한 쌍의 미코팅된 집전체(601, 603) 중 양극의 미코팅 집전체(601)는 전극 조립체(60)의 최외곽에 배치될 수 있다.
복수의 집전체의 일단부에는 병렬 연결용 탭(611)이 형성되어 있다.
리드 연결용 탭(613, 615)이 형성된 한 쌍의 미코팅된 집전체(601, 603)에는 전극과 연결하기 위한 병렬 연결용 탭이 구비되어 있고, 에너지 물질이 코팅된 집전체에도 전극과 연결하기 위한 병렬 연결용 탭이 구비되어 있다.
복수의 음극의 집전체 및 복수의 양극의 집전체의 일단부에 형성된 병렬 연결용 탭(611)은 동일한 극성의 집전체들을 서로 전기적으로 병렬 연결하게 한다.
또한, 전극 조립체(60)는 복수의 음극의 집전체 및 복수의 양극의 집전체 일단부에서 병렬 연결용 탭(611)을 통해 연결됨으로써 고정될 수 있다.
한 쌍의 미코팅된 집전체(601, 603)에 형성된 리드 연결용 탭(613, 615)은 병렬 연결용 탭(611)이 형성된 일단부의 반대에 위치하는 복수의 집전체의 타단부에 형성될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 분리막은 다공성 고분자 필름(62-1, 62-3, 62-5, 62-7, 62-9, 62-11, 62-13, 62-15) 및 비다공성 고분자 필름(64-1, 64-3)을 포함할 수 있다.
복수의 집전체 사이에 위치하는 분리막은 복수의 집전체가 연속적으로 적층된 상태에서 각 집전체를 감싸도록 지그재그 적층 형태로 배치될 수 있다.
다공성 고분자 필름(62-7, 62-9, 62-11, 62-13, 62-15)은 복수의 집전체 사이에 배치되고, 비다공성 고분자 필름(64-1, 64-3)은 미코팅된 집전체의 주변에 추가로 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 6b와 같이, 분리막 중 양극의 미코팅된 집전체(601)와 다공성 고분자 필름(62-1) 사이에 추가로 배치된 분리막은 비다공성 고분자 필름(64-1)일 수 있다. 분리막 중 음극의 미코팅된 집전체(603)와 다공성 고분자 필름(62-3) 사이에 추가로 배치된 분리막은 비다공성 고분자 필름(64-3)일 수 있다.
양극의 미코팅된 집전체(601) 및 음극의 미코팅된 집전체(603) 사이에 위치하는 분리막은 다공성 고분자 필름(62-3) 및 비다공성 고분자 필름(64-3)일 수 있다.
분리막 중 복수의 코팅된 집전체 사이에 위치하는 분리막은 다공성 고분자 필름(62-7, 62-9, 62-11, 62-13)일 수 있다.
제 5 실시예에 따른 전극 조립체(60)의 구조는 전극 조립체(60)의 양 측의 최외곽에 다공성 고분자 필름(62)이 구비함으로써 굽힘과 비틀림 같은 변형에도 전극 조립체(60)를 구성하는 집전체들 사이의 상대적인 위치를 유지할 수 있고, 이에 따라 오정렬 및 이격에 의한 단락을 방지하여 플렉시블한 전극 조립체(60)를 더 안전하게 구동할 수 있다.
또한, 전극 조립체(60)의 구조는 배터리의 고속 충방전시 전자이동이 가장 힘든 병렬 연결용 탭부에서의 전자 저항 발생을 최소화함으로써 전류 병목 현상 문제를 해결할 수 있고, 곡률 반경에 의한 영향을 줄이면서 전극 조립체(50)의 기계적 내구성을 강화시킬 수 있다.
도 7은 배터리의 충전 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 리튬이온 전지는 정전류(CC, constant current) 및 정전압(CV, constant voltage) 방식으로 충전한다. 이러한 방식으로 충전하는 이유는 정전류 방식으로만 충전을 할 경우 과충전으로 인한 위험을 줄이고, 정전류 구간에 빠르게 충전하면서 정전압 구간에서는 충전량을 정확히 제어하기 위함이다.
정전류(CC) 구간은 일정한 전류값으로 리튬이온 전지의 전압이 점점 상승하면서 기설정된 상한 전압까지 충전되는 구간을 말한다. 리튬이온 전지의 전압이 상한 전압에 도달하면 정전압(CV)모드로 전환되어 충전된다.
정전압(CV) 구간은 정전류 충전으로 인해 리튬이온 전지의 전압이 상한 전압에 도달하면 유지되고 전류가 점점 감소하며 조금씩 충전되는 구간을 말한다.
리튬이온 전지를 충전하는 경우, 전체 충전구간 중에서 정전류 구간이 차지하는 비율이 높을수록 좋고, 정전압 구간이 차지하는 비율이 낮을수록 좋다. 리튬이온 전지를 동일한 속도로 충전하는 경우, 정전류 구간이 짧아질수록 리튬이온 전지의 총 충전시간은 길어지게 된다.
빠른 속도(급속, 고속)의 배터리 충전을 위해서는 특히, 정전류(CC) 구간이 매우 중요하다.
또한, 저항이 낮은 배터리는 충전시에 좋으나, 저항이 높은 배터리는 충전 초반에 전압이 빠르게 상승하고 충전 효율이 떨어진다.
본 발명의 제 1 실시예(도 2a)로 제작된 전극 조립체에 대한 정전류 및 정전압의 그래프(701)를 살펴보면, 전자의 흐름이 원활하지 않은 경우(즉, 저항이 높은 셀), 충전 전류값이 클수록 충전 초기부터 전압이 빠르게 상승하고, 기설정된 상한 전압(최대 전압)에 빠르게 도달하게 된다.
본 발명의 제 1 실시예(도 2a)로 제작된 전극 조립체를 충전하게 되면, 정전류(CC) 구간은 짧고 정전압(CV) 구간은 길어지게 되어, 충전 시간이 길어지는 문제가 발생하게 된다.
본 발명의 제 3 실시예(도 4a)로 제작된 전극 조립체(구체적으로, 동일 극성을 가지는 집전체들이 동일한 재료로 설계되는 경우, 미코팅된 집전체의 두께가 에너지 물질이 코팅된 어느 하나의 집전체의 두께보다 두껍게 제작된 전극 조립체)에 대한 정전류 및 정전압의 그래프(703)를 살펴보면, 본 발명의 제 1 실시예로 제작된 전극 조립체의 정전류 구간과 비교시, 본 발명의 제 3 실시예로 제작된 전극 조립체의 정전류 구간이 길어졌음을 확인할 수 있다..
이는, 본 발명의 제 3 실시예(도 4a)로 제작된 전극 조립체 내 코팅된 집전체와 미코팅된 집전체가 비저항성이 높은 재료로 동일하지만, 미코팅 집전체의 두께가 코팅된 집전체의 두께보다 두껍게 설계함에 따라 전자의 흐름이 개선된 것이다.
본 발명의 제 3 실시예(도 4a)로 제작된 전극 조립체(구체적으로, 미코팅 집전체의 두께가 코팅된 집전체의 두께보다 두껍게 설계된 전극 조립체)와 본 발명의 제 4 실시예(도 5a)로 제작된 전극 조립체(구체적으로, 미코팅된 집전체의 비저항 값이 에너지 물질이 코팅된 어느 하나의 집전체의 비저항 값보다 같거나 낮도록 재료를 선택하여 제작된 전극 조립체)의 경우, 전극 조립체 내 미코팅 집전체를 비저항 값이 낮은 것으로 설계함으로써 셀의 저항을 낮춤으로써 대(大)전류에 의한 전류 병목 문제를 해결할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (15)
- 교차로 적층되어 있는 복수의 집전체 및 상기 복수의 집전체 사이에 위치하는 분리막을 포함하는 전극 조립체에 있어서,
상기 복수의 집전체는 상기 각 집전체에 형성된 병렬 연결용 탭을 통해 동일한 극성끼리 연결되어 있고,
상기 복수의 집전체 중 한 쌍의 집전체에는 리드 연결용 탭이 형성되어 있고,
상기 리드 연결용 탭이 형성된 한 쌍의 집전체 중 하나의 집전체는 에너지 물질이 미코팅되어 있는 것인, 전극 조립체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 미코팅된 집전체는 양극인 것인, 전극 조립체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 미코팅된 집전체는 상기 전극 조립체의 최외곽에 위치하는 것인, 전극 조립체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 리드 연결용 탭이 형성된 한 쌍의 집전체 중 상기 미코팅된 집전체와 인접하여 적층된 집전체는 상기 미코팅된 집전체와 상이한 극성을 가지고, 상기 에너지 물질이 코팅되어 있는 것인, 전극 조립체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 리드 연결용 탭이 형성된 한 쌍의 집전체 중 상기 미코팅된 집전체와 인접하여 적층된 집전체는 상기 미코팅된 집전체와 상이한 극성을 가지고, 상기 에너지 물질이 미코팅되어 있는 것인, 전극 조립체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 분리막은 다공성 고분자 필름 및 비다공성 고분자 필름을 포함하고,
상기 다공성 고분자 필름은 상기 복수의 집전체 중 상기 에너지 물질이 코팅된 적어도 하나의 집전체 사이에 배치되고,
상기 비다공성 고분자 필름은 상기 미코팅된 집전체의 주변에 배치되는 것인, 전극 조립체.
- 제 6 항에 있어서,
상기 미코팅된 집전체 및 상기 미코팅된 집전체와 인접하여 적층된 적어도 하나의 상기 에너지 물질이 코팅된 집전체는 서로 상이한 극성을 가지는 것인, 전극 조립체.
- 제 7 항에 있어서,
상기 분리막 중 인접하여 적층된 상이한 극성의 상기 미코팅된 집전체 및 상기 코팅된 집전체 사이에 위치하는 분리막은 비다공성 고분자 필름인 것인, 전극 조립체.
- 제 6 항에 있어서,
상기 미코팅된 집전체 및 상기 미코팅된 집전체와 인접하여 적층된 적어도 하나의 상기 에너지 물질이 코팅된 집전체는 동일한 극성을 가지는 것인, 전극 조립체.
- 제 9 항에 있어서,
상기 분리막 중 인접하여 적층된 동일한 극성의 상기 미코팅된 집전체 및 상기 코팅된 집전체 사이에 위치하는 분리막은 다공성 고분자 필름인 것인, 전극 조립체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 병렬 연결용 탭은 상기 복수의 집전체의 일단부에 형성되고,
상기 리드 연결용 탭은 상기 일단부의 반대에 위치하는 상기 복수의 집전체의 타단부에 형성되어 있는 것인, 전극 조립체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 분리막은 다공성 고분자 필름 및 비다공성 고분자 필름을 포함하고,
상기 다공성 고분자 필름은 상기 복수의 집전체 사이에 배치되고,
상기 비다공성 고분자 필름은 상기 미코팅된 집전체의 주변에 추가로 배치되는 것인, 전극 조립체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 미코팅된 집전체의 두께는 상기 복수의 집전체 중 상기 에너지 물질이 코팅된 어느 하나의 집전체의 두께보다 두꺼운 것인, 전극 조립체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 미코팅된 집전체의 비저항 값은 상기 복수의 집전체 중 상기 에너지 물질이 코팅된 어느 하나의 집전체의 비저항 값과 같거나 낮은 것인, 전극 조립체.
- 2 차 전지에 있어서,
교차로 적층되어 있는 복수의 집전체 및 상기 복수의 집전체 사이에 위치하는 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및
상기 전극 조립체를 수용하는 외장재
를 포함하고,
상기 복수의 집전체는 상기 각 집전체에 형성된 병렬 연결용 탭을 통해 동일한 극성끼리 연결되어 있고,
상기 복수의 집전체 중 한 쌍의 집전체에는 리드 연결용 탭이 형성되어 있고,
상기 리드 연결용 탭이 형성된 한 쌍의 집전체 중 하나의 집전체는 에너지 물질이 미코팅되어 있는 것인, 2 차 전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/KR2022/017038 WO2023128215A1 (ko) | 2021-12-28 | 2022-11-02 | 전극 조립체 및 2차 전지 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210189687 | 2021-12-28 | ||
| KR20210189687 | 2021-12-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230100580A true KR20230100580A (ko) | 2023-07-05 |
Family
ID=87159279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220099160A KR20230100580A (ko) | 2021-12-28 | 2022-08-09 | 전극 조립체 및 2차 전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230100580A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160090104A (ko) | 2015-01-21 | 2016-07-29 | 주식회사 아모그린텍 | 플렉서블 배터리용 전극조립체 및 이를 포함하는 플렉서블 배터리 |
-
2022
- 2022-08-09 KR KR1020220099160A patent/KR20230100580A/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160090104A (ko) | 2015-01-21 | 2016-07-29 | 주식회사 아모그린텍 | 플렉서블 배터리용 전극조립체 및 이를 포함하는 플렉서블 배터리 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20230369604A1 (en) | Electrode sheet and preparation method therefor, and lithium-ion battery | |
| JP5465792B2 (ja) | ケーブル型二次電池 | |
| EP2896086B1 (en) | Flexible secondary battery | |
| KR101664244B1 (ko) | 전극의 표면에 패턴을 형성하는 방법, 이 방법을 이용해 제조된 전극 및 이 전극을 포함하는 이차전지 | |
| JP2000100471A (ja) | シート電池 | |
| JP7190314B2 (ja) | 双極型二次電池 | |
| JP7312970B2 (ja) | 電池 | |
| KR20060059716A (ko) | 리튬 이차 전지 | |
| JP2017069195A (ja) | 電池 | |
| KR20200064752A (ko) | 양극 및 상기 양극을 포함하는 전극조립체 | |
| US10381627B2 (en) | Battery structure and method of manufacturing the same | |
| JP2022163239A (ja) | 組電池 | |
| CN112042039B (zh) | 电极组件和包括该电极组件的二次电池 | |
| US9356294B2 (en) | Secondary battery including collectors with pores and manufacturing method thereof | |
| KR102279002B1 (ko) | 전극조립체 | |
| KR101476523B1 (ko) | 2차 전지의 전극 | |
| US7166387B2 (en) | Thin battery with an electrode having a higher strength base portion than a tip portion | |
| KR20230100580A (ko) | 전극 조립체 및 2차 전지 | |
| EP3699981A1 (en) | Electrode assembly with improved connection between electrode tabs | |
| US11670755B2 (en) | Modified electrolyte-anode interface for solid-state lithium batteries | |
| US11641011B2 (en) | Secondary battery and method for manufacturing the same | |
| KR102398572B1 (ko) | 압전 소자 및 열전 소자를 포함하는 원통형 이차 전지 | |
| CN110676517B (zh) | 电芯以及电池 | |
| US20200266476A1 (en) | Electrode assembly and method for manufacturing the same | |
| JP7227010B2 (ja) | リチウムイオン電池 |