KR20230129034A - 전극 조립체 및 그 제조 방법, 배터리 셀, 배터리 및전기기기 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 전극 조립체 및 그 제조 방법, 배터리 셀, 배터리 및 전기기기를 제공함에 있어서, 해당 전극 조립체는, 극판 두께 방향을 따른 양측에 활성 물질층과 점성 물질층이 코팅되어 있고, 각 측의 활성 물질층과 점성 물질층이 극판 높이 방향을 따라 병렬로 설치되는 제1 극판; 제1 극판의 극판 두께 방향을 따른 양측에 설치되어 제1 극판과 적층 설치되는 분리막; 을 포함하며, 전극 조립체가 전개된 상태에서, 제1 극판 각 측의 분리막은 연속적인 일체형 구조이고, 분리막은 점성 물질층을 통해 제1 극판에 연결된다. 제1 극판에 점성 물질층을 코팅하여 점성 물질층을 통해 분리막을 제1 극판에 접착시킴으로써, 분리막에 접착제층을 코팅하지 않고 분리막과 제1 극판의 위치를 고정시켜, 원가를 절감하고, 생산 효율을 향상시킨다.
Description
본 출원은 에너지 저장 부품 기술분야에 관한 것으로, 특히 전극 조립체 및 그 제조 방법, 배터리 셀, 배터리 및 전기기기에 관한 것이다.
에너지 절약 및 온실가스 감축은 자동차 산업 가지속 발전의 관건이다. 이러한 상황에서, 전동 차량은 에너지 절약 및 환경 보호의 장점으로 인해 자동차 산업 가지속 발전의 중요한 구성부분이 되었다. 배터리 기술은 전동 차량의 발전에 있어서의 중요한 요소이다. 따라서, 배터리의 생산 과정에서, 원가의 절감과 생산 효율의 향상은 중요한 의미를 가진다.
상기 문제를 해결하기 위해, 본 출원은 원가를 절감하고 생산 효율을 향상시킬 수 있는 전극 조립체 및 그 제조 방법, 배터리 셀, 배터리 및 전기기기를 제공한다.
본 출원의 실시예의 제1 양상에서, 극판 두께 방향을 따른 양측에 활성 물질층과 점성 물질층이 코팅되어 있고, 각 측의 활성 물질층과 점성 물질층이 극판 높이 방향을 따라 병렬로 설치되는 제1 극판; 제1 극판의 극판 두께 방향을 따른 양측에 설치되어 제1 극판과 적층 설치되는 분리막; 을 포함하는 전극 조립체를 제공하며, 전극 조립체가 전개된 상태에서, 제1 극판 각 측의 분리막은 연속적인 일체형 구조이고, 분리막은 점성 물질층을 통해 제1 극판에 연결된다.
상기 기술적 솔루션에서, 제1 극판에 점성 물질층을 코팅하여 점성 물질층을 통해 분리막을 제1 극판에 접착시킴으로써, 분리막에 접착제층을 코팅하지 않고 분리막과 제1 극판의 위치를 고정시켜, 원가를 절감하고, 생산 효율을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 극판 높이 방향을 따라, 점성 물질층은 제1 극판의 양측 단부에 코팅되고, 양측의 점성 물질층 사이에는 활성 물질층이 코팅되어 있다.
상기 기술적 솔루션에서, 점성 물질층은 제1 극판의 극판 높이 방향을 따른 양측 단부에 설치되어, 제1 극판의 단부 위치와 분리막을 접착 고정되게 함으로써, 분리막이 접히거나 구겨질 위험을 줄이고, 분리막의 절연 작용을 보장할 수 있다.
일부 실시예에서, 극판 높이 방향을 따라, 양측의 점성 물질층 사이에는 하나 또는 다수의 간격을 두고 설치된 점성 물질층이 더 설치되어 있으며, 인접한 2개의 점성 물질층 사이에는 활성 물질층이 코팅되어 있다.
상기 기술적 솔루션에서, 양측 점성 물질층 사이에 하나의 점성 물질층을 설치함으로써, 분리막과 제1 극판의 접착 효과를 향상시킬 수 있으며, 생산 원가가 상대적으로 낮고, 생산 효율이 높다. 양측 점성 물질층 사이에 다수의 점성 물질층을 설치함으로써, 분리막과 제1 극판의 접착 효과를 향상시키는 동시에, 분리막과 제1 극판의 평탄성을 향상시키고, 제1 극판의 중부 위치에 대응되는 분리막이 구겨질 위험을 줄일 수 있으며, 적층 후 전극 조립체의 전체 두께를 증가시키지 않고, 전극 조립체의 품질을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 점성 물질층의 극판 높이 방향을 따른 폭은 2~20mm로, 분리막과 제1 극판의 극판 높이 방향을 따른 접착 강도를 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 점성 물질층의 극판 두께 방향을 따른 두께는 활성 물질층의 두께보다 크거나 같으므로, 분리막이 제1 극판에 부착될 때, 분리막과 점성 물질층이 서로 접촉하도록 확보하여, 점성 물질층이 분리막을 접착하는 역할을 할 수 있도록 한다.
일부 실시예에서, 점성 물질층의 극판 두께 방향을 따른 두께는 25~120μm이다.
상기 기술적 솔루션에서, 점성 물질층의 두께를 제어하는 것을 통해, 분리막과 점성 물질층의 접착을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 극판의 전체 두께를 보장하여, 전극 조립체의 두께를 효과적으로 제어할 수 있다.
일부 실시예에서, 점성 물질층은 핫멜트 접착제층이고, 핫멜트 접착제층은 열융착을 통해 분리막과 제1 극판을 연결한다.
상기 기술적 솔루션에서, 점성 물질층은 열융착된 후, 핫멜트 접착제가 점성을 생성하는 역할을 하여, 분리막이 점성 물질층에 접착되고, 분리막과 제1 극판을 접착하는 효과를 얻을 수 있다.
일부 실시예에서, 점성 물질층의 재료는 폴리프로필렌이다. 폴리프로필렌은 전해액에 견딜 수 있으며, 70~90℃의 온도에서 열융착 작용으로 분리막을 제1 극판에 접착시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 극판은 다수의 절곡부분과 다수의 적층 설치된 제1 적층부분을 포함하고, 각 절곡부분은 2개의 인접한 제1 적층부분을 연결하며, 극판의 두께 방향을 따라, 절곡부분은 제1 극판의 절곡을 용이하게 하기 위해 두께 감소부 또는 절단부를 포함한다.
상기 기술적 솔루션에서, 두께 감소부와 절단부는 전극 조립체를 제조할 때 제1 극판이 두께 감소부의 영역에서 절곡되도록 안내하여, 적층 작업을 용이하게 하므로, 절곡 위치의 제어성과 정확성을 향상시키는 데 유리하다.
일부 실시예에서, 제1 극판은 양극판이다. 양극판을 분리막과 접착 연결하기 위한 제1 극판으로 사용하면, 양극 활성 물질 재료의 분말 낙하로 인한 하우징 본체의 부식 위험을 줄일 수 있다.
일부 실시예에서, 전극 조립체는 제1 극판과 극성이 반대인 제2 극판을 더 포함하며, 제2 극판은 다수의 제2 적층부분을 포함하고, 전극 조립체의 적층 상태에서, 각 제2 적층부분은 인접한 2개의 상기 제1 적층부분 사이에 설치된다.
상기 기술적 솔루션에서, 성형된 전극 조립체가 사용 요구를 더 잘 만족하고, 전극 조립체의 전기적 성능을 최적화할 수 있도록 한다.
본 출원의 실시예의 제2 양상에서, 제1 극판을 제공하고, 활성 물질층과 점성 물질층이 인접하게 설치되도록 제1 극판의 두께 방향을 따른 양측에 활성 물질층과 점성 물질층을 코팅하는 단계; 분리막을 제공하고, 분리막을 제1 극판의 극판 두께 방향을 따른 양측에 설치하여 제1 극판과 적층 설치하는 단계; 점성 물질층을 통해 분리막을 제1 극판에 연결하는 단계; 를 포함하는 전극 조립체의 제조 방법을 제공한다.
일부 실시예에서, 점성 물질층은 열융착 분리막을 통해 제1 극판과 연결된다.
일부 실시예에서, 제1 극판을 제공하는 단계는, 인덴테이션 또는 레이저 세정 방법을 통해 제1 극판에 다수의 두께 감소부를 형성하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 전극 조립체의 제조 방법은, 제1 극판이 다수의 절곡부분과 다수의 적층 설치된 제1 적층부분을 가지고, 각 절곡부분이 2개의 인접한 제1 적층부분을 연결하도록, 분리막과 제1 극판을 공동 적층하고, 다수의 두께 감소부에서 절곡하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 전극 조립체의 제조 방법은, 제2 극판을 제공하고, 제2 극판을 적층 설치된 인접한 제1 적층부분 사이에 설치하는 단계를 더 포함한다.
본 출원의 실시예의 제3 양상에서, 제1 양상에 따른 전극 조립체를 포함하거나, 제2 양상에 따른 전극 조립체의 제조 방법을 이용하여 제조한 전극 조립체를 포함하는 배터리 셀을 제공한다.
본 출원의 실시예의 제4 양상에서, 다수의 제3 양상에 따른 배터리 셀을 포함하는 배터리를 제공한다.
본 출원의 실시예의 제5 양상에서, 제4 양상에 따른 배터리를 포함하는 전기기기를 제공하며, 배터리는 전기 에너지를 제공하기 위해 사용된다.
이상의 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 예시일 뿐, 본 출원을 제한하지 않는다는 점을 이해해야 한다.
본 발명은 분리막에 접착제를 코팅할 필요 없이 극판의 활성 물질층의 극판 높이 방향을 따른 양측의 집전체에 접착제층을 코팅하고, 분리막을 집전체 상의 접착제층에 접착시킴으로써 분리막이 극판에 부착되는 것을 구현하여 원가를 절감하고, 생산 효율을 향상시키는 기술적 솔루션을 제공한다.
본 출원의 실시예의 기술적 솔루션을 보다 명확하게 설명하기 위해, 다음은 본 출원의 실시예를 설명함에 있어서 필요한 도면에 대해 간단히 소개하도록 하며, 아래에서 소개하는 도면은 본 출원의 구체적인 실시예만 나타내며, 본 분야의 기술자라면 창의적인 노력이 없이 이하 도면을 기반으로 기타 실시예를 얻을 수 있음이 분명하다.
도 1은 본 출원의 일부 실시예에 따른 차량의 구조 개략도이다.
도 2는 본 출원의 일부 실시예에 따른 배터리의 분해 개략도이다.
도 3은 본 출원의 실시예에 따른 일 배터리 모듈의 구조 개략도이다.
도 4는 본 출원의 일부 실시예에 따른 배터리 셀의 분해 개략도이다.
도 5는 본 출원의 일부 실시예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.
도 6은 본 출원의 일부 실시예에 따른 제1 극판과 분리막이 전개된 개략도이다.
도 7은 도 6의 A-A 방향 단면도이다.
도 8은 도 6의 제1 극판의 개략도이다.
도 9는 도 6의 다른 일부 실시예의 A-A 방향 단면도이다.
도 10은 도 9의 제1 극판의 개략도이다.
도 11은 도 9의 Ⅱ부 확대도이다.
도 12는 본 출원의 일부 실시예의 제1 극판이 적층된 후의 개략도이다.
도 13은 도 5의 Ⅰ부 확대도이다.
도 14는 본 출원의 다른 일부 실시예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.
도 15는 본 출원의 다른 일부 실시예에 따른 제1 극판의 개략도이다.
도 16은 도 5에 도시된 실시예의 제1 극판, 제2 극판과 분리막의 연결 구조 개략도이다.
도 17은 본 출원의 일 실시예의 전극 조립체의 제조 방법의 흐름도이다.
여기의 도면은 명세서에 통합되고 명세서의 일부를 구성하여, 본 출원에 부합되는 실시예를 나타내고, 명세서와 함께 본 출원의 원리를 설명하기 위해 사용된다.
도 1은 본 출원의 일부 실시예에 따른 차량의 구조 개략도이다.
도 2는 본 출원의 일부 실시예에 따른 배터리의 분해 개략도이다.
도 3은 본 출원의 실시예에 따른 일 배터리 모듈의 구조 개략도이다.
도 4는 본 출원의 일부 실시예에 따른 배터리 셀의 분해 개략도이다.
도 5는 본 출원의 일부 실시예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.
도 6은 본 출원의 일부 실시예에 따른 제1 극판과 분리막이 전개된 개략도이다.
도 7은 도 6의 A-A 방향 단면도이다.
도 8은 도 6의 제1 극판의 개략도이다.
도 9는 도 6의 다른 일부 실시예의 A-A 방향 단면도이다.
도 10은 도 9의 제1 극판의 개략도이다.
도 11은 도 9의 Ⅱ부 확대도이다.
도 12는 본 출원의 일부 실시예의 제1 극판이 적층된 후의 개략도이다.
도 13은 도 5의 Ⅰ부 확대도이다.
도 14는 본 출원의 다른 일부 실시예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.
도 15는 본 출원의 다른 일부 실시예에 따른 제1 극판의 개략도이다.
도 16은 도 5에 도시된 실시예의 제1 극판, 제2 극판과 분리막의 연결 구조 개략도이다.
도 17은 본 출원의 일 실시예의 전극 조립체의 제조 방법의 흐름도이다.
여기의 도면은 명세서에 통합되고 명세서의 일부를 구성하여, 본 출원에 부합되는 실시예를 나타내고, 명세서와 함께 본 출원의 원리를 설명하기 위해 사용된다.
본 출원의 기술적 솔루션에 대한 이해를 돕기 위해, 다음은 첨부된 도면에 결부하여 본 출원의 실시예에 대해 자세히 설명하도록 한다.
여기서 설명되는 실시예는 본 출원의 전부 실시예가 아니라 일부 실시예에 불과함이 분명해져야 한다. 본 출원에서 공개되는 실시예를 기반으로, 본 분야의 일반 기술자가 창조적인 노력 없이 취득한 기타 모든 실시예는 전부 본 출원의 보호 범위에 속한다.
본 출원의 실시예에서 사용되는 용어는 본 출원을 제한하는 것이 아니라 특정 실시예를 설명하기 위한 목적으로만 사용된다. 본 출원의 실시예 및 첨부된 특허청구범위에 사용되는 홀수 형태의 '일', '상기' 및 '해당'은 상하 문맥에서 기타 의미를 명확하게 나타내지 않은 한 다수의 형태를 포함하는 것으로 의도된다.
여기서 용어 '및/또는'은 연관 대상의 연관관계를 설명하며, 세가지 관계가 존재함을 나타낸다. 예를 들어 A 및/또는 B는 A가 단독으로 존재하는 경우, A와 B가 동시에 존재하는 경우, B가 단독으로 존재하는 경우를 나타낼 수 있다. 그리고, 본 명세서에서 부호 '/'는 전후의 연관 대상이 '또는'의 관계를 가진다는 것을 의미한다.
본 출원의 실시예에 설명된 '상', '하', '좌', '우' 등 방위사는 도면에 도시된 각도로 설명한 것이며, 본 출원의 실시예에 대한 한정으로 이해해서는 안 된다는 점에 유의해야 한다. 또한, 상하 문맥에서, 하나의 소자가 다른 하나의 소자의 '위' 또는 '아래'에 연결된다고 설명된 경우, 이는 다른 하나의 소자의 '위' 또는 '아래'에 직접적으로 연결될 수 있을 뿐만 아니라, 중간 소자를 통해 다른 하나의 소자의 '위' 또는 '아래'에 간접적으로 연결될 수 있다는 점도 이해해야 한다.
본 출원에서의 '다수'라는 용어는 2개 이상(2개를 포함함)을 의미한다.
본 출원에서, 배터리 셀은 리튬이온 이차전지, 리튬이온 일차전지, 리튬황 배터리, 나트륨 리튬이온 배터리, 나트륨이온 배터리 또는 마그네슘이온 배터리 등을 포함할 수 있으며, 본 출원의 실시예에서는 이에 대해 한정하지 않는다. 배터리 셀은 원기둥체, 편평체, 직육면체 또는 기타 형상 등일 수 있으며, 본 출원의 실시예에서는 이에 대해 한정하지 않는다. 배터리 셀은 일반적으로 패키징의 방식에 따라 세 가지 종류: 원통형 배터리 셀, 각형 배터리 셀 및 파우치형 배터리 셀로 나뉘며, 본 출원의 실시예는 이에 대해 한정하지 않는다.
본 출원의 실시예에서 언급되는 배터리는 보다 높은 전압 및 용량을 제공하기 위해 하나 또는 다수의 배터리 셀을 포함하는 단일 물리 모듈을 의미한다. 예를 들어, 본 출원에서 언급되는 배터리는 배터리 모듈 또는 배터리 팩을 포함할 수 있다. 배터리는 일반적으로 하나 또는 다수의 배터리 셀을 패키징하기 위한 케이스를 포함한다. 케이스는 액체 또는 기타 이물질이 배터리 셀의 충전 또는 방전에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
배터리 셀은 전극 조립체와 전해액을 포함하고, 전극 조립체는 음극판, 양극판 및 분리막으로 구성된다. 배터리 셀은 주로 음극판과 양극판 사이의 금속 이온의 이동에 의존하여 작동한다. 음극판은 음극 집전체와 음극 활성 물질층을 포함하고, 음극 활성 물질층은 음극 집전체의 표면에 코팅되고, 음극 활성 물질층이 코팅되지 않은 음극 집전체는 음극 활성 물질층이 코팅된 음극 집전체로부터 돌출되고, 음극 활성 물질층이 코팅되지 않은 음극 집전체는 음극탭으로 사용된다. 양극 활성 물질층은 양극 집전체의 표면에 코팅되고, 양극 활성 물질층이 코팅되지 않은 양극 집전체는 양극 활성 물질층이 코팅된 양극 집전체로부터 돌출되고, 양극 활성 물질층이 코팅되지 않은 양극 집전체는 양극탭으로 사용된다. 퓨즈가 발생하지 않으면서 큰 전류를 통과시키기 위해 음극탭의 수는 여러 개로 함께 적층되고, 양극탭의 수는 여러 개로 함께 적층된다.
전극 조립체는 권취형 구조일 수 있고, 적층형 구조일 수도 있다. 권취형의 전극 조립체는 음극판, 양극판 및 음극판과 양극판 사이에 있는 분리막을 공동 권취하여 형성된 전극 조립체이다. 적층형의 전극 조립체는 다수의 단일 음극판 및 다수의 단일 양극판 및 분리막이 교대로 적층된 구조이거나, 하나의 연속적인 전체의 극판(양극판 또는 음극판)의 극판 두께 방향을 따른 양측에 분리막을 부착한 후 음극판과 Z자형으로 적층하여 형성된 적층형 전극 조립체일 수도 있다. 이러한 분리막이 양극판을 완전히 피복하는 구조는, 극판 두께 방향 양측의 분리막이 극판에 완전히 부착되어, 극판이 변위되지 않고, 극판과 극판이 접촉하지 않아, 쇼트를 효과적으로 방지할 수 있으며, 배터리의 안전을 보장하고, 배터리 용량의 충분한 발휘를 보장할 수 있다.
발명인은, 적층형의 전극 조립체의 경우, 극판의 극판 두께 방향을 따른 양측에 분리막을 부착할 때, 극판의 극판 두께 방향을 따른 양측에 분리막을 부착하기 위해, 일반적으로 접착제가 전체적으로 코팅된 분리막을 사용하며, 분리막의 접착제층의 점성을 이용하여 극판에 부착하지만, 분리막 전체에 대해 접착제를 코팅하면 원가가 매우 높아, 전극 조립체의 제조 원가가 전체적으로 높아지고, 분리막 전체에 대해 접착제를 코팅하는 것은 생산 효율이 상대적으로 낮다는 것을 발견했다.
이 점을 감안하여, 본 출원의 실시예는, 분리막에 접착제를 코팅할 필요 없이 극판의 활성 물질층의 극판 높이 방향을 따른 양측의 집전체에 접착제층을 코팅하고, 분리막을 집전체 상의 접착제층에 접착시킴으로써 분리막이 극판에 부착되는 것을 구현하여 원가를 절감하고, 생산 효율을 향상시키는 기술적 솔루션을 제공한다. 다음은 본 출원의 실시예에 대해 자세히 설명하도록 한다.
본 출원의 실시예에서 설명되는 기술적 솔루션은 배터리 및 전기기기에 적용된다.
전기기기는 차량, 휴대폰, 휴대용 장비, 노트북, 선박, 우주 설비, 전동 완구 및 전동 공구 등일 수 있다. 차량은 내연기관 자동차, 천연가스 자동차 또는 신재생에너지 자동차일 수 있고, 신재생에너지 자동차는 순수 전기자동차, 하이브리드 자동차 또는 주행거리 연장형 전기자동차일 수 있다. 우주 설비는 비행기, 로켓, 우주 왕복선 및 우주 비행선 등을 포함한다. 전동 완구는 게임기, 전동 자동차 완구, 전동 선박 완구 및 전동 비행기 완구 등과 같은 고정식 또는 이동식 전동 완구를 포함한다. 전동 공구는 전기 드릴, 전기 그라인더, 전기 스패너, 전기 드라이버, 전기 해머, 임팩트 전기드릴, 콘크리이트 진동기 및 전기 플레이너 등과 같은 금속 절삭용 전동 공구, 연마용 전동 공구, 조립용 전동 공구 및 철로용 전동 공구를 포함한다. 본 출원의 실시예는 전술한 전기기기에 대해 특별히 제한하지 않는다.
설명의 편의를 위해, 다음 실시예에서는 배터리를 사용하는 기기가 차량인 것을 예로 설명한다.
도 1은 본 출원의 일부 실시예에 따른 차량(1)의 구조 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 차량(1)의 내부에는 배터리(2)가 설치되어 있고, 배터리(2)는 더 높은 전압과 용량을 제공하기 위해 하나 또는 다수의 배터리 셀을 포함하는 단일 물리 모듈을 가리키며, 예를 들어, 본 출원에서 언급된 배터리(2)는 배터리 모듈 또는 배터리 팩 등을 포함할 수 있다. 배터리(2)는 차량(1)의 바닥 또는 앞쪽 또는 뒤쪽에 설치될 수 있다. 배터리(2)는 차량(1)의 전력 공급에 사용될 수 있으며, 예를 들어, 배터리(2)는 차량(1)의 조작 전원으로 사용될 수 있다. 차량(1)은 또한 컨트롤러(3)와 모터(4)를 포함할 수 있으며, 컨트롤러(3)는 배터리(2)를 제어하여 모터(4)에 전력을 공급하기 위해 사용되며, 예를 들어, 차량(1)의 시동, 내비게이션 및 주행 시의 작동 전력 수요에 사용된다.
본 출원의 일부 실시예에서, 배터리(2)는 차량(1)의 조작 전원으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 차량(1)의 구동 전원으로서 연료 또는 천연가스를 완전히 대체하거나 부분적으로 대체하여 차량(1)에 구동력을 제공할 수도 있다.
도 2는 본 출원의 일부 실시예에 따른 배터리(2)의 분해 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(2)는 케이스(5)와 배터리 셀(20)을 포함하며, 배터리 셀(20)은 케이스(5) 내에 수용된다.
케이스(5)는 배터리 셀(20)을 수용하기 위해 사용되며, 케이스(5)는 다양한 구조일 수 있다. 일부 실시예에서, 케이스(5)는 제1 케이스부(51)와 제2 케이스부(52)를 포함할 수 있고, 제1 케이스부(51)와 제2 케이스부(52)는 서로 덮이고, 제1 케이스부(51)와 제2 케이스부(52)는 배터리 셀(21)을 수용하기 위해 사용되는 수용 공간(53)을 공동으로 한정한다. 제2 케이스부(52)는 일단이 개구인 중공 구조일 수 있고, 제1 케이스부(51)는 판상 구조일 수 있으며, 제1 케이스부(51)는 제2 케이스부(52)의 개구측에 덮여, 수용 공간(53)을 갖는 케이스(5)를 형성하며; 제1 케이스부(51)와 제2 케이스부(52)는 모두 일측이 개구인 중공 구조일 수도 있으며, 제1 케이스부(51)의 개구측은 제2 케이스부(52)의 개구측에 덮여, 수용 공간(53)을 가진 케이스(5)를 형성한다. 물론, 제1 케이스부(51)와 제2 케이스부(52)는 원기둥체, 직육면체와 같은 다양한 형상일 수 있다.
제1 케이스부(51)와 제2 케이스부(52)가 연결된 후의 밀봉성을 향상시키기 위해, 제1 케이스부(51)와 제2 케이스부(52) 사이에는 실란트, 실링 링 등과 같은 밀봉부재를 설치할 수 있다.
제1 케이스부(51)가 제2 케이스부(52)의 상부를 덮을 경우, 제1 케이스부(51)는 상부 케이스 엔드커버로 지칭될 수 있고, 제2 케이스부(52)는 하부 케이스로 지칭될 수 있다.
배터리(2)에서, 배터리 셀(20)은 다수이다. 다수의 배터리 셀(20) 사이는 직렬 연결 또는 병렬 연결 또는 혼합 연결로 연결될 수 있으며, 혼합 연결은 다수의 배터리 셀(20)에 직렬 연결도 있고 병렬 연결로 있는 것을 의미한다. 다수의 배터리 셀(20)은 직접 직렬 연결 또는 병렬 연결 또는 혼합 연결로 연결되고, 다수의 배터리 셀(20)로 구성된 전체는 케이스(5) 내에 수용될 수 있으며; 물론, 다수의 배터리 셀(20)이 먼저 직렬 연결 또는 병렬 연결 또는 혼합 연결로 연결되어 배터리 그룹을 구성하고, 다수의 배터리 그룹은 다시 직렬 연결 또는 병렬 연결 또는 혼합 연결로 연결되어 하나의 전체를 형성하여 케이스(5) 내에 수용될 수도 있다.
도 3은 본 출원의 실시예에 따른 일 배터리 모듈(200)의 구조 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 각 배터리(2)에 포함되는 배터리 셀(20)의 수가 많을 수 있으므로 장착의 편의성을 위해 배터리 셀(20)을 그룹으로 나누어 설치하고, 각 배터리 셀(20) 그룹은 배터리 모듈(200)을 구성할 수 있다. 배터리(2)는 다수의 배터리 모듈(200)을 포함할 수 있으며, 이러한 배터리 모듈(200)은 직렬 연결, 병렬 연결 또는 혼합 연결의 방식을 통해 연결될 수 있다.
도 4는 본 출원의 일부 실시예에 따른 배터리 셀(20)의 분해 개략도이다.
도 4를 참조하면, 배터리 셀(20)은 배터리(2)를 구성하기 위해 사용되는 최소 구성 유닛을 의미하며, 본 출원의 일부 실시예에서, 배터리 셀(20)은 리튬이온 이차전지 셀, 리튬이온 일차전지 셀, 리튬황 배터리 셀, 나트륨 리튬이온 배터리 셀, 나트륨이온 배터리 셀 또는 마그네슘이온 배터리 셀 등을 포함할 수 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 대해 한정하지 않는다. 배터리 셀(20)은 편평체, 직육면체 또는 기타 형상 등을 가질 수 있고, 본 출원의 실시예는 이에 해대 한정하지 않으며, 설명의 편의를 위해, 다음 실시예에서는 모두 직육면체 형상의 배터리 셀(20)을 예시로 한다.
도 4를 계속 참조하면, 배터리 셀(20)은 엔드커버 조립체(21), 전극 조립체(22) 및 하우징 본체(23)를 포함한다. 하우징 본체(23)는 전극 조립체(22)를 하우징 본체(23) 내에 수용하기 위해 사용된다. 하우징 본체(23)는 다양한 형상 및 사이즈를 가질 수 있으며, 구체적으로, 하우징 본체(23)의 형상은 하나 또는 다수의 전극 조립체(22)의 구체적인 형상 및 사이즈에 따라 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 하우징 본체(23)는 중공 직육면체일 수 있다. 다른 일부 실시예에서, 하우징 본체(23)는 원기둥형 또는 기타 형상일 수 있다. 하우징 본체(23)의 일단은 개구(231)이고, 엔드커버 조립체(21)는 해당 개구(231)를 복개하고 하우징 본체(23)와 연결되어, 전극 조립체(22)를 배치하기 위한 밀폐된 공동을 형성한다. 공동 내에는 전해액이 채워질 수 있다. 일부 실시예에서, 엔드커버 조립체(21)는 엔드커버(212)를 포함하고, 엔드커버(212)에는 전극 단자(211)가 설치되어 있고, 전극 조립체(22)에는 탭(221)이 설치되어 있으며, 전극 단자(211)는 탭(221)과 전기적으로 연결되어, 배터리 셀(20)의 전기 에너지를 출력하기 위해 사용된다. 각 전극 단자(211)에는 집전부재가 대응하여 설치될 수 있으며, 전극 단자(211)와 탭(221)이 집전부재를 통해 전기적으로 연결될 수 있도록 해당 집전부재는 엔드커버(212)와 탭(221) 사이에 위치할 수 있다. 엔드커버 조립체(21)에는 배터리 셀(20)의 내부 압력 또는 온도가 임계값에 도달할 때 내부 압력을 방출시키기 위해 사용되는 방압기구와 같은 기타 기능성 부품이 설치될 수도 있다. 하우징 본체(23)와 엔드커버(212)의 재질은 구리, 철, 알루미늄, 스테인리스, 알루미늄 합금 등과 같이 다양할 수 있다.
도 5는 본 출원의 일부 실시예에 따른 전극 조립체(22)의 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 출원의 일부 실시예의 전극 조립체(22)는 제1 극판(222), 분리막(223)과 제2 극판(224)을 포함하며, 여기서, 제1 극판(222)과 분리막(223)은 각각 연속적인 일체형 구조이다. 다른 일부 실시예에서, 제1 극판(222)은 다수의 분리형 구조의 극판일 수도 있으며, 다수의 극판의 극판 두께 방향을 따른 양측에는 연속적인 분리막(223)이 설치된다.
양측 분리막(223)은 제1 극판(222)의 극판 두께 방향을 따른 양측에 각각 설치되고, 제1 극판(222)과 양측의 분리막(223)은 여러 번 왕복 접힌 상태로 되어 제1 극판(222)과 양측의 분리막(223)이 대략 Z자형으로 왕복 절곡되게 하며, 적층 구조의 인접한 양측의 제1 극판(222) 사이에는 제2 극판(224)이 설치되어 있고, 제1 극판(222)과 제2 극판(224) 사이는 분리막(223)을 통해 분리되어, 적층 구조의 전극 조립체(22)를 형성한다. 제1 극판(222)과 제2 극판(224)의 극성은 반대이며, 그중 하나가 음극판일 때, 다른 하나는 양극판이다. 분리막(223)은 제1 극판(222)과 제2 극판(224)을 분리하기 위해 사용되는 미세다공성 필름이고, 나노미터급 미세다공성을 갖는 고분자 기능성 재료이다. 이는 2개의 극판의 접촉으로 인해 쇼트가 발생하는 것을 방지하는 동시에, 전해질 이온이 통과할 수 있도록 하기 위해 사용된다. 분리막(223)은 폴리올레핀 재료의 폴리올레핀 미세다공성 필름일 수 있으며, 폴리에틸렌(PE) 단층 필름, 폴리프로필렌(PP) 단층 필름 및 폴리에틸렌과 폴리프로필렌이 복합되어 형성된 다층 미세다공성 필름을 포함한다.
제1 극판(222)의 극판 두께 방향을 따른 양측에 분리막(223)을 부착하기 위해, 일반적으로 분리막(223)에 대해 전체적으로 접착제를 코팅하는 방식을 사용하며, 접착제의 점성을 통해 분리막(223)을 제1 극판(222)에 부착하지만, 분리막 전체에 대해 접착제를 코팅하면 원가가 매우 높아, 전극 조립체(22)의 제조 원가가 전체적으로 높아지고, 분리막(223) 전체에 대해 접착제를 코팅하는 것은 생산 효율이 상대적으로 낮다.
일부 기술에서, 원가 절감을 위해, 접착제가 코팅되지 않은 분리막(223)을 사용하고, 제1 극판(222)의 활성 물질층의 다수의 위치에 접착제층을 코팅한 다음, 분리막(223)을 이러한 접착제층에 접착시켜 분리막(223)을 제1 극판(222)에 부착하는 것을 구현할 수 있지만, 이러한 부착 방식은 접착제층을 활성 물질층에 직접 코팅하는 것이므로 이 부분 활성 물질의 용량을 발휘할 수 없고, 동시에, 활성 물질 상의 접착제층의 두께 제어가 쉽지 않아, 전체 전극 조립체(22)의 두께에 영향을 미치고, 또한 활성 물질층의 다수의 위치에 접착제층을 코팅해야 하므로, 생산 효율이 상대적으로 낮다.
도 6은 본 출원의 일부 실시예에 따른 제1 극판(222)과 분리막(223)이 전개된 개략도이고, 도 7은 도 6의 A-A 방향 단면도이며, 도 8은 도 6의 제1 극판(222)의 개략도이다.
도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 출원의 실시예의 전극 조립체(22)는 제1 극판(222)과 분리막(223)을 포함한다. 제1 극판(222)의 극판 두께 방향(W)을 따른 양측에는 활성 물질층(2221)과 점성 물질층(2222)이 코팅되어 있고, 각 측의 활성 물질층(2221)과 점성 물질층(2222)은 극판 높이 방향(H)을 따라 병렬로 설치되며, 분리막(223)은 제1 극판(222)의 극판 두께 방향(W)을 따른 양측에 설치되어 제1 극판(222)과 적층 설치되며, 도 6의 점선 박스는 제1 극판(222)의 윤곽 나타낸다. 전극 조립체(22)가 전개된 상태에서, 제1 극판(222)의 각 측의 분리막(223)은 연속적인 일체형 구조이고, 분리막(223)은 점성 물질층(2222)을 통해 제1 극판(222)에 연결된다.
도 7과 도 8을 계속 참조하면, 일부 실시예에서, 제1 극판(222)은 집전체(2224), 집전체(2224)에서 극판 높이 방향(H)의 일측 단부를 따라 연장된 제1 탭(2223), 및 집전체(2224) 상에 코팅된 활성 물질층(2221)과 점성 물질층(2222)을 포함한다. 집전체(2224)의 극판 두께 방향(W)을 따른 양측에는 모두 활성 물질층(2221)과 점성 물질층(2222)이 코팅되어 있다. 극판 높이 방향(H)을 따라, 점성 물질층(2222)과 활성 물질층(2221)은 인접 연결되고 병렬로 설치되며, 점성 물질층(2222)은 극판 길이 방향(L)을 따라 연장되어 제1 극판(222)의 전장을 관통할 수 있으며, 각 점성 물질층(2222) 및 활성 물질층(2221)은 극판 길이 방향(L)을 따라 서로 평행하게 설치된다. 점성 물질층(2222)의 수는 적어도 하나이고, 점성 물질층(2222)이 다수일 때, 점성 물질층(2222)은 활성 물질층(2221)과 교대로 설치될 수 있다.
집전체(2224)는 극판 두께 방향(W)을 따라 대향하는 2개의 표면을 가지며, 2개의 표면에는 모두 활성 물질층(2221)과 점성 물질층(2222)이 코팅되어 있을 수 있다. 하나의 구체적인 예시에서, 제1 극판(222)이 양극판일 때, 집전체(2224)의 재료는 구리 또는 구리합금 등 금속 재료이다. 제1 극판(222)이 음극판일 때, 집전체(2224)의 재료는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등 금속 재료이다.
활성 물질층(2221)은 제1 극판(222)의 극판 두께 방향(W)을 따라 대향하는 2개의 표면에 코팅되어 있으며, 활성 물질층(2221)은 배터리(2)의 충방전 과정에서 전기 화학반응을 일으켜 전기 에너지를 생성할 수 있다. 제1 극판(222)이 양극판일 때, 활성 물질층(2221)의 재료는 카본 또는 실리콘 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 제1 극판(222)이 음극판일 때, 활성 물질층(2221)의 재료는 코발트산리튬, 인산철리튬, 삼원계 리튬 또는 망간산리튬 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
점성 물질층(2222)은 제1 극판(222)의 극판 두께 방향(W)을 따라 대향하는 2개의 표면에 코팅되어 있으며, 점성 물질층(2222)은 일정한 점성을 가진 재료로 구성되고, 이는 일정한 조건하에 분리막(223)을 제1 극판(222)에 접착시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 점성 물질층(2222)은 핫멜트 접착제층이고, 이는 열융착을 통해 분리막(223)을 제1 극판(222)에 접착시킨다.
일부 실시예에서, 제1 극판(222)의 극판 두께 방향(W)을 따른 양측에 연속적인 일체형 분리막(223)을 각각 설치하고, 분리막(223)은 쌍으로 설치되며, 제1 극판(222)은 2개의 분리막(223) 사이에 설치된다. 분리막(223)의 전체 사이즈는 제1 극판(222)의 전체 사이즈보다 크며, 제1 극판(222)은 양측 분리막(223)의 내부에 완전히 피복될 수 있어, 전극 조립체(22)를 형성한 후 제1 극판(222)과 제2 극판(224)이 충분히 분리되어 양자 사이의 절연을 구현할 수 있다.
배터리 조립체(22)를 제조할 때, 2개의 일체형 분리막(223)을 제1 극판(222)의 극판 두께 방향(W)을 따른 양측에 각각 설치하여 제1 극판(222)이 2개의 분리막(223) 사이에 개재되도록 하고, 그 다음 2개의 분리막(223)을 제1 극판(222)의 양측에 대응되는 점성 물질층(2222)에 접착시켜 분리막(223)이 제1 극판(222)에 부착하는 것을 구현하고, 분리막(223)과 제1 극판(222)의 위치를 고정시킨다.
제1 극판(222)의 극판 두께 방향(W)을 따른 양측에 분리막(223)을 설치한 후, 제1 극판(222)과 양측의 분리막(223)이 대략 Z자형으로 왕복 절곡되도록 분리막(223)을 제1 극판(222)과 공동으로 여러 번 왕복 접어 전극 조립체(22)를 형성한다. 집전체(2224)의 극판 높이 방향(H)을 따른 일측 단부에는 다수의 간격을 두고 설치된 제1 탭(2223)이 있고, 제1 탭(2223)은 집전체(2224)로부터 외부로 연장되어 해당 측의 점성 물질층(2222)으로부터 돌출된다. 제1 극판(222)을 Z자형으로 적층한 후, 다수의 제1 탭(2223)은 중첩되어, 다중 탭 구조의 탭(221)을 형성하여 전극 단자(211)와 전기적으로 연결된다.
도 8의 다수의 점선(X)은 실체를 나타내지 않고, 제1 극판(222)과 분리막(223)이 Z자형으로 적층된 절곡 위치를 예시적으로 나타내며, 이러한 절곡 위치는 일정한 폭을 갖는 절곡 영역이다.
상기 실시예에서, 집전체(2224)의 극판 높이 방향(W)을 따른 양측 단부에 점성 물질층(2222)을 코팅하는 것을 통해, 분리막(223)이 점성 물질층(2222)을 통해 제1 극판(222)에 접착되게 하여 분리막(223)과 제1 극판(222)의 위치를 고정시키므로, 분리막(223)에 접착제층을 코팅할 필요가 없고, 원가를 절감하고, 생산 효율을 향상시킨다.
일부 기술에서, 제1 극판(222)의 활성 물질층(2221)의 다수의 위치에 접착제층을 코팅한 다음, 분리막(223)을 이러한 접착제층에 접착시켜 분리막(223)을 제1 극판(222)에 부착하는 것을 구현할 수 있지만, 이러한 부착 방식은 접착제층을 활성 물질층(2221)에 직접 코팅하는 것이므로 이 부분 활성 물질의 용량을 발휘할 수 없다.
도 7과 도 8을 계속 참조하면, 일부 실시예에서, 점성 물질층(2222)이 활성 물질층(2221)에 코팅되는 것을 피하기 위해, 극판 높이 방향(H)을 따라, 점성 물질층(2222)은 제1 극판(222)의 양측 단부에 코팅되고, 양측 점성 물질층(2222) 사이에는 활성 물질층(2221)이 코팅되어 있다.
집전체(2224)의 양측 단부에는 모두 점성 물질층(2222)이 코팅되어 있으나, 점성 물질층(2222)과 활성 물질층(2221)의 극판 두께 방향(W)에서의 투영은 겹치지 않으며, 즉 점성 물질층(2222)과 활성 물질층(2221)은 모두 집전체(2224)에 직접 코팅된다.
점성 물질층(2222)과 활성 물질층(2221)은 모두 집전체(2224)에 직접 코팅되고 병렬로 설치되며, 점성 물질층(2222)은 활성 물질층(2221)을 복개하지 않으므로, 활성 물질층(2221)의 용량 발휘에 영향을 미치지 않으며, 동시에, 제1 극판(222)의 전체 두께도 증가하지 않는다. 또한, 점성 물질층(2222)은 제1 극판(222)의 극판 높이 방향(H)을 따른 양측 단부에 설치되어, 제1 극판(222)의 단부 위치와 분리막(223)이 접착 고정되게 함으로써, 분리막(223)이 접히거나 구겨질 위험을 줄이고, 분리막(223)의 절연 작용을 보장할 수 있다.
도 9는 도 6의 다른 일부 실시예의 A-A 방향 단면도이고, 도 10은 도 9의 제1 극판(222)의 개략도이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 극판 높이 방향(H)을 따라, 양측 단부의 점성 물질층(2222) 사이에는 하나 또는 다수의 간격을 두고 설치된 점성 물질층(2222)이 더 설치되며, 인접한 2개의 점성 물질층(2222) 사이에는 활성 물질층(2221)이 코팅되어 있다.
극판 높이 방향(H)을 따라, 점성 물질층(2222)은 제1 극판(222)의 양측 단부에 코팅되고, 높이가 상대적으로 높은 제1 극판(222)의 경우, 분리막(223)과 제1 극판(222)의 접착 효과를 향상시키기 위해, 양측 단부의 점성 물질층(2222) 사이에 적어도 하나의 점성 물질층(2222)을 설치할 수 있다. 적어도 하나의 점성 물질층(2222)은 모두 양측 단부의 점성 물질층(2222) 사이(즉, 제1 극판(222)의 중부 위치)에 균일하게 분포되고, 각 점성 물질층(2222)은 활성 물질층(2221)과 각각 인접 연결되고 병렬로 설치되고 활성 물질층(2221)의 극판 두께 방향(W)을 따른 투영과 겹치지 않으며, 즉 점성 물질층(2222)과 활성 물질층(2221)은 서로 복개하지 않음을 이해할 수 있다. 각 점성 물질층(2222)과 각 활성 물질층(2221)은 극판 길이 방향(L)을 따라 서로 평행하게 설치된다. 점성 물질층(2222)의 수는 적어도 하나이고, 점성 물질층(2222)이 다수일 때, 점성 물질층(2222)은 활성 물질층(2221)과 교대로 설치될 수 있다.
중부 위치에 하나의 점성 물질층(2222)을 설치하여, 분리막(223)과 제1 극판(222)의 접착 효과를 향상시킬 수 있고, 생산 원가가 상대적으로 낮고, 생산 효율이 높다. 중부 위치에 다수의 점성 물질층(2222)을 설치함으로써, 분리막(223)과 제1 극판(222)의 접착 효과를 향상시키는 동시에, 분리막(223)과 제1 극판(222)의 평탄성을 향상시키고, 제1 극판(222)의 중부 위치에 대응되는 분리막(223)이 구겨질 위험을 줄일 수 있으며, 적층 후 전극 조립체(22)의 전체 두께를 증가시키지 않고, 전극 조립체(22)의 품질을 향상시킨다.
일부 실시예에서, 점성 물질층(2222)의 극판 높이 방향(H)을 따른 폭은 2~20mm이다. 점성 물질층(2222)은 극판 길이 방향(L)을 따라 연장되고 제1 극판(222)의 전장을 관통할 수 있기 때문에, 분리막(223)과 제1 극판(222)의 극판 길이 방향(L)을 따른 접착 강도를 보장할 수 있으나, 각 점성 물질층(2222)이 극판 높이 방향(H)을 따라 간격을 두고 설치되고, 인접한 두 점성 물질층(2222) 사이에 활성 물질층(2221)이 설치되어 있으며, 분리막(223)이 점성을 가지지 않고, 제1 극판(222)의 활성 물질층(2221)과 대응되는 분리막(223)이 접착 고정되지 않기 때문에, 각 점성 물질층(2222)의 극판 높이 방향(H)을 따른 폭을 2~20mm로 설치하여 분리막(223)과 제1 극판(222)의 극판 높이 방향(H)을 따른 접착 강도를 향상시킬 수 있다.
도 11은 도 9의 Ⅱ부 확대도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 점성 물질층(2222)의 극판 두께 방향(W)을 따른 두께(a1)는 활성 물질층(2221)의 두께(a2)보다 크거나 같으므로, 분리막(223)이 제1 극판(222)에 부착될 때, 분리막(223)과 점성 물질층(2222)이 서로 접촉하도록 확보하여, 점성 물질층(2222)이 분리막(223)을 접착하는 역할을 할수 있게 한다.
일부 실시예에서, 점성 물질층(2222)의 극판 두께 방향(W)을 따른 두께(a1)는 25~120μm이고, 점성 물질층(2222)의 두께를 제어하는 것을 통해, 분리막(223)과 점성 물질층(2222)의 접착을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 극판(222)의 전체 두께를 보장하여, 전극 조립체(22)의 두께를 효과적으로 제어할 수 있다.
일부 실시예에서, 점성 물질층(2222)은 핫멜트 접착제층이고, 핫멜트 접착제층은 열융착을 통해 분리막(223)과 제1 극판(222)을 연결한다. 점성 물질층(2222)은 열융착된 후, 핫멜트 접착제가 점성을 생성하는 역할을 하여, 분리막(223)이 점성 물질층(2222)에 접착되고, 분리막(223)과 제1 극판(222)을 접착하는 효과를 얻을 수 있다.
일부 실시예에서, 점성 물질층(2222)의 재료는 폴리프로필렌이고, 폴리프로필렌은 전해액에 결딜 수 있으며, 70~90℃의 온도에서 열융착 작용으로 분리막(223)을 제1 극판(222)에 접착시킬 수 있다.
제1 극판(222)의 집전체(2224)의 극판 높이 방향(H)을 따른 양측 단부와 중부 위치에 점성 물질층(2222)이 코팅되기 때문에, 분리막(223)이 제1 극판(222)에 접착될 수 있고, 분리막(223)에 전체적으로 접착제층을 코팅할 필요가 없고, 생산 원가를 절감하고, 생산 효율을 향상시킨다. 제1 극판(222)의 극판 높이 방향(H)을 따른 양측 단부와 분리막(223)을 접착 연결하고, 제1 극판(222)과 분리막(223)을 공동으로 Z자형으로 적층한 후, 분리막(223)이 접혀 제1 극판(222)과 제2 극판(224)이 접촉하는 것을 피하고, 전극 조립체(22)에 쇼트가 발생할 위험을 줄일 수 있다.
도 12는 본 출원의 일부 실시예의 제1 극판(222)이 적층된 후의 개략도이고, 도 13은 도 5의 Ⅰ부 확대도이다.
도 5, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 제1 극판(222)은 다수의 절곡부분(2225)과 다수의 적층 설치된 제1 적층부분(2226)을 포함하며, 각 절곡부분(2225)은 2개의 인접한 제1 적층부분(2226)을 연결한다. 극판의 두께 방향(W)을 따라, 절곡부분(2225)은 제1 극판(222)의 절곡을 용이하게 하기 위해 두께 감소부(22251) 또는 절단부(22252)(도 14를 참조)를 포함한다.
도 12의 다수의 절곡부분(2225)은 전개된 후 도 8과 도 10의 다수의 점선(X)의 위치 영역에 대응되고, 도 8, 도 10 및 도 12는 제1 극판(222)의 구조를 예시적으로 설명한 것일 뿐, 구체적인 절곡부분(2225)과 제1 적층부분(2226)의 수는 전극 조립체(22)의 사이즈 사양에 따라 설정될 수 있으며, 본 출원은 이에 대해 구체적으로 한정하지 않는다.
도 5 및 도 12에서 제1 극판(222)은 하나의 연속적인 일체형 구조이고, 전극 조립체를 제조할 때, 먼저 제1 극판(222)의 극판 두께 방향(W)을 따른 양측에 하나의 연속적인 일체형 분리막(223)을 각각 부착한 다음, 분리막(223)과 점성 물질층(2222)을 열융착하여, 분리막(223)과 제1 극판(222)이 접착 연결되도록 한다. 제1 극판(222)을 Z자형으로 적층할 때, 제1 극판(222)과 양측의 분리막(223)이 점선(X)의 위치영역에서 절곡되어, 제1 극판(222)이 절곡부분(2225)을 형성하도록 한다.
도 13에 도시된 실시예에서, 절곡부분(2225)은 두께 감소부(22251)를 포함하고, 두께 감소부(22251)는 절곡부분(2225)의 수와 동일할 수 있으며, 물론, 모든 절곡부분(2225)에서, 일부 수의 절곡부분(2225)에는 두께 감소부(22251)가 설치되고, 기타 절곡부분(2225)에는 두께 감소부(22251)가 설치되지 않을 수 있음을 이해할 수 있다.
두께 감소부(22251)는 제1 극판(222)에 설치된 홈일 수 있으며, 해당 홈은 제1 극판(222) 상의 일부 활성 물질층을 제거하여 형성된 것일 수 있다. 하나의 예시에서, 두께 감소부(22251)의 극판 두께 방향(W)에 수직인 단면 형상은 V형이나, 두께 감소부(22251)의 단면 형상은 V형에 한정되는 것이 아니고, U형 또는 직사각형 등일 수도 있다.
인접한 2개의 두께 감소부(22251) 중 하나는 제1 극판(222)의 극판 두께 방향(W)를 따른 하나의 표면에 위치하고, 다른 하나는 해당 표면을 등진 표면에 위치하여, 제1 극판(222)이 Z자형으로 왕복 절곡될 수 있게 한다.
두께 감소부(22251)는 전극 조립체(22)를 제조할 때 제1 극판(222)이 두께 감소부(22251)의 영역에서 절곡되도록 안내하여, 적층 작업을 용이하게 하며, 두께 감소부(22251)는 제1 극판(222)보다 더 얇은 두께를 갖기 때문에, 제1 극판(222)은 두께 감소부(22251)에서 더 쉽게 절곡되어, 절곡 위치의 제어성과 정확성을 향상시키는 데 유리하다.
도 14는 본 출원의 다른 일부 실시예에 따른 전극 조립체(22)의 단면도이고, 도 15는 본 출원의 다른 일부 실시예에 따른 제1 극판(222)의 개략도이다.
도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 다른 일부 실시예에서, 제1 극판(222)의 절곡부(2225)는 절단부(22252)를 포함하고, 제1 극판(222)이 전개된 상태에서, 절단부(22252)는 제1 극판(222)을 다수의 간격을 둔 제1 적층부분(2226)으로 분할한다. 전극 조립체(22)를 제조할 때, 다수의 제1 적층부분(2226)을 하나의 일체형 분리막(223)에 간격을 두고 부착하고, 다수의 제1 적층부분(2226) 사이의 이격 거리는 하나의 절단부(22252)의 폭이며, 그 다음 다수의 제1 적층부분(2226)의 분리막(223)이 부착되지 않은 일측에 하나의 일체형 분리막(223)을 부착하여 다수의 제1 적층부분(2226)이 두 층 분리막(223) 사이에 개재되도록 하며, 제1 극판(222)이 양측 분리막(223) 사이에 완전히 개재된 후, 분리막(223)과 각 제1 적층부분(2226) 상의 점성 물질층(2222)을 열융착하여 분리막(223)과 전부 제1 적층부분(2226)이 접착되도록 함으로써, 제1 극판(222)과 분리막(223)의 고정 연결을 구현한다. 다음 분리막(223)과 다수의 제1 적층부분(2226)을 다수의 절단부(22252)의 위치에서 왕복 접어, 분리막(223)과 다수의 제1 적층부분(2226)이 공동으로 적층 설치되도록 한다.
절단부(22252)가 전극 조립체(22)를 제조하기 위해 사용될 때, 적층 작업의 편의를 위해 분리막(223)과 다수의 제1 적층부분(2226)을 절단부(22252)의 위치에서 접히도록 안내하고, 절단부(22252)가 제1 극판(222)을 다수의 간격을 두고 설치된 제1 적층부분(2226)으로 분할하기 때문에, 제1 적층부분(2226)의 사이즈 정밀도를 정확하게 제어할 수 있어, 접힌 위치의 제어성과 정확성을 향상시키는 데 유리하다.
일부 실시예에서, 상기 제1 극판(222)은 양극판이다. 양극판의 집전체 재료는 구리 또는 구리합금 등 금속 재료이고, 양극판의 집전체에는 양극 활성 물질층이 코팅되어 있고, 양극 활성 물질은 카본 또는 실리콘 등 재료일 수 있다. 양극 활성 물질 재료의 특성으로 인해, 전극 조립체(22)의 작업 과정에서, 분말 낙하 상황이 쉽게 발생한다. 양극판을 분리막(223)과 접착 연결하기 위한 제1 극판(222)으로 사용하면, 양극 활성 물질 재료의 분말 낙하로 인한 하우징 본체(23)의 부식 위험을 줄일 수 있다.
도 5 및 도 14를 계속 참조하면, 일부 실시예에서, 전극 조립체(22)는 제1 극판(222)과 극성이 반대인 제2 극판(224)을 더 포함하며, 제1 극판(222)이 양극판일 때 제2 극판(224)은 음극판이며; 제2 극판(224)은 다수의 제2 적층부분(2241)을 포함하고, 전극 조립체(22)의 적층 상태에서, 각 제2 적층부분(2241)은 인접한 2개의 제1 적층부분(2226) 사이에 설치된다.
도 16은 도 5에 도시된 실시예의 전극 조립체(22)가 전개된 상태에서의 제1 극판(222), 제2 극판(224) 및 분리막(223)의 연결 구조 개략도이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(22)를 제조할 때, 제1 극판(222)을 기반으로, 제1 극판(222)의 극판 두께 방향(W)을 따른 방향 양측에 분리막(223)을 각각 설치하여 쌍으로 설치된 분리막(223)이 공동으로 제1 극판(222)을 협지하도록 하고, 그 다음 양측의 분리막(223)과 제1 극판(222)의 점성 물질층(2222)을 열융착하여, 분리막(223)과 제1 극판(222)이 접착 연결되도록 한다. 하나의 예시에서, 제1 극판(222)에 분리막(223)을 설치한 후, 제2 극판(224)의 제2 적층부분(2241)을 분리막(223)에 부착한다. 예를 들어, 제2 적층부분(2241)과 분리막(223)은 열압착, 전기영동 또는 접착 방식을 통해 연결될 수 있다. 인접한 2개의 제2 적층부분(2241) 중 하나는 쌍으로 설치된 분리막(223) 중의 하나에 연결되고, 다른 하나는 쌍으로 설치된 분리막(223) 중의 다른 하나에 연결되어, 인접한 2개의 제2 적층부분(2241)이 제1 극판(222)의 대향하는 양측에 설치되도록 한다. 극판 두께 방향(W)을 따라, 제1 적층부분(2226)과 제2 적층부분(2241)은 위치가 서로 대응되게 설치된다. 제1 극판(222), 제2 극판(224)과 분리막(223)을 공동으로 왕복 절곡하여, 적층된 전극 조립체(22)를 형성한다. 상기 설치를 통해, 성형된 전극 조립체(22)가 사용 요구를 더 잘 만족하고, 전극 조립체(22)의 전기적 성능을 최적화할 수 있다.
도 17은 본 출원의 일 실시예의 전극 조립체의 제조 방법의 흐름도이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 본 출원의 실시예는 일 전극 조립체의 제조 방법을 더 제공하며, 해당 방법은 다음 단계들을 포함한다.
단계 S1: 제1 극판(222)을 제공한다. 일부 실시예에서, 제1 극판(222)은 양극판일 수 있다.
단계 S2: 활성 물질층(2221)과 점성 물질층(2222)이 인접하게 설치되도록 제1 극판(222)의 극판 두께 방향(W)을 따른 양측에 활성 물질층(2221)과 점성 물질층(2222)을 코팅한다.
단계 S3: 분리막(223)을 제공한다. 분리막(223)은 연속적인 일체형 구조일 수 있다.
단계 S4: 분리막(223)을 제1 극판(222)의 극판 두께 방향(W)을 따른 양측에 설치하여 제1 극판(222)과 적층 설치한다.
단계 S5: 점성 물질층(2222)을 통해 분리막(222)을 제1 극판(222)에 연결된다.
일부 실시예에서, 점성 물질층(2222)은 열융착을 통해 분리막(223)과 제1 극판(222)이 연결되도록 한다.
일부 실시예에서, 제1 극판을 제공하는 단계 S1은, 인덴테이션 또는 레이저 세정 방법을 통해 제1 극판(222)에 다수의 두께 감소부(22251)를 형성하는 단계를 포함한다. 제1 극판(222)에 대해 인덴테이션 또는 레이저 세정을 수행하여, 제1 극판(222)의 일부 재료를 제거하며, 제거된 일부 재료는 활성 물질 재료이거나 집전체 재료일 수 있으며, 이로써 두께 감소부(22251)가 제1 극판(222)의 기타 부분보다 더 얇은 두께를 가지도록 한다.
일부 실시예에서, 전극 조립체의 제조 방법은, 제1 극판(222)이 다수의 절곡부분(2225)과 다수의 적층 설치된 제1 적층부분(2226)을 가지고, 각 절곡부분(2225)이 2개의 인접한 제1 적층부분(2226)을 연결하도록, 분리막(223)과 제1 극판(222)을 공동 적층하고, 다수의 두께 감소부(22251)에서 절곡하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 전극 조립체의 제조 방법은, 제2 극판(224)을 제공하고, 제2 극판(224)을 적층 설치된 인접한 제1 적층부분(2226) 사이에 설치하는 단계를 더 포함한다.
본 출원의 전극 조립체의 제조 방법은, 집전체(2224)의 극판 높이 방향(W)을 따른 양측 단부에 점성 물질층(2222)을 코팅하는 것을 통해, 분리막(223)이 점성 물질층(2222)을 통해 제1 극판(222)에 접착되게 하여 분리막(223)과 제1 극판(222)의 위치를 고정시키므로, 분리막(223)에 접착제층을 코팅할 필요가 없고, 원가를 절감하고, 생산 효율을 향상시킨다.
위에서 언급한 것은 본 출원의 바람직한 실시예일 뿐 본 출원을 제한하는 데 사용되지 않으며, 본 분야의 기술자에 있어서 본 출원은 다양한 변경 및 변화가 이루어질 수 있다. 본 출원의 취지와 원칙 내에서 이루어진 모든 수정, 동등한 대체, 개선은 모두 본 출원의 보호 범위에 속한다.
1-차량, 2-배터리, 3-컨트롤러, 4-모터, 5-케이스;
51-제1 케이스부, 52-제2 케이스부, 53-수용 공간；
20-배터리 셀; 200-배터리 모듈;
21-엔드커버 조립체, 211-전극 단자, 212-엔드커버;
22-전극 조립체,
221-탭,
222-제1 극판,
2221-활성 물질층,
2222-점성 물질층,
2223-제1 탭,
2224-집전체,
2225-절곡부,
22251-두께 감소부,
22252-절단부,
2226-제1 적층부분,
223-분리막,
224-제2 극판,
2241-제2 적층부분;
23-하우징 본체,
231-개구.
51-제1 케이스부, 52-제2 케이스부, 53-수용 공간；
20-배터리 셀; 200-배터리 모듈;
21-엔드커버 조립체, 211-전극 단자, 212-엔드커버;
22-전극 조립체,
221-탭,
222-제1 극판,
2221-활성 물질층,
2222-점성 물질층,
2223-제1 탭,
2224-집전체,
2225-절곡부,
22251-두께 감소부,
22252-절단부,
2226-제1 적층부분,
223-분리막,
224-제2 극판,
2241-제2 적층부분;
23-하우징 본체,
231-개구.
Claims (19)
- 전극 조립체에 있어서,
극판 두께 방향을 따른 양측에 활성 물질층과 점성 물질층이 코팅되어 있고, 각 측의 상기 활성 물질층과 상기 점성 물질층이 극판 높이 방향을 따라 병렬로 설치되는 제1 극판; 및,
상기 제1 극판의 극판 두께 방향을 따른 양측에 설치되어 상기 제1 극판과 적층 설치되는 분리막; 을 포함하며;
상기 전극 조립체가 전개된 상태에서, 상기 제1 극판 각 측의 상기 분리막은 연속적인 일체형 구조이고, 상기 분리막은 상기 점성 물질층을 통해 상기 제1 극판에 연결되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체. - 제1항에 있어서, 극판 높이 방향을 따라, 상기 점성 물질층은 상기 제1 극판의 양측 단부에 코팅되고, 양측의 상기 점성 물질층 사이에는 상기 활성 물질층이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
- 제2항에 있어서, 극판 높이 방향을 따라, 양측의 상기 점성 물질층 사이에는 하나 또는 다수의 간격을 두고 설치된 상기 점성 물질층이 더 설치되어 있고, 인접한 2개의 상기 점성 물질층 사이에는 상기 활성 물질층이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점성 물질층의 극판 높이 방향을 따른 폭은 2~20mm인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점성 물질층의 극판 두께 방향을 따른 두께는 상기 활성 물질층의 두께보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점성 물질층의 극판 두께 방향을 따른 두께는 25~120μm인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점성 물질층은 핫멜트 접착제층이고, 상기 핫멜트 접착제층은 열융착을 통해 상기 분리막과 상기 제1 극판을 연결하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점성 물질층의 재료는 폴리프로필렌인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 극판은 다수의 절곡부분과 다수의 적층 설치된 제1 적층부분을 포함하고, 각 상기 절곡부분은 2개의 인접한 상기 제1 적층부분을 연결하며; 극판의 두께 방향을 따라, 상기 절곡부분은 상기 제1 극판의 절곡을 용이하게 하기 위해 두께 감소부 또는 절단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 극판은 양극판인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 극판과 극성이 반대인 제2 극판을 더 포함하며; 상기 제2 극판은 다수의 제2 적층부분을 포함하고, 상기 전극 조립체의 적층 상태에서, 각 상기 제2 적층부분은 인접한 2개의 상기 제1 적층부분 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
- 전극 조립체의 제조 방법에 있어서,
제1 극판을 제공하고, 활성 물질층과 점성 물질층이 인접하게 설치되도록 상기 제1 극판의 두께 방향을 따른 양측에 활성 물질층과 점성 물질층을 코팅하는 단계;
분리막을 제공하고, 상기 분리막을 상기 제1 극판의 극판 두께 방향을 따른 양측에 설치하여 상기 제1 극판과 적층 설치하는 단계; 및
상기 점성 물질층을 통해 상기 분리막을 상기 제1 극판에 연결하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조 방법. - 제12항에 있어서, 상기 점성 물질층은 열융착을 통해 상기 분리막과 상기 제1 극판이 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조 방법.
- 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 제1 극판을 제공하는 단계는,
인덴테이션 또는 레이저 세정 방법을 통해 상기 제1 극판에 다수의 두께 감소부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조 방법. - 제14항에 있어서, 상기 제1 극판이 다수의 절곡부분과 다수의 적층 설치된 제1 적층부분을 가지고, 각 상기 절곡부분이 2개의 인접한 상기 제1 적층부분을 연결하도록, 상기 분리막과 상기 제1 극판을 공동 적층하고, 상기 다수의 두께 감소부에서 절곡하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조 방법.
- 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 극판을 제공하고, 상기 제2 극판을 적층 설치된 인접한 상기 제1 적층부분 사이에 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조 방법.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 의한 전극 조립체를 포함하거나, 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 의한 전극 조립체의 제조 방법을 이용하여 제조한 전극 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
- 적어도 하나의 제17항에 의한 배터리 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
- 제18항에 의한 배터리를 포함하고, 상기 배터리는 전기 에너지를 제공하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 전기기기.
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| PCT/CN2021/130772 WO2023082290A1 (zh) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 电极组件及其制作方法、电池单体、电池和用电装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN213340434U (zh) * | 2020-09-22 | 2021-06-01 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电极组件、电池单体、电池以及用电装置 |
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- 2021-11-15 WO PCT/CN2021/130772 patent/WO2023082290A1/zh active Application Filing
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