KR20240026103A - 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체는 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극 및 제2 분리막이 권취되어 형성되며, 상기 전극 조립체는 상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막 각각과, 상기 제1 전극의 권취가 시작되는 에지부 사이의 공간에 배치되며 상기 공간의 적어도 일부와 대응하는 형상을 가지는 보호 부재를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 전극 조립체 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안전성을 향상시킬 수 있는 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
최근 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기와 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 그 구동 전원으로 사용되는 이차 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극들 및 분리막들이 적층된 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전 소자이다.
이러한 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 충방전 사이클이 반복하여 진행되는 경우, 전극 조립체가 부풀어오르는 스웰링(swelling)이 발생하여 전극 조립체의 권취 중심부가 변형될 수 있다. 전극 조립체의 권취 중심부가 원형을 유지하지 못하고 변형되면 충방전 사이클 도중 내부 단락 또는 단선이 발생되어 안전성이 크게 저하될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 안전성을 향상시킬 수 있는 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전극 조립체는 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극 및 제2 분리막이 권취되어 형성되며, 상기 전극 조립체는 상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막 각각과, 상기 제1 전극의 권취가 시작되는 에지부 사이의 공간에 배치되며 상기 공간의 적어도 일부와 대응하는 형상을 가지는 보호 부재를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 보호 부재는 상기 제1 전극의 권취가 시작되는 에지부를 적어도 1회 둘러싸도록 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극은 제1 집전체와; 상기 제1 집전체 상에 배치되는 제1 활물질층을 포함하며, 상기 보호 부재는 상기 제1 전극에 포함되는 제1 집전체의 측면 및 상기 제1 활물질층의 측면을 감싸도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 보호 부재는 상기 권취 중심부를 향하는 상기 제1 집전체의 측면 및 상기 제1 활물질층의 측면과 접촉할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 보호 부재는 상기 제1 분리막과, 상기 제1 전극의 권취가 시작되는 상기 에지부 사이에 배치되는 제1 보호 부재와; 상기 제2 분리막과, 상기 제1 전극의 권취가 시작되는 상기 에지부 사이에 배치되는 제2 보호 부재를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 보호 부재 및 상기 제2 보호 부재 각각의 일부는 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막 사이에서 서로 접촉하도록 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 보호 부재 및 상기 제2 보호 부재 중 적어도 어느 하나는 상기 제2 전극의 무지부를 적어도 1회 권취하도록 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 보호 부재 및 상기 제2 보호 부재 중 적어도 어느 하나는 상기 전극 조립체의 권취 중심부와, 상기 제1 전극의 권취가 시작되는 에지부 사이에서 적어도 1회 권취되며, 상기 전극 조립체의 권취 외곽부와, 상기 제1 전극의 권취가 시작되는 에지부 사이에서 적어도 1회 권취될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막 중 적어도 어느 하나는 상기 보호 부재와 접촉하는 영역이 상기 보호 부재와 비접촉하는 영역보다 강성이 높을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막 중 적어도 어느 하나는 상기 보호 부재와 마주보는 부근에 형성되는 복수개의 공극을 포함하며, 상기 보호 부재의 일부는 상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막 중 적어도 어느 하나의 공극 내에 위치할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 보호 부재는 열가소성 수지로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 보호 부재는 고온에서 융용되고 저온에서 고체 상태로 되돌아가는 핫 멜트 접착 시트를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 보호 부재는 상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막 중 어느 한쪽에만 부착되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 이차 전지는 전술한 전극 조립체를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전극 조립체에서 양극의 권취가 시작되는 에지부와 분리막 사이에 배치되는 보호 부재를 포함할 수 있다. 이 보호 부재 및 분리막에 의해, 양극의 에지부와 닿는 부분에서 음극의 크랙을 방지하여 단선이나 단락을 방지함으로써, 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 보호 부재 및 분리막을 통해, 전극 조립체의 권취 중심부는 원형을 용이하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 충방전 사이클 도중 내부 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있어 안전성을 확보할 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 조립체를 포함하는 이차 전지를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전극 조립체가 권취되기 전 펼쳐진 상태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 전극 조립체가 권취되기 전 펼쳐진 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 조립체의 권취 중심부(C)에 인접한 부분의 일 예를 확대하여 나타낸 단면도이며, 도 4b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 조립체의 권취 중심부(C)에 인접한 부분의 다른 예를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 조립체의 권취 전의 분리막 상에 배치되는 보호 부재의 일부를 나타내는 도면들이며, 도 5b는 리폼 공정 후 도 5a에 도시된 분리막 상에 배치되는 보호 부재의 일부를 나타내는 도면들이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전극 조립체가 권취되기 전 펼쳐진 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 전극 조립체가 권취된 후의 상태를 나타내는 단면도이다.
도 8은 도 7에서 전극 조립체의 중심측에 인접한 "D" 영역을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전극 조립체가 권취되기 전 펼쳐진 상태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 전극 조립체가 권취되기 전 펼쳐진 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 조립체의 권취 중심부(C)에 인접한 부분의 일 예를 확대하여 나타낸 단면도이며, 도 4b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 조립체의 권취 중심부(C)에 인접한 부분의 다른 예를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 조립체의 권취 전의 분리막 상에 배치되는 보호 부재의 일부를 나타내는 도면들이며, 도 5b는 리폼 공정 후 도 5a에 도시된 분리막 상에 배치되는 보호 부재의 일부를 나타내는 도면들이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전극 조립체가 권취되기 전 펼쳐진 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 전극 조립체가 권취된 후의 상태를 나타내는 단면도이다.
도 8은 도 7에서 전극 조립체의 중심측에 인접한 "D" 영역을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
제1 실시 예에 따른 전극 조립체를 포함하는 이차전지
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 조립체를 포함하는 이차 전지를 나타내는 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 전극 조립체가 권취되기 전 펼쳐진 상태를 나타내는 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 전극 조립체가 권취되기 전 펼쳐진 상태를 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 이차전지(10)는 전극 조립체(100) 및 전지 케이스(180)를 포함할 수 있다.
전지 케이스(180) 내에는 전극 조립체(100)가 수용될 수 있다. 전지 케이스(180)는 전지 캔(182)과, 캡(Cap) 조립체(181)를 포함할 수 있다.
전지 캔(182)에는 전극 조립체(100)가 수용될 수 있는 수용부(183)를 포함할 수 있다. 전지 캔(182) 내에 전극 조립체(100)가 완전히 침지되도록 수용부(183)에는 전해액이 주입될 수 있다. 전지 캔(182)의 상부는 전극 조립체(100)의 유입 통로로 이용될 수 있도록 개방되어 있는 형태일 수 있다. 전지 캔(182)은 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전지 캔(182)은 스테인리스 스틸을 포함할 수 있다.
전지 캔(182)은 전극 조립체(100)를 수용하므로, 전극 조립체(100)의 형태와 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 젤리-롤 형태로 형성되는 전극 조립체(100)가 수용될 수 있도록 전지 캔(182)은 원통형으로 형성될 수 있다.
캡 조립체(181)은 전지 캔(182)의 개구된 상부를 덮도록 전지 캔(182) 상에 탑재되어 전지 캔(182)과 결합될 수 있다. 캡 조립체(181)는 안전 밴트, 전류 차단소자, 양의 온도 계수(Positive Temperature Coefficient: PTC)소자 및 탑 캡 등이 순차적으로 적층되어 이루어 질 수 있다. 탑 캡은 캡 조립체(181)의 최상부에 안착되어 결합되고 이차전지에서 발생하는 전류를 외부로 전달하게 된다.
전지 캔(182) 및 캡 조립체(181) 중 어느 하나는 전극 조립체(100)의 제1 전극 탭(171)과 전기적으로 연결되며, 전지 캔(182) 및 캡(181) 중 나머지 하나는 전극 제2 전극 탭(172)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예로, 캡 조립체(181)는 제1 전극 탭(171)과 용접공정을 통해 전기적으로 연결되며, 전지 캔(182)의 바닥면은 제2 전극 탭(172)과 용접 공정을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 다른 예로, 전지 캔(182) 및 캡 조립체(181) 중 어느 하나는 제1 전극 탭(171) 및 제2 전극 탭(172)과 전기적으로 연결될 수 있다.
전극 조립체(100)는 충방전이 가능한 발전소자일 수 있다. 전극 조립체(100)는 전극(130)과 분리막(160)이 결집되어 교대로 적층된 구조를 형성한다. 전극 조립체(100)는 전극(130) 및 분리막(160)이 권취된 형태로 형성될 수 있다. 전극 조립체(100)는 권취 회전수에 비례하여 방사형으로 지름이 확장되는 구조를 가질 수 있다. 이때, 전극 조립체(100)는 권취 중심축(C)을 중심으로 권취된 원기둥 형태로 권취될 수 있다. 일 예로, 전극 조립체(100)는 제1 전극(110), 제1 분리막(140), 제2 전극(120), 제2 분리막(150)이 순차적으로 적층되어 원기둥 형태로 권취된 젤리롤 형태의 전극 조립체일 수 있다.
전극(130)은 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)을 포함할 수 있다. 제1 전극(110) 및 제2 전극(120) 중 어느 하나는 양극이며, 제1 전극(110) 및 제2 전극(120) 중 나머지 하나는 음극일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(110)은 양극이며, 제2 전극(120)은 음극일 수 있다.
제1 전극(110)은 제1 집전체(111)와, 제1 집전체(111)의 일면 및 타면 중 적어도 어느 하나 상에 형성된 제1 활물질층(112)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(110)이 양극인 경우, 제1 집전체(111)는 알루미늄 재질의 포일(Foil)로 이루어질 수 있다. 제1 활물질층(112)은 예를 들어 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.
제1 전극(110)의 일부는 제1 활물질층(112)없이 제1 집전체(111)로 이루어진 적어도 하나의 제1 무지부(113)를 포함할 수 있다. 제1 무지부(113) 상에는 용접 등의 방법으로 적어도 하나의 제1 전극 탭(171)이 부착될 수 있다. 제1 전극 탭(171)은 제1 전극(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전극 탭(171)은 제1 전극(110)에서 권취 외곽부(O)에 위치할 수 있다.
제2 전극(120)은 제2 집전체(121)와, 제2 집전체(121)의 일면 및 타면 중 적어도 어느 하나 상에 형성된 제2 활물질층(122)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(120)이 음극인 경우, 제2 집전체(121)는 구리(Cu) 또는/및 니켈(Ni) 재질을 포함하는 포일(Foil)로 이루어질 수 있다. 제2 활물질층(122)은 예를 들어 인조흑연, 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 제2 활물질층(122)은, 예를 들어 비흑연계의 SiO(silica, 실리카) 또는 SiC(silicon carbide, 실리콘카바이드)등을 함유할 수 있다.
제2 전극(120)은 제1 전극(110)보다 길게 형성되어, 제2 전극(120)의 권취가 시작되는 에지부는 제1 전극(110)의 권취가 시작되는 에지부보다 권취 중심부(C)에 가깝게 위치할 수 있다. 여기서, 제1 전극(110)의 에지부는 권취가 시작되는 제1 전극(110)의 측면; 권취가 시작되는 제1 전극(110)의 측면과 인접한 제1 전극(110)의 제1 면 및 제2 면 각각의 일부 영역; 권취가 시작되는 제1 전극(110)의 측면과, 제1 전극(110)의 제1 면 및 제2 면 각각이 만나는 모서리; 권취가 시작되는 제1 전극(110)의 측면과, 그 측면과 인접한 측면이 만나는 모서리; 권취가 시작되는 제1 전극(110)의 측면의 모서리와, 그 측면과 인접한 모서리가 만나는 꼭지점; 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
제2 전극(120)의 일부는 제2 활물질층(122)없이 제2 집전체(121)로 이루어진 적어도 하나의 제2 무지부(123)를 포함할 수 있다. 제2 무지부(123) 상에는 용접 등의 방법으로 적어도 하나의 제2 전극 탭(172)이 부착될 수 있다. 제2 전극 탭(172)은 제2 전극(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 적어도 하나의 제2 전극 탭(172)은 제2 전극(120)에서 권취 중심부(C)에 위치할 수 있다. 일 예로, 제2 전극 탭(172)은 도 1에 도시된 바와 같이 하부 방향인 전지 캔(182)의 수용부(183)의 바닥면을 향해 위치할 수 있으며, 제1 전극 탭(171)은 상부 방향인 캡 조립체(181)가 위치되는 방향을 향해 위치할 수 있다. 다른 예로, 제1 전극 탭(171) 및 제2 전극 탭(172)은 전지 캔(182) 또는 캡 조립체(181)를 향해 위치할 수 있다.
제1 전극 탭(171) 및 제2 전극 탭(172) 중 적어도 어느 하나 상에는 보호 탭(173)이 부착될 수 있다. 보호 탭(173)은 전극탭(171,172)에 의해 형성된 단차를 완화하고, 전극탭(15)과 대면하는 분리막(160)의 손상을 방지할 수 있다.
분리막(160)은 제1 전극(110)과 제2 전극(120)을 분리하여 전기적으로 절연시킨다. 분리막(160)은 제1 분리막(140) 및 제2 분리막(150)을 포함할 수 있다. 제1 분리막(140)은 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)의 사이에 개재될 수 있다. 제2 분리막(150)은 제1 전극(110) 또는 제2 전극(120)의 외측에 적층될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(110), 제1 분리막(140), 제2 전극(120) 및 제2 분리막(150)이 순서대로 적층된 적층체를 권취하면, 제2 분리막(150)이 최외면에 형성되는 젤리롤 형 전극 조립체(100)가 형성될 수 있다.
분리막(160)은 예를 들어 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 다층 필름이나, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체와 같은 고체 고분자 전해질용 또는 겔형 고분자 전해질용 고분자 필름일 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 조립체(100)는 권취 외곽부(O)보다 권취 중심부(C)쪽에 위치하는 보호 부재(200)를 포함할 수 있다. 보호 부재(200)는 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220)를 포함할 수 있다.
제1 보호 부재(210)는 전극 조립체(100)가 권취되기 전에, 제1 전극(110)의 권취가 시작되는 에지부와 제1 분리막(140) 사이에 고체 형태로 배치될 수 있다. 제1 보호 부재(210)는 제1 분리막(140) 상에서 제1 분리막(140)의 폭 방향으로 길게 형성될 수 있다. 제1 보호 부재(210)는 전극 조립체(100)가 권취되기 전에, 제1 전극 탭(171) 및 제2 전극 탭(172) 중 적어도 어느 하나와 나란하게 형성될 수 있다.
제2 보호 부재(220)는 전극 조립체(100)가 권취되기 전에, 제1 전극(110)의 권취가 시작되는 에지부와 제2 분리막(150) 사이에 고체 형태로 배치될 수 있다. 제2 보호 부재(220)는 제2 분리막(140) 상에서 제2 분리막(140)의 폭 방향으로 길게 형성될 수 있다. 제2 보호 부재(220)는 전극 조립체(100)가 권취되기 전에, 제1 전극 탭(171) 및 제2 전극 탭(172) 중 적어도 어느 하나와 나란하게 형성될 수 있다.
제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220) 중 적어도 어느 하나는 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220)는 서로 동일하거나 다른 재질의 열가소성 수지로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220) 중 적어도 어느 하나는 120도 내지 140도의 고온에서 융용되고 저온에서 고체 상태로 되돌아가는 핫-멜트 접착 시트(hot-melt adhesive sheet)를 포함할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 조립체의 권취 중심부(C)에 인접한 부분을 확대하여 나타낸 단면도들이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 전극 조립체(100)는 제1 전극(또는, 양극)(110), 제1 분리막(140), 제2 전극(또는, 음극)(120), 제2 분리막(150), 및 보호 부재(200)를 포함할 수 있다. 보호 부재(200)는 제1 분리막(140) 및 제2 분리막(150) 각각과, 제1 전극(110)의 권취가 시작되는 에지부 사이의 공간에 배치될 수 있다. 전극 조립체(100)의 권취 이후, 보호 부재(200)는 제1 분리막(140) 및 제2 분리막(150) 각각과, 제1 전극(110)의 권취가 시작되는 에지부 사이의 공간의 적어도 일부와 대응하는 형상을 가질 수 있다. 보호 부재(200)는 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220)를 포함할 수 있다.
제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220)는 전극 조립체(100)의 권취 이후의 고온의 제1 제조 공정에서 용융될 수 있다. 용융된 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220)는 액상 상태이므로, 전극 조립체(100)의 권취 중심부(C)을 향해 제1 분리막(140)과 제2 분리막(150) 사이로 유입될 뿐만 아니라, 제1 분리막(140) 및 제2 분리막(150) 각각과, 제1 전극(110) 사이의 공간으로 유입될 수 있다. 용융된 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220)는 저온의 제2 제조 공정에서 다시 고화될 수 있다. 이에 따라, 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220)는 제1 분리막(140)과 제2 분리막(150) 사이에서 서로 접촉하도록 형성될 뿐만 아니라, 제1 분리막(140) 및 제2 분리막(150) 각각과, 제1 전극(110)의 권취가 시작되는 에지부 사이의 일부 공간에 형성될 수 있다. 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220)는 제1 전극(110)의 권취가 시작되는 에지부에 포함되는 제1 전극(110)의 제1 활물질층(112)의 측면 및 제1 집전체(111)의 측면을 감싸도록 형성될 수 있다.
저온의 제2 제조 공정 이후, 제1 보호 부재(210)는 제1 전극(110)의 권취가 시작되는 에지부와, 제1 분리막(140) 사이에 배치될 수 있다. 제1 보호 부재(210)는 제1 분리막(140) 상에서 제1 전극(110)의 권취가 시작되는 에지부의 적어도 일부를 감싸도록 형성될 수 있다. 제1 보호 부재(210)는 권취 중심부(C)를 향하는 제1 활물질층(112)의 측면과 제1 분리막(140)을 향하는 제1 활물질층(112)의 일면 사이의 모서리에 해당하는 제1 전극(110)의 에지부를 감싸도록 형성될 수 있다. 제1 보호 부재(210)는 제1 전극(110)의 권취가 시작되는 에지부의 적어도 일부를 적어도 1회 권취하도록 형성될 수 있다.
저온의 제2 제조 공정 이후, 제2 보호 부재(220)는 제1 전극(110)의 권취가 시작되는 에지부와, 제2 분리막(150) 사이에 배치될 수 있다. 제2 보호 부재(220)는 제2 분리막(150) 상에서 제1 전극(110)의 권취가 시작되는 에지부의 적어도 일부를 감싸도록 형성될 수 있다. 제2 보호 부재(220)는 권취 중심부(C)를 향하는 제1 활물질층(112)의 측면과 제2 분리막(150)을 향하는 제1 활물질층(112)의 타면 사이의 모서리에 해당하는 제1 전극(110)의 에지부를 감싸도록 형성될 수 있다. 제2 보호 부재(220)는 제1 전극(110)의 권취가 시작되는 에지부의 적어도 일부를 적어도 1회 권취하도록 형성될 수 있다.
일 예로, 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220)는 도 4a에 도시된 바와 같이 제1 전극(110)의 에지부와 인접한 영역에서 서로 이격되도록 형성될 수 있다. 도 4a에 도시된 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220) 중 적어도 어느 하나는 권취 중심부(C)를 향하는 제1 집전체(111)의 측면을 제외한 제1 활물질층(112)의 측면의 적어도 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 도 4a에 도시된 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220) 중 적어도 어느 하나는 권취 중심부(C)를 향하는 제1 집전체(111)의 측면과 비접촉하고, 제1 활물질층(112)의 측면과 접촉하도록 형성될 수 있다.
다른 예로, 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220)는 도 4b에 도시된 바와 같이 제1 전극(110)의 에지부와 인접한 영역에서 서로 접촉되어 일체화되도록 형성될 수 있다. 도 4b에 도시된 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220) 중 적어도 어느 하나는 권취 중심부(C)를 향하는 제1 집전체(111)의 측면 및 제1 활물질층(112)의 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 도 4b에 도시된 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220) 중 적어도 어느 하나는 권취 중심부(C)를 향하는 제1 집전체(111)의 측면 및 제1 활물질층(112)의 측면과 접촉하도록 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220)를 통해 제1 전극(110)의 첨예한 에지부가 커버됨으로써 제1 전극(110)의 에지부에 의해 제1 분리막(140) 및 제2 분리막(150)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 고온의 제1 제조 공정은 리폼 공정의 일부 공정 또는 리폼 공정의 전체 공정일 수 있다. 예를 들어, 고온은 120도 내지 140도의 온도일 수 있다. 저온의 제2 제조 공정은 제1 제조 공정보다 낮은 온도에서 이루어지는 공정일 수 있다. 제2 제조 공정은 제1 제조 공정 직후 또는 제1 제조 공정 완료 이후 소정 시간이 경과한 후 이루어지는 공정일 수 있다. 제2 제조 공정은 리폼 공정의 다른 일부 공정 또는 리폼 공정 이후 이루어지는 공정일 수 있다. 리폼 공정은 전극 조립체(100)의 권취시 이용된 권심(미도시)을 전극 조립체(100)로부터 제거시, 권심과 함께 외부로 이탈되는 제1 분리막(140) 또는/및 제2 분리막(150)을 전극 조립체(100)의 권취 중심부(C)로 원복하는 공정일 수 있다.
도 5a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 조립체의 권취 전의 분리막 상에 배치되는 보호 부재의 일부를 나타내는 도면들이며, 도 5b는 리폼 공정 후 도 5a에 도시된 분리막 상에 배치되는 보호 부재의 일부를 나타내는 도면들이다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 분리막(160)은 도 4a 및 도 4b에 도시된 제1 분리막(140) 및 제2 분리막(150) 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 도 5a 및 도 5b에 도시된 보호 부재(200)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
전극 조립체의 권취 전의 보호 부재(200)는 도 5a에 도시된 바와 같이 분리막(160) 상에서 제1 가로 길이(LH1)와, 제1 세로 길이(LV1)와, 제1 두께(T1)를 가지도록 형성될 수 있다.
전극 조립체의 권취 이후의 고온의 제1 제조 공정(예: 리폼 공정)에서 보호 부재(200)는 액상 상태로 용융될 수 있다. 용융된 액상의 보호 부재(200)는 인접 영역으로 확장되고, 보호 부재(200)와 접촉하는 분리막(160)의 공극(161)으로 유입될 수 있다. 이 후, 저온의 제2 제조 공정에서 보호 부재(200)는 응고되어 고화될 수 있다. 이에 따라, 보호 부재(200)는 도 5b에 도시된 바와 같이 권취 공정 이전보다 두께가 얇아지고 표면적이 넓어진 상태로 고화될 수 있다. 즉, 고온의 제1 제조 공정 이후의 보호 부재(200)는 제1 가로 길이(LH1)보다 긴 제2 가로 길이(LH2)와, 제1 세로 길이(LV1)보다 긴 제2 세로 길이(LV2)와, 제1 두께(T1)보다 얇은 제2 두께(T2)를 가지도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 분리막(160)은 전극(130)과 마주보는 적어도 일부 영역에 공극이 형성되지 않을 수 있다. 고온의 제1 공정에서, 분리막(160)의 공극으로 전극(130)에 포함된 도전 물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 분리막(160)은 보호 부재(200)와 마주보는 부근에 형성되는 복수개의 공극(161)을 포함할 수 있다. 분리막(160)의 공극으로 액상의 보호 부재(200)의 일부가 유입된 후 고화됨으로써, 분리막(160)의 공극(161) 내에는 보호 부재(200)로 채워질 수 있다. 이에 따라, 분리막(160)은 보호 부재(200)와 접촉하는 영역이 보호 부재(200)와 비접촉하는 영역보다 강성이 높게 형성될 수 있다. 분리막(160)은 전극 조립체(100)의 권취 중심부(C) 부근에 위치하는 영역이 전극 조립체(100)의 권취 외곽부(O)에 위치하는 영역보다 강성이 높을 수 있다. 전극 조립체(100)의 권취 중심부(C) 부근에서 강성이 높은 분리막(160)과 보호 부재(200)를 통해, 전극 조립체(100)의 권취 중심부(C)는 원형을 용이하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 전극 조립체(100)를 포함하는 이차전지의 충방전 사이클 도중 내부 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있어 안전성을 확보할 수 있다.
제2 실시 예에 따른 전극 조립체
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전극 조립체가 권취되기 전 펼쳐진 상태를 나타내는 단면도이다. 도 7은 도 6에 도시된 전극 조립체가 권취된 후의 상태를 나타내는 단면도이며, 도 6에 도시된 제1 분리막 및 제2 분리막이 생략되어 있다. 도 8은 도 7에서 전극 조립체의 중심측에 인접한 부분(D)을 확대하여 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 전극 조립체는 도 1 내지 도 5b에 도시된 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 조립체와 대비하여 보호 부재를 제외하고는 동일한 구성요소를 구비한다. 이에 따라, 동일한 구성요소에 대한 상세한 설명은 도 2 내지 도 5b의 설명을 준용하기로 한다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전극 조립체는 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220)를 포함할 수 있다.
제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220) 중 적어도 어느 하나는 권취 외곽부(O)와, 제1 전극(110)의 권취가 시작되는 에지부 사이에서 적어도 1회 권취되도록 형성될 수 있다. 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220)는 제1 전극(110)의 권취가 시작되는 에지부의 적어도 일부를 감싸도록 형성될 수 있다. 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220)는 제1 전극(110)의 권취가 시작되는 에지부를 적어도 1회 권취하도록 형성될 수 있다, 이와 같이, 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220)를 통해 제1 전극(110)의 첨예한 에지부가 커버됨으로써 제1 전극(110)의 에지부에 의해 제1 분리막(140) 및 제2 분리막(150)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220) 중 적어도 어느 하나는 제1 전극(110)의 에지부와 인접한 영역에서 전극 조립체(100)의 권취 중심부(C)를 향해 신장될 수 있다. 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220) 중 적어도 어느 하나는 전극 조립체(100)가 권취되기 전에, 제2 전극 탭(172)과 중첩되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 보호 부재(210)는 전극 조립체가 권취되기 전에, 제2 전극 탭(172)과 중첩되도록 형성될 수 있다.
제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220) 중 적어도 어느 하나는 권취 중심부(C)와, 제1 전극(110)의 권취가 시작되는 에지부 사이에서 적어도 1회 권취될 수 있다. 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220) 중 적어도 어느 하나는 제2 전극(120)의 제2 집전체(121)로 이루어진 무지부(123)가 배치되는 권취 중심부(C) 부근에 배치될 수 있다. 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220) 중 적어도 어느 하나는 권취 중심부(C) 부근의 제1 분리막(140)과 제2 분리막(150) 사이에 배치될 수 있다.
제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220)는 전극 조립체의 권취 중심부(C)를 적어도 1회 권취하도록 형성될 수 있다. 제2 전극(120)의 제2 집전체(121)로 이루어진 무지부(123)를 적어도 1회 권취하도록 배치될 수 있다. 전극 조립체의 권취 중심부(C) 부근에서 강성이 높은 제1 분리막(140) 및 제2 분리막(150)과, 제1 보호 부재(210) 및 제2 보호 부재(220)를 통해, 전극 조립체의 권취 중심부(C)는 원형을 용이하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 충방전 사이클 도중 내부 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있어 안전성을 확보할 수 있다.
제3 실시 예에 따른 전극 조립체
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전극 조립체의 단면도이다. 도 9는 도 3에 대응하여 제3 실시 예에 따른 전극 조립체의 일부를 도시하는 도면이다.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 전극 조립체는 도 1 내지 도 5b에 도시된 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 조립체와 대비하여 보호 부재를 제외하고는 동일한 구성요소를 구비한다. 이에 따라, 동일한 구성요소에 대한 상세한 설명은 도 2 내지 도 5b의 설명을 준용하기로 한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전극 조립체는 제1 분리막 및 제2 분리막 중 어느 한쪽에만 부착되는 것일 수 있다. 도 9에서는 보호 부재가 제2 분리막에만 부착되어 있는 모습이 도시되고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 보호 부재는 제1 분리막에만 부착되는 형태로 형성될 수 있고, 제2 분리막에만 부착되는 형태로도 형성될 수 있다. 필요에 따라 보호 부재는 제1 분리막 및 제2 분리막 중 어느 한쪽에만 부착될 수 있는 것이다.
전극의 형태나 전극 조립체 형성 조건 등에 따라서 제1 분리막 및 제2 분리막 쪽 모두에 보호 부재를 부착할 필요가 없는 경우에는, 구지 제1 분리막과 제2 분리막 모두에 부착하여 재료의 낭비와 생산 효율의 저하가 발생하도록 할 필요가 없으므로 제1 분리막 및 제2 분리막 중 어느 한쪽에만 부착하여 재료의 낭비와 생산 효율의 저하를 방지할 수 있다.
전술한 전극 조립체를 포함하는 이차 전지는 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 전지 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
100: 전극 조립체
110: 제1 전극
120: 제2 전극
140: 제1 분리막
150: 제2 분리막
171,172: 전극 탭
210: 제1 보호 부재
220: 제2 보호 부재
110: 제1 전극
120: 제2 전극
140: 제1 분리막
150: 제2 분리막
171,172: 전극 탭
210: 제1 보호 부재
220: 제2 보호 부재
Claims (13)
- 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극 및 제2 분리막이 권취되어 형성되는 전극 조립체에 있어서,
상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막 각각과, 상기 제1 전극의 권취가 시작되는 에지부 사이의 공간에 배치되며 상기 공간의 적어도 일부와 대응하는 형상을 가지는 보호 부재를 포함하며,
상기 보호 부재는 고온에서 융용되고 저온에서 고체 상태로 되돌아가는 핫멜트 접착 시트를 포함하는 전극 조립체. - 제 1 항에 있어서,
상기 보호 부재는
상기 제1 전극의 권취가 시작되는 에지부를 적어도 1회 둘러싸도록 배치되는 전극 조립체. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 전극은
제1 집전체와;
상기 제1 집전체 상에 배치되는 제1 활물질층을 포함하며,
상기 보호 부재는
상기 제1 전극에 포함되는 제1 집전체의 측면 및 상기 제1 활물질층의 측면을 감싸도록 형성되는 전극 조립체. - 제 3 항에 있어서,
상기 보호 부재는
상기 권취 중심부를 향하는 상기 제1 집전체의 측면 및 상기 제1 활물질층의 측면과 접촉하는 전극 조립체. - 제 1 항에 있어서,
상기 보호 부재는
상기 제1 분리막과, 상기 제1 전극의 권취가 시작되는 상기 에지부 사이에 배치되는 제1 보호 부재와;
상기 제2 분리막과, 상기 제1 전극의 권취가 시작되는 상기 에지부 사이에 배치되는 제2 보호 부재를 포함하는 전극 조립체. - 제 5 항에 있어서,
상기 제1 보호 부재 및 상기 제2 보호 부재 각각의 일부는
상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막 사이에서 서로 접촉하도록 배치되는 전극 조립체. - 제 4 항에 있어서,
상기 제1 보호 부재 및 상기 제2 보호 부재 중 적어도 어느 하나는
상기 제2 전극의 무지부를 적어도 1회 권취하도록 배치되는 전극 조립체. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 보호 부재 및 상기 제2 보호 부재 중 적어도 어느 하나는
상기 전극 조립체의 권취 중심부와, 상기 제1 전극의 권취가 시작되는 에지부 사이에서 적어도 1회 권취되며,
상기 전극 조립체의 권취 외곽부와, 상기 제1 전극의 권취가 시작되는 에지부 사이에서 적어도 1회 권취되는 전극 조립체. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막 중 적어도 어느 하나는
상기 보호 부재와 접촉하는 영역이 상기 보호 부재와 비접촉하는 영역보다 강성이 높은 전극 조립체. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막 중 적어도 어느 하나는 상기 보호 부재와 마주보는 부근에 형성되는 복수개의 공극을 포함하며,
상기 보호 부재의 일부는
상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막 중 적어도 어느 하나의 공극 내에 위치하는 전극 전극 조립체. - 제 1 항에 있어서,
상기 보호 부재는 열가소성 수지로 형성되는 전극 조립체. - 제 1 항에 있어서,
상기 보호 부재는 상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막 중 어느 한쪽에만 부착되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 전극 조립체를 포함하는 이차 전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/KR2023/012286 WO2024039226A1 (ko) | 2022-08-19 | 2023-08-18 | 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20220104376 | 2022-08-19 | ||
| KR1020220104376 | 2022-08-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240026103A true KR20240026103A (ko) | 2024-02-27 |
Family
ID=90058592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230107156A KR20240026103A (ko) | 2022-08-19 | 2023-08-16 | 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240026103A (ko) |
-
2023
- 2023-08-16 KR KR1020230107156A patent/KR20240026103A/ko active Search and Examination
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination |