WO2017200283A1 - 이차 전지, 바이폴라 전극 및 바이폴라 전극 제조 방법 - Google Patents

이차 전지, 바이폴라 전극 및 바이폴라 전극 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2017200283A1
WO2017200283A1 PCT/KR2017/005084 KR2017005084W WO2017200283A1 WO 2017200283 A1 WO2017200283 A1 WO 2017200283A1 KR 2017005084 W KR2017005084 W KR 2017005084W WO 2017200283 A1 WO2017200283 A1 WO 2017200283A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
active material
mesh member
material layer
electrode
copolymer binder
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/005084
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
한만석
유용찬
김경수
정명환
조이랑
김태정
표주완
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Publication of WO2017200283A1 publication Critical patent/WO2017200283A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • H01M10/0418—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes with bipolar electrodes
    • 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
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • H01M10/044—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment with bipolar electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72—Grids
    • H01M4/74—Meshes or woven material; Expanded metal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/029—Bipolar electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present disclosure relates to a secondary battery having a bipolar electrode, and more particularly, to a secondary battery, a bipolar electrode, and a bipolar electrode manufacturing method for increasing capacity.
  • a rechargeable battery is a battery that repeatedly performs charging and discharging, unlike a primary battery.
  • Small capacity secondary batteries can be used in portable electronic devices such as mobile phones, notebook computers and camcorders, and large capacity secondary batteries can be used as power sources for driving motors of hybrid vehicles and electric vehicles.
  • the electrodes used in the secondary battery may be divided into monopolar electrodes coated with active materials having the same polarity on both sides of the current collector, and bipolar electrodes coated with active materials having different polarities on both sides of the current collector. have.
  • the output may be reduced by the electrical resistance of the connection portion. Since the secondary battery using the bipolar electrode is laminated without electrodes, the connection resistance of the electrode can be minimized.
  • bipolar electrode is formed by coating a positive electrode active material and a negative electrode active material on both surfaces of a current collector with a current collector interposed therebetween.
  • the electrolyte is separated from both sides around the current collector.
  • the bipolar electrode increases the loading level of the positive electrode active material or the negative electrode active material coated on one side of the current collector. Even if the active material is included in the active material, as the distance from the current collector surface to which the active material is attached decreases the electronic conductivity between the current collector and the active material.
  • bipolar electrodes having a high loading level of the active material make it difficult to dry.
  • the active material requires a binder having high adhesion.
  • One aspect of the present invention is to provide a bipolar electrode for a secondary battery and a method for producing a bipolar electrode that are easy to increase capacity.
  • Another aspect of the present invention is to provide a secondary battery to which the bipolar electrode is applied.
  • a bipolar electrode for a secondary battery is a current collector having a first surface and a second surface, and a first active material including a first copolymer binder through a first mesh member on the first surface. And a second electrode active material layer formed of a second active material including a second copolymer binder through a second mesh member on the second surface.
  • the first mesh member may be formed of a plurality of layers, and the first active material and the first copolymer binder may be filled between the plurality of layers of the first mesh member and in the eyes of the first mesh member.
  • the second mesh member may be formed of a plurality of layers, and the second active material and the second copolymer binder may be filled between the plurality of layers of the second mesh member and the eyes of the second mesh member.
  • the first mesh member and the second mesh member may be formed of one of aluminum, copper, and aluminum-copper clad metal.
  • the first mesh member When the first active material is a positive electrode active material, the first mesh member may be formed of aluminum, and when the second active material is a negative electrode active material, the second mesh member may be formed of copper.
  • the first mesh member and the second mesh member may extend further than the first active material layer and the second active material layer, respectively, to be electrically connected to the current collector.
  • the first surface of the current collector with a first active material and a second active material each comprising a first copolymer binder and a second copolymer binder melted by thermal compression And a first step of sequentially forming the first active material layer and the second active material layer on the second surface, the first active material including a first mesh member and a first copolymer binder in the first active material layer on the first surface.
  • the lamination and thermocompression of the first mesh member and the first active material release layer may be repeated.
  • the first mesh member and the first active material release layer may be alternately stacked in plural to be thermocompressed at a time.
  • the lamination and thermocompression of the second mesh member and the second active material release layer may be repeated.
  • the second mesh member and the second active material release layer may be alternately stacked in plural to be thermocompressed at a time.
  • the first electrode active material layer and the second electrode active material layer may be simultaneously formed by thermocompression bonding on the first surface and the second surface.
  • a secondary battery includes a first electrode active material layer formed of a first active material including a first mesh member and a first copolymer binder on a first surface of a current collector, and the current collector Bipolar electrodes including a second electrode active material layer formed of a second active material including a second mesh member and a second copolymer binder on a second surface of the separator, a separator disposed between the adjacent bipolar electrodes, and the An outer case of the separator includes a case for sealing the ends of the bipolar electrodes to a sealing portion.
  • the first mesh member may be formed of a plurality of layers, and the first active material and the first copolymer binder may be filled between the plurality of layers of the first mesh member and in the eyes of the first mesh member.
  • the second mesh member may be formed of a plurality of layers, and the second active material and the second copolymer binder may be filled between the plurality of layers of the second mesh member and the eyes of the second mesh member.
  • the first mesh member and the second mesh member may extend further than the first active material layer and the second active material layer, respectively, to be electrically connected to the current collector.
  • the first and second active materials including the first and second copolymer binders on the first and second surfaces of the current collector, respectively, via the first and second mesh members, respectively.
  • the capacity of the battery can be increased by forming the second electrode active material layer.
  • the first and second mesh members and the first and second copolymer binders may increase the loading level of the first and second active materials in the first and second electrode active material layers, and may be attached to the current collector. Even when the active material is far from the surface of the current collector, the electronic conductivity can be maintained and improved between the current collector and the first and second active materials.
  • first and second mesh members and the first and second copolymer binders may use the first and second active materials as the first and second active materials, even when the loading level of the first and second electrode active material layers is increased. Can be fixed firmly on the surface.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a rechargeable battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1.
  • 3 and 4 are cross-sectional views illustrating bipolar electrodes according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the first electrode active material layer in the bipolar electrode of FIG. 3.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the second electrode active material layer in the bipolar electrode of FIG. 3.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a bipolar electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a rechargeable battery according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1.
  • a rechargeable battery of one embodiment includes bipolar electrodes 10, a separator 20, a sealing part 30, and a case 40.
  • the bipolar electrode 10 is formed of a substantially rectangular plate and has a first surface and a second surface of the current collector 13, a first electrode active material layer 11 provided on the first surface of the current collector 13, and a current collector.
  • the second electrode active material layer 12 provided on the second surface of the whole 13 is included.
  • the first electrode active material layer 11 includes a slurry of the first active material including the first copolymer binder on the first surface of the current collector 13 via the first mesh member 111 (FIG. 3). It is formed by coating.
  • the first copolymer binder may be included in the coating slurry and melted by thermocompression to form the first electrode active material layer 11 together with the first active material.
  • the second electrode active material layer 12 is formed by coating a slurry of the second active material including the second copolymer binder on the second surface of the current collector 13 via the second mesh member 121.
  • the second copolymer binder may be included in the coating slurry and melted by thermal compression to form the second electrode active material layer 12 together with the second active material.
  • the first and second active materials are 85 to 80% by weight, and the first and second binders are 10 to 15% by weight.
  • the first and second binders may be 10 wt% of the first and second copolymer binders and 5 wt% of the conductive material.
  • first and second mesh members 111 and 121 form skeletons in the first and second electrode active material layers 11 and 12, respectively, the first and second active materials and the first and second copolymer binders are attached. Provide the part to be Therefore, the thickness increase of the first and second electrode active material layers 11 and 12 may be facilitated.
  • the first active material may be a positive electrode active material
  • the second active material may be a negative electrode active material
  • the positive electrode active material may be made of a material containing a lithium transition metal composite oxide
  • the negative electrode active material may be made of a material containing a lithium transition metal composite oxide, graphite, carbon, and the like.
  • the plurality of bipolar electrodes 10 are stacked adjacent to each other.
  • the separator 20 is disposed between adjacent bipolar electrodes 10 to electrically insulate the first and second electrode active material layers 11 and 12.
  • the first and second electrode active material layers 11 and 12 on both sides and the current collector 13 on both sides of the separator 20 form a unit subcell SC. That is, the secondary battery has a structure in which a plurality of sub cells SC are stacked.
  • the separator 20 has a porosity and may move the electrolyte in the up and down direction of FIG. 2 in the subcell SC.
  • the plurality of bipolar electrodes 10 and the plurality of separators 20 are alternately stacked to form a plurality of subcells between the outermost current collectors 14 and 15.
  • the sealing unit 30 is disposed outside the separators 20 to seal the ends of the neighboring bipolar electrodes 10.
  • the outermost current collectors 14 and 15 form second and first electrode active material layers 12 and 11 only on the surface facing inward.
  • the sealing unit 30 corresponds to each of the separators 20 and is disposed between the current collectors 13 and 13 of the neighboring bipolar electrodes 10 to seal the respective subcells SC.
  • the spaces set by the current collectors 13 and 13 and the sealing part 30 on both sides form an isolated subcell SC, respectively, and accommodate the electrolyte solution.
  • the case 40 accommodates a plurality of subcells SC sealed at the outside by the sealing part 30.
  • the case 40 is formed in a pouch type of lamination film having a sealing layer formed on both surfaces thereof.
  • the case may be formed of a rectangular or cylindrical metal of a rectangular parallelepiped.
  • First and second lead terminals 16 and 17 are connected to the outermost current collectors 14 and 15 to enable electrical drawing out of the case 40.
  • the current generated in the secondary battery is transferred to the outermost current collectors 14 and 15 positioned at the outermost side via the stacked bipolar electrodes 10.
  • the current collected in the outermost current collectors 14 and 15 is transmitted to the outside through the first and second lead terminals 16 and 17.
  • FIG. 3 and 4 are cross-sectional views illustrating bipolar electrodes according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the first electrode active material layer in the bipolar electrode of FIG. 3
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a part of the second electrode active material layer in the bipolar electrode 3.
  • the bipolar electrode 10 includes a first electrode active material layer 11 and a second electrode active material layer 12 provided on both surfaces with a current collector 13 interposed therebetween.
  • the first electrode active material layer 11 forms the first mesh member 111 in a plurality of layers, and the first active material and the first copolymer binder are formed between the plurality of layers of the first mesh member 111 and the first layer. It is formed by filling the eye of the mesh member 111 (the space where the horizontal line 11a and the vertical line 11b intersect) (see FIG. 5).
  • the first mesh member 111 and the first copolymer binder provide a portion to be attached in the first electrode active material layer 11 and an adhesion force to increase the loading level of the first active material.
  • the first mesh member 111 may provide high electron conductivity between the current collector 13 and the first active material even when the first active material attached to the current collector 13 is far from the surface of the current collector 13. have.
  • the first mesh member 111 may further increase the thickness of the first electrode active material layer 11 without increasing the thickness of the first electrode active material layer 11.
  • the adhesion between the active material layer 11 and the first surface of the current collector 13 and the electronic conductivity in the first electrode active material layer 11 can be imparted.
  • the adhesion and the electron conductivity of the first electrode active material layer 11 may be further improved.
  • the thickness of the first electrode active material layer 11 may be easily increased by increasing the number of layers of the first mesh members 111 and 112.
  • the first mesh members 211 and 212 are formed larger than the first electrode active material layer 21 so that the current collector is external to the first electrode active material layer 21. And can be electrically connected to (13).
  • the first mesh members 211 and 212 may be ultrasonically welded to the current collector 13 to further improve electronic conductivity even when the thickness of the first electrode active material layer 21 is increased.
  • the second electrode active material layer 12 forms the second mesh member 121 in a plurality of layers, and the second active material and the second copolymer binder are formed between the plurality of layers of the second mesh member 121 and the second mesh member ( It fills in the eye of 121 (space where the horizontal line 12a and the vertical line 12b intersect) (refer FIG. 6).
  • the second mesh member 121 and the second copolymer binder provide a portion to be attached in the second electrode active material layer 12 and an adhesion force to increase the loading level of the second active material.
  • the second mesh member 121 may provide high electronic conductivity between the current collector 13 and the second active material even when the second active material attached to the current collector 13 is far from the surface of the current collector 13. have.
  • the second mesh member 121 Since the second active material and the second copolymer binder are filled in the eyes of the second mesh member 121, the second mesh member 121 does not further increase the thickness of the second electrode active material layer 12, thereby increasing the thickness of the second electrode.
  • the adhesion between the active material layer 12 and the second surface of the current collector 13 and the electron conductivity in the second electrode active material layer 12 can be imparted.
  • adhesion and electron conductivity may be further improved in the first electrode active material layer 12.
  • the thickness of the second electrode active material layer 12 may be easily increased by increasing the number of layers of the second mesh member 121.
  • the second mesh members 221 and 222 are formed larger than the second electrode active material layer 22 so that the current collector outside the second electrode active material layer 22. And can be electrically connected to (13).
  • the second mesh members 221 and 222 may be ultrasonically welded to the current collector 13 to further improve electronic conductivity even when the thickness of the second electrode active material layer 22 is increased.
  • the first mesh members 111, 112, 211, and 212 are formed of aluminum, and the second mesh members 121, 122, 221, and 222 may be formed of aluminum. It may be formed of copper.
  • the first mesh members 111, 112, 211, and 212 and the second mesh members 121, 122, 221, and 222 may be formed of aluminum, copper, or aluminum-copper clad metal without being distinguished from each other.
  • a method of manufacturing a bipolar electrode according to an exemplary embodiment includes a first step ST1, a second step ST2, and a third step ST3.
  • the first step (ST1) is a first active material and a second active material comprising a first copolymer binder and a second copolymer binder, respectively, the first active material layer 61 on the first and second surfaces of the current collector 13. ) And the second active material layer 71 are sequentially formed.
  • the slurry including the first copolymer binder and the first active material is coated on the first surface of the current collector 13 (ST11), and then, the second copolymer binder and the second active material are coated.
  • the slurry containing is coated on the second surface of the current collector 13 (ST12).
  • the first and second copolymer binders are melted by thermocompression to provide adhesion between the first and second active materials and the first and second surfaces of the current collector 13.
  • the first active material release layer 62 including the first mesh member 111 and the first copolymer binder is laminated on the first active material layer 61 on the first surface (ST21).
  • the first electrode active material layer 11 is formed by compression (ST22).
  • the first mesh member may be formed to extend from the first active material layer to be ultrasonically welded to the current collector.
  • the first mesh member 111 increases electron conductivity and forms a portion to which the first active material is attached, and the first copolymer binder provides adhesion.
  • the first copolymer binder is melted to strengthen the adhesive force, so that the first mesh member 111 and the first copolymer binder may increase the loading level of the first active material.
  • the second active material release layer 72 including the second mesh member 121 and the second copolymer binder is laminated on the second active material layer 71 on the second surface (ST31).
  • the second electrode active material layer 12 is formed by pressing (ST32).
  • the second mesh member may be formed to extend from the second active material layer to be ultrasonically welded to the current collector.
  • the second mesh member 121 increases electron conductivity and forms a portion to which the second active material is attached, and the second copolymer binder provides adhesion.
  • the second copolymer binder is melted to strengthen the adhesive force, so that the second mesh member 121 and the second copolymer binder may increase the loading level of the second active material.
  • the second step ST2 and the third step ST3 may be performed in a repeating process according to the number of layers of the first and second mesh members 111 and 121 in the first and second electrode active material layers 11 and 12. Can be.
  • FIG. 6 illustrates a bipolar electrode manufacturing method in which the second step ST2 and the third step ST3 are repeatedly performed twice, and the bipolar electrode 10 is illustrated.
  • the lamination and thermocompression bonding of the two first mesh members 111 and 112 and the two first active material release layers 62 and 63 are repeated twice.
  • the 1st active material peeling layers 62 and 63 are made previously, respectively. That is, the lamination and thermocompression bonding of the first mesh members 111 and 112 and the first active material release layers 62 and 63 may easily increase the loading level of the first electrode active material layer 11.
  • two layers of the first mesh members 111 and 112 and the two layers of the first active material release layers 62 and 63 are alternately stacked (and twice ultrasonic welding (not shown)).
  • the thermal compression may be performed once. That is, the two-stacking and one-time thermocompression can further shorten the formation time of the first electrode active material layer 11 as compared with the case of repeating the lamination and thermocompression twice.
  • the third step ST3 repeats the lamination and thermocompression of two layers of the second mesh members 121 and 122 and two layers of the second active material release layers 72 and 73 twice.
  • the 2nd active material peeling layers 72 and 73 are made previously, respectively. That is, the lamination and thermocompression bonding of the second mesh members 121 and 122 and the second active material release layers 72 and 73 may easily increase the loading level of the second electrode active material layer 12.
  • thermocompression in the third step ST3, two layers of second mesh members 121 and 122 and two layers of second active material release layers 72 and 73 are alternately stacked (and twice ultrasonic welding (not shown)). After that, the thermal compression may be performed once. That is, the two-stacking and one-time thermocompression can further shorten the formation time of the second electrode active material layer 12 as compared with the case of repeating the lamination and thermocompression twice.
  • the second step ST2 and the third step ST3 are laminated on the first and second surfaces of the current collector 13 at the same time (and ultrasonic welding (not shown)), followed by thermocompression bonding to form the first electrode active material layer ( 11) and the second electrode active material layer 12 may be formed.
  • the formation time of the first and second electrode active material layers 11 and 12 may be further shortened as a whole.
  • first mesh members 111 and 112 are applied to the first electrode active material layer 11
  • two second mesh members 121 and 122 are applied to the second electrode active material layer 12.
  • a larger number of first and second mesh members may be applied according to the loading level.
  • bipolar electrode 11 first electrode active material layer
  • first active material release layer 71 second active material layer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 바이폴라 전극은, 제1면과 제2면을 가지는 집전체, 상기 제1면에 제1메쉬 부재를 개재하여 제1공중합체 바인더를 포함하는 제1활물질로 형성되는 제1전극 활물질층, 및 상기 제2면에 제2메쉬 부재를 개재하여 제2공중합체 바인더를 포함하는 제2활물질로 형성되는 제2전극 활물질층을 포함한다.

Description

이차 전지, 바이폴라 전극 및 바이폴라 전극 제조 방법
본 기재는 바이폴라 전극을 가지는 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용량을 증대시키는 이차 전지, 바이폴라 전극 및 바이폴라 전극 제조 방법에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 일차 전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
이차 전지에 사용되는 전극은 집전체의 양면에 동일한 극성을 갖는 활물질이 코팅된 모노폴라(monopolar) 전극 및 집전체의 양면에 서로 다른 극성을 갖는 활물질이 코팅된 바이폴라(bipolar) 전극으로 구분될 수 있다.
모노폴라 전극을 적용한 이차 전지는 전극들을 연결하는 접속부를 가지므로 접속부의 전기 저항에 의하여 출력이 저하될 수 있다. 바이폴라 전극을 적용한 이차 전지는 접속부를 가지지 않고 전극을 적층하므로 전극의 접속 저항을 최소화할 수 있다.
이러한 장점에도 불구하고, 바이폴라 전극의 이차 전지는 용량을 증가시키는 데 어려움이 있다. 바이폴라 전극은 집전체를 사이에 두고 집전체의 양면에 양극 활물질과 음극 활물질을 코팅하여 형성된다. 전해액은 집전체를 중심으로 양측으로 격리된다.
용량을 증대시키기 위하여, 바이폴라 전극은 집전체의 한 면에 코팅되는 양극 활물질 또는 음극 활물질의 로딩 레벨을 높이게 된다. 활물질에 도전재가 포함되어 있더라도 활물질이 부착되는 집전체 표면에서 거리가 멀어짐에 따라 집전체와 활물질 사이의 전자 전도성이 저하된다.
또한 활물질의 로딩 레벨이 높은 바이폴라 전극은 건조를 어렵게 한다. 그리고 로딩 레벨이 높은 활물질을 집전체에 견고하기 고정시키기 위하여, 활물질은 접착력이 높은 바인더를 요구한다.
본 발명의 일 측면은, 용량을 증대시키기 용이한 이차 전지용 바이폴라 전극 및 바이폴라 전극 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 상기 바이폴라 전극을 적용하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 바이폴라 전극은, 제1면과 제2면을 가지는 집전체, 상기 제1면에 제1메쉬 부재를 개재하여 제1공중합체 바인더를 포함하는 제1활물질로 형성되는 제1전극 활물질층, 및 상기 제2면에 제2메쉬 부재를 개재하여 제2공중합체 바인더를 포함하는 제2활물질로 형성되는 제2전극 활물질층을 포함한다.
상기 제1메쉬 부재는 복수 층으로 형성되고, 상기 제1활물질 및 상기 제1공중합체 바인더는 상기 제1메쉬 부재의 복수 층 사이 및 상기 제1메쉬 부재의 눈에 채워질 수 있다.
상기 제2메쉬 부재는 복수 층으로 형성되고, 상기 제2활물질 및 상기 제2공중합체 바인더는 상기 제2메쉬 부재의 복수 층 사이 및 상기 제2메쉬 부재의 눈에 채워질 수 있다.
상기 제1메쉬 부재와 상기 제2메쉬 부재는 알루미늄, 구리 및 알루미늄-구리 클래드 메탈 중 하나로 형성될 수 있다.
상기 제1활물질이 양극 활물질인 경우, 상기 제1메쉬 부재는 알루미늄으로 형성되며, 상기 제2활물질이 음극 활물질인 경우, 상기 제2메쉬 부재는 구리로 형성될 수 있다.
상기 제1메쉬 부재와 상기 제2메쉬 부재는 상기 제1활물질층 및 상기 제2활물질층 보다 각각 더 연장 형성되어 상기 집전체에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 바이폴라 전극 제조 방법은, 열압착으로 멜팅되는 제1공중합체 바인더와 제2공중합체 바인더를 각각 포함하는 제1활물질과 제2활물질로 집전체의 제1면과 제2면에 제1활물질층과 제2활물질층을 순차적으로 형성하는 제1단계, 상기 제1면의 상기 제1활물질층에 제1메쉬 부재와 제1공중합체 바인더를 포함하는 제1활물질 박리층을 적층하고 열압착하여 제1전극 활물질층을 형성하는 제2단계, 및 상기 제2면의 상기 제2활물질층에 제2메쉬 부재와 제2공중합체 바인더를 포함하는 제2활물질 박리층을 적층하고 열압착하여 제2전극 활물질층을 형성하는 제3단계를 포함한다.
상기 제2단계는 상기 제1메쉬 부재와 상기 제1활물질 박리층의 적층과 열압착을 반복할 수 있다.
상기 제2단계는 상기 제1메쉬 부재와 상기 제1활물질 박리층을 번갈아 복수로 적층하여 한번에 열압착할 수 있다.
상기 제3단계는 상기 제2메쉬 부재와 상기 제2활물질 박리층의 적층과 열압착을 반복할 수 있다.
상기 제3단계는 상기 제2메쉬 부재와 상기 제2활물질 박리층을 번갈아 복수로 적층하여 한번에 열압착할 수 있다.
상기 제2단계와 상기 제3단계는 상기 제1면과 상기 제2면에서 동시에 열압착하여 상기 제1전극 활물질층과 상기 제2전극 활물질층을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 집전체의 제1면에 제1메쉬 부재와 제1공중합체 바인더를 포함하는 제1활물질로 형성되는 제1전극 활물질층을 구비하고, 상기 집전체의 제2면에 제2메쉬 부재와 제2공중합체 바인더를 포함하는 제2활물질로 형성되는 제2전극 활물질층을 포함하는 바이폴라 전극들, 인접하는 상기 바이폴라 전극들 사이에 배치되는 세퍼레이터, 및 상기 세퍼레이터의 외곽에서 상기 바이폴라 전극들의 단부들을 실링부로 실링하여 수용하는 케이스를 포함한다.
상기 제1메쉬 부재는 복수 층으로 형성되고, 상기 제1활물질 및 상기 제1공중합체 바인더는 상기 제1메쉬 부재의 복수 층 사이 및 상기 제1메쉬 부재의 눈에 채워질 수 있다.
상기 제2메쉬 부재는 복수 층으로 형성되고, 상기 제2활물질 및 상기 제2공중합체 바인더는 상기 제2메쉬 부재의 복수 층 사이 및 상기 제2메쉬 부재의 눈에 채워질 수 있다.
상기 제1메쉬 부재와 상기 제2메쉬 부재는 상기 제1활물질층 및 상기 제2활물질층 보다 각각 더 연장 형성되어 상기 집전체에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 집전체의 제1, 제2면에 제1, 제2메쉬 부재를 각각 개재하여 제1, 제2공중합체 바인더를 포함하는 제1, 제2활물질로 제1, 제2전극 활물질층을 형성함으로써, 전지의 용량을 증대시킬 수 있다.
제1, 제2메쉬 부재 및 제1, 제2공중합체 바인더는 제1, 제2전극 활물질층에서 제1, 제2활물질의 로딩 레벨을 높일 수 있고, 집전체에 부착되는 제1, 제2활물질이 집전체의 표면으로부터 멀어지는 경우에도 집전체와 제1, 제2활물질 사이에서 전자 전도성을 유지 및 향상시킬 수 있다.
또한, 제1, 제2메쉬 부재 및 제1, 제2공중합체 바인더는 제1, 제2전극 활물질층의 로딩 레벨을 높이는 경우에도, 제1, 제2활물질을 집전체의 제1, 제2면에 견고하게 고정 부착시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이폴라 전극을 도시한 단면도이다.
도 5는 도 3의 바이폴라 전극에서 제1전극 활물질층의 일부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 6은 도 3의 바이폴라 전극에서 제2전극 활물질층의 일부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이폴라 전극의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예의 이차 전지는 바이폴라 전극들(10), 세퍼레이터(20), 실링부(30) 및 케이스(40)를 포함한다.
바이폴라 전극(10)은 대략 사각판으로 형성되어 제1면과 제2면을 가지는 집전체(13), 집전체(13)의 제1면에 구비되는 제1전극 활물질층(11), 및 집전체(13)의 제2면에 구비되는 제2전극 활물질층(12)을 포함한다.
제1전극 활물질층(11)은 집전체(13)의 제1면에 제1메쉬 부재(111, 도 3)를 개재하여, 제1공중합체(copolymer) 바인더를 포함하는 제1활물질의 슬러리를 코팅함으로써 형성된다. 제1공중합체 바인더는 코팅 슬러리에 포함되어 열압착에 의하여 멜팅 되어 제1활물질과 함께 제1전극 활물질층(11)을 형성할 수 있다.
제2전극 활물질층(12)은 집전체(13)의 제2면에 제2메쉬 부재(121)를 개재하여, 제2공중합체 바인더를 포함하는 제2활물질의 슬러리를 코팅함으로써 형성된다. 제2공중합체 바인더는 코팅 슬러리에 포함되어 열압착에 의하여 멜팅 되어 제2활물질과 함께 제2전극 활물질층(12)을 형성할 수 있다.
제1, 제2활물질 슬러리에서 제1, 제2활물질은 85~80 중량%이고, 제1, 제2바인더는 10~15 중량%이다. 제1, 제2바인더는 제1, 제2공중합체 바인더 10 중량%이고 도전재 5 중량%일 수 있다.
제1, 제2메쉬 부재(111, 121)는 제1, 제2전극 활물질층(11, 12) 내에서 각각 골격을 형성하므로 제1, 제2활물질과 제1, 제2공중합체 바인더가 부착될 부분을 제공한다. 따라서 제1, 제2전극 활물질층(11, 12)의 두께 증가가 용이해질 수 있다.
일례로써, 제1활물질이 양극 활물질이고, 제2활물질이 음극 활물질일 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질은 리튬 전이금속 복합산화물을 포함하는 물질로 이루어질 수 있고, 음극 활물질은 리튬 전이금속 복합산화물, 흑연, 카본 등을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
복수의 바이폴라 전극들(10)은 서로 인접하여 적층 배치된다. 세퍼레이터(20)는 인접하는 바이폴라 전극들(10) 사이에 배치되어 제1, 제2전극 활물질층(11, 12)을 전기적으로 절연시킨다.
세퍼레이터(20)를 중심으로 하여 양측의 제1, 제2전극 활물질층(11, 12)과 양측의 집전체(13)는 단위의 서브 셀(subcell)(SC)을 형성한다. 즉 이차 전지는 서브 셀들(SC)을 복수로 적층한 구조를 형성한다. 세퍼레이터(20)는 다공성을 가지며, 서브 셀(SC) 내에서 도 2의 상하 방향으로 전해액을 이동시킬 수 있다.
복수의 바이폴라 전극들(10) 및 복수의 세퍼레이터들(20)은 번갈아 적층되어, 최외곽 집전체들(14, 15) 사이에서 복수의 서브 셀들을 형성한다. 실링부(30)는 세퍼레이터들(20)의 외곽에 배치되어 이웃하는 바이폴라 전극들(10)의 단부들을 실링한다. 최외곽 집전체(14, 15)는 내측을 향하는 표면에만 제2, 제1전극 활물질층(12, 11)을 각각 형성한다.
즉 실링부(30)는 세퍼레이터들(20) 각각에 대응하고, 이웃하는 바이폴라 전극들(10)의 집전체들(13, 13) 사이에 배치되어 각 서브 셀들(SC)에 대하여 실링 작용한다. 양측의 집전체들(13, 13)과 실링부(30)로 설정되는 공간은 각각 격리되는 서브 셀(SC)을 형성하며 전해액을 수용한다.
케이스(40)는 실링부(30)에 의하여 외곽에서 실링된 복수의 서브 셀들(SC)을 수용한다. 일례로써, 케이스(40)는 양면에 실링층이 형성된 라미네이션 필름의 파우치 타입으로 형성된다. 도시하지 않았으나 케이스는 직육면체의 각형 또는 원통형 금속으로 형성될 수도 있다.
최외곽 집전체(14, 15)에는 제1, 제2리드 단자(16, 17)가 연결되어 케이스(40)의 외부로 전기적인 인출을 가능하게 한다. 이차 전지에서 발생되는 전류는 적층된 바이폴라 전극들(10)을 거쳐서 최외곽에 위치하는 최외곽 집전체(14, 15)로 이동된다. 최외곽 집전체(14, 15)에 집전된 전류는 제1, 제2리드 단자(16, 17)를 통해서 외부로 전달된다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이폴라 전극을 도시한 단면도이고, 도 5는 도 3의 바이폴라 전극에서 제1전극 활물질층의 일부를 확대하여 도시한 단면도이며, 도 6은 도 3의 바이폴라 전극에서 제2전극 활물질층의 일부를 확대하여 도시한 단면도이다. 도 3 내지 도 6을 참조하면, 바이폴라 전극(10)은 집전체(13)를 사이에 두고 양면에 구비되는 제1전극 활물질층(11)과 제2전극 활물질층(12)을 포함한다.
일례로써, 제1전극 활물질층(11)은 제1메쉬 부재(111)를 복수 층으로 형성하고, 제1활물질 및 제1공중합체 바인더를 제1메쉬 부재(111)의 복수 층 사이 및 제1메쉬 부재(111)의 눈(가로선(11a)과 세로선(11b)이 교차하는 공간)에 채워서 형성된다(도 5 참조).
제1메쉬 부재(111) 및 제1공중합체 바인더는 제1전극 활물질층(11)에서 부착될 부분 및 부착력을 제공하여 제1활물질의 로딩 레벨을 높인다. 또한 제1메쉬 부재(111)는 집전체(13)에 부착되는 제1활물질이 집전체(13)의 표면으로부터 멀어지는 경우에도 집전체(13)와 제1활물질 사이에서 높은 전자 전도성을 부여할 수 있다.
제1메쉬 부재(111)의 눈에 제1활물질 및 제1공중합체 바인더가 채워지므로 제1메쉬 부재(111)는 제1전극 활물질층(11)의 두께를 추가로 증대시키지 않으면서 제1전극 활물질층(11)과 집전체(13) 제1면과의 부착력 및 제1전극 활물질층(11) 내에서의 전자 전도성을 부여할 수 있다.
제1메쉬 부재(111, 112)를 복수로 구비하는 경우, 제1전극 활물질층(11)에서 부착력과 전자 전도성은 더욱 향상될 수 있다. 제1메쉬 부재(111, 112)의 층수 증가로 제1전극 활물질층(11)의 두께를 용이하게 증가시킬 수 있다.
도 4의 바이폴라 전극(101)에 도시된 바와 같이, 제1메쉬 부재(211, 212)는 제1전극 활물질층(21)보다 더 크게 형성되어 제1전극 활물질층(21)의 외부에서 집전체(13)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 제1메쉬 부재(211, 212)는 집전체(13)에 초음파 용접되어 제1전극 활물질층(21)의 두께가 증가된 상태에서도 전자 전도성을 더욱 향상시킬 수 있다.
제2전극 활물질층(12)은 제2메쉬 부재(121)를 복수 층으로 형성하고, 제2활물질 및 제2공중합체 바인더를 제2메쉬 부재(121)의 복수 층 사이 및 제2메쉬 부재(121)의 눈(가로선(12a)과 세로선(12b)이 교차하는 공간)에 채워서 형성된다(도 6 참조).
제2메쉬 부재(121) 및 제2공중합체 바인더는 제2전극 활물질층(12)에서 부착될 부분 및 부착력을 제공하여 제2활물질의 로딩 레벨을 높인다. 또한 제2메쉬 부재(121)는 집전체(13)에 부착되는 제2활물질이 집전체(13)의 표면으로부터 멀어지는 경우에도 집전체(13)와 제2활물질 사이에서 높은 전자 전도성을 부여할 수 있다.
제2메쉬 부재(121)의 눈에 제2활물질 및 제2공중합체 바인더가 채워지므로 제2메쉬 부재(121)는 제2전극 활물질층(12)의 두께를 추가로 증대시키지 않으면서 제2전극 활물질층(12)과 집전체(13) 제2면과의 부착력 및 제2전극 활물질층(12) 내에서의 전자 전도성을 부여할 수 있다.
제2메쉬 부재(121)를 복수로 구비하는 경우, 제1전극 활물질층(12)에서 부착력과 전자 전도성은 더욱 향상될 수 있다. 제2메쉬 부재(121)의 층수 증가로 제2전극 활물질층(12)의 두께를 용이하게 증가시킬 수 있다.
도 4의 바이폴라 전극(101)에 도시된 바와 같이, 제2메쉬 부재(221, 222)는 제2전극 활물질층(22)보다 더 크게 형성되어 제2전극 활물질층(22)의 외부에서 집전체(13)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 제2메쉬 부재(221, 222)는 집전체(13)에 초음파 용접되어 제2전극 활물질층(22)의 두께가 증가된 상태에서도 전자 전도성을 더욱 향상시킬 수 있다.
제1활물질이 양극 활물질이고, 제2활물질이 음극 활물질일 경우, 제1메쉬 부재(111, 112, 211, 212)는 알루미늄으로 형성되고, 제2메쉬 부재(121, 122, 221, 222)는 구리로 형성될 수 있다. 또한 제1메쉬 부재(111, 112, 211, 212) 및 제2메쉬 부재(121, 122, 221, 222)는 상호 구분 없이 알루미늄, 구리 또는 알루미늄-구리 클래드 메탈로 형성될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이폴라 전극의 제조 방법을 도시한 순서도이다. 도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 바이폴라 전극의 제조 방법은 제1단계(ST1), 제2단계(ST2) 및 제3단계(ST3)를 포함한다.
제1단계(ST1)는 제1공중합체 바인더와 제2공중합체 바인더를 각각 포함하는 제1활물질과 제2활물질로 집전체(13)의 제1면과 제2면에 제1활물질층(61)과 제2활물질층(71)을 순차적으로 형성한다.
즉 제1단계(ST1)는 제1공중합체 바인더와 제1활물질을 포함하는 슬러리를 집전체(13)의 제1면에 코팅하고(ST11), 이후, 제2공중합체 바인더와 제2활물질을 포함하는 슬러리를 집전체(13)의 제2면에 코팅한다(ST12). 제1, 제2공중합체 바인더는 열압착에 의하여 멜팅 되어 제1, 제2활물질과 집전체(13) 제1, 제2면 사이에서 부착력을 제공한다.
제2단계(ST2)는 제1면의 제1활물질층(61)에 제1메쉬 부재(111)와 제1공중합체 바인더를 포함하는 제1활물질 박리층(62)을 적층하고(ST21) 열압착하여 제1전극 활물질층(11)을 형성한다(ST22). 도시하지 않았으나, 제21단계는 제1메쉬 부재를 제1활물질층보다 연장되게 형성하여 집전체에 초음파 용접할 수도 있다.
제1전극 활물질층(11)에서, 제1메쉬 부재(111)는 전자 전도성을 높이고 제1활물질이 부착될 부분을 형성하며, 제1공중합체 바인더는 부착력을 제공한다. 열압착시, 제1공중합체 바인더가 멜팅되어 부착력을 강화시키므로 제1메쉬 부재(111) 및 제1공중합체 바인더는 제1활물질의 로딩 레벨을 높일 수 있다.
제3단계(ST3)는 제2면의 제2활물질층(71)에 제2메쉬 부재(121)와 제2공중합체 바인더를 포함하는 제2활물질 박리층(72)을 적층하고(ST31) 열압착하여(ST32) 제2전극 활물질층(12)을 형성한다. 도시하지 않았으나, 제31단계는 제2메쉬 부재를 제2활물질층보다 연장되게 형성하여 집전체에 초음파 용접할 수도 있다.
제2전극 활물질층(12)에서, 제2메쉬 부재(121)는 전자 전도성을 높이고 제2활물질이 부착될 부분을 형성하며, 제2공중합체 바인더는 부착력을 제공한다. 열압착시, 제2공중합체 바인더가 멜팅되어 부착력을 강화시키므로 제2메쉬 부재(121) 및 제2공중합체 바인더는 제2활물질의 로딩 레벨을 높일 수 있다.
한편, 제2단계(ST2) 및 제3단계(ST3)는 제1, 제2전극 활물질층(11, 12)에서 제1, 제2메쉬 부재(111, 121)의 층수에 따라 반복 공정으로 진행될 수 있다. 도 6은 제2단계(ST2)와 제3단계(ST3)를 2회씩 반복 실시한 바이폴라 전극 제조 방법을 예시하고, 그 바이폴라 전극(10)을 도시하고 있다.
예를 들면, 제2단계(ST2)는 2층의 제1메쉬 부재(111, 112)와 2층의 제1활물질 박리층(62, 63)의 적층과 열압착을 2회 반복한다. 제1활물질 박리층(62, 63)은 각각 미리 만들어 둔다. 즉 제1메쉬 부재(111, 112)와 제1활물질 박리층(62, 63)의 적층과 열압착은 제1전극 활물질층(11)의 로딩 레벨을 용이하게 높일 수 있다.
또한 제2단계(ST2)는 2층의 제1메쉬 부재(111, 112)와 2층의 제1활물질 박리층(62, 63)을 번갈아 2회 적층(및 2회 초음파 용접(미도시))한 후, 1회 열압착할 수도 있다. 즉 2회 적층과 1회 열압착은 적층과 열압착을 2회 반복하는 경우에 비하여, 제1전극 활물질층(11)의 형성 시간을 더 단축시킬 수 있다.
제3단계(ST3)는 2층의 제2메쉬 부재(121, 122)와 2층의 제2활물질 박리층(72, 73)의 적층과 열압착을 2회 반복한다. 제2활물질 박리층(72, 73)은 각각 미리 만들어 둔다. 즉 제2메쉬 부재(121, 122)와 제2활물질 박리층(72, 73)의 적층과 열압착은 제2전극 활물질층(12)의 로딩 레벨을 용이하게 높일 수 있다.
또한 제3단계(ST3)는 2층의 제2메쉬 부재(121, 122)와 2층의 제2활물질 박리층(72, 73)을 번갈아 2회 적층(및 2회 초음파 용접(미도시))한 후, 1회 열압착할 수도 있다. 즉 2회 적층과 1회 열압착은 적층과 열압착을 2회 반복하는 경우에 비하여, 제2전극 활물질층(12)의 형성 시간을 더 단축시킬 수 있다.
또한 제2단계(ST2)와 제3단계(ST3)는 집전체(13)의 제1면과 제2면에서 동시에 적층(및 초음파 용접(미도시)) 후 열압착하여 제1전극 활물질층(11)과 상기 제2전극 활물질층(12)을 형성할 수도 있다. 이 경우, 제1, 제2전극 활물질층(11, 12)의 형성 시간이 전체적으로 더욱 단축될 수 있다.
편의상 본 실시예에서는, 제1전극 활물질층(11)에 2개의 제1메쉬 부재(111, 112)가 적용되고, 제2전극 활물질층(12)에 2개의 제2메쉬 부재(121, 122)가 적용되어 있으나, 로딩 레벨에 따라 더 많은 개수의 제1, 제2메쉬 부재가 적용될 수도 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
(부호의 설명)
10: 바이폴라 전극 11: 제1전극 활물질층
11a, 12a: 가로선 11b, 12b: 세로선
12: 제2전극 활물질층 13: 집전체
14, 15: 최외곽 집전체 16, 17: 제1, 제2리드 단자
20: 세퍼레이터 30: 실링부
40: 케이스 61: 제1활물질층
62, 63: 제1활물질 박리층 71: 제2활물질층
72, 73: 제2활물질 박리층 111, 112: 제1메쉬 부재
121, 122: 제2메쉬 부재 SC: 서브 셀(subcell)

Claims (16)

  1. 제1면과 제2면을 가지는 집전체;
    상기 제1면에 제1메쉬 부재를 개재하여 제1공중합체 바인더를 포함하는 제1활물질로 형성되는 제1전극 활물질층; 및
    상기 제2면에 제2메쉬 부재를 개재하여 제2공중합체 바인더를 포함하는 제2활물질로 형성되는 제2전극 활물질층을 포함하는 이차 전지용 바이폴라 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1메쉬 부재는 복수 층으로 형성되고,
    상기 제1활물질 및 상기 제1공중합체 바인더는 상기 제1메쉬 부재의 복수 층 사이 및 상기 제1메쉬 부재의 눈에 채워지는 이차 전지용 바이폴라 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2메쉬 부재는 복수 층으로 형성되고,
    상기 제2활물질 및 상기 제2공중합체 바인더는 상기 제2메쉬 부재의 복수 층 사이 및 상기 제2메쉬 부재의 눈에 채워지는 이차 전지용 바이폴라 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1메쉬 부재와 상기 제2메쉬 부재는
    알루미늄, 구리 및 알루미늄-구리 클래드 메탈 중 하나로 형성되는 이차 전지용 바이폴라 전극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1활물질이 양극 활물질인 경우, 상기 제1메쉬 부재는 알루미늄으로 형성되며,
    상기 제2활물질이 음극 활물질인 경우, 상기 제2메쉬 부재는 구리로 형성되는 이차 전지용 바이폴라 전극.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1메쉬 부재와 상기 제2메쉬 부재는
    상기 제1활물질층 및 상기 제2활물질층 보다 각각 더 연장 형성되어 상기 집전체에 전기적으로 연결되는 이차 전지용 바이폴라 전극.
  7. 열압착으로 멜팅되는 제1공중합체 바인더와 제2공중합체 바인더를 각각 포함하는 제1활물질과 제2활물질로 집전체의 제1면과 제2면에 제1활물질층과 제2활물질층을 순차적으로 형성하는 제1단계;
    상기 제1면의 상기 제1활물질층에 제1메쉬 부재와 제1공중합체 바인더를 포함하는 제1활물질 박리층을 적층하고 열압착하여 제1전극 활물질층을 형성하는 제2단계; 및
    상기 제2면의 상기 제2활물질층에 제2메쉬 부재와 제2공중합체 바인더를 포함하는 제2활물질 박리층을 적층하고 열압착하여 제2전극 활물질층을 형성하는 제3단계
    를 포함하는 이차 전지용 바이폴라 전극 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2단계는
    상기 제1메쉬 부재와 상기 제1활물질 박리층의 적층과 열압착을 반복하는 이차 전지용 바이폴라 전극 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2단계는
    상기 제1메쉬 부재와 상기 제1활물질 박리층을 번갈아 복수로 적층하여 한번에 열압착하는 이차 전지용 바이폴라 전극 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제3단계는
    상기 제2메쉬 부재와 상기 제2활물질 박리층의 적층과 열압착을 반복하는 이차 전지용 바이폴라 전극 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제3단계는
    상기 제2메쉬 부재와 상기 제2활물질 박리층을 번갈아 복수로 적층하여 한번에 열압착하는 이차 전지용 바이폴라 전극 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제2단계와 상기 제3단계는
    상기 제1면과 상기 제2면에서 동시에 열압착하여 상기 제1전극 활물질층과 상기 제2전극 활물질층을 형성하는 이차 전지용 바이폴라 전극 제조 방법.
  13. 집전체의 제1면에 제1메쉬 부재와 제1공중합체 바인더를 포함하는 제1활물질로 형성되는 제1전극 활물질층을 구비하고, 상기 집전체의 제2면에 제2메쉬 부재와 제2공중합체 바인더를 포함하는 제2활물질로 형성되는 제2전극 활물질층을 포함하는 바이폴라 전극들;
    인접하는 상기 바이폴라 전극들 사이에 배치되는 세퍼레이터; 및
    상기 세퍼레이터의 외곽에서 상기 바이폴라 전극들의 단부들을 실링부로 실링하여 수용하는 케이스
    를 포함하는 이차 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1메쉬 부재는 복수 층으로 형성되고,
    상기 제1활물질 및 상기 제1공중합체 바인더는 상기 제1메쉬 부재의 복수 층 사이 및 상기 제1메쉬 부재의 눈에 채워지는 이차 전지.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2메쉬 부재는 복수 층으로 형성되고,
    상기 제2활물질 및 상기 제2공중합체 바인더는 상기 제2메쉬 부재의 복수 층 사이 및 상기 제2메쉬 부재의 눈에 채워지는 이차 전지.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1메쉬 부재와 상기 제2메쉬 부재는
    상기 제1활물질층 및 상기 제2활물질층 보다 각각 더 연장 형성되어 상기 집전체에 전기적으로 연결되는 이차 전지.
PCT/KR2017/005084 2016-05-19 2017-05-17 이차 전지, 바이폴라 전극 및 바이폴라 전극 제조 방법 WO2017200283A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2016-0061601 2016-05-19
KR1020160061601A KR102614018B1 (ko) 2016-05-19 2016-05-19 이차 전지, 바이폴라 전극 및 바이폴라 전극 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017200283A1 true WO2017200283A1 (ko) 2017-11-23

Family

ID=60325165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2017/005084 WO2017200283A1 (ko) 2016-05-19 2017-05-17 이차 전지, 바이폴라 전극 및 바이폴라 전극 제조 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102614018B1 (ko)
WO (1) WO2017200283A1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112448074A (zh) * 2019-08-28 2021-03-05 北京好风光储能技术有限公司 一种双极性电池堆
CN113571752A (zh) * 2020-04-27 2021-10-29 北京好风光储能技术有限公司 一种双极性电池堆
CN113841274A (zh) * 2019-03-26 2021-12-24 株式会社Lg新能源 电极组件、用于制造电极组件的层压装置以及用于制造电极组件的方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220019981A (ko) 2020-08-11 2022-02-18 현대자동차주식회사 이차전지용 전극 복합 구조체 및 이를 포함하는 이차전지 셀

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5993494A (en) * 1997-07-25 1999-11-30 Gnb Technologies, Inc. Method of manufacturing modular components for a bipolar battery and the resulting bipolar battery
JP2012174495A (ja) * 2011-02-22 2012-09-10 Sumitomo Electric Ind Ltd 電池用電極および電池
KR20140123531A (ko) * 2012-02-23 2014-10-22 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 쌍극형 전극 및 이를 사용한 쌍극형 리튬 이온 이차 전지
KR20150063341A (ko) * 2013-05-07 2015-06-09 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극, 그의 제조방법, 그를 포함하는 이차전지 및 케이블형 이차전지
KR20160053708A (ko) * 2014-11-05 2016-05-13 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2846381B1 (en) * 2013-05-07 2018-02-28 LG Chem, Ltd. Electrode for secondary battery, method for manufacturing same, and secondary battery and cable-type secondary battery including same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5993494A (en) * 1997-07-25 1999-11-30 Gnb Technologies, Inc. Method of manufacturing modular components for a bipolar battery and the resulting bipolar battery
JP2012174495A (ja) * 2011-02-22 2012-09-10 Sumitomo Electric Ind Ltd 電池用電極および電池
KR20140123531A (ko) * 2012-02-23 2014-10-22 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 쌍극형 전극 및 이를 사용한 쌍극형 리튬 이온 이차 전지
KR20150063341A (ko) * 2013-05-07 2015-06-09 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극, 그의 제조방법, 그를 포함하는 이차전지 및 케이블형 이차전지
KR20160053708A (ko) * 2014-11-05 2016-05-13 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113841274A (zh) * 2019-03-26 2021-12-24 株式会社Lg新能源 电极组件、用于制造电极组件的层压装置以及用于制造电极组件的方法
CN112448074A (zh) * 2019-08-28 2021-03-05 北京好风光储能技术有限公司 一种双极性电池堆
CN112448074B (zh) * 2019-08-28 2022-10-25 北京好风光储能技术有限公司 一种双极性电池堆
CN113571752A (zh) * 2020-04-27 2021-10-29 北京好风光储能技术有限公司 一种双极性电池堆
CN113571752B (zh) * 2020-04-27 2023-06-20 北京好风光储能技术有限公司 一种双极性电池堆

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170130854A (ko) 2017-11-29
KR102614018B1 (ko) 2023-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011099703A2 (ko) 용접 신뢰성이 향상된 전지모듈 및 이를 포함하는 중대형 전지팩
WO2012086855A1 (ko) 다방향성 리드-탭 구조를 가진 리튬 이차전지
WO2014171559A1 (ko) 신규한 구조의 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2017217641A1 (ko) 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차
WO2012023804A2 (ko) 개선된 리드 구조의 이차전지
WO2013002621A2 (ko) 접촉저항이 개선된 이차전지
WO2013187661A1 (ko) 단일 전극단자 결합부를 가진 전지 조합체
WO2012033313A2 (ko) 고출력 대용량의 전지팩
WO2014123363A1 (ko) 스텝 유닛셀을 포함하는 단차를 갖는 전극 조립체
WO2013015539A1 (ko) 신뢰성이 향상된 전지모듈 및 이를 포함하는 중대형 전지팩
WO2020159306A1 (ko) 전극 조립체 제조방법과, 이를 통해 제조된 전극 및 이차전지
WO2017200283A1 (ko) 이차 전지, 바이폴라 전극 및 바이폴라 전극 제조 방법
WO2016064099A1 (ko) 파우치형 이차 전지 및 이의 제조방법
WO2020204407A1 (ko) 이차 전지용 전지 케이스 및 파우치 형 이차 전지
WO2013168980A1 (ko) 비정형 구조의 전지팩
WO2014148858A1 (ko) 에너지 밀도가 향상된 이차전지
WO2013069953A1 (ko) 신규한 구조의 전지셀
WO2018216859A1 (ko) 복합 구조의 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 갖는 리튬이온 이차전지
WO2013168982A1 (ko) 전극 적층체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2014104795A1 (ko) 두께 방향의 형상 자유도가 우수한 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 포함하는 이차 전지, 전지팩 및 디바이스
WO2018174370A1 (ko) 전극 조립체 및 그 제조방법
WO2018066820A1 (ko) 전극 조립체 및 이의 제조 방법
WO2014126430A1 (ko) 전극조립체 및 이를 포함하는 폴리머 이차전지 셀
WO2013151233A1 (ko) 배터리셀
WO2015190721A1 (ko) 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17799640

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17799640

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1