WO2018048165A1 - 적층형 전극 조립체 및 이를 포함하는 플렉서블 이차 전지 - Google Patents

적층형 전극 조립체 및 이를 포함하는 플렉서블 이차 전지 Download PDF

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WO2018048165A1
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electrode assembly
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엄혜리
이정두
손주희
한다운
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Definitions

  • the present invention relates to a stacked electrode assembly and a flexible secondary battery including the same.
  • a secondary battery in general, includes an electrode assembly including a positive electrode and a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.
  • One embodiment of the present disclosure is to provide a stacked electrode assembly with significantly improved flexibility.
  • Another embodiment of the present disclosure is to provide a flexible secondary battery including the stacked electrode assembly.
  • the substrate includes a first electrode, a second electrode stacked on one or both surfaces of the first electrode, and a separator positioned between the first electrode and the second electrode, wherein the separator is continuous Has a sheet shape, wound in a first direction to surround the first electrode, wound in a second direction opposite to the first direction to surround the second electrode, and the bent end region of the separator has a plurality of It provides a stacked electrode assembly comprising a pattern.
  • the present disclosure provides a flexible secondary battery including the stacked electrode assembly and a case accommodating the stacked electrode assembly.
  • the stacked electrode assembly and the flexible secondary battery including the same may significantly improve bending characteristics by uniformly dispersing stress applied to the electrode assembly during bending.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a stacked electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a horizontal cross-sectional view of the stacked electrode assembly according to FIG. 1.
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of the stacked electrode assembly according to FIG. 1.
  • FIG 9 illustrates a perspective view of a flexible secondary battery according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view illustrating an exploded view of the flexible secondary battery of FIG. 9.
  • FIG. 1 is a perspective view of a stacked electrode assembly according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a horizontal cross-sectional view of the stacked electrode assembly according to FIG. 1
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of the stacked electrode assembly according to FIG. 1. It is shown.
  • a stacked electrode assembly 10 may include a first electrode 11, a second electrode 12, and a first electrode 11 and a second electrode ( 12) a separator 13 located between.
  • the separator 13 is characterized in that it has a continuous sheet shape.
  • the separator 13 may be bent in the first direction to surround the first electrode 11 and be bent in the second direction opposite to the first direction to surround the second electrode 12.
  • the continuous sheet-like separator 13 is alternately bent in a first direction and a second direction opposite thereto. Therefore, the vertical cross section of the separator 13 in the stacked electrode assembly 10 may have a zigzag shape.
  • the first electrode 11 is positioned in the separator 13 bent in the first direction
  • the second electrode 12 is positioned in the separator 13 bent in the second direction.
  • first electrodes 11 and the second electrodes 12 are alternately stacked.
  • the separator 13 of the present disclosure is bent to have a size larger than that of the first electrode 11 or the second electrode 12 when viewed in a horizontal cross section (xy direction) of the electrode assembly 10. do.
  • the short side width SW1 of the separator 13 is greater than the short side width NW1 of the second electrode 12
  • the long side width SW2 of the separator 13 is the long side width SW of the second electrode 12. NW2).
  • the electrode assembly 10 has a shape having a pair of short sides and a pair of long sides.
  • the separator 13 of the present disclosure is bent and formed to have a larger size than the first electrode 11 and the second electrode 12, the separator 13 is formed on the long side of the electrode assembly 10. ) And a region in which the bent separators 13 overlap each other without overlapping the second electrode 12.
  • bent end region A the region where the separator 13 bent overlaps with each other in the end region where the separator 13 is bent.
  • the short width WA of the bent end region A may be about 5% to 10% of the short side width NW1 of the first electrode 11 or the short side width NW1 of the second electrode 12. Or from about 8% to about 8%.
  • the short width WA of the bent end region A satisfies the above range based on the short side width NW1 of the first electrode 11 or the short side width NW1 of the second electrode 12, the anode in the electrode assembly 10 is satisfied. And a battery having a high energy density while preventing a short circuit between negative electrodes.
  • the bent end region A includes a plurality of patterns.
  • the separator 13 may be bent along the bending line BL, and the bent end region A may include a plurality of patterns arranged along the bending line BL. Can be.
  • the plurality of patterns may be linear patterns 51 arranged at predetermined intervals along the bending line BL.
  • the linear pattern 51 may be formed to penetrate the separator 13.
  • the process of forming the linear pattern 51 may be performed before alternately stacking the first electrode 11 and the second electrode 12 on the separator 13 bent in a zigzag shape. 11) and the second electrode 12 may be alternately stacked.
  • the linear pattern 51 may be first formed in the bent end region A of the separator 13, and the first electrode 11 and the second electrode 12 may be alternately stacked, and bent in a zigzag shape. After forming the electrode assembly 10 by stacking the first electrode 11 and the second electrode 12 in the separator 13, the linear pattern 51 may be formed.
  • the linear pattern 51 when the linear pattern 51 is first formed and the first electrode 11 and the second electrode 12 are stacked, the linear pattern 51 may be easily formed in the bent end region A of the separator 13. There are process advantages that can be achieved.
  • the linear pattern 51 may be formed along a pre-cut bending line L by, for example, punching using a jig, or may be formed by laser cutting.
  • the plurality of patterns positioned in the bent end region A may be a plurality of circular patterns 52.
  • the plurality of patterns may include a plurality of patterns in the form of at least one of ovals, triangles, squares, and polygons, or a mixture of these shapes, in addition to the circular pattern 52.
  • the plurality of patterns may be formed to penetrate the separator 13.
  • the plurality of circular patterns 52 may be formed by appropriately adjusting spacing so that the separator 13 may be damaged and thus the flexible characteristics may be implemented in a range that does not affect the performance of the electrode assembly 10.
  • the process of forming the plurality of patterns may be performed before the first electrode 11 and the second electrode 12 are alternately stacked on the separator 13 bent in a zigzag shape, and the first electrode 11 and It may be performed after the second electrodes 12 are alternately stacked.
  • a plurality of patterns may be first formed in the bent end region A of the separator 13, and the first electrode 11 and the second electrode 12 may be alternately stacked, and the separator may be bent in a zigzag shape. (13) After forming the electrode assembly 10 by stacking the first electrode 11 and the second electrode 12 therein, a plurality of patterns may be formed.
  • the patterns having various shapes may be more easily formed in the bent end region A of the separator 13. There is a process advantage.
  • the plurality of patterns may be formed by, for example, punching using a jig, or may be formed by a method of laser cutting.
  • the plurality of patterns may be an uneven pattern 53.
  • the uneven pattern 53 may be formed to include a plurality of recesses 53a recessed in the z-axis direction and a plurality of protrusions 53b protruding in the z-axis direction when viewed in the vertical section of the electrode assembly 10. Can be.
  • the process of forming the uneven pattern 53 may be performed before alternately stacking the first electrode 11 and the second electrode 12 on the separator 13 bent in a zigzag shape, and the first electrode 11. ) And the second electrode 12 may be alternately stacked.
  • the uneven pattern 53 may be first formed in the bent end region A of the separator 13, and the first electrode 11 and the second electrode 12 may be alternately stacked, and bent in a zigzag shape. After forming the electrode assembly 10 by stacking the first electrode 11 and the second electrode 12 in the separator 13, the uneven pattern 53 may be formed.
  • the uneven pattern 53 is first formed on the bent separator 13 and the first electrode 11 and the second electrode 12 are stacked, the uneven pattern is formed at the bent end region A of the separator 13. There is a process advantage that can easily form (53).
  • the uneven pattern 53 may be formed by, for example, a method of rolling at room temperature or at a high temperature of 70 ° C. or less using a jig having unevenness.
  • the plurality of patterns may include a plurality of break portions 54.
  • the plurality of breaks 54 may be located along the bend line BL of the bend end region A.
  • the plurality of break portions 54 means that they are formed in the xy plane when viewed in a horizontal cross section of the electrode assembly 10. That is, the plurality of break portions 54 may be formed to remove a portion of the separator 13 along the bending line BL positioned at the long side end of the electrode assembly 10.
  • the plurality of break portions 54 may have at least one of a rectangle, a semicircle, and a semi-ellipse in addition to the triangle, and the shapes may be mixed. It may be formed in the form.
  • the process of forming the plurality of fracture portions 54 may be performed before alternately stacking the first electrode 11 and the second electrode 12 on the separator 13 bent in a zigzag shape, and the first It may also be carried out after the electrode 11 and the second electrode 12 are alternately stacked.
  • the plurality of break portions 54 may be first formed in the bent end region A of the separator 13, and the first electrode 11 and the second electrode 12 may be alternately stacked, and may have a zigzag shape. After forming the electrode assembly 10 by stacking the first electrode 11 and the second electrode 12 in the bent separator 13, a plurality of break portions 54 may be formed.
  • the plurality of break portions 54 are first formed and the first electrode 11 and the second electrode 12 are stacked, the plurality of break portions 54 are formed in the bent end region A of the separator 13. There is a process advantage that can be easily formed.
  • the some broken part 54 may be formed by the method of punching using a jig, for example, and may be formed by the method of laser cutting.
  • the thickness of the separator 13 may be, for example, 10 ⁇ m to 20 ⁇ m. More specifically, the thickness of the separator 13 may be 12 ⁇ m to 18 ⁇ m or 14 ⁇ m to 16 ⁇ m. When the thickness of the separator 13 satisfies the numerical range, the bending process of the separator 13 may be smoothly performed, and the electrode assembly 10 according to the present disclosure having improved bending characteristics may be thinned.
  • the first electrode 11 may be an anode and the second electrode 12 may be a cathode.
  • the first electrode 11 may be a cathode
  • the second electrode 12 may be an anode. It may be.
  • a case in which the first electrode 11 is an anode and the second electrode 12 is a cathode will be described as an example.
  • the first electrode 11 includes a coating portion 11a coated with a positive electrode active material on a current collector of a thin metal plate, and a non-coated portion 11b that is set as a current collector exposed by not applying a positive electrode active material.
  • the current collector of the first electrode 11 and the first electrode tab 21 may be formed of aluminum (Al).
  • the second electrode 12 may include a coating part 12a in which the active material and the negative electrode active material of the first electrode 11 are applied to a current collector of a thin metal plate, and a non-coating part that is set as a current collector exposed by not applying the negative electrode active material ( 12b).
  • the current collector of the second electrode 12 and the second electrode tab 22 may be formed of copper (Cu).
  • the coating parts 11a and 12a may be formed on both surfaces of the first electrode 11 and the second electrode 12.
  • a coating is applied to a portion that contacts the case. It is preferable that the portions 11a and 12a are not formed.
  • the first electrodes 11 and the second electrodes 12 alternately arrange the plain portions 11b and 12b in both width directions (y-axis directions). That is, in FIG. 2, the uncoated portion 11b of the first electrode 11 is disposed on the right side, and the uncoated portion 12b of the second electrode 12 is disposed on the left side.
  • first electrode tab 21 is connected to the uncoated portion 11b of the first electrode 11, and the second electrode tab 22 is connected to the uncoated portion 12b of the second electrode 12. Accordingly, the first and second electrode tabs 21 and 22 are spaced apart from each other at one side of the case 120 at intervals.
  • the first and second electrode tabs 21 and 22 may be connected to the non-coated portions 11b and 12b by welding, and the first and second electrode tabs 21 and 22 may be formed to extend for a long time. 21) It may be configured to play a role.
  • the electrode assembly 10 since the electrode assembly 10 according to the present disclosure includes a plurality of patterns 51, 52, 53, and 54 formed in various shapes in the bent end region A of the separator 13, the electrode assembly 10 may be bent. In this case, the tensile stress and the compressive stress applied to the inside and the outside of the electrode assembly 10 may be uniformly distributed, thereby realizing excellent flexible characteristics.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a flexible secondary battery according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 10 is an exploded perspective view illustrating an exploded view of the flexible secondary battery according to FIG. 9.
  • the flexible secondary battery 200 includes the stacked electrode assembly 10 described above and a case 130 accommodating the same.
  • the case 130 may include an upper case 131 and a lower case 132.
  • the upper case 131 and the lower case 132 accommodate the stacked electrode assembly 10 therein and bond the edges to each other by a method such as thermal fusion to form a flexible secondary battery.
  • the first electrode tab 21 and the second electrode tab 22 may be drawn out of the case 130 to be electrically connected to a protection circuit module (not shown) and an electronic device set.
  • the first and second electrode tabs 21 and 22 may be drawn out to one side of the upper case 131 and the lower case 132 via an electrical insulating member.
  • each of the upper case 131 and the lower case 132 may have a structure in which an outer resin layer 130a, a metal layer 130b, and an inner resin layer 130c are sequentially stacked.
  • the outer resin layer 130a serves as a substrate and a protective layer.
  • the outer resin layer 130a is formed of at least one selected from the group consisting of, for example, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, copolyester, polycarbonate, and nylon film. It may be, but is not limited thereto.
  • the metal layer 130b may serve to prevent moisture or the like from penetrating into the flexible secondary battery 200 according to the present disclosure.
  • the metal layer 130b may be formed of, for example, an alloy of iron (Fe), carbon (C), chromium (Cr) and manganese (Mn), iron (Fe), carbon (C), chromium (Cr), and nickel ( Ni), copper (Cu), aluminum (Al) or may be made of at least one material selected from the group consisting of equivalents, but is not limited thereto.
  • the metal layer 130b be formed as thick as possible in a range that does not impair the flexibility of the flexible secondary battery 200 in view of effects such as moisture permeation prevention.
  • the internal resin layer 130c also serves to bond the end surface of the first electrode 11 or the second electrode 12 not coated with the separator 13 or the active material.
  • the inner resin layer 130c may directly bond the edges of the upper case 131 and the lower case 132 without a separate adhesive.
  • the internal resin layer 130c may be formed of, for example, a polyolefin or a copolymer of polyolefin, and more specifically, the polyolefin may be made of polyethylene (PE) or polypropylene (PP). It may be, but is not limited thereto.
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and easily changed and equalized by those skilled in the art from the embodiments of the present invention. It includes all changes to the extent deemed acceptable.

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Abstract

본 기재는 제1 전극, 상기 제1 전극의 일면 또는 양면에 적층된 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 분리막을 포함하고, 상기 분리막은 연속적인 시트 형상을 가지며, 제1 방향으로 절곡되어 상기 제1 전극을 감싸고, 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 절곡되어 상기 제2 전극을 감싸며, 상기 분리막이 절곡된 단부 영역은 복수의 패턴을 포함하는 것인 적층형 전극 조립체 및 이를 포함하는 플렉서블 이차 전지에 관한 것이다.

Description

적층형 전극 조립체 및 이를 포함하는 플렉서블 이차 전지
본 발명은 적층형 전극 조립체 및 이를 포함하는 플렉서블 이차 전지에 관한 것이다.
최근 플렉서블 디스플레이, 웨어러블(wearable) 휴대폰 및 시계 등과 같이 플렉서블 전자기기의 개발 및 상용화에 관심이 집중되고 있다. 따라서, 이러한 플렉서블 전자기기에 대한 전원 공급 장치인 이차 전지에 대해서도 플렉서블 특성 구현에 대한 요구가 증가되고 있다.
일반적으로 이차 전지는 양극과 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극 조립체를 구비한다.
이러한 전극 조립체를 포함하는 이차 전지에 플렉서블 특성을 구현하기 위하여 비교적 전극 극판의 손상 없이 유연성(flexibility)을 구현할 수 있다는 이점이 있어 적층형 구조를 갖는 전극 조립체를 플렉서블 이차 전지에 적용하고자 하는 다양한 시도가 있다.
본 기재의 일 구현예는 유연성이 획기적으로 향상된 적층형 전극 조립체를 제공하는 것이다.
본 기재의 다른 구현예는 상기 적층형 전극 조립체를 포함하는 플렉서블 이차 전지를 제공하는 것이다.
일 측면에서, 본 기재는, 제1 전극, 상기 제1 전극의 일면 또는 양면에 적층된 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 분리막을 포함하고, 상기 분리막은 연속적인 시트 형상을 가지며, 제1 방향으로 권취되어 상기 제1 전극을 감싸고, 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 권취되어 상기 제2 전극을 감싸며, 상기 분리막의 절곡된 단부 영역은 복수의 패턴을 포함하는 것인 적층형 전극 조립체를 제공한다.
다른 측면에서, 본 기재는, 상기 적층형 전극 조립체 및 이를 수용하는 케이스를 포함하는 플렉서블 이차 전지를 제공한다.
본 기재의 일 실시예에 따른 적층형 전극 조립체 및 이를 포함하는 플렉서블 이차 전지는 벤딩시 전극 조립체에 가해지는 응력을 균일하게 분산시킴으로써 벤딩 특성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 기재의 일 실시예에 따른 적층형 전극 조립체의 분해 사시도를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 따른 적층형 전극 조립체의 수평 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 도 1에 따른 적층형 전극 조립체의 수직 단면도를 나타낸 것이다.
도 4 내지 도 8은 절곡 단부 영역에 포함되는 패턴의 다양한 형태를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 9는 본 기재의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차 전지의 사시도를 나타낸 것이다.
도 10은 도 9에 따른 플렉서블 이차 전지를 분해하여 도시한 분해 사시도를 나타낸 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 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 기재의 일 실시예에 따른 적층형 전극 조립체의 사시도를 나타낸 것이고, 도 2도 1에 따른 적층형 전극 조립체의 수평 단면도를 나타낸 것이며, 도 3은 도 1에 따른 적층형 전극 조립체의 수직 단면도를 나타낸 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 기재의 일 실시예에 따른 적층형 전극 조립체(10)는 제1 전극(11), 제2 전극(12), 그리고 제1 전극(11) 및 제2 전극(12) 사이에 위치하는 분리막(13)을 포함한다.
본 기재에서, 상기 분리막(13)은 연속적인 시트 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 분리막(13)은 제1 방향으로 절곡되어 제1 전극(11)을 감싸고, 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 절곡되어 제2 전극(12)을 감쌀 수 있다.
도 1을 참고하면, 연속적인 시트 형상의 분리막(13)은 제1 방향 및 이와 반대되는 제2 방향으로 교대로 절곡된다. 따라서, 적층형 전극 조립체(10)에서 분리막(13)의 수직 단면은 지그재그 형상을 가질 수 있다.
제1 방향으로 절곡된 분리막(13)의 내부에는 제1 전극(11)이 위치하고, 제2 방향으로 절곡된 분리막(13)의 내부에는 제2 전극(12)이 위치한다. 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 각각 복수 개가 포함되는 경우, 제1 전극(11)과 제2 전극(12)은 교대로 적층된다.
도 2를 참고하면, 본 기재의 분리막(13)은, 전극 조립체(10)의 수평 단면(xy 방향)에서 볼 때, 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12) 보다 큰 크기를 갖도록 절곡된다.
구체적으로, 분리막(13)의 단변 폭(SW1)은 제2 전극(12)의 단변 폭(NW1) 보다 크고, 분리막(13)의 장변 폭(SW2)는 제2 전극(12)의 장변 폭(NW2) 보다 크다.
도 2에는 편의상 제2 전극(12)의 단변 및 장변 폭(NW1, NW2)만을 나타내었으나, 제1 전극(11)의 단변 및 장변 폭도 상기 제2 전극(12)의 단변 및 장변 폭(NW1, NW2)과 동일한 크기를 갖도록 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 전극 조립체(10)는 한 쌍의 단변 및 한 쌍의 장변을 갖는 형상이다.
본 기재의 분리막(13)은 절곡되어 형성되며, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12) 보다 큰 크기를 갖기 때문에 전극 조립체(10)의 장변측에는 분리막(13)이 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)과 중첩하지 않고 절곡된 분리막(13)끼리 중첩되는 영역을 포함한다.
본 기재에서는 이와 같이 분리막(13)이 절곡된 단부 영역에서 절곡된 분리막(13)끼리 중첩하는 영역을 절곡 단부 영역(A)이라고 지칭하기로 한다.
상기 절곡 단부 영역(A)의 단폭(WA)은, 제1 전극(11)의 단변 폭 또는 제2 전극(12)의 단변 폭(NW1)의 5% 내지 10% 정도일 수 있고, 보다 구체적으로 7% 내지 8% 정도일 수 있다. 절곡 단부 영역(A)의 단폭(WA)이 제1 전극(11)의 단변 폭 또는 제2 전극(12)의 단변 폭(NW1)을 기준으로 상기 범위를 만족할 때, 전극 조립체(10)에서 양극 및 음극간 단락을 방지함과 동시에 높은 에너지 밀도를 갖는 전지를 구현할 수 있다.
본 기재에서는 절곡 단부 영역(A)에 복수의 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 4 내지 도 8은 절곡 단부 영역에 포함되는 패턴의 다양한 형태를 예시적으로 나타낸 것이다.
먼저, 도 4 및 도 5를 참고하면, 분리막(13)은 절곡 라인(BL)을 따라 절곡될 수 있고, 절곡 단부 영역(A)은 절곡 라인(BL)을 따라 배열되는 복수의 패턴을 포함할 수 있다.
상기 복수의 패턴은 절곡 라인(BL)을 따라 소정의 간격으로 배열되는 선형 패턴(51)일 수 있다. 선형 패턴(51)은 분리막(13)을 관통하도록 형성될 수 있다.
또한, 선형 패턴(51)을 형성하는 공정은 지그재그 형상으로 절곡된 분리막(13)에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 교대로 적층하기 전에 수행될 수도 있고, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 교대로 적층한 후에 수행될 수도 있다.
즉, 분리막(13)의 절곡된 단부 영역(A)에 선형 패턴(51)을 먼저 형성하고, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 교대로 적층할 수도 있고, 지그재그 형상으로 절곡된 분리막(13) 내부에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 적층하여 전극 조립체(10)를 형성한 후에 선형 패턴(51)을 형성할 수도 있다.
다만, 선형 패턴(51)을 먼저 형성하고 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 적층하는 경우, 분리막(13)의 절곡 단부 영역(A)에 선형 패턴(51)을 쉽게 형성할 수 있는 공정상의 이점이 있다.
또한, 상기 선형 패턴(51)은, 미리 재단된 절곡 라인(L)을 따라, 예를 들면, 지그를 이용하여 타발하는 방법으로 형성할 수도 있고, 레이저 컷팅을 하는 방법으로 형성할 수도 있다.
도 6를 참고하면, 절곡 단부 영역(A)에 위치하는 복수의 패턴은 복수의 원형 패턴(52)일 수 있다.
도시하지는 않았으나, 이때 복수의 패턴은, 원형 패턴(52) 외에도 타원형, 삼각형, 사각형 및 다각형 중 적어도 하나의 형상이거나 이들 형상이 혼합된 형태로 복수개가 포함될 수 있다. 이때, 복수의 패턴은 분리막(13)을 관통하도록 형성될 수 있다.
복수의 원형 패턴(52)은 분리막(13)이 손상되어 전극 조립체(10)의 성능에 영향을 주지 않는 범위에서 플렉서블(flexible) 특성의 구현이 가능하도록 적절하게 간격을 조절하여 형성될 수 있다.
이러한 복수의 패턴을 형성하는 공정은 지그재그 형상으로 절곡된 분리막(13)에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 교대로 적층하기 전에 수행될 수도 있고, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 교대로 적층한 후에 수행될 수도 있다.
즉, 분리막(13)의 절곡된 단부 영역(A)에 복수의 패턴을 먼저 형성하고, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 교대로 적층할 수도 있고, 지그재그 형상으로 절곡된 분리막(13) 내부에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 적층하여 전극 조립체(10)를 형성한 후에 복수의 패턴을 형성할 수도 있다.
다만, 복수의 패턴을 먼저 형성하고 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 적층하는 경우, 분리막(13)의 절곡 단부 영역(A)에 다양한 형상의 패턴을 보다 쉽게 형성할 수 있는 공정상의 이점이 있다.
이때, 복수의 패턴은, 예를 들면, 지그를 이용하여 타발하는 방법으로 형성할 수도 있고, 레이저 컷팅을 하는 방법으로 형성할 수도 있다.
도 7을 참고하면, 복수의 패턴은 요철 패턴(53)일 수 있다.
요철 패턴(53)은 전극 조립체(10)의 수직 단면에서 볼 때, z축 방향으로 함몰된 복수의 오목부(53a) 및 z축 방향으로 돌출된 복수의 볼록부(53b)를 포함하도록 형성될 수 있다.
이러한 요철 패턴(53)을 형성하는 공정은 지그재그 형상으로 절곡된 분리막(13)에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 교대로 적층하기 전에 수행될 수도 있고, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 교대로 적층한 후에 수행될 수도 있다.
즉, 분리막(13)의 절곡된 단부 영역(A)에 요철 패턴(53)을 먼저 형성하고, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 교대로 적층할 수도 있고, 지그재그 형상으로 절곡된 분리막(13) 내부에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 적층하여 전극 조립체(10)를 형성한 후에 요철 패턴(53)을 형성할 수도 있다.
다만, 절곡된 분리막(13)에 요철 패턴(53)을 먼저 형성하고 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 적층하는 경우, 분리막(13)의 절곡 단부 영역(A)에 요철 패턴(53)을 쉽게 형성할 수 있는 공정상의 이점이 있다.
요철 패턴(53)은, 예를 들면, 요철이 형성된 지그를 이용하여 상온 또는 70℃ 이하의 고온에서 압연하는 방법으로 형성될 수 있다.
도 8을 참고하면, 복수의 패턴은 복수의 파단부(54)를 포함할 수 있다.
복수의 파단부(54)는 절곡 단부 영역(A)의 절곡 라인(BL)을 따라 위치할 수 있다.
또한, 복수의 파단부(54)는 전극 조립체(10)의 수평 단면에서 볼 때, xy 평면에 형성된 것을 의미한다. 즉, 복수의 파단부(54)는 전극 조립체(10)의 장변측 단부에 위치하는 절곡 라인(BL)을 따라 분리막(13)의 일부를 제거하는 형태로 형성될 수 있다.
도 8에는 복수의 파단부(54)가 삼각형으로 형성된 경우를 도시하였으나, 복수의 파단부(54)는 삼각형 외에도 사각형, 반원형, 및 반타원형 중 적어도 하나의 형상을 가질 수 있으며, 이들 형상이 혼합된 형태로 형성될 수도 있다.
또한, 복수의 파단부(54)를 형성하는 공정은 지그재그 형상으로 절곡된 분리막(13)에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 교대로 적층하기 전에 수행될 수도 있고, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 교대로 적층한 후에 수행될 수도 있다.
즉, 분리막(13)의 절곡된 단부 영역(A)에 복수의 파단부(54)를 먼저 형성하고, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 교대로 적층할 수도 있고, 지그재그 형상으로 절곡된 분리막(13) 내부에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 적층하여 전극 조립체(10)를 형성한 후에 복수의 파단부(54)를 형성할 수도 있다.
다만, 복수의 파단부(54)를 먼저 형성하고 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 적층하는 경우, 분리막(13)의 절곡 단부 영역(A)에 복수의 파단부(54)을 쉽게 형성할 수 있는 공정상의 이점이 있다.
또한, 복수의 파단부(54)는, 예를 들면, 지그를 이용하여 타발하는 방법으로 형성할 수도 있고, 레이저 컷팅을 하는 방법으로 형성할 수도 있다.
한편, 본 기재에서 분리막(13)의 두께는 예를 들면, 10㎛ 내지 20㎛일 수 있다. 보다 구체적으로, 분리막(13)의 두께는, 12㎛ 내지 18㎛ 또는 14㎛ 내지 16㎛일 수 있다. 분리막(13)의 두께가 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 분리막(13)의 절곡 공정을 원활하게 수행할 수 있으며, 벤딩 특성이 향상된 본 기재에 따른 전극 조립체(10)의 박막화도 가능하다.
한편, 본 기재에서 상기 제1 전극(11)은 양극이고, 제2 전극(12)은 음극일 수 있으나, 경우에 따라, 제1 전극(11)이 음극이고, 제2 전극(12)이 양극일 수도 있다. 이하에서는 편의상 제1 전극(11)은 양극이고, 제2 전극(12)은 음극인 경우를 예로 설명하기로 한다.
제1 전극(11)은 금속 박판의 집전체에 양극 활물질을 도포한 코팅부(11a), 및 양극 활물질을 도포하지 않아 노출된 집전체로 설정되는 무지부(11b)를 포함한다. 예를 들면, 제1 전극(11)의 집전체 및 제1 전극 탭(21)은 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다.
제2 전극(12)은 제1 전극(11)의 활물질과 음극 활물질을 금속 박판의 집전체에 도포한 코팅부(12a), 및 음극 활물질을 도포하지 않아 노출된 집전체로 설정되는 무지부(12b)를 포함한다. 예를 들면, 제2 전극(12)의 집전체 및 제2 전극 탭(22)은 구리(Cu)로 형성될 수 있다.
본 기재에서, 상기 코팅부(11a, 12a)는 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 양면에 형성될 수 있다. 다만, 전극 조립체(10)의 최외곽에 위치하는 제1 전극(11) 및/또는 제2 전극(12)의 경우 에너지 밀도 및 전극 조립체(10)의 박막화 등을 고려할 때 케이스와 맞닿는 부분에는 코팅부(11a, 12a)가 형성되지 않는 것이 바람직하다.
적층 상태에서, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)은 무지부(11b, 12b)를 폭 방향(y축 방향) 양측으로 번갈아 배치한다. 즉, 도 2에서 제1 전극(11)의 무지부(11b)는 우측에 배치되고, 제2전극(12)의 무지부(12b)는 좌측에 배치된다.
또한, 제1 전극 탭(21)은 제1 전극(11)의 무지부(11b)에 연결되고, 제2 전극 탭(22)은 제2 전극(12)의 무지부(12b)에 연결된다. 따라서 케이스(120)의 일측 외부에서 제1, 제2전극 탭(21, 22)은 간격을 두고 이격 배치된다. 제1, 제2전극 탭(21, 22)는 무지부(11b, 12b)에 용접으로 연결될 수도 있고, 무지부(11b, 12b)를 길게 연장되도록 형성하여 제1, 제2전극 탭(20, 21) 역할을 할 수 있도록 구성될 수도 있다.
본 기재에 따른 전극 조립체(10)는 분리막(13)의 절곡 단부 영역(A)에 다양한 형태로 형성되는 복수의 패턴(51, 52, 53, 54)을 포함하기 때문에 전극 조립체(10)를 벤딩하는 경우 전극 조립체(10)의 내부 및 외부에 가해지는 인장 응력 및 압축 응력을 균일하게 분산시킬 수 있고, 이를 통해 우수한 플렉서블 특성을 구현할 수 있다.
다음으로, 본 기재의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차 전지의 구성을 살펴보기로 한다.
도 9는 본 기재의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차 전지의 사시도를 나타낸 것이고, 도 10은 도 9에 따른 플렉서블 이차 전지를 분해하여 도시한 분해 사시도를 나타낸 것이다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 본 기재의 일 실시예에 다른 플렉서블 이차 전지(200)는 전술한 적층형 전극 조립체(10) 및 이를 수용하는 케이스(130)를 포함한다.
이때 케이스(130)는 상부 케이스(131) 및 하부 케이스(132)를 포함할 수 있다. 상기 상부 케이스(131) 및 하부 케이스(132)는 적층형 전극 조립체(10)를 내부에 수용하며 가장자리를 열 융착 등의 방법으로 상호 접합하여 플렉서블 이차 전지를 형성한다.
제1 전극 탭(21) 및 제2 전극 탭(22)은 케이스(130) 밖으로 인출되어, 보호회로모듈(미도시) 및 전자기기 세트에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 전극 탭(21, 22)은 전기적인 절연부재를 개재하여 상부 케이스(131) 및 하부 케이스(132)의 일 측면으로 인출될 수도 있다.
한편, 상기 상부 케이스(131) 및 하부 케이스(132) 각각은, 예를 들면, 외부 수지층(130a), 금속층(130b), 및 내부 수지층(130c)이 순차 적층된 구조를 가질 수 있다.
먼저, 외부 수지층(130a)은, 기재 및 보호층의 역할을 한다. 외부 수지층(130a)은, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트, 공중합 폴리에스테르, 폴리카보네이트 및 나일론필름으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 금속층(130b)은 본 기재에 따른 플렉서블 이차 전지(200)에서 수분 등이 침투하는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
이러한 금속층(130b)은, 예를 들면, 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr) 및 망간(Mn)의 합금, 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni)의 합금, 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 그 등가물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 금속층(130b)은 플렉서블 이차 전지(200)의 유연성을 해치지 않는 범위에서 가능한 한 두껍게 형성되는 것이 투습 방지 등의 효과 면에서 바람직하다.
다음으로, 내부 수지층(130c)은, 분리막(13) 또는 활물질이 코팅되지 않은 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)의 단면과 접착시키는 역할도 한다. 경우에 따라, 상기 내부 수지층(130c)은 상부 케이스(131) 및 하부 케이스(132)의 가장자리를 별도의 접착제 없이 직접 접착시키는 역할을 할 수도 있다.
이러한 내부 수지층(130c)은, 예를 들면, 폴리올레핀 또는 폴리올레핀의 공중합체로 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로, 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌(poly ethylene, PE) 또는 폴리프로필렌(poly propylene, PP)으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
[부호의 설명]
200: 이차 전지
10: 전극 조립체
21: 양극 탭
22: 음극 탭
130: 케이스
131: 상부 케이스
132: 하부 케이스
11: 양극
11a: 양극 코팅부
11b: 양극 무지부
12: 음극
12a: 음극 코팅부
12b: 음극 무지부
13: 세퍼레이터

Claims (10)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극의 일면 또는 양면에 적층된 제2 전극; 그리고
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치하는 분리막;
    을 포함하고,
    상기 분리막은 연속적인 시트 형상을 가지며, 제1 방향으로 절곡되어 상기 제1 전극을 감싸고, 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 절곡되어 상기 제2 전극을 감싸며,
    상기 분리막이 절곡된 단부 영역은 복수의 패턴을 포함하는 것인 적층형 전극 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 패턴은 상기 절곡된 단부 영역의 절곡 라인을 따라 배열된 것인 적층형 전극 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 패턴은 선형 패턴인 적층형 전극 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 패턴은 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 다각형 및 이들이 혼합된 형태 중 적어도 하나의 형상을 갖는 적층형 전극 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 패턴은, 상기 적층형 전극 조립체의 수직 단면에서 볼 때, 복수의 오목부 및 복수의 볼록부를 포함하는 요철 패턴인 적층형 전극 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 패턴은, 상기 적층형 전극 조립체의 수평 단면에서 볼 때, 상기 절곡된 단부 영역의 절곡 라인을 따라 위치하는 복수의 파단부를 포함하는 적층형 전극 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 파단부는 삼각형, 사각형, 반원형, 반타원형 및 이들이 혼합된 형태 중 적어도 하나의 형상을 갖는 적층형 전극 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 절곡된 단부 영역은 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 중첩하지 않는 것인 적층형 전극 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분리막의 두께는 10㎛ 내지 20㎛인 적층형 전극 조립체.
  10. 제1항 내지 제9항 중 한 항의 적층형 전극 조립체; 및
    상기 적층형 전극 조립체를 수용하는 케이스;
    를 포함하는 플렉서블 이차 전지.
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