WO2019017668A1 - 전극 조립체, 그 전극 조립체를 포함하는 이차전지 및 그 전극 조립체의 제조 방법 - Google Patents

전극 조립체, 그 전극 조립체를 포함하는 이차전지 및 그 전극 조립체의 제조 방법 Download PDF

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신병헌
이우용
박종화
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode assembly, a secondary battery including the electrode assembly, and a method of manufacturing the electrode assembly.
  • the electrode assembly has a structure capable of minimizing deformation of the electrode assembly due to swelling of the electrode assembly, And a method of manufacturing the electrode assembly.
  • the demand and type of electronic devices are increasing, and in particular, as the demand for electronic devices having an irregular shape increases from a conventional simple shape, the shape of a secondary battery mounted on an electronic device having an irregular shape There are many cases in which an irregular shape is required.
  • a case where a curved surface is formed as a secondary battery having an irregular shape is exemplified.
  • the secondary battery in which the curved surface is formed is often manufactured so as to form a certain radius of curvature.
  • an activation step of charging and discharging the secondary battery is performed several times in order to activate the secondary battery before shipment.
  • the electrode assembly and the secondary battery are swollen, so that a swelling phenomenon occurs in which the volume of the electrode assembly and the secondary battery increases.
  • the electrode assembly and the secondary battery are deformed from the shape of the initial assembly, and thus the secondary battery of the originally intended shape can not be manufactured.
  • initial curvature radius and curvature radius after swelling phenomenon are different due to swelling phenomenon, .
  • the overall curvature radius of the curved surface after the swelling phenomenon is greater than the overall curvature radius of the curved surface before the swelling phenomenon occurs (I.e., the curved surface formed on the electrode assembly is relatively flat due to the swelling phenomenon).
  • the deformation of the curved surface occurred more at both ends of the curved surface. That is, even if the electrode assembly is assembled so that the radius of curvature at the center of the curved surface is the same as the radius of curvature at the both ends of the curved surface, the curvature radius at both ends of the curved surface, (I.e., both ends of the electrode assembly become relatively flat due to the swelling phenomenon).
  • an electrode assembly having a curved surface, wherein an end curvature radius R e of the curved surface is smaller than a curvature radius R c of a center curvature of the curved surface, .
  • the R e may be 0.95 to 0.99 times the R c .
  • an electrode assembly having a curved surface
  • the electrode assembly includes a plurality of electrodes having a shape corresponding to the curved surface formed in the electrode assembly, One, the whole house; And an electrode active material layer coated on the first and second surfaces of the current collector; Wherein the first surface is disposed to face the inside of the curved surface with respect to the current collector, the second surface is disposed to face the curved surface with respect to the current collector, and the first surface The thickness of the electrode active material layer applied to the second surface is smaller than the thickness of the electrode active material layer applied to the second surface.
  • the thickness of the electrode active material layer applied to the first surface may be 0.7 to 0.9 times the thickness of the electrode active material layer applied to the second surface.
  • an electrode assembly having a curved surface
  • the electrode assembly includes a plurality of electrodes having a shape corresponding to the curved surface formed in the electrode assembly, One, the whole house; And an electrode active material layer coated on the first and second surfaces of the current collector; Wherein the first surface is disposed toward the inside of the curved surface with respect to the current collector, the second surface is disposed toward the outside of the curved surface with respect to the current collector, and the first surface is coated Wherein the electrode active material layer is not coated with a non-coated portion between the electrode active material layers.
  • a plurality of the non-coated portions are formed, a plurality of electrode active material layers are formed on the first surface of the electrode active material layer coated on the first surface by the non-coated portion,
  • the length of the electrode active material layer formed on one end or both ends of the first surface of the plurality of electrode active material layers may be 0.05 to 0.3 times the total length of the plurality of electrode active material layers coated on the first surface.
  • the length of the electrode active material layer formed at the center of the first surface of the three electrode active material layers may be 0.4 to 0.9 times the total length of the plurality of electrode active material layers applied to the first surface.
  • a method of manufacturing an electrode assembly comprising: forming a curved electrode assembly; A charging / discharging step of charging and discharging the electrode assembly over a plurality of; And include, in the forming step, the charging and discharging steps end radius of curvature prior to the curved surface of the (R e) and the center radius of curvature (R c) differs from the end curvature of the curved surface after the charge-discharge step between the surfaces of The R e is formed to be smaller than the R c so that the difference between the radius r e and the curvature radius r c of the center of the curved surface is smaller.
  • the R e may be 0.95 to 0.99 times the R c .
  • a method of manufacturing an electrode assembly comprising: forming a curved electrode assembly; A charging / discharging step of charging and discharging the electrode assembly over a plurality of; And it includes, in the forming step, the charging and discharging steps average radius of curvature prior to the curved surface of the (R a) the average radius of curvature of the curved surface after the charge and discharge step (r a) above to be less than R a, and wherein the method of manufacturing an electrode assembly for forming a r a is provided.
  • an electrode assembly having a curved surface comprising: a positive electrode including a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on both surfaces of the positive electrode current collector; A negative electrode comprising a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector; A separator provided between the anode and the cathode; And a polymer electrolyte layer provided between the anode and the separator, and between the cathode and the separator; Wherein an end curvature radius (R e ) of the curved surface is smaller than a curvature radius (R c ) of a central portion of the curved surface.
  • the polymer electrolyte may be a gel electrolyte in which a plasticizer is added to a polymer solid electrolyte.
  • a method of manufacturing an electrode assembly comprising: forming a curved electrode assembly; A charging / discharging step of charging and discharging the electrode assembly over a plurality of; Wherein in the forming step, the upper surface of the electrode assembly is pressed by an upper pressing device including a concave surface for pressing the upper surface, and in the forming step, an average of the curved surfaces before the charge- And the radius of curvature (R a ) is smaller than the average curvature radius (r a ) of the curved surface after the charging / discharging step, thereby forming the R a and the r a .
  • the lower surface of the electrode assembly may be pressed by a lower pressing device including a convex surface for pressing the lower surface.
  • the lower surface of the electrode assembly may be pressed by a lower pressing device including a plane pressing the lower surface.
  • the electrode assembly may be pressed at a temperature of 80 to 90 degrees Celsius and a pressure of 8 to 12 kgf / cm < 2 > for 4 to 6 minutes.
  • the present invention by assembling the electrode assembly considering the deformation of the electrode assembly and the secondary battery due to the swelling phenomenon, the assembling or retractability of the secondary battery having the curved surface can be improved.
  • FIG. 1 is a side view showing a state before a swelling phenomenon occurs in an electrode assembly according to a first example of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view showing a state after a swelling phenomenon as an electrode assembly according to a first example of the present invention.
  • FIG 3 is a side view showing the electrode of the electrode assembly according to the second example of the present invention.
  • FIG. 4 is a side view showing the electrode of the electrode assembly according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a side view showing an electrode assembly according to a first embodiment of the present invention before a swelling phenomenon occurs
  • FIG. 2 is a side view showing a state after a swelling phenomenon occurs in an electrode assembly according to a first example of the present invention to be.
  • the electrode assembly according to the present invention may have a structure in which an anode, a separator, and a cathode are alternately arranged.
  • the positive electrode may include a positive electrode collector and a positive electrode active material layer formed on both surfaces of the positive electrode collector.
  • the negative electrode may include a negative electrode collector and a negative electrode active material layer formed on both surfaces of the collector.
  • a separation membrane may be provided between the anode and the cathode.
  • the electrode assembly according to the present invention may be an electrode assembly used in a polymer electrolyte secondary battery. Therefore, the electrode assembly according to the present invention may further include a polymer electrolyte layer provided between the anode and the separator, and between the cathode and the separator.
  • the polymer electrolyte constituting the polymer electrolyte layer may be a polymer solid electrolyte.
  • the polymer electrolyte may be a gel electrolyte in which a plasticizer is added to the polymer solid electrolyte.
  • a curved surface may be formed in the electrode assembly according to the present invention.
  • the curved surface may be formed to have a constant radius of curvature. That is, as shown in FIG. 1, the curved surface of the electrode assembly 10 before the occurrence of the swelling phenomenon may have an average curvature radius R a of the curved surface as a whole.
  • the curved surface of the electrode assembly 10 may be divided into a center portion and both end portions. Therefore, it is possible to have a constant radius of curvature of each of the center and both ends of the default surface R c and R e.
  • R c and R e may be the same or different.
  • R c , R e and R a may be the same.
  • curvature radii at both ends of the curved surface are shown as R e , but this does not mean that the radius of curvature at both ends of the curved surface is necessarily the same. That is, the radius of curvature of one end of the curved surface and the radius of curvature of the other end of the curved surface may be different from each other depending on the process characteristics of the curved surface forming process and the like.
  • the electrode assembly After the electrode assembly is manufactured, it is common to perform a formation step of charging and discharging a plurality of secondary batteries to activate the secondary batteries so that the secondary batteries can be used.
  • a swelling phenomenon occurs in which the volume of the electrode assembly in the secondary battery increases. Due to the swelling phenomenon, the shape of the electrode assembly is different from that before the swelling phenomenon, as the electrode assembly increases in volume. This leads to distortion of the shape of the electrode assembly and the secondary battery.
  • the radius of curvature of the electrode assembly may be different from the initial value. That is, since the swelling phenomenon occurs, the curvature radius of the curved surface of the electrode assembly after the swelling phenomenon may become larger than the curvature radius of the curved surface of the electrode assembly before the swelling phenomenon occurs. Particularly, since the swelling phenomenon occurs, the curved surface of the electrode assembly may become relatively flat. It can be understood that the radius of curvature of the curved surface increases due to the swelling phenomenon.
  • the surface of the electrode assembly may be flattened due to the swelling phenomenon, which is relatively large at both ends of the curved surface than at the center of the curved surface. It can be understood that the amount of change in the radius of curvature at both ends of the curved surface is larger than the amount of change in curvature radius at the center of the curved surface due to the swelling phenomenon.
  • the present invention is intended to solve the problem that the electrode assembly can not attain the initial curved surface characteristics (i.e., radius of curvature) due to the swelling phenomenon.
  • a method of manufacturing an electrode assembly according to a first embodiment of the present invention includes the steps of forming an electrode assembly 10 having a curved surface, charging and discharging a plurality of electrode assemblies 10, comprising: a charge-discharge step of, the average radius of curvature of the curved surface prior to the charging and discharging step in the forming step (R a) wherein R so is less than the average radius of curvature (r a) of the surface after the charging and discharging step a Can be formed.
  • R a may be the average radius of curvature of the final electrode assembly.
  • the curved surface of the electrode assembly before the swelling phenomenon is relatively made larger
  • the radius of curvature of the assembly can be made to match the radius of curvature of the electrode assembly that was originally designed.
  • the curvature radius R e of the curved surface before the charging / discharging step is smaller than the curvature radius R c of the curved surface before the charging / discharging step .
  • the curvature radius of the curved surface of the electrode assembly is increased by the swelling of the curved electrode assembly (i.e., the curved surface becomes relatively flat). This increase in the radius of curvature occurs relatively more at both ends of the curved surface than at the center of the curved surface.
  • R e is formed to be smaller than R c so that the difference between r e and r c is smaller than the difference between R e and R c
  • R e can be manufactured to have a ratio within a certain range with respect to R c .
  • R e may be 0.95 to 0.99 times R c .
  • R e is less than 0.95 times R c
  • both edges of the curved surface may be excessively curved since r e is still small compared to r c after the occurrence of the swelling phenomenon.
  • R e is more than 0.99 times of R c
  • r e is excessively larger than r c since the swelling phenomenon occurs, so that the both ends of the curved surface become excessively flat, and the problems of the prior art can not be solved.
  • R e may be 0.96 to 0.98 times the R c .
  • R e can be made to have a certain range of difference from R c .
  • R e may be less than R c by 4 mm to 8 mm. If R e is less than less than 4mm R c it is because since r e is too large for the r c the swelling phenomenon occurs is added to both ends of the curved surface is too flat, may not be able to solve the problems of the prior art.
  • R e is smaller than R c by 8 mm or less, both ends of the curved surface may be excessively bent since r e is still smaller than r c after the swelling phenomenon occurs. More preferably, R e may be less than R c by 5 mm to 7 mm.
  • the upper and lower surfaces of the electrode assembly can be pressed together by the upper pressing device and the lower pressing device.
  • the surface for pressing the upper surface of the electrode assembly in the upper pressing device may include a concave surface or may be composed of only a concave surface.
  • the surface for pressing the lower surface of the electrode assembly in the lower pressing device may include a convex surface.
  • the surface for pressing the lower surface of the electrode assembly in the lower pressing apparatus may include a convex surface, or may be composed of only a convex surface.
  • the surface pressing the lower surface of the electrode assembly may include a plane or may consist of only a plane.
  • the surface for pressing the lower surface of the electrode assembly in the lower pressing device may include a convex surface and a flat surface.
  • a plane may be formed at the center of the surface for pressing the lower surface of the electrode assembly, and a convex surface may be formed at the peripheral portion.
  • the electrode assembly can be pressurized under specific conditions of temperature, pressure and time.
  • the electrode assembly may be pressurized at a temperature of 80 to 90 degrees Celsius and a pressure of 8 to 12 kgf / cm < 2 > for 4 to 6 minutes.
  • the electrode assembly may be pressed for 5 minutes under a pressure of ° C 85, 10kgf / cm 2.
  • FIG 3 is a side view showing the electrode of the electrode assembly according to the second example of the present invention.
  • the second example of the present invention is also intended to solve the problem caused by the change of the curvature radius of the curved surface of the electrode assembly due to the swelling phenomenon.
  • the electrode 11 constituting the electrode assembly may include a current collector 12 and an electrode active material layer 14 applied to both surfaces of the current collector 12.
  • a curved surface having a shape corresponding to the curved surface of the electrode assembly may be formed on the electrode 11 constituting the electrode assembly.
  • the electrode active material layer 14 is formed on the first surface facing the inside of the curved surface formed on the electrode 11 with respect to the collector 12 (i.e., the upper surface of the current collector 12 with reference to Fig. 3) (That is, the lower surface of the current collector 12 with reference to Fig. 3) facing the outer surface of the curved surface formed on the electrode 11 with respect to the collector 12 as shown in Fig.
  • the second example, the thickness of the electrode active material layer coated on the first surface at the electrode 11 of the electrode assembly according to (t 1) is the thickness of the electrode active material layer coated on the second face (t 2) of the present invention and Can be different.
  • t 1 may be less than t 2 .
  • the electrode active material layer is coated with t 1 smaller than t 2 , it is possible to prevent the electrode assembly from being flattened when the swelling phenomenon occurs.
  • the electrode active material layer applied to the first surface provided to face the inside of the curved surface formed on the electrode with respect to the current collector increases, the electrode tends to expand again due to the thickness of the electrode active material layer applied on the first surface The tendency becomes large. This adversely affects the shape maintenance of the curved electrode assembly. Therefore, according to the second example of the present invention, by applying the electrode active material layer with t 1 smaller than t 2 , it is possible to prevent the electrode assembly from spreading flatly when a swelling phenomenon occurs.
  • t 1 can also have a ratio within a certain range with respect to t 2 .
  • t 1 may be 0.7 to 0.9 times t 2 .
  • t 1 is less than 0.7 times t 2 , the thickness of the electrode active material layer applied to the second surface becomes excessively large, so that the electrode assembly can be further bent.
  • t 1 is greater than 0.9 times t 2, the shape of the electrode assembly can not be effectively prevented from being flat.
  • FIG. 4 is a side view showing the electrode of the electrode assembly according to the third embodiment of the present invention.
  • the third example of the present invention is also an invention for solving the problem caused by the change of the curvature radius of the curved surface of the electrode assembly due to the swelling phenomenon.
  • the electrode 11 constituting the electrode assembly may include the current collector 12 and the electrode active material layer 14 applied to both surfaces of the current collector 12.
  • the description of the first surface and the second surface on which the curved electrode 11 and the electrode active material layer are applied is basically the same as the second example of the present invention and Fig. 3, Be sure to replace it with an explanation of the example.
  • an uncoated portion having no electrode active material layer may be formed between the electrode active material layers.
  • the non-coated portion 16 may be formed on the first surface.
  • a void is formed between the electrode active material layers coated on the first surface by forming the non-coated portion on the first surface.
  • the void space between the electrode active material layers can prevent the electrode assembly from being flattened again. That is, when the electrode active material layer is also applied to the non-coated portion of the first surface, the curved surface is formed on the electrode assembly, so that the electrode active material layer applied to the region corresponding to the non-coated portion of the first surface is compressed. In this case, the electrode active material layer applied to the region corresponding to the non-coated portion of the first surface due to compression tends to expand due to the restoring force, which may cause the electrode assembly to be flattened again.
  • the shape of the curved electrode assembly can be maintained as it is by minimizing the tendency of the electrode active material layer coated on the first surface to expand again by the restoring force by forming the non- do.
  • non-coated portion 16 may be formed in plural.
  • Fig. 4 shows a case in which two uncoated portions 16 are formed.
  • a plurality of electrode active material layers may be formed on the first surface by being spaced apart from each other between the electrode active material layers coated on the first surface by the non-coated portion 16.
  • the electrode active material layer coated on the current collector 12 may have a constant length L.
  • the non-coated portion 16 is formed on the first surface and a plurality of electrode active material layers are formed on the first surface by the non-coated portion 16, a plurality of electrode active material layers May have respective lengths.
  • the length of the electrode active material layer formed at the center of the first surface of the plurality of the electrode active material layer is the length of the electrode active material layer formed on each end part of the named, and a first surface that L c is formed on the first side is referred to L e Let's name it.
  • the length (i.e., Le ) of the electrode active material layer formed at one end or both ends of the first surface of the plurality of electrode active material layers applied on the first surface in the electrode 11 of the electrode assembly according to the third example of the present invention (I.e., L) of the plurality of electrode active material layers applied on the first surface.
  • L e may be 0.05 to 0.3 times L.
  • two uncoated portions 16 are formed on the first surface, and two uncoated portions 16 are formed on the first surface by the two uncoated portions.
  • Three active material layers may be formed on the first surface by being spaced apart from each other between the active material layers.
  • the length (i.e., L c ) of the electrode active material layer formed at the center of the first surface of the plurality of electrode active material layers coated on the first surface in the electrode 11 of the electrode assembly according to the third embodiment of the present invention (I.e., L) of the entire surface of the plurality of electrode active material layers applied on one surface.
  • L c may be 0.4 to 0.9 times L.
  • the electrode assembly according to the present invention may be an electrode assembly inserted into a can or a pouch of a can-type secondary battery or a pouch-type secondary battery. That is, the present invention can be a can-type secondary battery or a pouch-type secondary battery.
  • the pouch for accommodating the electrode assembly may have a multi-layer structure formed of a plurality of materials.
  • the pouch may comprise an aluminum layer, and a polyolefin resin layer disposed on top and bottom of the aluminum layer, respectively.
  • the polyolefin may be, for example, polypropylene.
  • the electrode assembly was pressed with a pressing press to form curved surfaces on the upper and lower surfaces of the electrode assembly.
  • the radius of curvature R e (left) of the left end of the curved surface of the curved surface of the electrode assembly manufactured according to Example 1 was 195 mm, and the radius of curvature R e (right) of the right end was 195 mm. Then, the center of the radius of curvature of the curved surface R c was 200mm.
  • the curvature radius R e (left) of the left end of the curved surface of the curved surface of the electrode assembly was 194 mm
  • the curvature radius R e (right) of the right end was 195 mm
  • the curvature radius R c of the curved surface was 201 mm
  • An electrode assembly was prepared in the same manner as in Example 1.
  • the curvature radius R e (left) of the left end of the curved surface of the curved surface of the electrode assembly was 188 mm
  • the curvature radius R e (right) of the right end was 188 mm
  • the curvature radius R c of the curved surface was 200 mm
  • An electrode assembly was prepared in the same manner as in Example 1.
  • the curvature radius R e (left) of the left end portion of the curved surface of the curved surface of the electrode assembly was 201 mm
  • the curvature radius R e (right) of the right end was 201 mm
  • the curvature radius R c of the curved surface was 197 mm
  • An electrode assembly was prepared in the same manner as in Example 1.
  • the electrode assemblies prepared according to Examples and Comparative Examples were repeatedly charged and discharged to carry out the formation process.
  • the activation process was carried out by charging and discharging 300 times at 45 ⁇ . In the activation process, charging was performed at 1.0 C and 4.4 V, and the current at the completion of charging was 122 mA. In the activation process, the discharge was performed at 1.0C and the voltage at the completion of discharge was 3.0V.
  • the radius of curvature of the curved surface formed on the electrode assembly was measured.
  • the radius of curvature of the curved surface of the electrode assembly measured before and after the active sulfur process is summarized in Table 1 below.
  • the radius of curvature of the left end of the curved surface of the curved surface of the electrode assembly after the activation process is r e (left)
  • the radius of curvature of the right end is r e (right)
  • the radius of curvature of the center of curved surface is r c Respectively.
  • the radius of curvature of the electrode assembly after the activation process was uniformly formed over the entire end portion and the center portion of the curved surface.
  • the difference between r e and r c is up to 3 mm, while the difference between r e and r c is about 6 mm when the electrode assembly is manufactured according to the comparative example, It was confirmed that a uniform curvature radius was formed over the entire curved surface of the electrode assembly when the assembly was manufactured.

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Abstract

전극 조립체 및 전극 조립체의 제조 방법이 개시된다. 본 발명에 따르면, 스웰링 현상으로 인한 전극 조립체 및 이차전지의 변형을 고려하여 전극 조립체를 제조함으로써, 곡면을 갖는 이차전지의 전자기기에 대한 조립성 또는 수납성이 향상될 수 있다. 상기 효과를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 곡면이 형성된 전극 조립체로서, 상기 곡면의 끝부 곡률 반경(Re)은 상기 곡면의 중심부 곡률 반경(Rc)보다 작은 전극 조립체가 제공된다.

Description

전극 조립체, 그 전극 조립체를 포함하는 이차전지 및 그 전극 조립체의 제조 방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2017년 7월 18일자 한국특허출원 제10-2017-0090977호 및 2018년 7월 11일자 한국특허출원 제10-2018-0080734호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 전극 조립체, 그 전극 조립체를 포함하는 이차전지 및 그 전극 조립체의 제조 방법에 관한 것으로서, 전극 조립체의 스웰링 현상으로 인한 전극 조립체의 변형을 최소화할 수 있는 구조를 갖는 전극 조립체, 그 전극 조립체를 포함하는 이차전지 및 그 전극 조립체의 제조 방법에 관한 것이다.
반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차전지(secondary battery)는 종류는 다양하지만, 일반적으로 이차전지 내부에 전극 및 분리막이 교대로 적층된 구조를 갖는 전극 조립체(electroce assembly)가 수용되는 것이 일반적이다.
한편, 전자기기의 수요 및 종류가 증가하고, 특히, 종래의 단순한 형상에서 벗어나 비정형적인(irregular) 형상을 갖는 전자기기의 수요가 증가하면서 비정형적인 형상을 갖는 전자기기에 탑재되는 이차전지의 형상 역시 비정형적인 것을 요구하는 경우가 많아지고 있다.
비정형적인 형상을 갖는 이차전지로서 곡면이 형성된 경우를 예로 들 수 있다. 곡면이 형성된 이차전지는 특히 일정한 곡률 반지름을 형성하도록 제조되는 경우가 많다.
한편, 조립이 완성된 이차전지의 경우 출고되기 전에 이차전지를 활성화하기 위해 수차례에 걸쳐 이차전지를 충전 및 방전하는 활성화 단계를 거치게 된다. 이러한 활성화 단계에서, 전극 조립체 및 이차전지가 부풀어 올라 전극 조립체 및 이차전지의 부피가 증가하는 스웰링(swelling) 현상이 발생하는 것이 일반적이다.
스웰링 현상이 발생함으로써 전극 조립체 및 이차전지는 최초 조립이 완성된 형태로부터 변형이 발생하게 되는데, 이로 인해 원래 목표로 하였던 형태의 이차전지가 제조되지 못하는 문제점이 있었다. 특히, 일정한 곡률 반지름을 갖는 곡면이 형성된 이차전지의 경우 스웰링 현상으로 인해 초기의 곡률 반지름과 스웰링 현상 이후의 곡률 반지름이 달라지게 되어 이차전지의 전자기기에 대한 조립성 또는 수납성이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.
예를 들어, 조립이 완성된 전극 조립체로서 곡면이 형성된 전극 조립체의 경우, 스웰링 현상이 발생한 후 곡면의 전체적인 곡률 반경이 스웰링 현상이 스웰링 현상이 발생하기 전 곡면의 전체적인 곡률 반경에 비해 더 커지는 문제점이 있었다(즉, 스웰링 현상으로 인해 전극 조립체에 형성된 곡면이 상대적으로 평평해지는 문제점이 있었다).
특히, 곡면의 변형은 곡면의 양끝부에서 더 크게 발생하였다. 즉, 곡면의 중심에서의 곡률 반경과 곡면의 양끝부에서의 곡률 반경이 동일하도록 전극 조립체를 조립하더라도, 스웰링 현상이 발생한 이후에는, 곡면의 양끝부에서의 곡률 반경이 곡면의 중심에서의 곡률 반경보다 더 커지는 문제점이 있었다(즉, 스웰링 현상으로 인해 전극 조립체의 양끝부가 상대적으로 더욱 평평해지는 문제점이 있었다).
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 스웰링 현상으로 인한 전극 조립체 및 이차전지의 변형을 고려하여 전극 조립체를 제조함으로써, 곡면을 갖는 이차전지의 전자기기에 대한 조립성 또는 수납성을 향상시키는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따르면, 곡면이 형성된 전극 조립체로서, 상기 곡면의 끝부 곡률 반경(Re)은 상기 곡면의 중심부 곡률 반경(Rc)보다 작은 전극 조립체가 제공된다.
상기 Re는 상기 Rc의 0.95 내지 0.99배일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 측면에 따르면, 곡면이 형성된 전극 조립체로서, 상기 전극 조립체는 상기 전극 조립체에 형성된 상기 곡면에 대응되는 형상을 갖는 복수의 전극을 포함하고, 상기 전극 중 적어도 하나는, 집전체; 및 상기 집전체의 제1 면 및 제2 면에 도포된 전극 활물질층; 을 포함하고, 상기 제1 면은 상기 집전체를 기준으로 상기 곡면의 내측을 향하도록 구비되고, 상기 제2 면은 상기 집전체를 기준으로 상기 곡면의 외측을 향하도록 구비되고, 상기 제1 면에 도포된 전극 활물질층의 두께는 상기 제2 면에 도포된 전극 활물질층의 두께보다 작은 전극 조립체가 제공된다.
상기 제1 면에 도포된 전극 활물질층의 두께는 상기 제2 면에 도포된 전극 활물질층의 두께의 0.7 내지 0.9배일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 측면에 따르면, 곡면이 형성된 전극 조립체로서, 상기 전극 조립체는 상기 전극 조립체에 형성된 상기 곡면에 대응되는 형상을 갖는 복수의 전극을 포함하고, 상기 전극 중 적어도 하나는, 집전체; 및 상기 집전체의 제1 면 및 제2 면에 도포된 전극 활물질층; 을 포함하고, 상기 제1 면은 상기 집전체를 기준으로 상기 곡면의 내측을 향해 구비되고, 상기 제2 면은 상기 집전체를 기준으로 상기 곡면의 외측을 향해 구비되고, 상기 제1 면에 도포된 상기 전극 활물질층 사이에는 상기 전극 활물질층이 도포되지 않은 무지부가 형성되는 전극 조립체가 제공된다.
상기 무지부는 복수로 형성되고, 상기 무지부에 의해 상기 제1 면에 도포된 상기 전극 활물질층 간에는 서로 이격되어 상기 제1 면에는 복수의 전극 활물질층이 형성되고, 상기 제1 면에 도포된 상기 복수의 전극 활물질층 중 상기 제1 면의 일끝부 또는 양끝부에 형성된 전극 활물질층의 길이는 상기 제1 면에 도포된 상기 복수의 전극 활물질층 전체 길이의 0.05 내지 0.3배일 수 있다.
상기 무지부는 두 개가 형성되고, 상기 두 개의 무지부에 의해 상기 제1 면에 도포된 상기 전극 활물질층 간에는 서로 이격되어 상기 제1 면에는 세개의 전극 활물질층이 형성되고, 상기 제1 면에 도포된 상기 세개의 전극 활물질층 중 상기 제1 면의 중앙에 형성된 전극 활물질층의 길이는 상기 제1 면에 도포된 상기 복수의 전극 활물질층 전체 길이의 0.4 내지 0.9배일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제4 측면에 따르면, 곡면이 형성된 전극 조립체를 형성하는 형성 단계; 상기 전극 조립체를 복수에 걸쳐 충전 및 방전하는 충방전 단계; 를 포함하고, 상기 형성 단계에서, 상기 충방전 단계 이전의 상기 곡면의 끝부 곡률 반경(Re)과 상기 곡면의 중심부 곡률 반경(Rc)간의 차이보다 상기 충방전 단계 이후의 상기 곡면의 끝부 곡률 반경(re)과 상기 곡면의 중심부 곡률 반경(rc)간의 차이가 작도록 상기 Re는 상기 Rc보다 작게 형성되는 전극 조립체의 제조 방법이 제공된다.
상기 Re는 상기 Rc의 0.95 내지 0.99배일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제5 측면에 따르면, 곡면이 형성된 전극 조립체를 형성하는 형성 단계; 상기 전극 조립체를 복수에 걸쳐 충전 및 방전하는 충방전 단계; 를 포함하고, 상기 형성 단계에서, 상기 충방전 단계 이전의 상기 곡면의 평균 곡률 반경(Ra)이 상기 충방전 단계 이후의 상기 곡면의 평균 곡률 반경(ra)보다 작도록 상기 Ra 및 상기 ra를 형성하는 전극 조립체의 제조 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제6 측면에 따르면, 곡면이 형성된 전극 조립체로서, 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 양면에 형성된 양극 활물질층을 포함하는 양극; 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 양면에 형성된 음극 활물질층을 포함하는 음극; 상기 양극과 상기 음극 사이에 구비되는 분리막; 및 상기 양극과 상기 분리막, 및 상기 음극과 상기 분리막 사이에 구비되는 폴리머 전해질층; 을 포함하고, 상기 곡면의 끝부 곡률 반경(Re)은 상기 곡면의 중심부 곡률 반경(Rc)보다 작은 전극 조립체가 제공된다.
상기 폴리머 전해질은 고분자 고체 전해질에 가소제를 첨가한 겔형 전해질일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제7 측면에 따르면, 곡면이 형성된 전극 조립체를 형성하는 형성 단계; 상기 전극 조립체를 복수에 걸쳐 충전 및 방전하는 충방전 단계; 를 포함하고, 상기 형성 단계에서, 상기 전극 조립체의 상면은 상기 상면을 가압하는 면이 오목면을 포함하는 상부 가압장치에 의해 가압되고, 상기 형성 단계에서, 상기 충방전 단계 이전의 상기 곡면의 평균 곡률 반경(Ra)이 상기 충방전 단계 이후의 상기 곡면의 평균 곡률 반경(ra)보다 작도록 상기 Ra 및 상기 ra를 형성하는 전극 조립체의 제조 방법이 제공된다.
상기 형성 단계에서, 상기 전극 조립체의 하면은 상기 하면을 가압하는 면이 볼록면을 포함하는 하부 가압장치에 의해 가압될 수 있다.
상기 형성 단계에서, 상기 전극 조립체의 하면은 상기 하면을 가압하는 면이 평면을 포함하는 하부 가압장치에 의해 가압될 수 있다.
상기 형성 단계에서, 상기 전극 조립체는 섭씨 80도 내지 90도의 온도, 및 8 내지 12 kgf/cm2의 압력 하에서 4 내지 6분의 시간동안 가압될 수 있다.
본 발명에 따르면, 스웰링 현상으로 인한 전극 조립체 및 이차전지의 변형을 고려하여 전극 조립체를 제조함으로써, 곡면을 갖는 이차전지의 전자기기에 대한 조립성 또는 수납성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 예에 따른 전극 조립체로서 스웰링 현상 발생 전의 모습을 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 예에 따른 전극 조립체로서 스웰링 현상 발생 후의 모습을 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 예에 따른 전극 조립체의 전극의 모습을 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 예에 따른 전극 조립체의 전극의 모습을 도시한 측면도이다.
이하, 도면을 참고하여, 본 발명에 따른 전극 조립체 및 전극 조립체의 제조 방법을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 예에 따른 전극 조립체로서 스웰링 현상 발생 전의 모습을 도시한 측면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 예에 따른 전극 조립체로서 스웰링 현상 발생 후의 모습을 도시한 측면도이다.
본 발명에 따른 전극 조립체는 양극, 분리막 및 음극이 교대로 배치된 구조를 가질 수 있다. 이때, 양극은 양극 집전체 및 양극 집전체의 양면에 형성된 양극 활물질층을 포함할 수 있고, 음극은 음극 집전체 및 음극 집전체의 양면에 형성된 음극 활물질층을 포함할 수 있다. 양극과 음극 사이에는 분리막이 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극 조립체는 폴리머 전해질 이차전지에 사용되는 전극 조립체일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전극 조립체는 양극과 분리막 사이, 그리고 음극과 분리막 사이에 구비되는 폴리머 전해질층을 더 포함할 수 있다.
한편, 폴리머 전해질층을 구성하는 폴리머 전해질은 고분자 고체 전해질일 수 있다. 또는, 폴리머 전해질은 고분자 고체 전해질에 가소제를 첨가한 겔형 전해질일 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전극 조립체에는 곡면이 형성될 수 있다.
이때, 곡면은 일정한 곡률 반경을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 스웰링 현상 발생 전의 전극 조립체(10)의 곡면은 곡면 전체의 평균 곡률 반경(Ra)을 가질 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)의 곡면은 중심부 및 양끝부로 구분될 수 있다. 따라서, 곡면의 중심부 및 양끝부도 각각 일정한 곡률 반경인 Rc 및 Re를 가질 수 있다. Rc 및 Re는 서로 같거나 다를 수 있다. Rc 및 Re가 서로 같은 경우에는 Rc, Re 및 Ra는 서로 같을 수 있다. 또한, 도 1에는 곡면의 양끝부의 곡률 반경이 모두 Re로 도시되었지만, 이는 곡면의 양끝부의 곡률 반경이 반드시 같다는 것을 의미하는 것은 아니다. 즉, 곡면의 형성 과정의 공정 특성 등에 따라 곡면의 일끝부의 곡률 반경과 곡면의 타끝부의 곡률 반경은 서로 상이할 수도 있다.
한편, 전극 조립체를 제조하고 난 후에는 이차전지를 활성화하기 위해 이차전지를 복수에 걸쳐 충전 및 방전하여 이차전지가 사용 가능한 상태가 되도록 하는 활성화(formation) 단계가 이루어지는 경우가 일반적이다.
그런데, 활성화 단계에서는 이차전지 내 전극 조립체의 부피가 증가하는 스웰링(swelling) 현상이 발생한다. 스웰링 현상으로 인해 전극 조립체는 부피가 증가하면서 전극 조립체의 형상이 스웰링 현상 발생 전과 달라지게 된다. 이는 전극 조립체 및 이차전지의 형상의 뒤틀림을 초래하게 된다.
한편, 곡면을 포함하는 전극 조립체에 스웰링 현상이 발생하는 경우 전극 조립체의 곡률 반경이 초기와 달라지는 현상이 추가적으로 발생할 수 있다. 즉, 스웰링 현상이 발생함으로 인해, 스웰링 현상 발생 후 전극 조립체 곡면의 곡률 반경은 스웰링 현상 발생 전의 전극 조립체 곡면의 곡률 반경보다 커지게 될 수 있다. 특히, 스웰링 현상이 발생함으로 인해 전극 조립체의 곡면은 상대적으로 평평해지는 문제점이 발생할 수 있다. 이는 스웰링 현상으로 인해 곡면의 곡률 반경이 커지는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 스웰링 현상으로 인해 전극 조립체의 곡면이 평평해지는 현상은 곡면의 중심부보다 곡면의 양끝부에서 상대적으로 크게 발생할 수 있다. 이는, 스웰링 현상으로 인한 곡면의 중심부의 곡률 반경의 변화량보다 곡면의 양끝부의 곡률 반경의 변화량이 더 큰 것으로 이해될 수 있다.
본 발명은 이와 같이 스웰링 현상으로 인해 전극 조립체가 초기에 목표하였던 곡면의 특성(즉, 곡률 반경)을 달성하지 못하는 문제점을 해결하기 위한 것이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 제1 예에 따른 전극 조립체의 제조 방법은, 곡면이 형성된 전극 조립체(10)를 형성하는 형성 단계, 전극 조립체(10)를 복수에 걸쳐 충전 및 방전하는 충방전 단계를 포함하되, 상기 형성 단계에서는 상기 충방전 단계 이전의 곡면의 평균 곡률 반경(Ra)이 상기 충방전 단계 이후의 상기 곡면의 평균 곡률 반경(ra)보다 작도록 상기 Ra를 형성할 수 있다. 이때, ra는 최종적으로 목표하였던 전극 조립체의 평균 곡률 반경일 수 있다.
본 발명의 제1 예에 따르면, 스웰링 현상에 의해 전극 조립체의 곡면이 상대적으로 평평하게 되는 현상을 고려하여 스웰링 현상 발생 이전에 전극 조립체의 곡면을 상대적으로 더 크게 제조함으로써 활성화 단계 이후의 전극 조립체의 곡률 반경이 애초에 설계하였던 전극 조립체의 곡률 반경에 부합하도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 예의 다른 예에 따르면, 상기 형성 단계에서 상기 충방전 단계 이전의 곡면의 끝부 곡률 반경(Re)는 상기 충방전 단계 이전의 곡면의 중심부 곡률 반경(Rc)보다 작게 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이 곡면이 형성된 전극 조립체의 스웰링 상에 의해 전극 조립체의 곡면의 곡률 반경은 커지게 된다(즉, 곡면이 상대적으로 평평해짐). 이러한 곡률 반경의 증가는 곡면의 중심부보다 곡면의 양끝부에서 상대적으로 더 크게 발생한다.
따라서, 본 발명의 제1 예의 다른 예에 따르면, 전극 조립체의 곡면의 형성 단계에서 Re가 Rc보다 작게 형성되도록 하여 Re와 Rc간의 차이보다 re와 rc간의 차이가 더 작도록 함으로써 일정한 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체를 제조할 수 있다.
이때, Re는 Rc에 대하여 일정한 범위 내의 비율을 갖도록 제조될 수 있다. 예를 들어, Re는 Rc의 0.95 내지 0.99배일 수 있다. Re가 Rc의 0.95배 미만인 경우에는 스웰링 현상이 발생한 이후 re가 rc에 비해 여전히 작으므로 곡면의 양끝부가 지나치게 휘어져 있을 수 있다. 또한, Re가 Rc의 0.99배 초과인 경우에는 스웰링 현상이 발생한 이후 re가 rc에 비해 지나치게 크게 되므로 곡면의 양끝부가 지나치게 평평하게 되어 종래 기술의 문제점을 해결하지 못하게 될 수 있다. 보다 바람직하게, Re는 Rc의 0.96 내지 0.98배일 수 있다.
또한, Re는 Rc와 일정한 범위 내의 차이를 갖도록 제조될 수 있다. 예를 들어, Re는 Rc보다 4mm 내지 8mm만큼 작을 수 있다. Re가 Rc보다 4mm 미만으로 작은 경우에는 스웰링 현상이 발생한 이후 re가 rc에 비해 지나치게 크게 되므로 곡면의 양끝부가 지나치게 평평하게 되어 종래 기술의 문제점을 해결하지 못하게 될 수 있다. 또한, Re가 Rc보다 8mm을 초과하여 작은 경우에는 스웰링 현상이 발생한 이후 re가 rc에 비해 여전히 작으므로 곡면의 양끝부가 지나치게 휘어져 있을 수 있다. 보다 바람직하게, Re는 Rc보다 5mm 내지 7mm만큼 작을 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 예에 따른 형성 단계에서, 전극 조립체는 상부 가압장치 및 하부 가압장치에 의해 상면 및 하면이 함께 가압될 수 있다. 상부 가압장치에서 전극 조립체의 상면을 가압하는 면은 오목면을 포함하거나, 오목면만으로 구성될 수 있다. 또한, 하부 가압장치에서 전극 조립체의 하면을 가압하는 면은 볼록면을 포함할 수 있다. 또는, 하부 가압장치에서 전극 조립체의 하면을 가압하는 면은 볼록면을 포함하거나, 볼록면만으로 구성될 수 있다. 이와 반대로, 하부 가압장치에서 전극 조립체의 하면을 가압하는 면은 평면을 포함하거나, 평면만으로 구성될 수 있다. 또는, 하부 가압장치에서 전극 조립체의 하면을 가압하는 면은 볼록면과 평면을 함께 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 가압장치에서 전극 조립체의 하면을 가압하는 면의 중앙부에는 평면이 형성되고 주변부에는 볼록면이 형성될 수 있다.
또한, 형성 단계에서 전극 조립체는 특정 온도, 압력 및 시간의 조건 하에서 가압될 수 있다. 형성 단계에서 전극 조립체는 섭씨 80도 내지 90도의 온도, 및 8 내지 12kgf/cm2의 압력 하에서 4 내지 6분의 시간동안 가압될 수 있다. 예를 들어, 형성 단계에서 전극 조립체는 섭씨 85도, 10kgf/cm2의 압력 하에서 5분의 시간동안 가압될 수 있다.
형성 단계, 상부 가압장치 및 하부 가압장치에 대한 상기 내용은 하기에서 살펴본 본 발명의 제2 예 및 제3 예에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 예에 따른 전극 조립체의 전극의 모습을 도시한 측면도이다.
본 발명의 제1 예와 마찬가지로 본 발명의 제2 예 역시 스웰링 현상으로 인해 전극 조립체 곡면의 곡률 반경이 변함으로 인하여 발생하는 문제점을 해결하기 위한 발명이다.
도 3을 참고하면, 전극 조립체를 구성하는 전극(11)은 집전체(12) 및 집전체(12)의 양면에 도포된 전극 활물질층(14)을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전극 조립체에는 곡면이 형성되므로 전극 조립체를 구성하는 전극(11)에도 전극 조립체의 곡면에 대응되는 형상의 곡면이 형성될 수 있다. 따라서, 전극 활물질층(14)은 집전체(12)를 기준으로 전극(11)에 형성된 곡면의 내측을 향하도록 구비된 제1 면(즉, 도 3을 기준으로 집전체(12)의 상면) 및 집전체(12)를 기준으로 전극(11)에 형성된 곡면의 외측을 향하도록 구비된 제2 면(즉, 도 3을 기준으로 집전체(12)의 하면)에 도포될 수 있다.
이때, 본 발명의 제2 예에 따른 전극 조립체의 전극(11)에서 제1 면에 도포된 전극 활물질층의 두께(t1)는 제2 면에 도포된 전극 활물질층의 두께(t2)와 상이할 수 있다. 예를 들어, t1는 t2보다 작을 수 있다.
본 발명의 제2 예에 따르면 t1이 t2보다 작게 전극 활물질층을 도포함으로써, 스웰링 현상 발생시 전극 조립체가 평평하게 펴지는 현상을 방지할 수 있다.
즉, 집전체를 기준으로 전극에 형성된 곡면의 내측을 향하도록 구비된 제1 면에 도포되는 전극 활물질층의 두께가 클수록 제1 면에 도포된 전극 활물질층의 두께에 의해 전극이 다시 펴지려고 하는 경향이 크게 된다. 이는 곡면이 형성된 전극 조립체의 형상 유지에 악영향을 미치게 된다. 따라서, 본 발명의 제2 예에 따르면 t1이 t2보다 작게 전극 활물질층을 도포함으로써, 스웰링 현상 발생시 전극 조립체가 평평하게 펴지는 형상을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 예의 경우와 유사하게, t1 역시 t2에 대하여 일정한 범위 내의 비율을 가질 수 있다. 예를 들어, t1는 t2의 0.7 내지 0.9배일 수 있다. t1이 t2의 0.7배 미만인 경우에는 제2 면에 도포된 전극 활물질층의 두께가 지나치게 크게 되어 오히려 전극 조립체가 더욱 휘어질 수 있다. 반면, t1이 t2의 0.9배 초과인 경우에는 전극 조립체가 평평하게 펴지는 형상을 효과적으로 방지할 수 없게 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 예에 따른 전극 조립체의 전극의 모습을 도시한 측면도이다.
본 발명의 제1 예 및 제2 예와 마찬가지로 본 발명의 제3 예 역시 스웰링 현상으로 인해 전극 조립체 곡면의 곡률 반경이 변함으로 인하여 발생하는 문제점을 해결하기 위한 발명이다.
도 4를 참고하면, 전극 조립체를 구성하는 전극(11)은 집전체(12) 및 집전체(12)의 양면에 도포된 전극 활물질층(14)을 포함할 수 있다. 또한, 곡면이 형성된 전극(11) 및 전극 활물질층이 도포되는 제1 면 및 제2 면에 관한 내용은 본 발명의 제2 예 및 도 3과 기본적으로 동일하므로 그에 대한 설명은 본 발명의 제2 예에 대한 설명으로 갈음하도록 한다.
한편, 본 발명의 제3 예에 따른 전극 조립체의 전극에서 전극 활물질층 사이에는 전극 활물질층이 도포되지 않은 무지부가 형성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 무지부(16)는 제1 면에 형성될 수 있다.
본 발명의 제3 예에 따르면 제1 면에 무지부가 형성됨으로써 제1 면에 도포된 전극 활물질층 사이에 빈 공간이 형성된다. 이러한 전극 활물질층 사이의 빈 공간은 전극 조립체가 다시 평평하게 펴지는 현상을 방지할 수 있다. 즉, 제1 면의 무지부에도 전극 활물질층이 도포되는 경우에는, 전극 조립체에 곡면이 형성됨으로써 제1 면의 무지부에 해당하는 영역에 도포된 전극 활물질층이 압축된다. 이 경우 압축으로 인해 제1 면의 무지부에 해당하는 영역에 도포된 전극 활물질층이 복원력에 의해 팽창하려 하게 되고 이로 인해 전극 조립체가 다시 평평해지는 경향이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제3 예에 따르면 제1 면에 무지부를 형성함으로써 복원력에 의해 제1 면에 도포된 전극 활물질층이 다시 팽창하는 경향을 최소화함으로써 곡면이 형성된 전극 조립체의 형상을 그대로 유지할 수 있게 된다.
또한, 무지부(16)는 복수로 형성될 수 있다. 도 4에는 두 개의 무지부(16)가 형성된 경우가 도시되어 있다. 또한, 무지부(16)에 의해 제1 면에 도포된 전극 활물질층 간에는 서로 이격됨으로써 제1 면에는 복수의 전극 활물질층이 형성될 수 있다.
한편, 집전체(12)에 코팅된 전극 활물질층은 일정한 길이(L)를 가질 수 있다. 특히, 전술한 바와 같이 제1 면에는 무지부(16)가 형성되고 무지부(16)에 의해 제1 면에는 복수의 전극 활물질층이 형성될 수 있으므로, 제1 면에 형성된 복수의 전극 활물질층은 각각의 길이를 가질 수 있다. 본 명세서에서는 제1 면에 형성된 복수의 전극 활물질층 중 제1 면의 중앙에 형성된 전극 활물질층의 길이는 Lc라고 명명하고, 제1 면의 양끝부에 형성된 전극 활물질층의 길이는 Le라고 명명하기로 한다.
본 발명의 제3 예에 따른 전극 조립체의 전극(11)에서 제1 면에 도포된 복수의 전극 활물질층 중 제1 면의 일끝단 또는 양끝단에 형성된 전극 활물질층의 길이(즉, Le)는 제1 면에 도포된 복수의 전극 활물질층 전체의 길이(즉, L)에 대하여 일정한 범위 내의 비율을 가질 수 있다. 예를 들어, Le는 L의 0.05 내지 0.3배일 수 있다.
Le가 L의 0.05배 미만인 경우에는 스웰링 현상이 발생한 후 전극 조립체의 양끝부가 지나치게 휘어질 수 있고, Le가 L의 0.05배 초과인 경우에는 스웰링 현상이 발생한 후 전극 조립체의 양끝부가 지나치게 평평하게 되어 종래 기술의 문제점을 해결할 수 없게 될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 본 발명의 제3 예에 따른 전극 조립체의 전극(11)에서 제1 면에는 두 개의 무지부(16)가 형성되고, 두 개의 무지부에 의해 제1 면에 도포된 전극 활물질층 간에는 서로 이격됨으로써 제1 면에 세 개의 전극 활물질층이 형성될 수 있다.
이때, 본 발명의 제3 예에 따른 전극 조립체의 전극(11)에서 제1 면에 도포된 복수의 전극 활물질층 중 제1 면의 중앙에 형성된 전극 활물질층의 길이(즉, Lc)는 제1 면에 도포된 복수의 전극 활물질층 전체의 길이(즉, L)에 대하여 일정한 범위 내의 비율을 가질 수 있다. 예를 들어, Lc는 L의 0.4 내지 0.9배일 수 있다.
Lc가 L의 0.4배 미만인 경우에는 스웰링 현상이 발생한 후 전극 조립체의 양끝부가 지나치게 평평하게 될 수 있고, Lc가 L의 0.9배 초과인 경우에는 스웰링 현상이 발생한 후 전극 조립체의 양끝부가 지나치게 휘어질 수 있게 되어 종래 기술의 문제점을 해결할 수 없게 될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전극 조립체는 캔형 이차전지 또는 파우치형 이차전지의 캔 또는 파우치 내에 삽입되는 전극 조립체일 수 있다. 즉, 본 발명은 캔형 이차전지 또는 파우치형 이차전지에 관한 발명일 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지가 파우치형 이차전지인 경우 전극 조립체를 수용하는 파우치는 각각 복수의 재료로 형성된 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 파우치는 알루미늄 층, 및 알루미늄 층의 상부 및 하부에 각각 구비되는 폴리올레핀 수지층을 포함할 수 있다. 폴리올레핀은 예를 들어, 폴리프로필렌일 수 있다.
실시예 1
전극 조립체를 제조한 후 가압 프레스로 전극 조립체를 가압하여 전극 조립체의 상면 및 하면에 곡면을 형성하였다. 실시예 1에 따라 제조된 전극 조립체의 곡면의 끝부 곡률 반경 중 좌측 끝부의 곡률 반경 Re(좌)는 195mm였고, 우측 끝부의 곡률 반경 Re(우)는 195mm였다. 그리고, 곡면의 중심부 곡률 반경 Rc은 200mm였다.
실시예 2
전극 조립체의 곡면의 끝부 곡률 반경 중 좌측 끝부의 곡률 반경 Re(좌)는 194mm였고, 우측 끝부의 곡률 반경 Re(우)는 195mm였고, 곡면의 중심부 곡률 반경 Rc은 201mm였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 전극 조립체를 제조하였다.
실시예 3
전극 조립체의 곡면의 끝부 곡률 반경 중 좌측 끝부의 곡률 반경 Re(좌)는 195mm였고, 우측 끝부의 곡률 반경 Re(우)는 196mm였고, 곡면의 중심부 곡률 반경 Rc은 200mm였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 전극 조립체를 제조하였다.
비교예 1
전극 조립체의 곡면의 끝부 곡률 반경 중 좌측 끝부의 곡률 반경 Re(좌)는 188mm였고, 우측 끝부의 곡률 반경 Re(우)는 188mm였고, 곡면의 중심부 곡률 반경 Rc은 200mm였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 전극 조립체를 제조하였다.
비교예 2
전극 조립체의 곡면의 끝부 곡률 반경 중 좌측 끝부의 곡률 반경 Re(좌)는 201mm였고, 우측 끝부의 곡률 반경 Re(우)는 201mm였고, 곡면의 중심부 곡률 반경 Rc은 197mm였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 전극 조립체를 제조하였다.
실험예
실시예와 비교예에 따라 제조된 전극 조립체를 반복적으로 충전 및 방전하여 활성화(formation) 공정을 진행하였다. 활성화 공정은 45℃에서 300회의 충전 및 방전을 통해 진행되었다. 활성화 공정에서 충전은 1.0C, 4.4V 하에서 이루어졌으며 충전 완료시의 전류는 122mA였다. 활성화 공정에서 방전은 1.0C 하에서 이루어졌으며 방전 완료시의 전압은 3.0V였다.
활성화 공정이 끝난 후 전극 조립체에 형성된 곡면의 곡률 반경을 측정하였다. 활성황 공정 전과 후에 측정된 전극 조립체의 곡면의 곡률 반경을 하기의 표 1에 정리하였다. 활성화 공정이 끝난 후의 전극 조립체의 곡면의 끝부 곡률 반경 중 좌측 끝부의 곡률 반경은 re(좌), 우측 끝부의 곡률 반경은 re(우), 그리고, 곡면의 중심부 곡률 반경은 rc로 기재하였다.
Re(좌) Rc Re(우) re(좌) rc re(우)
실시예 1 195mm 200mm 195mm 210mm 210mm 208mm
실시예 2 194mm 201mm 195mm 209mm 211mm 208mm
실시예 3 195mm 200mm 196mm 209mm 210mm 211mm
비교예 1 188mm 200mm 188mm 202mm 208mm 203mm
비교예 2 201mm 197mm 201mm 212mm 209mm 214mm
표 1을 참고하면, 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따라 전극 조립체를 제조한 경우 활성화 공정 이후 전극 조립체의 곡률 반경이 곡면의 끝부와 중심부 전체에 걸쳐 균일하게 형성되었음을 확인할 수 있었다. 특히. 실시예에 따라 전극 조립체를 제조할 경우 re와 rc간의 차이는 최대 3mm인 반면, 비교예에 따라 전극 조립체를 제조할 경우 re와 rc간의 차이는 최대 6mm이므로, 실시예에 따라 전극 조립체를 제조할 경우 전극 조립체의 곡면 전체에 걸쳐 균일한 곡률 반경이 형성되었음을 확인할 수 있었다.
본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.

Claims (17)

  1. 곡면이 형성된 전극 조립체로서,
    상기 곡면의 끝부 곡률 반경(Re)은 상기 곡면의 중심부 곡률 반경(Rc)보다 작은 전극 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 Re는 상기 Rc의 0.95 내지 0.99배인 전극 조립체.
  3. 곡면이 형성된 전극 조립체로서,
    상기 전극 조립체는 상기 전극 조립체에 형성된 상기 곡면에 대응되는 형상을 갖는 복수의 전극을 포함하고,
    상기 전극 중 적어도 하나는,
    집전체; 및
    상기 집전체의 제1 면 및 제2 면에 도포된 전극 활물질층; 을 포함하고,
    상기 제1 면은 상기 집전체를 기준으로 상기 곡면의 내측을 향하도록 구비되고,
    상기 제2 면은 상기 집전체를 기준으로 상기 곡면의 외측을 향하도록 구비되고,
    상기 제1 면에 도포된 전극 활물질층의 두께(t1)는 상기 제2 면에 도포된 전극 활물질층의 두께(t2)보다 작은 전극 조립체.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 t1은 상기 t2의 0.7 내지 0.9배인 전극 조립체.
  5. 곡면이 형성된 전극 조립체로서,
    상기 전극 조립체는 상기 전극 조립체에 형성된 상기 곡면에 대응되는 형상을 갖는 복수의 전극을 포함하고,
    상기 전극 중 적어도 하나는,
    집전체; 및
    상기 집전체의 제1 면 및 제2 면에 도포된 전극 활물질층; 을 포함하고,
    상기 제1 면은 상기 집전체를 기준으로 상기 곡면의 내측을 향해 구비되고,
    상기 제2 면은 상기 집전체를 기준으로 상기 곡면의 외측을 향해 구비되고,
    상기 제1 면에 도포된 상기 전극 활물질층 사이에는 상기 전극 활물질층이 도포되지 않은 무지부가 형성되는 전극 조립체.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 무지부는 복수로 형성되고,
    상기 무지부에 의해 상기 제1 면에 도포된 상기 전극 활물질층 간에는 서로 이격되어 상기 제1 면에는 복수의 전극 활물질층이 형성되고,
    상기 제1 면에 도포된 상기 복수의 전극 활물질층 중 상기 제1 면의 일끝부 또는 양끝부에 형성된 전극 활물질층의 길이(Le)는 상기 제1 면에 도포된 상기 복수의 전극 활물질층 전체 길이(L)의 0.05 내지 0.3배인 전극 조립체.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 무지부는 두 개가 형성되고,
    상기 두 개의 무지부에 의해 상기 제1 면에 도포된 상기 전극 활물질층 간에는 서로 이격되어 상기 제1 면에는 세개의 전극 활물질층이 형성되고,
    상기 제1 면에 도포된 상기 세개의 전극 활물질층 중 상기 제1 면의 중앙에 형성된 전극 활물질층의 길이(Lc)는 상기 제1 면에 도포된 상기 복수의 전극 활물질층 전체 길이(L)의 0.4 내지 0.9배인 전극 조립체.
  8. 곡면이 형성된 전극 조립체를 형성하는 형성 단계;
    상기 전극 조립체를 복수에 걸쳐 충전 및 방전하는 충방전 단계; 를 포함하고,
    상기 형성 단계에서,
    상기 충방전 단계 이전의 상기 곡면의 끝부 곡률 반경(Re)과 상기 곡면의 중심부 곡률 반경(Rc)간의 차이보다 상기 충방전 단계 이후의 상기 곡면의 끝부 곡률 반경(re)과 상기 곡면의 중심부 곡률 반경(rc)간의 차이가 작도록 상기 Re는 상기 Rc보다 작게 형성되는 전극 조립체의 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 Re는 상기 Rc의 0.95 내지 0.99배인 전극 조립체의 제조 방법.
  10. 곡면이 형성된 전극 조립체를 형성하는 형성 단계;
    상기 전극 조립체를 복수에 걸쳐 충전 및 방전하는 충방전 단계; 를 포함하고,
    상기 형성 단계에서,
    상기 충방전 단계 이전의 상기 곡면의 평균 곡률 반경(Ra)이 상기 충방전 단계 이후의 상기 곡면의 평균 곡률 반경(ra)보다 작도록 상기 Ra 및 상기 ra를 형성하는 전극 조립체의 제조 방법.
  11. 곡면이 형성된 전극 조립체로서,
    양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 양면에 형성된 양극 활물질층을 포함하는 양극;
    음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 양면에 형성된 음극 활물질층을 포함하는 음극;
    상기 양극과 상기 음극 사이에 구비되는 분리막; 및
    상기 양극과 상기 분리막, 및 상기 음극과 상기 분리막 사이에 구비되는 폴리머 전해질층; 을 포함하고,
    상기 곡면의 끝부 곡률 반경(Re)은 상기 곡면의 중심부 곡률 반경(Rc)보다 작은 전극 조립체.
  12. 청구항 11에서,
    상기 폴리머 전해질은 고분자 고체 전해질에 가소제를 첨가한 겔형 전해질인 전극 조립체.
  13. 곡면이 형성된 전극 조립체를 형성하는 형성 단계;
    상기 전극 조립체를 복수에 걸쳐 충전 및 방전하는 충방전 단계; 를 포함하고,
    상기 형성 단계에서,
    상기 전극 조립체의 상면은 상기 상면을 가압하는 면이 오목면을 포함하는 상부 가압장치에 의해 가압되고,
    상기 형성 단계에서,
    상기 충방전 단계 이전의 상기 곡면의 평균 곡률 반경(Ra)이 상기 충방전 단계 이후의 상기 곡면의 평균 곡률 반경(ra)보다 작도록 상기 Ra 및 상기 ra를 형성하는 전극 조립체의 제조 방법.
  14. 청구항 13에서,
    상기 형성 단계에서,
    상기 전극 조립체의 하면은 상기 하면을 가압하는 면이 볼록면을 포함하는 하부 가압장치에 의해 가압되는 전극 조립체의 제조 방법.
  15. 청구항 13에서,
    상기 형성 단계에서,
    상기 전극 조립체의 하면은 상기 하면을 가압하는 면이 평면을 포함하는 하부 가압장치에 의해 가압되는 전극 조립체의 제조 방법.
  16. 청구항 13에서,
    상기 형성 단계에서,
    상기 전극 조립체는 섭씨 80도 내지 90도의 온도, 및 8 내지 12 kgf/cm2의 압력 하에서 4 내지 6분의 시간동안 가압되는 전극 조립체의 제조 방법.
  17. 청구항 1에 따른 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 외장재; 를 포함하는 이차전지.
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