WO2020036318A1 - 전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법 - Google Patents

전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법 Download PDF

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WO2020036318A1
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electrode assembly
cathode
bus bar
positive electrode
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최순형
이수림
김석구
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode assembly and a method of manufacturing the electrode assembly, and more particularly, to an electrode assembly and a method of manufacturing the electrode assembly that can improve the current density variation in the cell.
  • Cells or batteries that generate electric energy through physical or chemical reactions of materials and supply power to the outside cannot obtain AC power supplied to buildings according to the living environment surrounded by various electric and electronic devices. It is used when DC power is needed.
  • the primary battery is a consumable battery, which is commonly referred to as a battery.
  • the secondary battery is a rechargeable battery manufactured using a material that can be repeated a number of redox process between the current and the material, the power is charged when the reduction reaction to the material by the current, the oxidation reaction to the material When performed, the power is discharged. As the charge-discharge is repeatedly performed, electricity is generated.
  • the lithium ion battery of the secondary battery is coated with a positive active foil and a negative electrode conductive foil to a certain thickness, respectively, and the separator is interposed between the two conductive foils to approximately a jelly roll (jelly roll) or cylindrical form a plurality of times
  • the electrode assembly produced by winding is housed in a cylindrical or square can, a pouch, or the like, and is manufactured by sealing it.
  • lithium ion battery As the lithium ion battery is commercially used and widely used, various applications such as automobiles, electronic devices, and power tools are being used.
  • the output of the secondary battery is also emerging as an important spec.
  • the polymer cell stacks the anode / separation membrane / cathode / separation membrane sequentially to connect the tab portions, and the cathode is connected to the cathodes and the anode is connected to the anodes.
  • Korean Unexamined Patent Publication No. 10-2008-0038465 discloses a battery cell having excellent structural safety and insulation resistance.
  • the present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is to provide an electrode assembly and a method for manufacturing an electrode assembly that can secure the electron transfer path inside the electrode assembly.
  • a plurality of cathodes and an anode are repeatedly stacked to cross each other, and a separator is stacked between a plurality of cathodes and an anode, and a plurality of the at least one end of the electrode assembly is provided.
  • a negative electrode tab portion extending from a negative electrode, a positive electrode bus bar spaced apart from the negative electrode tab portion at one end of the electrode assembly, and electrically connecting the plurality of positive electrodes to each other, a plurality of the other ends at opposite ends of the one end of the electrode assembly; And a cathode bus bar spaced apart from the anode tab portion and formed at the other end of the electrode assembly and extending from the anode and electrically connecting the plurality of cathodes to each other.
  • the positive electrode bus bar and the negative electrode bus bar may be formed at positions symmetrical with each other about a central portion of the electrode assembly.
  • the anode bus bar and the cathode bus bar may be formed in plural numbers, respectively.
  • the positive electrode busbar may be formed of an electrode current collector extending from the positive electrode, and the negative electrode busbar may be formed of an electrode current collector extending from the negative electrode.
  • Electrode assembly manufacturing method to form a single electrode laminate by alternately stacking the electrode and the separator, the negative electrode and the other including a cathode extending portion is longer than the anode and the separator at one end
  • the laminating step may sequentially stack a cathode including an anode tab formed at one end thereof, a separator, and a cathode including an anode extension formed at one end thereof.
  • cathode extension parts When the cathode extension parts are welded to each other in the cathode welding step, a portion of the cathode extension parts spaced apart from the anode tab part may be welded.
  • a cathode including a cathode tab part formed at the other end, a separator, and an anode including an anode extension part at the other end may be sequentially stacked.
  • portions of the positive electrode extensions separated from the negative electrode tab may be welded.
  • welding of the cathode extension part and the anode extension part may be welded by ultrasonic welding or thermal welding, respectively.
  • the method may further include a negative electrode cutting step of cutting the non-welded portions of the negative electrode extensions.
  • the negative electrode extensions welded to each other not cut in the negative electrode cutting step may form a negative electrode bus bar.
  • the method may further include installing a first insulating member to install an insulating member to insulate the cathode bus bar from the anode of the electrode stack.
  • Anode cutting may further include cutting a portion of the anode extension that is not welded to each other.
  • the anode extensions welded to each other not cut in the anode cutting step may form an anode bus bar.
  • the method may further include a second insulating member installing step of installing an insulating member to insulate between the positive electrode bus bar and the negative electrode of the electrode stack.
  • a secondary battery includes a single electrode assembly in which a plurality of negative electrodes and a positive electrode are repeatedly stacked to cross, and a separator is stacked between a plurality of negative electrodes and a positive electrode.
  • a negative electrode tab portion extending from the plurality of negative electrodes at one end thereof, a positive electrode bus bar spaced apart from the negative electrode tab portion at one end of the electrode assembly, and electrically connected to the plurality of positive electrodes, and positioned at opposite sides of the one end of the electrode assembly;
  • a cathode bus bar spaced apart from the anode tab portion at the other end of the electrode tab and formed at the other end of the electrode assembly, and electrically connecting the cathodes to each other.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view of the main part by cutting the electrode assembly along the line A-A of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a flowchart sequentially illustrating a method of manufacturing an electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a side view schematically showing a lamination step in the method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a side view schematically illustrating a welding step of a cathode and an anode in a method of manufacturing an electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a side view schematically showing a cutting step in the method of manufacturing an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a side cross-sectional view showing the main part by cutting the electrode assembly along the line A-A of FIG.
  • an electrode assembly according to an embodiment of the present invention is repeatedly stacked to cross a plurality of cathodes 11 and 13, and a plurality of cathodes 11 and anodes 13.
  • the negative electrode tab portion 20 and the electrode assembly 10 extending from the plurality of negative electrodes 11 at one end of the electrode assembly 10.
  • a positive electrode bus bar 40 spaced apart from the negative electrode tab portion 20 at one end thereof and electrically connected the plurality of positive electrodes 13 to each other, and a plurality of at the other end of the electrode assembly 10 opposite to the one end of the electrode assembly 10.
  • a cathode bus bar spaced apart from the anode tab 30 at the other end of the anode tab 30 and the electrode assembly 10 extending from the anode 13 and electrically connecting the cathodes 11 to each other.
  • the positive electrode 13 may be an aluminum electrode current collector, and may include a positive electrode holding part coated with a positive electrode active material and a positive electrode non-coating part not coated with the positive electrode active material.
  • the positive electrode active material may be a lithium-containing transition metal oxide such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMnO 4 , or a lithium chalcogenide compound.
  • the cathode holding part is formed by applying a cathode active material to a portion of at least one surface of the aluminum electrode current collector, and the remaining portion of the aluminum electrode current collector that is not coated with the cathode active material may be a cathode non-coating portion.
  • a positive electrode tab portion 30 may be formed to be electrically connected to the positive electrode tab portion 30 to extend from the positive electrode 13.
  • the negative electrode 11 may be a copper electrode current collector, and may include a negative electrode holding portion to which the negative electrode active material is coated and a negative electrode non-coating portion to which the negative electrode active material is not coated.
  • the negative electrode active material may be crystalline carbon, amorphous carbon, carbon composite, carbon material such as carbon fiber, lithium metal, lithium alloy, or the like.
  • the negative electrode holding part is formed by applying a negative electrode active material to a portion of at least one surface of the copper electrode current collector, and the remaining portion of the copper electrode current collector to which the negative electrode active material is not coated may be the negative electrode non-coating portion.
  • the negative electrode non-coating portion may be formed such that the negative electrode tab portion 20 is electrically connected to extend from the negative electrode.
  • the separator is, for example, any one selected from the group consisting of polyethylene (PE), polystyrene (PS), polypropylene (PP), and a copolymer of polyethylene (PE) and polypropylene (PP). It can be prepared by coating a polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-HFP co-polymer).
  • the positive electrode bar 40 may be formed as an electrode current collector extending from the positive electrode 13 of the electrode assembly 10 so as to be spaced apart from the negative electrode tab 20 at an end where the negative electrode tab 20 is formed in the electrode assembly 10. Can be.
  • the positive electrode bus bar 40 may be spaced apart from the negative electrode tab 20 to prevent a short circuit with the negative electrode tab 20, and may electrically connect the plurality of positive electrodes 13 to allow current to flow.
  • the anode busbar 40 may be made of aluminum.
  • the negative electrode bus bar 50 may be formed as an electrode current collector extending from the negative electrode 11 of the electrode assembly 10 so as to be spaced apart from the positive electrode tab 30 at the end where the positive electrode tab 30 is formed in the electrode assembly 10. have.
  • the negative electrode bus bar 50 may be spaced apart from the positive electrode tab part 30 to prevent a short circuit with the positive electrode tab part 30, and electrically connect the plurality of negative electrode 11 to allow a current to flow.
  • the negative bus bar 40 may be made of copper.
  • the temperature is accumulated inside the battery due to the increase in thickness, and the accumulated temperature may cause the temperature rise of the secondary battery.
  • the positive bus bar 40 and the negative bus bar 50 may be formed at positions diagonally symmetrical with respect to the center C of the single electrode assembly 10. That is, the positive bus bar 40 and the negative bus bar 50 may maximize the separation distance from each other to dissipate heat dissipation due to the movement of current to the whole of the electrode assembly 10 to prevent the temperature rise of the secondary battery. And may increase the stability.
  • a plurality of positive and negative bus bars 40 and 50 are respectively provided to secure electron transfer paths evenly throughout the single electrode assembly, thereby preventing current density variation and improving stability and improving output through heat distribution. The effect can be obtained.
  • an insulating member 60 such as rubber or plastic may be installed between the positive electrode bus bar 40 and the negative electrode 11 of the electrode assembly 10 according to another embodiment of the present invention.
  • the insulating member 60 is installed between the positive electrode bus bar 40 and the negative electrode 11 to insulate between the positive electrode bus bar 40 and the negative electrode 11 of the electrode assembly 10, and the positive electrode bus bar 40 ) And a short circuit between the cathode 11 can be prevented.
  • the insulating member 60 is installed between the negative electrode busbar 50 and the positive electrode 13 so as to insulate between the negative electrode busbar 50 and the positive electrode 13 of the electrode assembly 10. ) And short circuit between the anode can be prevented.
  • FIG. 3 is a flowchart sequentially illustrating a method of manufacturing an electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the electrode assembly manufacturing method may include a lamination step (S1), a cathode welding step (S2) and an anode welding step (S3).
  • FIG. 4 is a side view schematically showing a lamination step in the method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • the electrode and the separator may be alternately stacked to form a single electrode stack.
  • the cathode 11 may include a cathode extension part 50a having a longer length than the anode 13 and the separator 15 at one end.
  • the anode 13 may include a cathode extension part 40a which is a longer portion than the cathode 11 and the separator 15 at the other end.
  • the cathode 13 including the anode tab 30 is formed at one end thereof, the separator 15, and the cathode 11 including the cathode extension 50a at one side thereof may be sequentially stacked. Can be.
  • the stacking step (S1) sequentially stacks the anode 11 including the cathode tab 20 at the other end, the separator 15, and the anode 13 including the anode extension 40a at the other end thereof. You can.
  • a positive electrode tab 30 is formed at one end and a positive electrode 13 / separator 15 including a positive electrode extension 40a at one end, and a negative electrode extension 50a at one end, and a negative electrode at the other end. It may mean that the cathodes 11 having the tabs 20 formed thereon are sequentially stacked.
  • FIG. 5 is a side view schematically illustrating a welding step of a cathode and an anode in a method of manufacturing an electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the cathode welding step S2 may weld the plurality of cathode extension parts 50a included in the plurality of cathodes 11 to each other. Meanwhile, when welding the cathode extension parts 50a to each other, a portion spaced apart from the anode tab part 30 in the cathode extension parts 50a may be welded.
  • the plurality of anode extension parts 40a included in the plurality of anodes 13 may be welded to each other. Meanwhile, when welding the positive electrode extensions 40a to each other, a portion spaced apart from the negative electrode tab portion 20 from the positive electrode extensions 40a may be welded.
  • the portions of the cathode extension portions 50a that are spaced apart from the anode tab 30 are welded and the portions of the cathode extension portions 40a that are spaced apart from the cathode tab portion 20 are welded.
  • Cutting at the cathode and anode cut stages can block the risk of short circuits. That is, the welded portions of the negative electrode extensions 50a and the positive electrode extensions 40a remaining after cutting in the negative electrode cutting step and the positive electrode cutting step are not spaced apart from the positive tab portion 30 and the negative electrode tab portion 20, respectively. The risk of short circuits can be eliminated.
  • Welding of the negative electrode extension 50a and the positive electrode extension 40a in the negative electrode welding step S2 and the positive electrode welding step S3 may be performed by ultrasonic welding or thermal welding, respectively.
  • FIG. 6 is a side view schematically showing a cutting step in the method of manufacturing an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • the method of manufacturing an electrode assembly according to another exemplary embodiment of the present invention may further include a negative electrode cutting step of cutting portions that are not welded to each other in the negative electrode extensions 50a. And it may further include an anode cutting step for cutting the portions that are not welded to each other in the anode extension (40a).
  • a negative electrode cutting step of cutting portions that are not welded to each other in the negative electrode extensions 50a may further include an anode cutting step for cutting the portions that are not welded to each other in the anode extension (40a).
  • the portion which is cut out as a non-welded portion may be end portions of the electrode extensions 40a and 50a based on a direction parallel to the electrode tabs 20 and 30, and may be based on a direction toward the electrode tabs 20 and 30. It may be the ends of the extensions 40a, 50a.
  • the anode extensions 40a welded to each other not cut in the anode cutting step may form the anode busbar 40.
  • the negative electrode extensions 50a welded to each other not cut in the negative electrode cutting step may form a negative electrode bus bar 50.
  • the method may further include installing an insulating member 60 between the cathode bus bar 50 and the anode 13 of the electrode stack to prevent a short circuit. .
  • the method may further include installing a second insulation member between the anode bus bar 40 and the cathode 11 of the electrode stack to prevent a short circuit by installing the insulation member 60.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • a plurality of negative electrodes 11 and a positive electrode 13 are repeatedly stacked to cross each other, and a plurality of negative electrodes 11 and positive electrodes are interposed.
  • a secondary battery including a single electrode assembly 10 having a separator 15 stacked therebetween, the negative electrode tab portion 20 extending from the plurality of negative electrodes 11 at one end of the electrode assembly 10.
  • An anode bus bar 40 spaced apart from the cathode tab part 20 at one end of the electrode assembly 10, and electrically connecting the plurality of anodes 13 to each other, the end at the electrode assembly 10.
  • the electrode assembly 10 may be accommodated together with the electrolyte in the case 3 such as a can member or pouch.
  • the electrode assembly according to the present invention and a method of manufacturing the electrode assembly have been described with reference to the illustrated drawings, but the present invention is not limited to the embodiments and drawings described above, and the present invention within the claims. Various implementations are possible by those skilled in the art.

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Abstract

본 발명은 셀 내부의 전류밀도 편차를 개선할 수 있는 전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 복수 개의 음극과 양극이 교차되게 반복적으로 적층되고, 복수 개의 음극과 양극 사이에 분리막이 적층되는 단일 전극조립체에 있어서, 상기 전극조립체의 일단에 복수 개의 상기 음극으로부터 연장되어 형성된 음극 탭부, 상기 전극조립체의 일단에 상기 음극 탭부와 이격되고, 상기 복수 개의 양극을 서로 전기적으로 연결하는 양극 버스바, 상기 전극조립체에서 상기 일단의 반대측에 위치한 타단에 복수 개의 상기 양극으로부터 연장되어 형성된 양극 탭부 및 상기 전극조립체의 타단에 상기 양극 탭부와 이격되고, 상기 복수 개의 음극을 서로 전기적으로 연결하는 음극 버스바를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법
본 출원은 2018년 08월 13일자 한국특허출원 제 10-2018-0094484호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 셀 내부의 전류밀도 편차를 개선할 수 있는 전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법에 관한 것이다.
물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.
이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.
한편, 이차 전지 중 리튬이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극 조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.
이러한 리튬이온 전지가 상용화되어 널리 쓰이면서 자동차/전자기기/파워툴(power tool) 등 활용되는 용도도 다양해지고 있다.
그에 따라 이차전지의 출력 또한 중요한 스펙(spec)으로 떠오르고 있다.
현재 폴리머셀은 양극/분리막/음극/분리막을 순차적으로 쌓아 tab부를 연결하여 음극은 음극끼리, 양극은 양극끼리 이어주고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2008-0038465호에는 구조적 안전성과 절연저항성이 우수한 전지셀이 개시되어 있다.
종래의 파우치 전지는 단자를 단방향/양방향 모두 1개씩 양/음극 단자를 사용하고 있다.
하지만 이러한 종래의 파우치 전지는 점점 커지는 전극 면적에 비하여 전자 입구인 tab의 크기가 작게 형성되는 문제점이 있었다.
따라서 전류가 이동하는 통로가 적어 전극 내부적으로 전류밀도가 차이나게 됨에 따라 셀 내부에서 전류밀도의 편차가 생길 수 있는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전극조립체 내부의 전자이동경로를 확보할 수 있는 전극조립체 및 전극조립체 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체는 복수 개의 음극과 양극이 교차되게 반복적으로 적층되고, 복수 개의 음극과 양극 사이에 분리막이 적층되는 단일 전극조립체에 있어서, 상기 전극조립체의 일단에 복수 개의 상기 음극으로부터 연장되어 형성된 음극 탭부, 상기 전극조립체의 일단에 상기 음극 탭부와 이격되고, 상기 복수 개의 양극을 서로 전기적으로 연결하는 양극 버스바, 상기 전극조립체에서 상기 일단의 반대측에 위치한 타단에 복수 개의 상기 양극으로부터 연장되어 형성된 양극 탭부 및 상기 전극조립체의 타단에 상기 양극 탭부와 이격되고, 상기 복수 개의 음극을 서로 전기적으로 연결하는 음극 버스바를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 양극 버스바와 상기 음극 버스바는 상기 전극조립체의 중앙부를 중심으로 서로 대칭되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 양극 버스바와 상기 음극 버스바는 각각 복수 개로 형성될 수 있다.
상기 양극 버스바는 상기 양극으로부터 연장된 전극 집전체로 형성되고, 상기 음극 버스바는 상기 음극으로부터 연장된 전극 집전체로 형성될 수 있다.
상기 양극 버스바와 상기 전극조립체의 음극의 사이를 절연하도록 상기 양극 버스바와 상기 음극 사이에 설치되거나, 또는 상기 음극 버스바와 상기 전극조립체의 양극의 사이를 절연하도록 상기 음극 버스바와 상기 양극 사이에 설치되는 절연부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조 방법은 전극과 분리막을 교대로 적층하여 단일 전극 적층체를 형성하되, 일측단에서 양극과 분리막보다 길이가 더 긴 부분인 음극 연장부를 포함하는 음극 및 타측단에서 음극과 분리막보다 길이가 더 긴 부분인 양극 연장부를 포함하는 양극을 이용하여 전극 적층체를 형성하는 적층 단계, 복수의 상기 음극에 포함되는 복수의 상기 음극 연장부들을 서로 용접하는 음극 용접 단계 및 복수의 상기 양극에 포함되는 복수의 상기 양극 연장부들을 서로 용접하는 양극 용접 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 적층 단계는 일측단에 양극 탭부가 형성되어 있는 양극, 분리막 및 일측단에 음극 연장부를 포함하는 음극을 순차로 적층할 수 있다.
상기 음극 용접 단계에서 상기 음극 연장부들을 서로 용접할 시 상기 음극 연장부들에서 상기 양극 탭부와 이격되는 부분을 용접할 수 있다.
상기 적층 단계는 타측단에 음극 탭부가 형성되어 있는 음극, 분리막 및 타측단에 양극 연장부를 포함하는 양극을 순차로 적층할 수 있다.
상기 양극 용접 단계에서 상기 양극 연장부들을 서로 용접할 시 상기 양극 연장부들에서 상기 음극 탭부와 이격되는 부분을 용접할 수 있다.
상기 음극 용접 단계와 상기 양극 용접 단계에서, 상기 음극 연장부 및 상기 양극 연장부의 용접은 각각 초음파용접 또는 열용접으로 용접할 수 있다.
상기 음극 연장부들에서 서로 용접되지 않은 부위를 절단하는 음극 절단 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 음극 절단 단계에서 절단되지 않은 서로 용접된 상기 음극 연장부들은 음극 버스바를 형성할 수 있다.
상기 음극 버스바와 상기 전극 적층체의 양극의 사이를 절연하도록 절연부재를 설치하는 제1 절연부재 설치단계를 더 포함할 수 있다.
상기 양극 연장부들에서 서로 용접되지 않은 부위를 절단하는 양극 절단 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 양극 절단 단계에서 절단되지 않은 서로 용접된 상기 양극 연장부들은 양극 버스바를 형성할 수 있다.
상기 양극 버스바와 상기 전극 적층체의 음극의 사이를 절연하도록 절연부재를 설치하는 제2 절연부재 설치단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 복수 개의 음극과 양극이 교차되게 반복적으로 적층되고, 복수 개의 음극과 양극 사이에 분리막이 적층되는 단일 전극조립체를 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 전극조립체의 일단에 복수 개의 상기 음극으로부터 연장되어 형성된 음극 탭부, 상기 전극조립체의 일단에 상기 음극 탭부와 이격되고, 상기 복수 개의 양극을 서로 전기적으로 연결하는 양극 버스바, 상기 전극조립체에서 상기 일단의 반대측에 위치한 타단에 복수 개의 상기 양극으로부터 연장되어 형성된 양극 탭부 및 상기 전극조립체의 타단에 상기 양극 탭부와 이격되고, 상기 복수 개의 음극을 서로 전기적으로 연결하는 음극 버스바를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전극조립체 내부에 전자이동경로를 확보하여 전류밀도의 편차를 극소화하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전극조립체 내부에 전자이동경로를 확보하여 출력개선의 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A선에 따라 전극 조립체를 절개하여 주요부를 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체의 제조 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체의 제조 방법에서 적층 단계를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체의 제조 방법에서 음극 및 양극의 용접 단계를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극조립체의 제조 방법에서 절단 단계를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선에 따라 전극 조립체를 절개하여 주요부를 도시한 측단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체는 복수 개의 음극(11)과 양극(13)이 교차되게 반복적으로 적층되고, 복수 개의 음극(11)과 양극(13) 사이에 분리막(15)이 적층되는 단일 전극조립체(10)에 있어서, 상기 전극조립체(10)의 일단에 복수 개의 상기 음극(11)으로부터 연장되어 형성된 음극 탭부(20), 상기 전극조립체(10)의 일단에 상기 음극 탭부(20)와 이격되고, 상기 복수 개의 양극(13)을 서로 전기적으로 연결하는 양극 버스바(40), 상기 전극조립체(10)에서 상기 일단의 반대측에 위치한 타단에 복수 개의 상기 양극(13)으로부터 연장되어 형성된 양극 탭부(30) 및 상기 전극조립체(10)의 타단에 상기 양극 탭부(30)와 이격되고, 상기 복수 개의 음극(11)을 서로 전기적으로 연결하는 음극 버스바(50)를 포함한다.
양극(13)은 알루미늄 전극집전체일 수 있으며, 양극 활물질이 도포된 양극 유지부와, 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부를 포함할 수 있다.
양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMnO4와 같은 리튬 함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물일 수 있다.
양극 유지부는 예를 들어, 알루미늄 전극집전체의 적어도 어느 한 면의 일부에 양극 활물질을 도포하여 형성하며, 양극 활물질이 미 도포된 알루미늄 전극집전체의 나머지 부분이 양극 무지부가 될 수 있다.
양극 무지부에는 양극 탭부(30)가 전기적으로 연결되어 양극(13)으로부터 연장되게 형성될 수 있다.
음극(11)은 구리 전극집전체일 수 있으며, 음극 활물질이 도포된 음극 유지부와 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부를 포함할 수 있다.
음극 활물질은, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유와 같은 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금 등일 수 있다.
음극 유지부는 예를 들어, 구리 전극집전체의 적어도 어느 한 면의 일부에 음극 활물질을 도포하여 형성하며, 음극 활물질이 미 도포된 구리 전극집전체의 나머지 부분이 음극 무지부가 될 수 있다.
음극 무지부에는 음극 탭부(20)가 전기적으로 연결되어 음극으로부터 연장되게 형성될 수 있다.
분리막은 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 기재에 폴리비닐리덴 플로우라이드-헥사플로로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP co-polymer)를 코팅함으로써 제조될 수 있다.
양극 버스바(40)는 전극조립체(10)에서 음극 탭부(20)가 형성된 단부에 상기 음극 탭부(20)와 이격되도록 전극조립체(10)의 양극(13)으로부터 연장된 전극 집전체로 형성될 수 있다. 이러한 양극 버스바(40)는 음극 탭부(20)와 이격되어 음극 탭부(20)와의 합선을 방지하면서, 복수 개의 양극(13)을 전기적으로 연결하여 전류가 흐르도록 할 수 있다.
양극 버스바(40)는 알루미늄 소재일 수 있다.
음극 버스바(50)는 전극조립체(10)에서 양극 탭부(30)가 형성된 단부에 양극 탭부(30)와 이격되도록 전극조립체(10)의 음극(11)으로부터 연장된 전극 집전체로 형성될 수 있다. 이러한 음극 버스바(50)는 양극 탭부(30)와 이격되어 양극 탭부(30)와의 합선을 방지하면서, 복수 개의 음극(11)을 전기적으로 연결하여 전류가 흐르도록 할 수 있다.
음극 버스바(40)는 구리 소재일 수 있다.
중대형 이상의 이차전지는 두께의 증가로 인해 전지 내부에 온도가 축적되고 축적된 온도는 이차전지의 온도 상승을 야기할 수 있다.
양극 버스바(40)와 음극 버스바(50)는 단일 전극조립체(10)의 중앙부(C)를 중심으로 대각선으로 서로 대칭되는 위치에 형성될 수 있다. 즉, 양극 버스바(40)와 음극 버스바(50)는 서로 간의 이격 거리를 극대화하여 전류의 이동으로 인한 열 발산을 전극조립체(10)의 전체로 분산시킬 수 있어 이차전지의 온도 상승을 방지하고 안정성을 높이는 효과가 있을 수 있다.
양극 버스바(40)와 음극 버스바(50)가 각각 복수 개로 형성되어 단일 전극조립체의 전체에 골고루 전자이동경로를 확보함에 따라, 전류밀도 편차를 방지하고 열분배를 통한 안정성 향상과 출력개선의 효과를 얻을 수 있다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따라 양극 버스바(40)와 전극조립체(10)의 음극(11)의 사이에 고무, 플라스틱 등과 같은 절연부재(60)가 설치될 수 있다.
절연부재(60)는 양극 버스바(40)와 전극조립채(10)의 음극(11)의 사이를 절연하도록 양극 버스바(40)와 음극(11) 사이에 설치되어, 양극 버스바(40)와 음극(11) 사이가 합선되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 절연부재(60)는 음극 버스바(50)와 전극조립체(10)의 양극(13)의 사이를 절연하도록 음극 버스바(50)와 양극(13) 사이에 설치되어 음극 버스바(50)와 양극 사이가 합선되는 것을 방지할 수 있다.
이하 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조 방법에 대해서 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체의 제조 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전극조립체 제조 방법은 적층 단계(S1), 음극 용접 단계(S2) 및 양극 용접 단계(S3)를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체의 제조 방법에서 적층 단계를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 적층 단계(S1)는 전극과 분리막을 교대로 적층하여 단일 전극 적층체를 형성할 수 있다. 이때, 음극(11)은 일측단에서 양극(13)과 분리막(15)보다 길이가 더 긴 부분인 음극 연장부(50a)를 포함할 수 있다. 그리고 양극(13)은 타측단에서 음극(11)과 분리막(15)보다 길이가 더 긴 부분인 양극 연장부(40a)를 포함할 수 있다.
그리고 적층 단계(S1)에서 일측단에 양극 탭부(30)가 형성되어 있는 양극(13), 분리막(15) 및 일측단에 음극 연장부(50a)를 포함하는 음극(11)을 순차로 적층할 수 있다.
더불어, 적층 단계(S1)는 타측단에 음극 탭부(20)가 형성되어 있는 음극(11), 분리막(15) 및 타측단에 양극 연장부(40a)를 포함하는 양극(13)을 순차로 적층시킬 수 있다.
이는 결과적으로, 적층 단계에서,
일측단에 양극 탭부(30)가 형성되어 있고 타측단에는 양극 연장부(40a)를 포함하는 양극(13) / 분리막(15) / 일측단에 음극 연장부(50a)를 포함하고 타측단에는 음극 탭부(20)가 형성되어 있는 음극(11)을 순차로 적층하는 것을 의미할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체의 제조 방법에서 음극 및 양극의 용접 단계를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 음극 용접 단계(S2)는 복수의 음극(11)에 포함되는 복수의 음극 연장부(50a)들을 서로 용접할 수 있다. 한편, 음극 연장부(50a)들을 서로 용접할 시 음극 연장부(50a)들에서 양극 탭부(30)와 이격되는 부분을 용접할 수 있다.
양극 용접 단계(S3)는 복수의 양극(13)에 포함되는 복수의 양극 연장부(40a)들을 서로 용접할 수 있다. 한편, 양극 연장부(40a)들을 서로 용접할 시 양극 연장부(40a)들에서 음극 탭부(20)와 이격되는 부분을 용접할 수 있다.
이와 같이 음극 연장부(50a)들에서 양극 탭부(30)와 이격되는 부분을 용접하고 양극 연장부(40a)들에서 음극 탭부(20)와 이격되는 부분을 용접한 후 용접되지 않은 부분을 후술할 음극 절단 단계와 양극 절단 단계에서 절단하면 합선의 위험을 차단할 수 있다. 즉 음극 절단 단계와 양극 절단 단계에서 절단하고 남은 음극 연장부(50a)들과 양극 연장부(40a)들의 용접된 부분은 각각 양극 탭부(30)와 음극 탭부(20)와 이격되어 접촉하지 않기 때문에 합선의 위험성이 제거될 수 있다.
음극 용접 단계(S2)와 양극 용접 단계(S3)에서 음극 연장부(50a) 및 양극 연장부(40a)의 용접은 각각 초음파 용접 또는 열용접으로 용접할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극조립체의 제조 방법에서 절단 단계를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극조립체 제조 방법은 음극 연장부(50a)들에서 서로 용접되지 않는 부위를 절단하는 음극 절단 단계를 더 포함할 수 있다. 그리고 양극 연장부(40a)들에서 서로 용접되지 않은 부위를 절단하는 양극 절단 단계를 더 포함할 수 있다. 이렇게 용접되지 않은 음극 연장부(50a)들과 양극 연장부(40a)들을 절단함에 따라 음극 연장부(50a)들과 양극 탭부(30)와의 합선 및 양극 연장부(40a)들과 음극 탭부(20)와의 합선 가능성을 제거할 수 있다.
용접되지 않는 부분으로서 잘려 나가는 부분은 전극 탭(20, 30)과 나란한 방향을 기준으로 전극 연장부(40a, 50a)의 단부들일 수도 있고, 전극 탭(20, 30)을 향하는 방향을 기준으로 전극 연장부(40a, 50a)의 단부들일 수도 있다.
양극 절단 단계에서 절단되지 않은 서로 용접된 양극 연장부(40a)들은 양극 버스바(40)를 형성할 수 있다. 그리고 음극 절단 단계에서 절단되지 않은 서로 용접된 음극 연장부(50a)들은 음극 버스바(50)를 형성할 수 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 음극 버스바(50)와 전극 적층체의 양극(13)의 사이에 절연부재(60)를 설치하여 합선을 방지하는 제1 절연부재 설치단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 양극 버스바(40)와 전극 적층체의 음극(11)의 사이에 절연부재(60)를 설치하여 합선을 방지하는 제2 절연부재 설치단계를 더 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 1, 도 2 및 도 7를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 복수 개의 음극(11)과 양극(13)이 교차되게 반복적으로 적층되고, 복수 개의 음극(11)과 양극(13) 사이에 분리막(15)이 적층되는 단일 전극조립체(10)를 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 전극조립체(10)의 일단에 복수 개의 상기 음극(11)으로부터 연장되어 형성된 음극 탭부(20), 상기 전극조립체(10)의 일단에 상기 음극 탭부(20)와 이격되고, 상기 복수 개의 양극(13)을 서로 전기적으로 연결하는 양극 버스바(40), 상기 전극조립체(10)에서 상기 일단의 반대측에 위치한 타단에 복수 개의 상기 양극(13)으로부터 연장되어 형성된 양극 탭부(30) 및 상기 전극조립체(10)의 타단에 상기 양극 탭부(30)와 이격되고, 상기 복수 개의 음극(11)을 서로 전기적으로 연결하는 음극 버스바(50)를 포함한다.
전극조립체(10)는 전해액과 함께 캔부재 또는 파우치 등과 같은 케이스(3)에 수용될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 전극조립체 내부에 전자이동경로를 확보하여 전류밀도의 편차를 극소화하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전극조립체 내부에 전자이동경로를 확보하여 출력개선의 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법을 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 실시가 가능하다.

Claims (18)

  1. 복수 개의 음극(11)과 양극(13)이 교차되게 반복적으로 적층되고, 복수 개의 음극(11)과 양극(13) 사이에 분리막(15)이 적층되는 단일 전극조립체(10)에 있어서,
    상기 전극조립체(10)의 일단에 복수 개의 상기 음극(11)으로부터 연장되어 형성된 음극 탭부(20);
    상기 전극조립체(10)의 일단에 상기 음극 탭부(20)와 이격되고, 상기 복수 개의 양극(13)을 서로 전기적으로 연결하는 양극 버스바(40);
    상기 전극조립체(10)에서 상기 일단의 반대측에 위치한 타단에 복수 개의 상기 양극(13)으로부터 연장되어 형성된 양극 탭부(30); 및
    상기 전극조립체(10)의 타단에 상기 양극 탭부(30)와 이격되고, 상기 복수 개의 음극(11)을 서로 전기적으로 연결하는 음극 버스바(50); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극 버스바(40)와 상기 음극 버스바(50)는 상기 전극조립체(10)의 중앙부(C)를 중심으로 서로 대칭되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극 버스바(40)와 상기 음극 버스바(50)는 각각 복수 개로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극 버스바(40)는 상기 양극(13)으로부터 연장된 전극 집전체로 형성되고, 상기 음극 버스바(50)는 상기 음극(11)으로부터 연장된 전극 집전체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 양극 버스바(40)와 상기 전극조립체(10)의 음극(11)의 사이를 절연하도록 상기 양극 버스바(40)와 상기 음극(11) 사이에 설치되거나, 또는 상기 음극 버스바(50)와 상기 전극조립체(10)의 양극(13)의 사이를 절연하도록 상기 음극 버스바(50)와 상기 양극(13) 사이에 설치되는 절연부재(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 전극과 분리막을 교대로 적층하여 전극 적층체를 형성하되, 일측단에서 양극(13)과 분리막(15)보다 길이가 더 긴 부분인 음극 연장부(50a)를 포함하는 음극(11) 및 타측단에서 음극(11)과 분리막(15)보다 길이가 더 긴 부분인 양극 연장부(40a)를 포함하는 양극(13)을 이용하여 전극 적층체를 형성하는 적층 단계(S1);
    복수의 상기 음극(11)에 포함되는 복수의 상기 음극 연장부(50a)들을 서로 용접하는 음극 용접 단계(S2); 및
    복수의 상기 양극(13)에 포함되는 복수의 상기 양극 연장부(40a)들을 서로 용접하는 양극 용접 단계(S3); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 적층 단계(S1)는,
    일측단에 양극 탭부(30)가 형성되어 있는 양극(13), 분리막(15) 및 일측단에 음극 연장부(50a)를 포함하는 음극(11)을 순차로 적층하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 음극 용접 단계(S2)에서 상기 음극 연장부(50a)들을 서로 용접할 시 상기 음극 연장부(50a)들에서 상기 양극 탭부(30)와 이격되는 부분을 용접하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 적층 단계(S1)는,
    타측단에 음극 탭부(20)가 형성되어 있는 음극(11), 분리막(15) 및 타측단에 양극 연장부(50a)를 포함하는 양극(13)을 순차로 적층하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 양극 용접 단계(S3)에서 상기 양극 연장부(40a)들을 서로 용접할 시 상기 양극 연장부(40a)들에서 상기 음극 탭부(20)와 이격되는 부분을 용접하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 음극 용접 단계(S2)와 상기 양극 용접 단계(S3)에서,
    상기 음극 연장부(50a) 및 상기 양극 연장부(40a)의 용접은 각각 초음파용접 또는 열용접으로 용접하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  12. 청구항 6에 있어서,
    상기 음극 연장부(50a)들에서 서로 용접되지 않은 부위를 절단하는 음극 절단 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 음극 절단 단계에서 절단되지 않은 서로 용접된 상기 음극 연장부(50a)들은 음극 버스바(50)를 형성하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 음극 버스바(50)와 상기 전극 적층체의 양극(13)의 사이를 절연하도록 절연부재(60)를 설치하는 제1 절연부재 설치단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  15. 청구항 6에 있어서,
    상기 양극 연장부(40a)들에서 서로 용접되지 않은 부위를 절단하는 양극 절단 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 양극 절단 단계에서 절단되지 않은 서로 용접된 상기 양극 연장부(40a)들은 양극 버스바(40)를 형성하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 양극 버스바(40)와 상기 전극 적층체의 음극(11)의 사이를 절연하도록 절연부재(60)를 설치하는 제2 절연부재 설치단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  18. 복수 개의 음극(11)과 양극(13)이 교차되게 반복적으로 적층되고, 복수 개의 음극(11)과 양극(13) 사이에 분리막(15)이 적층되는 단일 전극조립체(10)를 포함하는 이차전지(1)에 있어서,
    상기 전극조립체(10)의 일단에 복수 개의 상기 음극(11)으로부터 연장되어 형성된 음극 탭부(20);
    상기 전극조립체(10)의 일단에 상기 음극 탭부(20)와 이격되고, 상기 복수 개의 양극(13)을 서로 전기적으로 연결하는 양극 버스바(40);
    상기 전극조립체(10)에서 상기 일단의 반대측에 위치한 타단에 복수 개의 상기 양극(13)으로부터 연장되어 형성된 양극 탭부(30); 및
    상기 전극조립체(10)의 타단에 상기 양극 탭부(30)와 이격되고, 상기 복수 개의 음극(11)을 서로 전기적으로 연결하는 음극 버스바(50); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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