WO2021210766A1 - 이차 전지용 전극 - Google Patents

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조주현
김원년
정수택
권순관
이병규
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode for a secondary battery, and more particularly, to an electrode for a secondary battery that improves the rigidity of an end of an electrode current collector to which an electrode tab is attached.
  • secondary batteries are of great interest not only as mobile devices such as mobile phones, digital cameras, notebooks, and wearable devices, but also as energy sources for power devices such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles.
  • the secondary battery may be formed by inserting an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator into a case and then sealing the electrode assembly.
  • a positive electrode or a negative electrode (hereinafter referred to as "electrode plate”) is formed by coating an active material slurry to a predetermined thickness on a positive conductive current collector or a negative conductive current collector, respectively, and a separator is interposed between the positive conductive current collector and the negative conductive current collector
  • An electrode assembly may be formed by winding a jelly roll a plurality of times or stacking it in a plurality of layers to make it possible.
  • the electrode plate may be formed of an active material layer coated with an active material slurry and an uncoated area.
  • the active material layer may include a rolling process to increase adhesion to the electrode current collector and increase the active material capacity density. After drying, the rolled electrode plate may be cut into a predetermined size by passing through a cutter having a predetermined width.
  • an insulating member was coated on the uncoated portion of each electrode plate to solve a problem that a positive electrode current collector and a negative electrode and/or a negative current collector and a positive electrode contact each other and cause a short circuit due to the shrinkage of the separator at high temperature. .
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an enlarged part of a conventional electrode.
  • 2 and 3 are cross-sectional views taken along the cutting line A-A' of FIG. 1 .
  • 3 is a view showing a structure in which a part of the electrode of FIG. 2 is folded or bent. It is a diagram showing a structure in which a part of an electrode is bent in a cross-sectional view.
  • the electrode 1 includes an active material layer 20 coated with an active material on a current collector 10 , and an end of the active material layer 20 on the current collector 10 and An insulating layer 30 coated with an insulating material on a corresponding boundary may be included.
  • the insulating layer 30 may be positioned adjacent to the interface where the end of the active material layer 20 is located, and the insulating layer 30 overlaps the end of the active material layer 20 depending on the type of the insulating coating solution. It can be positioned so that it occurs.
  • the exposed area on which the active material layer 20 and the insulating layer 30 are not coated on the current collector 10 is adjacent to the end of the current collector. may be formed, and the exposed area may be folded or bent when the electrode 1 passes through the traveling roller as the subsequent process proceeds.
  • the active material layer 20 and the insulating layer 30 on the current collector 10 the exposed area is not coated, an electrode tab (not shown) may be attached through a method such as welding according to a later process, In the subsequent process, the electrode tab attached to the exposed area, which is folded or bent when passing through the traveling roller, is more likely to be easily folded or disconnected, thereby increasing the defect rate and lowering productivity.
  • An object of the present invention is to provide an electrode for a secondary battery that improves the rigidity of an electrode current collector portion to which an electrode tab is attached.
  • An electrode for a secondary battery includes: an electrode current collector including a first region and a second region partitioned by a first boundary, wherein at least a portion of the second region is exposed; a first coating layer positioned on the first region of the electrode current collector and including an active material; and a second coating layer positioned in the second region of the electrode current collector but including an insulating material, wherein the second coating layer includes a first line portion, wherein the first line portion is positioned to correspond to the first boundary ,
  • the second coating layer further includes at least one second line portion having a predetermined pattern, wherein the second line portion is spaced apart from the first line portion by a predetermined interval while corresponding to the first boundary.
  • the first boundary may correspond to one end of the electrode current collector and one end of the first coating layer spaced apart by a predetermined distance.
  • first line part and the at least one or more second line parts may be spaced apart from each other at the same distance.
  • the at least one second line portion may have the same pattern as the first line portion.
  • the at least one second line portion may have a different pattern from that of the first line portion, and a line connecting one end and the other end of the second line portion may be parallel to the second boundary.
  • an electrode tab may be attached to at least a partial region of the second region.
  • an electrode tab may be attached to a region exposed between the first line part and the at least two second line parts.
  • the second coating layer may have a height equal to or smaller than that of the first coating layer.
  • the second coating layer may further include at least one or more third line portions, and the at least one or more third line portions may be spaced apart from each other by a predetermined interval while corresponding to a second boundary perpendicular to the first boundary.
  • the at least one or more third line parts may be spaced apart from each other at the same distance.
  • the at least one or more third line portions may have the same pattern as the first line portion.
  • the at least one third line portion may have a different pattern from the first line portion, and a line connecting one end and the other end of the third line portion may be parallel to the second boundary.
  • the at least one or more second line portions and the at least one or more third line portions may have different thicknesses.
  • the rigidity of the exposed region of the electrode current collector may be increased by the pattern of the insulating layer.
  • the exposed region is a portion to which the electrode tab is attached, and prevents disconnection due to bending or folding of the electrode tab during the electrode manufacturing process, thereby reducing the defect rate and increasing productivity.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an enlarged part of a conventional electrode.
  • FIG. 2 and 3 are cross-sectional views taken along the cutting line A-A' of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a view showing a structure in which a part of the electrode of FIG. 2 is folded or bent.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating an electrode for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the cutting line B-B' of FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a plan view illustrating an electrode for a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the cutting line C-C' of FIG. 6 .
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the cutting line D-D' of FIG. 6 .
  • planar it means when the target part is viewed from above, and "in cross-section” means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.
  • an electrode for a secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described.
  • the electrode will be described with reference to the upper surface of the upper and lower surfaces of the current collector, but the present invention is not limited thereto, and the same or similar contents may be described in the case of the lower surface.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating an electrode for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a cross-sectional view taken along the cutting line B-B' of FIG. 4 .
  • the electrode 100 for a secondary battery includes an electrode current collector 110 , an active material layer 120 , and an insulating layer 130 .
  • the electrode current collector 110 includes a first region in which the active material layer 120 is formed and a second region not covered by the active material layer 120 .
  • the active material layer 120 is formed by coating the electrode slurry on the electrode current collector 110 .
  • the insulating layer 130 may be formed in an exposed region where the active material layer 120 is not coated in the electrode current collector 110 . In this case, the insulating layer 130 may be formed by coating an insulating solution in a region where the active material layer 120 is not formed.
  • the end of the electrode 100 may be cut to a predetermined size and shape to attach an electrode tab in a subsequent process, and in particular, the insulating layer 130 on the electrode current collector 110 as shown in FIGS. 4 and 5 . ) located at the end (position indicated by A) may be cut to a predetermined size and shape.
  • the sizes and shapes shown in FIGS. 4 and 5 are merely exemplary, and other sizes and shapes suitable for attaching the electrode tabs may also be applied.
  • each configuration of the electrode 100 for a secondary battery according to an embodiment of the present application will be described in detail.
  • the electrode 100 will be described based on the case of the anode, but is not necessarily limited thereto, and the same or similar contents may be described in the case of the cathode.
  • the active material layer 120 may be formed as the electrode slurry is coated on the electrode current collector 110 .
  • the active material layer 120 may be formed as the electrode slurry is coated on one region of the electrode current collector 110 so as to have a region to which the electrode current collector 110 is exposed.
  • the active material layer 120 may be formed as the electrode slurry is coated on one of the regions partitioned by the first boundary B1 parallel to one end of the electrode current collector 110, and the electrode slurry is not coated. Silver may be a region to which the electrode current collector 110 is exposed.
  • the electrode current collector 110 may have an exposed region on which the electrode slurry is not coated, and the exposed region may include an uncoated region 115 where an electrode tab is to be formed.
  • the insulating layer 130 is a region on the electrode current collector 110 that is not coated with the electrode slurry, and may be a region in which an insulating solution is coated on a portion of the region where the electrode current collector 110 is exposed. .
  • the insulating layer 130 may be a region coated with an insulating solution adjacent to the active material layer 120 in the region where the electrode current collector 110 is exposed.
  • the insulating layer 130 includes at least two line portions 131 and 135 .
  • the first line part 131 and the second line part 135 are coated with an insulating solution along a predetermined line in a portion of the region where the electrode current collector 110 is exposed. may be a part of
  • a region in which an insulating solution is not coated with respect to a portion of the exposed region of the electrode current collector 110 may include the uncoated region 115 where the electrode tab is to be formed.
  • the first line part 131 may be disposed adjacent to one end of the active material layer 120 .
  • the first line portion 131 may be a portion formed by coating an insulating solution so as to be in contact with one end of the active material layer 120 or to be spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the second line part 135 may be disposed to be spaced apart from the first line part 131 .
  • the second line part 135 may have a structure extending parallel to the first line part 131 .
  • the first line part 131 and the second line part 135 also show a straight line part, but the present invention is not limited thereto.
  • the predetermined pattern may be a curved line, a hatched line, a dashed line, a dotted line, or the like.
  • first line part 131 and the second line part 135 may have different patterns.
  • a line connecting one end and the other end of the second line unit 135 may be parallel to the first line unit 131 .
  • the second line portion 135 may be a coated region to have the same or different thickness as the first line portion 131 .
  • first line portion 131 and the second line portion 135 included in the insulating layer 130 may be coated regions to have the same or smaller height compared to the active material layer 120 , respectively.
  • the first line portion 131 and the second line portion 135 included in the insulating layer 130 may have the same height, but may be a coated region to have a height equal to or smaller than that of the active material layer 120 . .
  • the insulating layer 130 has a greater height than the active material layer 120 , the insulating layer 130 or a portion where the insulating layer 130 and the active material layer 120 overlap may protrude, thereby affecting the final cell appearance.
  • the exposed area on which the electrode slurry is not coated may be bent or folded.
  • the electrode 100 as the insulating layer 130 further includes the second line portion 135 as well as the first line portion 131 closest to the active material layer 120 , the electrode In the current collector 110 , the rigidity of the exposed region on which the electrode slurry is not coated may be increased. Accordingly, the exposed area on which the electrode slurry is not coated in the electrode current collector 110 may not be easily bent or folded.
  • the area of the uncoated area 115 may be reduced compared to the conventional electrode, so that the electrode is placed on the uncoated area 115 included in the exposed area on which the electrode slurry is not coated in the electrode current collector 110 . Even if the tab is formed, it may not be bent or folded easily. That is, through this, the electrode 100 according to an embodiment of the present invention is expected to have a complex effect of preventing short circuit, which is the basic effect of the insulating layer 130 , and preventing disconnection, improving battery life and increasing productivity. can be
  • the insulating solution coated on the insulating layer 130 is a non-conductive material, and the insulating layer 130 may be formed by coating and drying the insulating solution.
  • the insulating liquid is not particularly limited as long as it is a non-conductive material without causing a chemical change in the secondary battery using the electrode according to the present embodiment.
  • the first line part 131 and the second line part 135 may include a non-conductive material, but may include the same or different non-conductive material.
  • the viscosity of the insulating solution may be adjusted in order to reduce the degree to which the insulating solution and the materials forming the electrode slurry are mixed by diffusion.
  • the first line part 131 and the second line part 135 may be coated with an insulating liquid having the same viscosity.
  • the first line portion 131 may be positioned adjacent to the active material layer 120 coated with the electrode slurry, so that the viscosity may be adjusted to be high, whereas the second line portion 135 may have a low viscosity.
  • the insulating layer 130 may prevent the electrode current collector 110 and an electrode having a different polarity from contacting with the electrode having a different polarity to cause a short circuit due to the contraction of the separator that occurs when the secondary battery is used at a high temperature.
  • the insulating layer 130 may increase the stability of the battery cell by preventing the short circuit as described above.
  • the electrode manufacturing method includes the steps of forming the active material layer 120 by coating the electrode slurry on the electrode current collector 110 while rolling the electrode current collector 110 .
  • the method may include forming the insulating layer 130 by coating an insulating solution on an exposed region where the electrode slurry is not coated on the electrode current collector 110 .
  • the forming of the insulating layer 130 may be performed after the electrode slurry of the active material layer 120 is completely dried.
  • forming the insulating layer 130 may include drying the insulating liquid.
  • FIG. 6 is a plan view illustrating an electrode for a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • 7 is a cross-sectional view taken along the cutting line C-C' of FIG. 6 .
  • 8 is a cross-sectional view taken along the cutting line D-D' of FIG. 6 .
  • FIGS. 4 and 5 since there are some overlapping contents with those described in FIGS. 4 and 5 , different features will be mainly described in detail.
  • the electrode 200 for a secondary battery includes an electrode current collector 210 , an active material layer 220 , and an insulating layer 230 .
  • the electrode current collector 210 and the active material layer 220 are the same as those described above, and will be omitted below.
  • a region in which an insulating solution is not coated with respect to a portion of the exposed region of the electrode current collector 210 may include the uncoated region 215 where the electrode tab is to be formed.
  • the uncoated region 215 may be an exposed region of the electrode current collector 210 deviated from an end of the insulating layer 230 positioned in a direction away from the active material layer 220 .
  • the insulating layer 130 may include at least one line portion, but may be a region in which an insulating solution is coated to have a predetermined pattern on some of the exposed regions of the electrode current collector 110 .
  • the insulating layer 230 includes at least two line portions, and the line portions may include a first line portion 231 and a second line portion 235 , and additionally a third line portion 239 . ) may be included.
  • the descriptions of the first line part 231 and the second line part 235 are the same as those described above, and will be omitted below.
  • the third line part 239 may include at least one line part extending in a direction crossing the first line part 231 and/or the second line part 235 .
  • the third line part 239 may include at least two or more line parts extending in a direction crossing the first line part 231 and/or the second line part 235 , and the at least two or more line parts may have a predetermined predetermined value. may be spaced apart from each other at intervals.
  • the third line part 239 may have the same pattern as the first line part 231 or the second line part 235 .
  • the third line part 239 includes at least one or more line parts extending in a direction crossing the first line part 231 and/or the second line part 235 , and at least two or more line parts have a predetermined pattern.
  • the predetermined pattern may be a straight line, a curved line, a hatched line, a dashed line, a dotted line, or the like. 6 to 8, for convenience of explanation, a predetermined pattern is indicated by a straight line.
  • the first line part 231 , the second line part 235 , and the third line part 239 may form a grid pattern according to a predetermined pattern on the exposed area of the electrode current collector 210 .
  • the third line part 239 has a pattern different from that of the first line part 231 and/or the second line part 235
  • the line connecting one end and the other end of the third line part 239 is It may be perpendicular to the first line part 231 and/or the second line part 235 .
  • the third line portion 239 may be a coated region to have the same or different thickness as the first line portion 231 and/or the second line portion 235 .
  • the third line portions 239 included in the insulating layer 230 may be coated regions to have the same or smaller height than the active material layer 220 , respectively.
  • the first line portion 231 , the second line portion 235 , and the third line portion 239 included in the insulating layer 230 have the same height, but are equal to or smaller than the active material layer 220 . It may be an area coated to have a height.
  • the insulating layer 230 has a greater height than the active material layer 220 , the insulating layer 230 or a portion where the insulating layer 230 and the active material layer 220 overlap may protrude, thereby affecting the final cell appearance.
  • the exposed area on which the electrode slurry is not coated may be bent or folded.
  • the insulating solution coated on the insulating layer 230 is a non-conductive material, and the insulating layer 230 may be formed by coating and drying the insulating solution.
  • the insulating liquid is not particularly limited as long as it is a non-conductive material without causing a chemical change in the battery using the electrode according to the present embodiment.
  • the first line part 231 , the second line part 235 , and the third line part 239 may include a non-conductive material, but may include the same or different non-conductive material.
  • the viscosity of the insulating solution may be adjusted in order to reduce the degree to which the insulating solution and the materials forming the electrode slurry are mixed by diffusion.
  • first line portion 231 to the third line portion 239 may be coated with an insulating liquid having the same viscosity.
  • the first line portion 231 is positioned adjacent to the active material layer 220 coated with the electrode slurry, so that the viscosity can be adjusted to be high.
  • the second line portion 235 and the third line portion 239 can be adjusted to have a low viscosity.
  • the insulating layer 230 includes not only the first line portion 231 adjacent to the active material layer 220 , but also the second line portion 235 and the third line portion 239 .
  • the rigidity of the exposed region on which the electrode slurry is not coated in the electrode current collector 210 may be increased.
  • the insulating layer 230 is not only the first line portion 231 adjacent to the active material layer 220 , but also the second line portion 235 and the third line portion.
  • the exposed area on which the electrode slurry is not coated in the electrode current collector 210 may not be easily bent or folded.
  • the insulating layer 130 is adjacent to the active material layer 220 and the first line portion 231 as well as the second line portion 235 and the third line portion.
  • the area of the uncoated region 215 may be reduced compared to the conventional electrode, so that even if the electrode tab is formed in the exposed area where the electrode slurry is not coated in the electrode current collector 210, it is not easily bent or folded. may not be That is, through this, the electrode 200 according to an embodiment of the present application can be expected to have a combined effect of preventing short circuit, which is a basic effect of the insulating layer 230 , and preventing disconnection and increasing the lifespan of the battery. In addition, through this, the electrode 200 according to an embodiment of the present application can increase productivity by reducing defects such as disconnection that may occur in a subsequent process.
  • one of the first line part 231 and the second line part 235 may be omitted.
  • one of the first line part 231 and the second line part 235 and the third line part 239 may also form a grid pattern.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극은, 제1 영역과 제2 영역을 포함하는 전극 집전체, 상기 전극 집전체의 제1 영역 상에 위치하는 활물질층, 및 상기 전극 집전체의 제2 영역 상에 위치하는 절연층을 포함하고, 상기 절연층은 적어도 2개의 라인부를 포함한다.

Description

이차 전지용 전극
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 04월 16일자 한국 특허 출원 제10-2020-0045907호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 이차 전지용 전극에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전극 탭이 부착되는 전극 집전체 단부의 강성을 향상시키는 이차 전지용 전극에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다.
이차 전지는 양극, 음극 및 분리막으로 이루어진 전극 조립체를 케이스에 삽입한 후 밀봉되어 형성될 수 있다. 양극 또는 음극(이하 "전극판"이라 함)은 양극 도전 집전체 또는 음극 도전 집전체에 각각 활물질 슬러리를 일정한 두께로 코팅한 것이고, 상기 양극 도전 집전체와 상기 음극 도전 집전체 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 젤리롤 형태로 다수회 권취하거나 복수층으로 적층하여 전극 조립체를 형성할 수 있다.
전극판은 활물질 슬러리가 코팅된 활물질층과 코팅되지 않은 무지부로 형성될 수 있다. 상기 활물질층은 전극 집전체와 접착성이 증가되고, 활물질 용량 밀도가 증가되도록 압연 공정이 포함될 수 있다. 상기 압연된 전극판은 건조 후 일정한 폭의 커터를 통과하여 소정의 크기로 절단되어 사용될 수 있다.
종래의 이차 전지는 고온에서 분리막 수축에 의해 양극 집전체와 음극 및/또는 음극 집전체와 양극이 서로 닿아 단락을 일으키는 문제를 해결하기 위해, 각각의 전극판에서 상기 무지부에 절연 부재를 코팅하였다.
도 1은 종래의 전극의 일부를 확대하여 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 3은 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다. 도 3은 도 2의 전극의 일부가 접히거나 구부러진 구조를 나타내는 도면으로, 도 3(a)는 도 2의 단면도에서 전극의 일부가 접힌 구조를 나타내는 도면이고, 도 3(b)는 도 2의 단면도에서 전극의 일부가 구부러진 구조를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전극(1)은 집전체(10) 상에 활물질이 코팅되어 있는 활물질층(20)을 포함하고, 집전체(10) 상에 활물질층(20)의 단부와 대응되는 경계에 절연 물질이 코팅되어 있는 절연층(30)을 포함할 수 있다. 이 때, 절연층(30)은 활물질층(20)의 단부가 위치한 경계면과 인접하게 위치할 수 있고, 절연 코팅액의 종류에 따라 절연층(30)이 활물질층(20)의 단부와 중첩되는 영역이 생기도록 위치할 수 있다.
도 3을 참조하면, 도 1 및 도 2에서 설명된 전극(1)은 집전체(10) 상에 활물질층(20) 및 절연층(30)이 코팅되지 않은 노출 영역이 집전체 단부에 인접하게 형성될 수 있어, 노출 영역은 전극(1)이 후속 공정이 진행됨에 따라 주행 롤러를 통과할 때 접히거나 구부러지는 문제가 발생될 수 있다. 또한, 집전체(10) 상에 활물질층(20)이 및 절연층(30)이 코팅되지 않은 노출 영역은 추후 공정에 따라 전극 탭(미도시)이 용접 등의 방법을 통해 부착될 수 있고, 이후 공정에서 주행 롤러를 통과할 때 접히거나 구부러지는 문제가 발생된 노출 영역에 부착된 전극 탭은 쉽게 접히거나 단선될 가능성이 높아져, 불량률이 높아지고 생산성이 낮아질 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전극 탭이 부착되는 전극 집전체 부분의 강성을 향상시키는 이차 전지용 전극을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극은, 제1 경계로 구획되는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하되, 상기 제2 영역의 적어도 일부의 영역이 노출되어 있는 전극 집전체; 상기 전극 집전체의 상기 제1 영역에 위치하되 활물질을 포함하는 제1 코팅층; 및 상기 전극 집전체의 상기 제2 영역에 위치하되 절연물질을 포함하는 제2 코팅층을 포함하고, 상기 제2 코팅층은 제1 라인부를 포함하되, 상기 제1 라인부는 상기 제1 경계와 대응되도록 위치하고, 상기 제2 코팅층은 소정의 패턴을 가지는 적어도 하나 이상의 제2 라인부를 더 포함하되, 상기 제2 라인부는 상기 제1 경계와 대응되면서 상기 제1 라인부와 소정의 간격으로 이격되어 있다.
또한, 상기 제1 경계는 상기 전극 집전체의 일단부와 소정의 거리로 이격되어 있는 상기 제1 코팅층의 일단부와 대응할 수 있다.
또한, 상기 제1 라인부 및 상기 적어도 하나 이상의 제2 라인부는 서로 동일한 간격으로 이격되어 있을 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 제2 라인부는 상기 제1 라인부와 동일한 패턴을 가질 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 제2 라인부는 상기 제1 라인부와 상이한 패턴을 가지되, 상기 제2 라인부의 일단 및 타단을 연결한 선이 상기 제2 경계와 평행할 수 있다.
또한, 상기 제2 영역 중 적어도 일부 영역에 전극 탭이 부착될 수 있다.
또한, 상기 제1 라인부 및 상기 적어도 둘 이상의 제2 라인부 사이에 노출되어 있는 영역에 전극 탭이 부착될 수 있다.
또한, 상기 제2 코팅층은 상기 제1 코팅층의 높이보다 같거나 작은 높이를 가질 수 있다.
또한, 상기 제2 코팅층은 적어도 하나 이상의 제3 라인부를 더 포함하고, 상기 적어도 하나 이상의 제3 라인부는 상기 제1 경계와 수직인 제2 경계와 대응하면서 소정의 간격으로 이격되어 있을 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 제3 라인부는 서로 동일한 간격으로 이격되어 있을 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 제3 라인부는 상기 제1 라인부와 동일한 패턴을 가질 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 제3 라인부는 상기 제1 라인부와 상이한 패턴을 가지되, 상기 제3 라인부의 일단 및 타단을 연결한 선이 상기 제2 경계와 평행할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 제2 라인부와 상기 적어도 하나 이상의 제3 라인부가 서로 상이한 두께를 가질 수 있다.
실시예들에 따르면, 전극 집전체에서 활물질이 코팅되지 않은 노출 영역에 소정의 패턴을 가진 절연층이 코팅됨으로써, 절연층이 갖는 패턴에 의해 전극 집전체의 노출 영역의 강성이 증가될 수 있다. 상기 노출 영역은 전극 탭이 부착되는 부분이고, 전극 제조 공정 중에 전극 탭이 구부러지거나 접히는 것으로 인한 단선을 방지하여 불량률이 낮아지고 생산성이 높아질 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전극의 일부를 확대하여 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 2의 전극의 일부가 접히거나 구부러진 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극을 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극을 나타내는 평면도이다.
도 7는 도 6의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면도이다.
도 8은 도 6의 절단선 D-D’를 따라 자른 단면도이다.
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. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극에 대해 설명하고자 한다. 다만, 여기서 전극은 집전체의 상하면 중 상면을 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 하면인 경우에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극을 나타내는 평면도이다. 도 5는 도 4의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 이차 전지용 전극(100)은 전극 집전체(110), 활물질층(120), 및 절연층(130)을 포함한다. 전극 집전체(110)는 활물질층(120)이 형성된 제1 영역과, 활물질층(120)으로 덮이지 않은 제2 영역을 포함한다. 활물질층(120)은 전극 집전체(110) 상에 전극 슬러리를 코팅함에 따라 형성된다. 절연층(130)은 전극 집전체(110)에서 활물질층(120)이 코팅되지 않은 노출 영역에 형성될 수 있다. 이때, 절연층(130)은 활물질층(120)이 형성되지 않은 영역에 절연액을 코팅하여 형성될 수 있다.
전극(100)의 단부는 후속 공정에서 전극 탭을 부착하기 위해 소정의 크기 및 형상 등으로 절삭될 수 있고, 특히 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 전극 집전체(110) 상에서 절연층(130)이 위치한 단부(A로 표시된 위치)가 소정의 크기 및 형상 등으로 절삭될 수 있다. 다만, 도 4 및 도 5에서 나타난 크기 및 형상은 예시적인 것에 불과하며, 전극 탭을 부착하기에 적합한 다른 크기 및 형상 등도 적용될 수 있다.
이하에서는 본 출원의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극(100)의 각 구성에 대해 상세히 설명하고자 한다. 다만, 여기서 전극(100)은 양극인 경우를 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 음극인 경우에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 활물질층(120)은 전극 집전체(110) 상에서 전극 슬러리가 코팅됨에 따라 형성될 수 있다. 활물질층(120)은 전극 집전체(110)가 노출되는 영역을 가지도록 전극 집전체(110)의 일 영역 상에서 전극 슬러리가 코팅됨에 따라 형성될 수 있다. 활물질층(120)은 전극 집전체(110)에서 일 단부와 평행한 제1 경계(B1)로 구획되는 영역 중 일 영역 상에서 전극 슬러리가 코팅됨에 따라 형성될 수 있고, 전극 슬러리가 코팅되지 않은 영역은 전극 집전체(110)가 노출되는 영역일 수 있다. 전극 집전체(110)는 전극 슬러리가 코팅되지 않은 노출 영역을 가지되, 노출 영역은 전극 탭이 형성될 부위인 무지부(115)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 절연층(130)은 전극 집전체(110) 상에서 전극 슬러리가 코팅되지 않은 영역으로써, 전극 집전체(110)가 노출된 영역 중 일부에 대해 절연액이 코팅된 영역일 수 있다. 또한, 절연층(130)은 전극 집전체(110)가 노출된 영역에서 활물질층(120)과 인접한 위치에 절연액이 코팅된 영역일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 절연층(130)은 적어도 2개의 라인부(131, 135)를 포함한다. 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 라인부(131)와 제2 라인부(135)는 전극 집전체(110)가 노출된 영역 중 일부에 대해 절연액이 소정의 라인을 따라 코팅된 부분일 수 있다. 또한, 전극 집전체(110)의 노출된 영역 중 일부에 대해 절연액이 코팅되지 않은 영역은 전극 탭이 형성될 부위인 무지부(115)를 포함할 수 있다.
제1 라인부(131)는 활물질층(120)의 일단부와 인접하여 배치될 수 있다. 이때, 제1 라인부(131)는 활물질층(120)의 일단부와 접촉하거나 소정 거리 이격되어 배치되도록 절연액이 코팅되어 형성된 부분일 수 있다.
제2 라인부(135)는 제1 라인부(131)로부터 이격되어 배치될 수 있다. 제2 라인부(135)는 제1 라인부(131)와 평행하게 뻗는 구조를 가질 수 있다. 도 4 및 도 5에서 설명하는 실시예에서 제1 라인부(131)와 제2 라인부(135)는 직선 형태의 라인부도 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 제1, 2 라인부(131, 135)는 소정의 패턴을 가질 수 있다. 일 예로, 소정의 패턴은 곡선, 빗금, 대시선, 점선 등일 수 있다.
변형 실시예로, 제1 라인부(131)와 제2 라인부(135)는 서로 상이한 패턴을 가질 수 있다. 이때, 제2 라인부(135)의 일단 및 타단을 연결한 선은 제1 라인부(131)와 평행할 수 있다. 또한, 제2 라인부(135)는 제1 라인부(131)와 동일하거나 상이한 두께를 가지도록 코팅된 영역일 수 있다.
또한, 절연층(130)에 포함되는 제1 라인부(131) 및 제2 라인부(135)는 각각 활물질층(120) 대비하여 동일하거나 작은 높이를 가지도록 코팅된 영역일 수 있다. 절연층(130)에 포함되는 제1 라인부(131) 및 제2 라인부(135)는 동일한 높이를 가지되, 활물질층(120)과 동일하거나 이보다 작은 높이를 가지도록 코팅된 영역일 수 있다. 절연층(130)이 활물질층(120)에 비해 큰 높이를 가지게 되면 절연층(130) 또는 절연층(130)과 활물질층(120)이 중첩된 부분이 돌출될 수 있어, 최종 셀 외관에 영향을 미칠 수 있고, 전극 집전체(110)에서 전극 슬러리가 코팅되지 않은 노출 영역이 구부러지거나 접히는 문제가 발생될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 전극(100)은 절연층(130)이 활물질층(120)과 최인접한 제1 라인부(131) 뿐만 아니라, 제2 라인부(135)를 더 포함함에 따라, 전극 집전체(110)에서 전극 슬러리가 코팅되지 않은 노출 영역의 강성이 높아질 수 있다. 따라서, 전극 집전체(110)에서 전극 슬러리가 코팅되지 않은 노출 영역이 쉽게 구부러지거나 접히지 않을 수 있다. 또한, 본 실시예에 따르면, 종래의 전극에 비해 무지부(115)의 영역이 줄어들 수 있어, 전극 집전체(110)에서 전극 슬러리가 코팅되지 않은 노출 영역에 포함된 무지부(115)에 전극 탭이 형성되더라도 쉽게 구부러지거나 접히지 않을 수 있다. 즉, 이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극(100)은 절연층(130)이 가지는 기본적인 효과인 단락 방지와 함께 단선을 방지하고 전지의 수명 향상과 더불어 생산성을 높이는 복합적인 효과가 기대될 수 있다.
절연층(130)에 코팅되는 절연액은 비전도 물질이고, 절연층(130)은 절연액이 코팅 및 건조되어 형성될 수 있다. 다만, 상기 절연액은 본 실시예에 따른 전극을 사용한 이차 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 비전도 물질이라면 특별히 제한되지 않는다. 일 예로, 제1 라인부(131) 및 제2 라인부(135)는 비전도 물질을 포함하되, 서로 동일하거나 상이한 비전도 물질을 포함할 수 있다. 또한, 절연액과 전극 슬러리를 형성하는 물질들이 확산에 의해 혼합되는 정도를 줄이기 위해 절연액의 점도가 조절될 수 있다. 일 예로, 제1 라인부(131) 및 제2 라인부(135)는 동일한 점도의 절연액으로 코팅된 것일 수 있다. 또한, 제1 라인부(131)는 전극 슬러리로 코팅된 활물질층(120)과 인접하게 위치하여 점도가 높게 조절될 수 있고, 이에 비해 제2 라인부(135)는 점도가 낮게 조절될 수 있다. 또한, 절연층(130)은 이차 전지가 고온에서 사용됨에 따라 발생되는 분리막 수축에 의해 전극 집전체(110)와 다른 극성을 갖는 전극이 닿아 단락을 일으키는 것을 방지할 수 있다. 또한, 절연층(130)은 위와 같은 단락 방지를 통해 전지셀의 안정성을 높일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 제조 방법을 설명하고자 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 제조 방법은 전극 집전체(110)를 롤링하면서, 전극 집전체(110)에 전극 슬러리를 코팅하여 활물질층(120)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 활물질층(120)을 형성하는 단계는 전극 슬러리가 건조되는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 전극 집전체(110)에서 전극 슬러리가 코팅되지 않은 노출 영역에 절연액을 코팅하여 절연층(130)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 절연층(130)을 형성하는 단계는 활물질층(120)의 전극 슬러리가 완전히 건조된 후에 진행될 수 있다. 또한, 절연층(130)을 형성하는 단계는 절연액이 건조되는 단계를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극을 나타내는 평면도이다. 도 7은 도 6의 절단선 C-C’를 따라 자른 단면도이다. 도 8은 도 6의 절단선 D-D’를 따라 자른 단면도이다. 다만, 도 4 및 도 5에서 설명한 것과 일부 중복되는 내용이 있어, 상이한 특징을 위주로 상세히 설명하고자 한다.
본 실시예에 따른 이차 전지용 전극(200)은 전극 집전체(210), 활물질층(220), 및 절연층(230)을 포함한다. 전극 집전체(210) 및 활물질층(220)의 경우에는 상술한 내용과 동일한 바, 이하에서는 생략하고자 한다. 또한, 전극 집전체(210)의 노출된 영역 중 일부에 대해 절연액이 코팅되지 않은 영역은 전극 탭이 형성될 부위인 무지부(215)를 포함할 수 있다. 무지부(215)는 활물질층(220)으로부터 멀어지는 방향으로 위치하는 절연층(230) 단부로부터 벗어나는 전극 집전체(210) 노출 영역일 수 있다.
또한, 절연층(130)은 적어도 하나 이상의 라인부를 포함하되, 전극 집전체(110)의 노출된 영역 중 일부에 대해 절연액이 소정의 패턴을 가지도록 코팅된 영역일 수 있다.
본 실시예에 따른 절연층(230)은 적어도 2개의 라인부를 포함하되, 상기 라인부는 제1 라인부(231), 제2 라인부(235)를 포함할 수 있고, 추가적으로 제3 라인부(239)를 포함할 수 있다. 제1 라인부(231) 및 제2 라인부(235)에 대한 설명은 상술한 내용과 동일한 바, 이하에서는 생략하고자 한다.
제3 라인부(239)는 제1 라인부(231) 및/또는 제2 라인부(235)에 교차하는 방향으로 연장되는 적어도 하나 이상의 라인부를 포함할 수 있다. 제3 라인부(239)는 제1 라인부(231) 및/또는 제2 라인부(235)에 교차하는 방향으로 연장되는 적어도 둘 이상의 라인부를 포함할 수 있고, 상기 적어도 둘 이상의 라인부는 소정의 간격으로 서로 이격될 수 있다. 제3 라인부(239)는 제1 라인부(231) 또는 제2 라인부(235)와 동일한 패턴을 가질 수 있다.
또한, 제3 라인부(239)는 제1 라인부(231) 및/또는 제2 라인부(235)에 교차하는 방향으로 연장되는 적어도 하나 이상의 라인부를 포함하되, 적어도 둘 이상의 라인부는 소정의 패턴을 가질 수 있다. 일 예로, 소정의 패턴은 직선, 곡선, 빗금, 대시선, 점선 등일 수 있다. 도 6 내지 도 8에서는 설명의 편의상, 소정의 패턴을 직선으로 표시하였다. 일 예로, 제1 라인부(231), 제2 라인부(235) 및 제3 라인부(239)는 전극 집전체(210)의 노출 영역 상에서 소정의 패턴에 따라 격자 무늬를 형성할 수 있다. 또한, 제3 라인부(239)가 제1 라인부(231) 및/또는 제2 라인부(235)와 상이한 패턴을 가지는 경우, 제3 라인부(239)의 일단 및 타단을 연결한 선은 제1 라인부(231) 및/또는 제2 라인부(235)와 수직할 수 있다. 또한, 제3 라인부(239)는 제1 라인부(231) 및/또는 제2 라인부(235)와 동일하거나 상이한 두께를 가지도록 코팅된 영역일 수 있다.
또한, 절연층(230)에 포함되는 제3 라인부(239)는 각각 활물질층(220)에 비해 동일하거나 작은 높이를 가지도록 코팅된 영역일 수 있다. 절연층(230)에 포함되는 제1 라인부(231), 제2 라인부(235), 및 제3 라인부(239)는 동일한 높이를 가지되, 상기 활물질층(220)에 비해 동일하거나 작은 높이를 가지도록 코팅된 영역일 수 있다. 절연층(230)이 활물질층(220)에 비해 큰 높이를 가지게 되면 절연층(230) 또는 절연층(230)과 활물질층(220)이 중첩된 부분이 돌출될 수 있어, 최종 셀 외관에 영향을 미칠 수 있고, 전극 집전체에서 전극 슬러리가 코팅되지 않은 노출 영역이 구부러지거나 접히는 문제가 발생될 수 있다.
또한, 절연층(230)에 코팅되는 절연액은 비전도 물질이고, 절연층(230)은 절연액이 코팅 및 건조되어 형성될 수 있다. 다만, 상기 절연액은 본 실시예에 따른 전극을 사용한 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 비전도 물질이라면 특별히 제한되지 않는다. 일 예로, 제1 라인부(231), 제2 라인부(235) 및 제3 라인부(239)는 비전도 물질을 포함하되, 서로 동일하거나 서로 상이한 비전도 물질을 포함할 수 있다. 또한, 절연액과 전극 슬러리를 형성하는 물질들이 확산에 의해 혼합되는 정도를 줄이기 위해 절연액의 점도가 조절될 수 있다. 일 예로, 제1 라인부(231) 내지 제3 라인부(239)는 동일한 점도의 절연액으로 코팅된 것일 수 있다. 또한, 제1 라인부(231)는 전극 슬러리로 코팅된 활물질층(220)과 인접하게 위치하여 점도가 높게 조절될 수 있고, 이에 비해 제2 라인부(235) 및 제3 라인부(239)는 점도가 낮게 조절될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 전극(200)은 절연층(230)이 활물질층(220)과 인접한 제1 라인부(231) 뿐 아니라, 제2 라인부(235) 및 제3 라인부(239)를 더 포함함에 따라, 전극 집전체(210)에서 전극 슬러리가 코팅되지 않은 노출 영역의 강성이 높아질 수 있다. 또한, 본 출원의 일 실시 예에 따른 전극(200)은 절연층(230)이 활물질층(220)과 인접한 제1 라인부(231) 뿐 아니라, 제2 라인부(235) 및 제3 라인부(239)를 더 포함함에 따라, 전극 집전체(210)에서 전극 슬러리가 코팅되지 않은 노출 영역이 쉽게 구부러지거나 접히지 않을 수 있다. 또한, 본 출원의 일 실시 예에 따른 전극(200)은 절연층(130)이 활물질층(220)과 인접한 제1 라인부(231) 뿐 아니라, 제2 라인부(235) 및 제3 라인부(239)를 더 포함함에 따라 종래의 전극에 비해 무지부(215)의 영역이 줄어들 수 있어, 전극 집전체(210)에서 전극 슬러리가 코팅되지 않은 노출 영역에 전극 탭이 형성되더라도 쉽게 구부러지거나 접히지 않을 수 있다. 즉, 이를 통해, 본 출원의 일 실시 예에 따른 전극(200)은 절연층(230)이 가지는 기본적인 효과인 단락 방지와 함께 단선을 방지하고 전지의 수명을 높이는 복합적인 효과가 기대될 수 있다. 또한, 이를 통해, 본 출원의 일 실시 예에 따른 전극(200)은 이후 공정에서 발생될 수 있는 단선과 같은 불량을 줄임에 따라 생산성이 높아질 수 있다.
변형 실시예로, 제1 라인부(231)와 제2 라인부(235) 중 하나가 생략될 수 있다. 이때, 제1 라인부(231)와 제2 라인부(235) 중 하나의 라인부와 제3 라인부(239)는 역시 격자 무늬를 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 차이점 외에 도 4 및 도 5를 참고하여 설명한 내용은 본 실시예에 모두 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
부호의 설명
100: 전극
110, 210: 전극 집전체
120, 220: 활물질층
130, 230: 절연층

Claims (11)

  1. 제1 영역과 제2 영역을 포함하는 전극 집전체,
    상기 전극 집전체의 제1 영역 상에 위치하는 활물질층, 및
    상기 전극 집전체의 제2 영역 상에 위치하는 절연층을 포함하고,
    상기 절연층은 적어도 2개의 라인부를 포함하는 이차 전지용 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 구획하는 제1 경계는 상기 활물질층의 일단부와 대응되고, 상기 제1 라인부 및 상기 제2 라인부는 서로 동일한 간격으로 이격되어 있는 이차 전지용 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 라인부는 상기 제1 라인부와 동일한 패턴을 가지는 이차 전지용 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 라인부와 상기 제2 라인부는 서로 상이한 패턴을 갖고,
    상기 제2 라인부의 일단 및 타단을 연결한 선은 상기 제1 라인부와 평행한 이차 전지용 전극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역 중 적어도 일부 영역에 전극 탭이 부착되는 이차 전지용 전극.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 활물질층 대비하여 동일하거나 작은 높이를 갖는 이차 전지용 전극.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 제3 라인부를 더 포함하고,
    상기 제3 라인부는 상기 라인부와 교차하는 이차 전지용 전극.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 제3 라인부는 서로 동일한 간격으로 이격되어 있는 이차 전지용 전극.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제3 라인부는 상기 제1 라인부와 동일한 패턴을 가지는 이차 전지용 전극.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제3 라인부는 상기 제1 라인부와 상이한 패턴을 가지되,
    상기 제3 라인부의 일단 및 타단을 연결한 선이 상기 제2 경계와 평행한 이차 전지용 전극.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제2 라인부와 상기 제3 라인부가 서로 상이한 두께를 가지는 이차 전지용 전극.
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