WO2021251595A1 - 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 Download PDF

Info

Publication number
WO2021251595A1
WO2021251595A1 PCT/KR2021/002913 KR2021002913W WO2021251595A1 WO 2021251595 A1 WO2021251595 A1 WO 2021251595A1 KR 2021002913 W KR2021002913 W KR 2021002913W WO 2021251595 A1 WO2021251595 A1 WO 2021251595A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
positive electrode
negative electrode
electrode
current collector
assembly
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/002913
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
고요한
Original Assignee
주식회사 엘지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지솔루션
Priority to EP21822426.9A priority Critical patent/EP4113680A4/en
Priority to CN202180028904.3A priority patent/CN115461902A/zh
Priority to JP2022559384A priority patent/JP7490920B2/ja
Priority to US17/919,661 priority patent/US20230163366A1/en
Publication of WO2021251595A1 publication Critical patent/WO2021251595A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0422—Cells or battery with cylindrical casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/665—Composites
    • H01M4/666—Composites in the form of mixed materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72—Grids
    • H01M4/74—Meshes or woven material; Expanded metal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72—Grids
    • H01M4/74—Meshes or woven material; Expanded metal
    • H01M4/742—Meshes or woven material; Expanded metal perforated material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/533—Electrode connections inside a battery casing characterised by the shape of the leads or tabs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to an electrode assembly and a secondary battery including the same, and more particularly, to an electrode assembly having a radial structure and a secondary battery including the same.
  • the electrode assembly embedded in the battery case is a charging/discharging power generating element having a stacked structure of a positive electrode, a separator, and a negative electrode, and is classified into a jelly roll type, a stack type, and a stack/folding type.
  • the jelly roll type is a form in which a separator is interposed between a long sheet-type positive electrode and a negative electrode coated with an active material
  • the stack type is a form in which a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween
  • stack /Folding type is a composite structure of jelly-roll type and stack type.
  • the jelly roll type electrode assembly has advantages of being easy to manufacture and having high energy density per weight.
  • a cylindrical battery in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical metal can, a prismatic battery in which the electrode assembly is embedded in a prismatic metal can, and the electrode assembly are embedded in a pouch-type case of an aluminum laminate sheet. It is classified as a pouch-type battery with Among them, the cylindrical battery has an advantage in that it has a relatively large capacity and is structurally stable.
  • the secondary battery includes, for example, a nickel cadmium battery, a nickel hydride battery, a nickel zinc battery, and a lithium secondary battery.
  • lithium secondary batteries are widely used in the field of advanced electronic devices because of their advantages such as free charge and discharge, a very low self-discharge rate, high operating voltage, and high energy density per unit weight, as they do not have a memory effect compared to nickel-based secondary batteries. have.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a conventional jelly roll electrode assembly before it is wound.
  • a conventional jelly roll electrode assembly 10 inserted into a secondary battery includes a positive electrode sheet 20 , a negative electrode sheet 30 , and a separator interposed between the positive electrode sheet 20 and the negative electrode sheet 30 ( 40) is included.
  • the separator 40 is additionally disposed under the negative electrode sheet 30 .
  • the positive electrode sheet 20 may include a positive electrode mixture layer 22 formed by coating a positive electrode active material on a positive electrode current collector, and a positive electrode uncoated portion 23 that is a portion where the positive electrode current collector is exposed because the positive electrode active material is not applied.
  • the positive electrode tab 21 may be bonded to the positive electrode uncoated region 23 by welding or the like.
  • the negative electrode sheet 30 may include a negative electrode mixture layer 32 formed by coating a negative electrode active material on the negative electrode current collector, and a negative electrode uncoated portion 33 that is a portion where the negative electrode current collector is exposed because the negative electrode active material is not applied. have.
  • the negative electrode tab 31 may be joined to the negative electrode uncoated region 33 by welding or the like.
  • the positive electrode sheet 20 and the negative electrode sheet 30 usually have the form of a rectangular sheet, but since they are in the form of a rectangular sheet, from the positive electrode tab 21 or the negative electrode tab 31 .
  • the distance that electrons move through the positive electrode current collector or the negative electrode current collector becomes longer.
  • the electron transfer resistance is significantly increased. In particular, under a high current operating condition, this problem may be further exacerbated.
  • lithium ions in the electrolyte generally exhibit high ionic conductivity in a specific concentration range, and when the concentration is thinner or thicker than this, the ionic conductivity is reduced.
  • concentration of the electrolyte or the concentration of lithium ions inside the lithium secondary battery is not constant, and the concentrations of lithium ions near the positive electrode and the negative electrode behave in opposite directions depending on the operating conditions of the battery.
  • An object of the present invention is to provide a new type of electrode assembly having structural stability and reducing transmission resistance, and a device including the same.
  • the electrode assembly includes a plurality of unit cells forming a radial structure with respect to a central side, and the unit toward the center from the outside of the radial structure with respect to a horizontal cross section.
  • the thickness of the cell is reduced, and an electrode tab is formed in at least one of an upper corner, a lower corner, an outer corner, and a center corner of the current collector included in the unit cell.
  • the unit cell may include a positive electrode, a first separator, a negative electrode, and a second separator that are sequentially stacked.
  • the positive electrode may include a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer formed on the positive electrode current collector
  • the negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer formed on the negative electrode current collector.
  • a positive electrode tab may be formed on at least one of an upper edge, an outer edge, and a center side edge of the positive electrode current collector.
  • a negative electrode tab may be formed on at least one of a lower edge, an outer edge, and a center side edge of the negative electrode current collector.
  • a thickness of at least one of the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer may decrease from the outer side of the radial structure toward the center side.
  • the density of at least one of the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer may increase from the outer side of the radial structure toward the center side.
  • the positive electrode current collector, the positive electrode mixture layer, the first separator, the negative electrode mixture layer, the negative electrode current collector, and the second separator may be sequentially stacked.
  • a through-hole may be formed in the current collector.
  • the electrode assembly may further include an electrode lead bonded to the electrode tab.
  • a secondary battery includes the electrode assembly; a battery case accommodating the electrode assembly; and a cap assembly positioned on the electrode assembly, wherein the electrode tab is directly or bonded to an electrode lead, and is connected to the cap assembly or the battery case.
  • Embodiments of the present invention provide a plurality of unit cell structures forming a radial structure to reduce the transfer resistance, and by applying a current collector having a through-hole formed therein reduces the change in the concentration of the electrolyte in the secondary battery, thereby reducing the performance of the secondary battery improvement can be achieved.
  • structural stability of the assembly may be improved through the electrode tab structure formed at one edge of the current collector, and weight increase may be minimized.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a conventional jelly roll electrode assembly before it is wound.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a part of the cross-section taken along the cutting line A-A' of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a part of the cross-section taken along the cutting line B-B' of FIG. 2 .
  • 5A to 5C are views illustrating a positive electrode current collector and a positive electrode tab according to various embodiments of the present disclosure
  • 6A to 6C are views illustrating a negative electrode current collector and a negative electrode tab according to various embodiments of the present disclosure
  • FIG. 7A to 7C are views illustrating a bonding structure of a positive electrode tab and a positive electrode lead according to modified embodiments of the present invention.
  • FIGS. 8A to 8C are views illustrating a bonding structure of a negative electrode tab and a negative electrode lead according to modified embodiments of the present invention.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • 10 and 11 are graphs showing results of comparative evaluation of voltage and temperature changes during charging and discharging of a secondary battery according to an embodiment of the present invention, respectively.
  • a part of a layer, film, region, plate, etc. when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where there is another part in between. . Conversely, when we say that a part is “just above” another part, we mean that there is no other part in the middle.
  • the reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily mean to be located “on” or “on” in the direction opposite to gravity no.
  • planar it means when the target part is viewed from above, and "cross-sectional” means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a partial cross-sectional view showing a part of the cross-section taken along the cutting line A-A' of FIG. 2 .
  • 4 is a partial cross-sectional view showing a part of the cross-section taken along the cutting line B-B' of FIG. 2 .
  • the cross-sectional view of FIG. 3 taken along the cutting line A-A' corresponds to a cross-section of the electrode assembly of FIG. 2 cut in the horizontal direction
  • the cross-sectional view of FIG. 4 taken along the cutting line B-B' is the cross-sectional view of FIG. 2 . It corresponds to a cross section cut in the vertical direction of the electrode assembly.
  • the electrode assembly 100 includes a plurality of unit cells 100U forming a radial structure with respect to the center side. Based on the horizontal cross section, the thickness of the unit cell 100U decreases from the outside of the radial structure toward the center side, and upper and lower edges of the current collectors 210 and 310 included in the unit cell 100U. , electrode tabs 211a and 311a are formed on at least one of an outer edge and a center side edge.
  • the horizontal cross-section means a cross-section cut in the xy plane as shown in FIG. 2 , and corresponds to a cross-section cut along the cutting line A-A' described above.
  • the electrode assembly 100 may have a cylindrical shape, where the central side refers to an inner central region of the electrode assembly 100 based on a horizontal cross-section, and the outer refers to a horizontal cross-section. It refers to an area outside the outer peripheral surface of the electrode assembly 100 as a reference.
  • a hollow penetrating in the vertical direction (z-axis direction) may be formed at the center side of the electrode assembly 100 .
  • the unit cell 100U forms a radial structure, and the thickness of the unit cell 100U decreases from the outer side of the radial structure to the center side with respect to a horizontal cross section.
  • a plurality of such unit cells 100U may be configured to form the cylindrical electrode assembly 100 . More specifically, n unit cells 100U (n is an integer equal to or greater than 5) may be gathered to form the electrode assembly 100, and the shape of the electrode assembly 100 is, It may be a circular shape or a shape close thereto, an n-gonal shape, or a sector shape.
  • the horizontal cross-sectional shape of the electrode assembly 100 may be determined by the number of unit cells 100U, and if the number is small, it may be an n-gonal shape, and if the number is large, it may form a circle.
  • the cross-sectional shape of the electrode assembly 100 is n-gonal, and when n is 5 or more or 10 or more, it may be interpreted as being included in the circle.
  • the current collectors 210 and 310 may include a positive electrode current collector 210 and a negative electrode current collector 310 , and the electrode tabs 211a and 311a are the positive electrode tab 211a and the negative electrode tab 311a. ) may be included.
  • the unit cell 100U according to the present embodiment may include the positive electrode 200 , the first separator 400 , the negative electrode 300 , and the second separator 500 that are sequentially stacked.
  • the positive electrode 200 may include a positive electrode current collector 210 and a positive electrode mixture layer 220 formed on the positive electrode current collector 210 .
  • the positive electrode mixture layer 220 may be formed by applying a positive electrode active material or the like on the positive electrode current collector 210 .
  • the negative electrode 300 may include a negative electrode current collector 310 and a negative electrode mixture layer 320 formed on the negative electrode current collector 310 .
  • the anode mixture layer 320 may be formed by applying an anode active material or the like on the anode current collector 310 .
  • the thickness of at least one of the positive electrode mixture layer 220 and the negative electrode mixture layer 320 may decrease from the outer side of the radial structure toward the center side. In particular, it is preferable that both the positive electrode mixture layer 220 and the negative electrode mixture layer 320 decrease in thickness from the outer side of the radial structure toward the center side.
  • the thickness of the mixture layers 220 and 320 loaded on the current collectors 210 and 310 is designed to decrease from the outer side of the radial structure toward the center side, the unit cell 100U) It is possible to impart thickness orientation and form a radial structure.
  • the density of at least one of the positive electrode mixture layer 220 and the negative electrode mixture layer 320 may increase from the outer side of the radial structure toward the center side.
  • the density of the mixture layers 220 and 320 loaded on the current collectors 210 and 310 is designed to increase from the outer side of the radial structure toward the center side, so that the thickness of the unit cell 100U is increased. It is possible to compensate for the capacity non-uniformity according to the orientation.
  • the density of the mixture layers 220 and 320 may be set high.
  • the density orientation of the mixture layers 220 and 320 is implemented by pressing or reducing pressure in one direction when applying pressure using a roller in a state in which the mixture layers 220 and 320 are uniformly loaded on the current collectors 210 and 310. It is possible.
  • the positive electrode current collector 210 , the positive electrode mixture layer 220 , the first separator 400 , the negative electrode mixture layer 320 , the negative electrode current collector 310 , and the second separator 500 can be stacked in this order. Accordingly, when a plurality of unit cells 100U are gathered to form the electrode assembly 100 , the positive electrode current collector 210 of another unit cell 100U to which the second separator 500 of one unit cell 100U is adjacent. ) can be encountered. That is, in the electrode assembly 100 according to the present embodiment, the first separator 400 may be positioned between the positive electrode mixture layer 220 and the negative electrode mixture layer 320 , and the second separator 500 is the positive electrode mixture layer. It may be positioned between the whole 210 and the negative electrode current collector 310 .
  • electrode tabs are formed in at least one of upper corners, lower corners, outer corners, and center corners of the current collectors 210 and 310 included in the unit cell 100U.
  • the positive electrode tab and the negative electrode tab will be separately described with reference to 5C and FIGS. 6A to 6C .
  • FIGS. 6A to 6C are views showing a negative electrode current collector and a negative electrode tab according to various embodiments of the present disclosure; admit.
  • positive electrode tabs 211a , 211b , and 211c may be formed on at least one of an upper edge, an outer edge, and a center side edge of the positive electrode current collector 210 .
  • FIG. 5A shows the positive electrode tab 211a formed on the upper edge of the positive electrode current collector 210
  • FIG. 5B shows the positive electrode tab 211b formed on the outer edge of the positive electrode current collector 210
  • FIG. 5C is the positive electrode
  • the positive electrode tab 211c formed at the center-side edge of the current collector 210 is shown.
  • the upper corner is a corner located in the z-axis direction in FIG. 2
  • the outer corner is a corner located outside the electrode assembly 100 in FIG. 2
  • the center side corner is a corner of the electrode assembly 100 in FIG. 2 . It is a corner located on the center side.
  • Each of the positive electrode tabs 211a, 211b, and 211c may have a structure extending upward.
  • the positive electrode tabs 211a formed at the upper corners may have a structure extending in a straight line in the upper direction, and the positive electrode tabs 211b and 211c formed at the outer corners or the center side corners may have a structure extending by being bent once in the upper direction.
  • negative electrode tabs 311a , 311b , and 311c may be formed on at least one of a lower edge, an outer edge, and a central edge of the negative electrode current collector 310 .
  • FIG. 6A shows the negative electrode tab 311a formed on the lower edge of the negative electrode current collector 310
  • FIG. 6B shows the negative electrode tab 311b formed on the outer edge of the negative electrode collector 310
  • FIG. 6C is The negative electrode tab 311c formed at the center side edge of the negative electrode current collector 310 is shown.
  • the lower corner is a corner located in the -z-axis direction in FIG. 2
  • the outer corner is a corner located outside the electrode assembly 100 in FIG. 2
  • the center side corner is the center of the electrode assembly 100 in FIG. 2 . It is a corner located on the side.
  • Each of the negative electrode tabs 311a, 311b, and 311c may have a structure extending downward.
  • the negative electrode tabs 311a formed at the lower edge may have a structure extending in a straight line in the lower direction, and the negative electrode tabs 311b and 311c formed at the outer edge or the center side edge may have a structure that is bent once in the downward direction to extend.
  • the positive electrode tabs 211a , 211b , and 211c may be integrally formed with the positive electrode current collector 210 . That is, a portion of the positive electrode current collector 210 in the form of a plate may protrude to form the positive electrode tabs 211a, 211b, and 211c.
  • the negative electrode tabs 311a , 311b , and 311c may be integrally formed with the negative electrode current collector 310 . That is, a portion of the negative electrode current collector 310 having a plate shape may protrude to form negative electrode tabs 311a, 311b, and 311c.
  • the electrode assembly 100 may be configured by combining one of the above-described positive electrode tabs 211a, 211b, and 211c and one of the negative electrode tabs 311a, 311b, and 311c.
  • the positive electrode tab 211a formed on the upper edge and the negative electrode tab 311a formed on the lower edge may be combined, and the positive electrode tab 211b formed on the outer edge and the negative electrode tab 311b formed on the outer edge ) may be combined, and the positive electrode tab 211c formed at the center side corner and the negative electrode tab 311c formed at the center side corner may be combined.
  • the positive electrode tab 211b formed at the outer edge and the negative electrode tab 311c formed at the center side edge may be combined. There is no particular limitation on each combination, and various combinations may be possible.
  • the positive electrode tabs 211a are formed on the upper edge of the positive electrode current collector, and the negative electrode tabs 311a are formed on the lower edge of the negative electrode current collector.
  • a positive electrode tab may be formed at a lower edge and extend in a downward direction
  • a negative electrode tab may be formed at an upper edge and extend in an upward direction
  • the positive electrode sheet 20 and the negative electrode sheet 30 are composed of a rectangular sheet for winding, and the distance that electrons move through the positive electrode current collector or the negative electrode current collector is lengthened, and there was a problem in that the electron transfer resistance became large.
  • the current collector of the positive electrode or the negative electrode may have a thickness of several to several tens of micrometers, while a length of several hundred millimeters to 1 meter.
  • the electrode tab is positioned in the center of the current collector, electrons must move by half the length of the current collector, that is, by several hundred millimeters.
  • the electrode assembly 100 forming a cylindrical structure only outwardly is similar to the conventional jelly roll electrode assembly 10, and includes a plurality of unit cells 100U forming a radial structure.
  • the above-described positive electrode tabs 211a, 211b, and 211c and the negative electrode tabs 311a, 311b, and 311c may be formed for each unit cell 100U. That is, the electrode assembly 100 according to the present exemplary embodiment forms a novel structure, thereby reducing the distance that electrons move through the positive electrode current collector 210 or the negative electrode current collector 310 .
  • the current collector of the positive electrode or the negative electrode may have a thickness of several micrometers and a length of about 60 millimeters. Even if an electrode assembly having a similar size and shape is formed as compared to the conventional jelly roll electrode assembly 10, the path through which electrons travel can be shortened. Accordingly, the electrode assembly 100 according to the present embodiment can solve the problem of an increase in electron transfer resistance of the conventional jelly roll electrode assembly 10 .
  • through-holes 212 and 312 may be formed in the current collectors 210 and 310 according to an embodiment of the present invention, and these through-holes 212 and 312 are It may be formed in the thickness direction of the current collectors 210 and 310, and may be configured in plurality. Specifically, it is common for ions to be transferred between the positive electrode mixture layer 220 and the negative electrode mixture layer 320 with the first separator 400 interposed therebetween. At this time, as described above, the second separator 500 is positioned between the positive electrode current collector 210 and the negative current collector 310 , and a through-hole in the positive electrode current collector 210 and the negative electrode current collector 310 , respectively.
  • the positive electrode mixture layer 220 and the negative electrode mixture layer 320 may contact the second separator 500 through the through-holes 212 and 312 . Accordingly, ions may be transferred between the positive electrode mixture layer 220 and the negative electrode mixture layer 320 with the second separator 500 interposed therebetween. That is, due to the second separator 500 and the porous current collectors 210 and 310 in which the plurality of through-holes 212 and 312 are formed, ion transfer can be performed in both directions during charging and discharging of the secondary battery. performance can be improved.
  • the change in the concentration of the electrolyte or lithium ions in the secondary battery is reduced, thereby improving the performance of the battery. have.
  • the current collectors 210 and 310 in which the through-holes 212 and 312 are formed in the thickness direction to the unit cell 100U, the lithium ion concentration in the electrolyte may be uniformly maintained within a predetermined range. Through this, among the overvoltage factors of the secondary battery, the electrolyte-related overvoltage factor can be reduced to increase the performance of the battery.
  • the area fraction in which the through-holes 212 and 312 are formed may be in the range of 10% to 80%. More specifically, the area fraction in which the through-holes 212 and 312 are formed is 10% to 80%, 10% to 70%, 10% to 50%, 20% to 90%, 30% to 90%, or 30% to 30%. It may be in the range of 60%.
  • the area fraction in which the through-holes 212 and 312 are formed may mean a ratio of an area in which the through-holes 212 and 312 are formed to the area of the current collectors 210 and 310 .
  • 10 to 500 through-holes 212 and 312 may be formed per unit area of 10 cm x 10 cm. More specifically, the number of through-holes 212 and 312 per unit area is 10 to 300, 10 to 200, 10 to 100, 10 to 70, 30 to 50, 50 to 500, per unit area. , 100 to 200, 50 to 300, 100 to 500, 30 to 200, or 10 to 200 may be formed.
  • the current collectors 210 and 310 may have a mesh shape.
  • the degree of deformation of the current collector is reduced without a significant decrease in mechanical strength, and the range of change in electrolyte concentration or lithium ion concentration in the secondary battery can be reduced.
  • FIGS. 8A to 8C are views illustrating a bonding structure of a positive electrode tab and a positive electrode lead according to modified embodiments of the present invention
  • FIGS. 8A to 8C are a negative electrode tab and a negative electrode lead according to modified embodiments of the present invention. are diagrams showing the junction structure of
  • positive electrode tabs 211a , 211b , and 211c may be formed on at least one of an upper edge, an outer edge, and a center side edge of the positive electrode current collector 210 .
  • FIG. 7A shows the positive electrode tab 211a formed on the upper edge of the positive electrode current collector 210
  • FIG. 7B shows the positive electrode tab 211b formed on the outer edge of the positive electrode current collector 210
  • FIG. 7C is the positive electrode
  • the positive electrode tab 211c formed at the center-side edge of the current collector 210 is shown.
  • a positive electrode lead 213 may be bonded to each of the positive electrode tabs 211a, 211b, and 211c.
  • each positive lead 213 may have a structure extending toward the upper side.
  • negative electrode tabs 311a , 311b , and 311c may be formed on at least one of a lower edge, an outer edge, and a central edge of the negative electrode current collector 310 .
  • FIG. 8A shows the negative electrode tab 311a formed on the lower edge of the negative electrode current collector 310
  • FIG. 8B shows the negative electrode tab 311b formed on the outer edge of the negative electrode collector 310
  • FIG. 8C shows The negative electrode tab 311c formed at the center side edge of the negative electrode current collector 310 is shown.
  • a negative electrode lead 313 may be bonded to each of the negative electrode tabs 311a, 311b, and 311c.
  • each negative lead 313 may have a structure extending downward.
  • one of the above-described bonding structures of the positive electrode tabs 211a, 211b, and 211c and the positive electrode lead 213 and the bonding structure of the negative electrode tabs 311a, 311b, 311c and the negative electrode lead 313 are provided.
  • One of them may be configured in combination.
  • the positive electrode lead 213 bonded to the positive electrode tab 211a formed at the upper edge and the negative electrode lead 313 bonded to the negative electrode tab 311a formed at the lower edge may be combined.
  • the positive lead 213 and the negative lead 313 are respectively positioned above and below the electrode assembly 100 , and the manufacturing process is relatively simple.
  • the positive electrode lead 213 bonded to the positive electrode tab 211b formed at the outer edge and the negative electrode lead 313 bonded to the negative electrode tab 311c formed at the center side edge may be combined.
  • the positive electrode lead 213 bonded to the positive electrode tab 211c formed at the central corner and the negative electrode lead 313 bonded to the negative electrode tab 311b formed at the outer corner may be combined.
  • the electrode assemblies configured in this way have the advantage that the electrode leads 213 and 313 hold the electrode assembly from the outside and the center side, respectively, so that structural stability against deformation of the electrode can be secured.
  • the positive electrode lead 213 bonded to the positive electrode tab 211b formed at the outer edge and the negative electrode lead 313 bonded to the negative electrode tab 311b formed at the outer edge may be combined.
  • the electrode assembly configured in this way has an advantage in that the electrode leads 213 and 313 hold the electrode assembly double from the outside to ensure structural stability against electrode deformation, particularly expansion in the outward direction.
  • the positive electrode lead 213 bonded to the positive electrode tab 211c formed at the center side corner and the negative electrode lead 313 bonded to the negative electrode tab 311c formed at the center side corner may be combined.
  • the electrode assembly configured in this way has an advantage in that an additional weight increase can be minimized.
  • the method of bonding the positive electrode tabs 211a , 211b , 211c and the positive electrode lead 213 or the negative electrode tab 311a , 311b , 311c and the negative electrode lead 313 is not particularly limited.
  • welding Bonding can be made.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • a secondary battery includes an electrode assembly 100 including a plurality of unit cells forming a radial structure with respect to a center side, and a battery case accommodating the electrode assembly 100 . 600 , and a cap assembly 700 positioned on the electrode assembly 100 .
  • the battery case 600 is a structure for accommodating the electrode assembly 100 impregnated with the electrolyte, and may have a cylindrical shape.
  • the cap assembly 700 may include an upper cap 710 and a safety vent 720 .
  • the upper cap 710 may be positioned on the safety vent 720 and may be electrically connected to each other by forming a structure in close contact with the safety vent 720 .
  • the top cap 710 has a center that protrudes upward, and is indirectly connected to the positive electrode 200 of the electrode assembly 100 through a positive electrode tab 211a, etc., and functions as a positive electrode terminal by connection with an external circuit. can
  • a gasket 800 for sealing may be positioned between the battery case 600 and the cap assembly 700 .
  • the crimping part may be formed by positioning the gasket 800 between the battery case 600 and the cap assembly 700 and bending the end of the battery case 600 .
  • the cap assembly 700 may be mounted and the secondary battery may be sealed.
  • the electrode tabs 211a and 311a may be directly connected to the cap assembly 700 or the battery case 600 .
  • the positive electrode tab 211a extending in the upward direction may be connected to the cap assembly 700 so that the upper cap 710 of the cap assembly 700 may function as a positive electrode terminal.
  • the negative electrode tab 311a extending in the downward direction may be connected to the bottom of the battery case 600 so that the bottom of the battery case 600 may function as a negative terminal.
  • each of the electrode tabs 211a and 311a may be connected to the cap assembly 700 or the battery case 600 , and as another method, the electrode tabs 211a and 311a are first bonded to each other and then the cap assembly 700 . It can be connected to the battery case 600 .
  • the electrode tab may be bonded to the electrode lead to be connected to the cap assembly 700 or the battery case 600 .
  • a positive electrode lead bonded to the positive electrode tab and extending in an upward direction may be connected to the cap assembly 700 so that the upper cap 710 of the cap assembly 700 may function as a positive electrode terminal.
  • the negative electrode lead bonded to the negative electrode tab and extending downward is connected to the bottom of the battery case 600 so that the bottom of the battery case 600 may function as a negative terminal.
  • each of the electrode leads may be connected to the cap assembly 700 or the battery case 600 , and in another method, the electrode leads are first bonded to each other and then to be connected to the cap assembly 700 or the battery case 600 .
  • a hollow penetrating in the vertical direction may be formed on the center side of the electrode assembly 100 based on the horizontal cross section, and the diameter ratio of the inner diameter and the outer diameter is 1:1.1 to 100.
  • the diameter ratio of the inner diameter and the outer diameter of the electrode assembly 100 is calculated based on the average value of the inner diameter and the outer diameter, respectively.
  • the diameter ratio of the inner diameter to the outer diameter of the electrode assembly 100 is in the range of 1:1.1 to 100, 1:1.5 to 80, 1:2 to 50, 1:10 to 100, or 1:30 to It may be in the range of 100.
  • the ratio (Dout: Din) of the thickness Din of the inner end in the center side direction forming the inner circumferential surface and the thickness Dout of the outer end forming the outer circumferential surface is based on the horizontal cross section. , may be in the range of 1:1.5-10. In a specific embodiment, the ratio (Dout:Din) may be in the range of 1:1.1 to 100, in the range of 1:1.5 to 80, in the range of 1:2 to 50, in the range of 1:10 to 100, or in the range of 1:30 to 100. .
  • the unit cell 100U according to the present embodiment forms a radial structure whose thickness decreases in one direction.
  • This is a form that is differentiated from the conventional prismatic battery, pouch-type battery, or cylindrical battery.
  • Existing secondary batteries have a difference in external shape, but the unit cells constituting each battery are manufactured to have a uniform overall thickness, but are merely stacked or wound differently.
  • the electrodes 200 and 300 have a structure in which the distance between the electrodes decreases from the outside to the center side of the radial structure based on the horizontal cross section.
  • the positive active material may include a lithium-containing oxide.
  • a lithium-containing transition metal oxide may be used.
  • the positive electrode mixture layer 220 may include a conductive material and a binder polymer in addition to the positive electrode active material, and, if necessary, may further include a positive electrode additive commonly used in the art.
  • the positive electrode current collector 210 is a metal with high conductivity and is a metal to which the positive electrode active material slurry can easily adhere, and there is no particular limitation on the material as long as it is non-reactive in the voltage range of the secondary battery.
  • the positive electrode current collector 210 may be a foil made of aluminum, nickel, or a combination thereof.
  • both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used.
  • Representative examples of the low-crystalline carbon include soft carbon and hard carbon.
  • Examples of highly crystalline carbon include natural graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, mesophase pitch based carbon fiber, mesocarbon microbeads, liquid crystal pitches, and High-temperature calcined carbon such as petroleum and coal-based coke (petroleum orcoal tar pitchderived cokes) is representative.
  • the negative electrode current collector 310 may be a foil made of copper, gold, nickel, a copper alloy, or a combination thereof. In addition, the negative electrode current collector 310 may be used by stacking substrates made of the above materials.
  • the first separator 400 and the second separator 500 may be used as long as they are porous substrates used in lithium secondary batteries, for example, polyolefin-based porous membranes or nonwoven fabrics may be used, but are not particularly limited thereto. It is not Examples of the polyolefin-based porous membrane include polyethylene such as high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, low-density polyethylene, and ultra-high molecular weight polyethylene, and polyolefin-based polymers such as polypropylene, polybutylene, and polypentene, respectively, individually or in a mixture thereof. One membrane is mentioned.
  • the electrode assembly according to another embodiment of the present invention may be applied to an all-solid-state battery.
  • a solid electrolyte layer may be positioned between the positive electrode and the negative electrode instead of the separator. That is, since the solid electrolyte layer filled with the solid electrolyte is positioned in the corresponding position instead of the first separator and the second separator, an electrode assembly for an all-solid-state battery can be formed.
  • a non-aqueous electrolyte including a non-aqueous electrolyte may be used as the electrolyte.
  • the non-aqueous electrolyte include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and gamma-butylo.
  • NCM LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2
  • carbon black FX35, Denka
  • polyvinylidene fluoride KF9700, Kureha
  • the positive electrode mixture layer slurry was coated on one side of an aluminum current collector in which a through-hole was formed at a loading amount of 640 mg/25 cm 2 , and then vacuum dried to obtain a positive electrode.
  • the through-holes are formed at an area fraction of about 40%, and have a structure in which about 50 are formed per unit area of 10 cm x 10 cm.
  • the positive electrode mixture layer was pressed to be sequentially reduced to a thickness of about 40% in one direction.
  • the negative electrode is 100 parts by weight of artificial graphite (GT, Zichen (China)) as an anode active material, 1.1 parts by weight of carbon black (Super-P) as a conductive material, 2.2 parts by weight of styrene-butadiene rubber, and 0.7 parts by weight of carboxymethyl cellulose as a solvent.
  • GT artificial graphite
  • Super-P carbon black
  • carboxymethyl cellulose carboxymethyl cellulose
  • polypropylene was uniaxially stretched using a dry method to prepare a separator having a microporous structure having a melting point of 165° C. and a width of 200 mm on one side.
  • the first separator was interposed between the positive electrode and the negative electrode, and unit cells having a structure in which the second separator was positioned on the outside of the positive electrode and the negative electrode were repeatedly assembled to prepare an electrode assembly.
  • the electrode assembly has a structure in which 50 unit cells are radially assembled with respect to a central side with respect to a horizontal cross section.
  • a secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the aluminum and copper current collectors each had a mesh structure.
  • a positive electrode and a negative electrode were prepared in the same manner as in Example 1, except that a through-thickness hole was not formed in the positive electrode and the negative electrode current collector, respectively, and a thickness gradient of the positive and negative electrode mixture layers was not formed.
  • Example 1 Physical properties of each of the secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were evaluated. Specifically, charging and discharging were performed for each secondary battery, and voltage and temperature changes were measured during charging and discharging, respectively. Charging and discharging of the secondary battery was performed at 20°C and 1C conditions.
  • FIG. 10 The result of evaluating the voltage change during charging and discharging of the secondary battery is shown in FIG. 10
  • the result of evaluating the temperature change during charging and discharging of the secondary battery is shown in FIG. 11 .
  • the secondary battery according to Example 1 has a high discharge voltage and a low charge voltage compared to Comparative Example 1. Through this, it can be seen that the secondary battery according to Example 1 provides higher power when applied to a product, and requires lower charging power when charging.
  • the secondary battery according to Example 1 has a lower temperature during charging and discharging and a significantly smaller change range compared to Comparative Example 1. Accordingly, the secondary battery according to Example 1 has a lower required cooling performance and a more compact design is possible.
  • small devices such as wireless earphones and smart watches, in particular, require long-term use while being limited by the weight and volume of secondary batteries. It is particularly suitable for devices that
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid electric vehicles
  • PHEVs Plug-in Hybrid Electric Vehicles
  • E-bikes electric bicycles
  • E-scooters electric scooters
  • electric golf carts etc.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는, 중심측을 기준으로 방사형 구조체를 형성하는 복수의 단위 셀을 포함하고, 수평 단면을 기준으로, 상기 방사형 구조체의 외측에서 상기 중심측 방향으로 갈수록 상기 단위 셀의 두께가 감소하며, 상기 단위 셀에 포함되는 집전체의 상측 모서리, 하측 모서리, 외측 모서리 및 중심측 모서리 중 적어도 하나에 전극 탭이 형성된다.

Description

전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 6월 8일자 한국 특허 출원 제10-2020-0068992호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 방사형 구조체를 갖는 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 그 구동 전원으로 사용되는 이차 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다.
전지 케이스에 내장되는 상기 전극 조립체는 양극, 분리막, 음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 젤리롤형, 스택형 및 스택/폴딩형으로 분류된다. 젤리롤형은 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 형태이고, 스택형은 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 형태이며, 스택/폴딩형은 젤리-롤형과 스택형의 복합 구조이다. 그 중 젤리롤형 전극 조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지, 전극 조립체가 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 각형 전지 및 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.
한편, 이차 전지에는 예를 들어 니켈 카드뮴전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연전지, 리튬 이차 전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
도 1은 종래의 젤리롤 전극조립체가 권취되기 전 모습을 나타낸 분해 사시도이다.
도 1을 참고하면, 이차 전지에 삽입되는 종래의 젤리롤 전극 조립체(10)는 양극 시트(20), 음극 시트(30) 및 양극 시트(20)와 음극 시트(30) 사이에 개재된 분리막(40)을 포함한다. 아울러, 젤리롤 형태로 권취되었을 때, 양극 시트(20)와 음극 시트(30)가 서로 접하는 것을 방지하기 위해, 음극 시트(30) 아래에 분리막(40)이 추가 배치되는 것이 바람직하다.
양극 시트(20)는 양극 집전체에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극 합제층(22) 및 양극 활물질이 도포되지 않아 상기 양극 집전체가 노출되는 부분인 양극 무지부(23)를 포함할 수 있다. 이러한 양극 무지부(23)에 양극 탭(21)이 용접 등에 방법에 의해 접합될 수 있다.
마찬가지로, 음극 시트(30)는 음극 집전체에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극 합제층(32) 및 음극 활물질이 도포되지 않아 상기 음극 집전체가 노출되는 부분인 음극 무지부(33)를 포함할 수 있다. 이러한 음극 무지부(33)에 음극 탭(31)이 용접 등에 방법에 의해 접합될 수 있다.
이 때, 젤리롤 형태로 권취하기 위해 양극 시트(20)와 음극 시트(30)는 장방형 시트의 형태를 갖는 것이 보통이나, 장방형 시트의 형태이므로, 양극 탭(21)이나 음극 탭(31)으로부터 상기 양극 집전체나 상기 음극 집전체를 통해 전자가 이동하는 거리가 길어지게 된다. 이렇게 전자가 이동하는 거리가 길어질 경우 전자 전달 저항이 상당히 커지는 문제를 갖으며, 특히 고전류 작동 조건에서, 이러한 문제는 더욱 심화될 수 있다.
한편, 리튬 이차 전지의 경우, 일반적으로 전해액 내의 리튬 이온은 특정 농도 범위에서 높은 이온 전도도를 보이고, 이보다 농도가 묽거나 진하면 이온 전도도가 감소하게 된다. 리튬 이차 전지 내부의 전해액 농도 혹은 리튬 이온의 농도는 일정하지 않으며, 전지의 작동 조건에 따라 양극과 음극 인근의 리튬 이온의 농도는 서로 반대 방향으로 거동하게 된다.
따라서, 이러한 문제점을 해소하기 위해 새로운 형태의 이차 전지에 대한 기술이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전달 저항을 줄이고, 구조적 안정성을 갖는 새로운 형태의 전극 조립체 및 이를 포함하는 디바이스를 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는, 중심측을 기준으로 방사형 구조체를 형성하는 복수의 단위 셀을 포함하고, 수평 단면을 기준으로, 상기 방사형 구조체의 외측에서 상기 중심측 방향으로 갈수록 상기 단위 셀의 두께가 감소하며, 상기 단위 셀에 포함되는 집전체의 상측 모서리, 하측 모서리, 외측 모서리 및 중심측 모서리 중 적어도 하나에 전극 탭이 형성된다.
상기 단위 셀은, 차례로 적층된 양극, 제1 분리막, 음극 및 제2 분리막을 포함할 수 있다.
상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 상에 형성된 양극 합제층을 포함할 수 있고, 상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 형성된 음극 합제층을 포함할 수 있다.
상기 양극 집전체의 상측 모서리, 외측 모서리 및 중심측 모서리 중 적어도 하나에 양극 탭이 형성될 수 있다.
상기 음극 집전체의 하측 모서리, 외측 모서리 및 중심측 모서리 중 적어도 하나에 음극 탭이 형성될 수 있다.
상기 방사형 구조체의 상기 외측에서 상기 중심측 방향으로 갈수록 상기 양극 합제층 및 상기 음극 합제층 중 적어도 하나의 두께가 감소할 수 있다.
상기 방사형 구조체의 상기 외측에서 상기 중심측 방향으로 갈수록 상기 양극 합제층 및 상기 음극 합제층 중 적어도 하나의 밀도가 증가할 수 있다.
상기 양극 집전체, 상기 양극 합제층, 상기 제1 분리막, 상기 음극 합제층, 상기 음극 집전체 및 상기 제2 분리막이 차례로 적층될 수 있다.
상기 집전체에 관통형 홀이 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체는, 상기 전극 탭에 접합되는 전극 리드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 상기 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 전지 케이스; 및 상기 전극 조립체의 위에 위치하는 캡 조립체를 포함하고, 상기 전극 탭은, 직접 또는 전극 리드와 접합되어, 상기 캡 조립체 또는 상기 전지 케이스와 연결된다.
본 발명의 실시예들은 방사형 구조체를 형성하는 복수의 단위 셀 구조를 제시하여 전달 저항을 줄일 수 있고, 관통형 홀이 형성된 집전체를 적용하여 이차 전지 내 전해액의 농도 변화폭을 감소시켜 이차 전지의 성능 향상을 도모할 수 있다.
또한, 집전체의 일측 모서리에 형성된 전극 탭 구조를 통해 조립체의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있고, 무게 증가를 최소화할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 젤리롤 전극조립체가 권취되기 전 모습을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예예 따른 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면의 일부를 나타낸 부분 단면도이다.
도 4는 도 2의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면의 일부를 나타낸 부분 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 양극 집전체 및 양극 탭을 나타낸 도면들이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 음극 집전체 및 음극 탭을 나타낸 도면들이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 변형된 실시예들에 따른 양극 탭 및 양극 리드의 접합 구조를 나타낸 도면들이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 변형된 실시예들에 따른 음극 탭 및 음극 리드의 접합 구조를 나타낸 도면들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에 대한 분해 사시도이다.
도 10 및 도 11은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 충전과 방전 시 전압과 온도 변화를 비교 평가한 결과를 나타낸 그래프들이다.
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, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
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.
도 2는 본 발명의 일 실시예예 따른 전극 조립체를 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면의 일부를 나타낸 부분 단면도이다. 도 4는 도 2의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면의 일부를 나타낸 부분 단면도이다. 보다 구체적으로, 절단선 A-A’를 따라 자른 도 3의 단면도는 도 2의 전극 조립체를 수평 방향으로 자른 단면에 해당하고, 절단선 B-B’를 따라 자른 도 4의 단면도는 도 2의 전극 조립체를 수직 방향으로 자른 단면에 해당한다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 중심측을 기준으로 방사형 구조체를 형성하는 복수의 단위 셀(100U)을 포함한다. 수평 단면을 기준으로, 상기 방사형 구조체의 외측에서 상기 중심측 방향으로 갈수록 단위 셀(100U)의 두께가 감소하며, 단위 셀(100U)에 포함되는 집전체(210, 310)의 상측 모서리, 하측 모서리, 외측 모서리 및 중심측 모서리 중 적어도 하나에 전극 탭(211a, 311a)이 형성된다. 여기서, 수평 단면이라 함은, 도 2에 도시된 바와 같이 전극 조립체(100)를 xy 평면으로 자른 단면을 의미하며, 앞서 설명한 절단선 A-A’를 따라 자른 단면에 해당한다.
본 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 원통형의 형상을 가질 수 있으며, 여기서 중심측이라 함은 수평 단면을 기준으로 전극 조립체(100)의 안쪽 중심 영역을 의미하며, 외측이라함은 수평 단면을 기준으로 전극 조립체(100)의 외주면 바깥 영역을 의미한다. 전극 조립체(100)의 중심측에는 수직 방향(z축 방향)으로 관통하는 중공이 형성될 수 있다.
상술한 바 대로, 본 실시예에 따른 단위 셀(100U)은 방사형 구조체를 형성하고, 수평 단면을 기준으로 상기 방사형 구조체의 외측에서 상기 중심측 방향으로 갈수록 단위 셀(100U)의 두께가 감소한다. 이러한 단위 셀(100U)이 복수개로 구성되어 원통형의 전극 조립체(100)를 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, n개(n은 5 이상의 정수)의 단위 셀(100U)이 모여 전극 조립체(100)를 형성할 수 있으며, 이러한 전극 조립체(100)의 형상은, 수평 단면을 기준으로, 외주면이 원형 또는 그에 가까운 형태이거나 n각형일수 있고, 또는 부채꼴 형태일 수 있다. 다시 말해, 전극 조립체(100)의 수평 단면 상 형태는 단위 셀(100U)의 개수에 의해 결정될 수 있으며, 그 개수가 적으면 n각형일 수 있고, 그 개수가 많아지면 원형을 이룰 수 있다. 예를 들어, 전극 조립체(100)의 단면 형상이 n 각형인데, n이 5 이상인 경우 혹은 10 이상인 경우는 원형의 범주에 포함되는 것으로 해석할 수 있다.
본 실시예에 따른 집전체(210, 310)는 양극 집전체(210) 및 음극 집전체(310)를 포함할 수 있고, 전극 탭(211a, 311a)은 양극 탭(211a) 및 음극 탭(311a)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 단위 셀(100U)은 차례로 적층된 양극(200), 제1 분리막(400), 음극(300), 제2 분리막(500)을 포함할 수 있다.
양극(200)은 양극 집전체(210) 및 양극 집전체(210) 상에 형성된 양극 합제층(220)을 포함할 수 있다. 양극 합제층(220)은 양극 집전체(210) 상에 양극 활물질 등을 도포하여 형성될 수 있다.
음극(300)은 음극 집전체(310) 및 음극 집전체(310) 상에 형성된 음극 합제층(320)을 포함할 수 있다. 음극 합제층(320)은 음극 집전체(310) 상에 음극 활물질 등을 도포하여 형성될 수 있다.
도 3을 참고하면, 상기 방사형 구조체의 상기 외측에서 상기 중심측 방향으로 갈수록 양극 합제층(220) 및 음극 합제층(320) 중 적어도 하나의 두께가 감소할 수 있다. 특히 양극 합제층(220) 및 음극 합제층(320) 모두 상기 방사형 구조체의 상기 외측에서 상기 중심측 방향으로 갈수록 두께가 감소하는 것이 바람직하다.
즉, 본 실시예에 따르면 집전체(210, 310)에 로딩되는 합제층(220, 320)의 두께를 상기 방사형 구조체의 상기 외측에서 상기 중심측 방향으로 갈수록 감소하도록 설계함으로써, 단위 셀(100U)에 두께 배향성을 부여하고, 방사형 구조체를 형성할 수 있다.
한편, 상기 방사형 구조체의 상기 외측에서 상기 중심측 방향으로 갈수록 양극 합제층(220) 및 음극 합제층(320) 중 적어도 하나의 밀도가 증가할 수 있다. 특히 특히 양극 합제층(220) 및 음극 합제층(320) 모두 상기 방사형 구조체의 상기 외측에서 상기 중심측 방향으로 갈수록 밀도가 증가하는 것이 바람직하다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따라, 집전체(210, 310)에 로딩되는 합제층(220, 320)의 두께를 상기 방사형 구조체의 상기 외측에서 상기 중심측 방향으로 갈수록 감소하도록 설계할 경우, 단위 셀(100U)의 위치 혹은 방향성에 따라 용량 불균일이 발생할 수 있다. 이에 본 실시예에서는 집전체(210, 310)에 로딩되는 합제층(220, 320)의 밀도를 상기 방사형 구조체의 상기 외측에서 상기 중심측 방향으로 갈수록 증가하도록 설계함으로써, 단위 셀(100U)의 두께 배향성에 따른 용량 불균일을 보상할 수 있다. 예를 들어, 집전체(210, 310)에 로딩된 합제층(220, 320)의 두께가 얇은 영역은 합제층(220, 320)의 밀도를 높게 설정할 수 있다. 이러한 합제층(220, 320)의 밀도 배향성은, 집전체(210, 310) 상에 합제층(220, 320)을 균일하게 로딩한 상태에서 롤러를 이용해 압력을 가할 때 일방향으로 가압 혹은 감압함으로써 구현 가능하다.
한편, 단위 셀(100U)에서, 양극 집전체(210), 양극 합제층(220), 제1 분리막(400), 음극 합제층(320), 음극 집전체(310) 및 제2 분리막(500)이 차례로 적층될 수 있다. 이에 따라, 단위 셀(100U)이 복수로 모여 전극 조립체(100)를 형성할 때, 어느 한 단위 셀(100U)의 제2 분리막(500)이 인접한 다른 단위 셀(100U)의 양극 집전체(210)와 대면할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 전극 조립체(100)에서, 제1 분리막(400)은 양극 합제층(220)과 음극 합제층(320) 사이에 위치할 수 있고, 제2 분리막(500)은 양극 집전체(210)와 음극 집전체(310) 사이에 위치할 수 있다.
앞서 설명한 바 대로, 단위 셀(100U)에 포함되는 집전체(210, 310)의 상측 모서리, 하측 모서리, 외측 모서리 및 중심측 모서리 중 적어도 하나에 전극 탭이 형성되는데, 이하에서는, 도 5a 내지 도 5c 및 도 6a 내지 도 6c를 참고하여, 양극 탭과 음극 탭을 나누어 설명하도록 한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 양극 집전체 및 양극 탭을 나타낸 도면들이고, 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 음극 집전체 및 음극 탭을 나타낸 도면들이다.
먼저 도 5a 내지 도 5c를 참고하면, 양극 집전체(210)의 상측 모서리, 외측 모서리 및 중심측 모서리 중 적어도 하나에 양극 탭(211a, 211b, 211c)이 형성될 수 있다. 구체적으로 도 5a는 양극 집전체(210)의 상측 모서리에 형성된 양극 탭(211a)을 나타내고, 도 5b는 양극 집전체(210)의 외측 모서리에 형성된 양극 탭(211b)을 나타내며, 도 5c는 양극 집전체(210)의 중심측 모서리에 형성된 양극 탭(211c)을 나타낸다. 여기서, 상기 상측 모서리는 도 2에서 z축 방향에 위치한 모서리이고, 상기 외측 모서리는 도 2에서 전극 조립체(100)의 외측에 위치한 모서리이며, 상기 중심측 모서리는 도 2에서 전극 조립체(100)의 중심측에 위치한 모서리이다.
각 양극 탭(211a, 211b, 211c)은 상측을 향해 연장된 구조일 수 있다. 상측 모서리에 형성된 양극 탭(211a)은 상측 방향으로 일직선으로 연장된 구조일 수 있고, 외측 모서리나 중심측 모서리에 형성된 양극 탭(211b, 211c)은 상측 방향으로 한번 꺾여 연장된 구조일 수 있다.
다음, 도 6a 내지 도 6c를 참고하면, 음극 집전체(310)의 하측 모서리, 외측 모서리 및 중심측 모서리 중 적어도 하나에 음극 탭(311a, 311b, 311c)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 6a는 음극 집전체(310)의 하측 모서리에 형성된 음극 탭(311a)을 나타내고, 도 6b는 음극 집전체(310)의 외측 모서리에 형성된 음극 탭(311b)을 나타내며, 도 6c는 음극 집전체(310)의 중심측 모서리에 형성된 음극 탭(311c)을 나타낸다. 상기 하측 모서리는 도 2에서 -z축 방향에 위치한 모서리이고, 상기 외측 모서리는 도 2에서 전극 조립체(100)의 외측에 위치한 모서리이며, 상기 중심측 모서리는 도 2에서 전극 조립체(100)의 중심측에 위치한 모서리이다.
각 음극 탭(311a, 311b, 311c)은 하측을 향해 연장된 구조일 수 있다. 하측 모서리에 형성된 음극 탭(311a)은 하측 방향으로 일직선으로 연장된 구조일 수 있고, 외측 모서리나 중심측 모서리에 형성된 음극 탭(311b, 311c)은 하측 방향으로 한번 꺾여 연장된 구조일 수 있다.
한편, 양극 탭(211a, 211b, 211c)은 양극 집전체(210)와 일체로 구성될 수 있다. 즉, 판재 형상인 양극 집전체(210)의 일부가 돌출되어 양극 탭(211a, 211b, 211c)을 형성할 수 있다. 마찬가지로, 음극 탭(311a, 311b, 311c)은 음극 집전체(310)와 일체로 구성될 수 있다. 즉, 판재 형상인 음극 집전체(310)의 일부가 돌출되어 음극 탭(311a, 311b, 311c)을 형성할 수 있다.
본 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 위에서 설명한 양극 탭(211a, 211b, 211c)들 중 하나와 음극 탭(311a, 311b, 311c)들 중 하나가 조합되어 구성될 수 있다. 구체적으로, 예를 들어, 상측 모서리에 형성된 양극 탭(211a)과 하측 모서리에 형성된 음극 탭(311a)이 조합될 수 있고, 외측 모서리에 형성된 양극 탭(211b)과 외측 모서리에 형성된 음극 탭(311b)이 조합될 수 있으며, 중심측 모서리에 형성된 양극 탭(211c)과 중심측 모서리에 형성된 음극 탭(311c)이 조합될 수 있다. 또, 외측 모서리에 형성된 양극 탭(211b)과 중심측 모서리에 형성된 음극 탭(311c)이 조합될 수 있다. 각 조합에 대한 특별한 제한은 없으며, 다양한 조합이 가능할 수 있다.
하나의 예로써, 도 2에 나타난 전극 조립체(100)는, 양극 탭(211a)들이 양극 집전체의 상측 모서리에 형성되고, 음극 탭(311a)들이 음극 집전체의 하측 모서리에 형성된 경우에 해당하는 모습일 수 있다.
한편, 도시된 바와 다르게, 본 실시예 중 하나로써, 양극 탭이 하측 모서리에 형성되어 하측 방향으로 연장되고, 음극 탭이 상측 모서리에 형성되어 상측 방향으로 연장될 수 있다.
도 1에 나타난 종래의 젤리롤 전극 조립체(10)는 양극 시트(20)와 음극 시트(30)가 권취를 위해 장방형 시트로 구성되어, 양극 집전체나 음극 집전체를 통해 전자가 이동하는 거리가 길어지고, 전자 전달 저항이 커지는 문제가 있었다. 예를 들어, 종래의 젤리롤 전극 조립체(10)의 경우, 양극 또는 음극의 집전체는 두께가 수 내지 수십 마이크로미터인 반면 길이는 수백 밀리미터 내지 1 미터일 수 있다. 이러한 집전체에 대해 전극탭이 가운데 위치할 경우, 집전체 길이의 절반 즉, 수백 밀리미터만큼 전자가 이동해야 한다.
반면, 본 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 외형적으로만 원통형 구조를 형성하는 것은 종래의 젤리롤 전극 조립체(10)와 유사할 뿐, 방사형 구조체를 형성하는 복수의 단위 셀(100U)을 포함하고, 단위 셀(100U)마다 앞서 설명한 양극 탭(211a, 211b, 211c)과 음극 탭(311a, 311b, 311c)이 형성될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 신규한 구조를 형성함으로써, 양극 집전체(210)나 음극 집전체(310)를 통해 전자가 이동하는 거리를 줄일 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 전극 조립체의 경우, 양극 또는 음극의 집전체는 두께가 수 마이크로미터이고 길이가 60 밀리미터 내외일 수 있다. 종래의 젤리롤 전극 조립체(10)와 비교하여 유사한 크기 및 형상의 전극 조립체를 형성하더라도, 전자가 이동하는 경로를 훨씬 단축할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 종래의 젤리롤 전극 조립체(10)가 갖는 전자 전달 저항 상승의 문제를 해결할 수 있다.
도 3 및 도 4를 다시 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집전체(210, 310)에 관통형 홀(212, 312)이 형성될 수 있고, 이러한 관통형 홀(212, 312)은 집전체(210, 310)의 두께 방향으로 형성될 수 있으며, 복수로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제1 분리막(400)을 사이에 두고 양극 합제층(220)과 음극 합제층(320) 간의 이온 전달이 이루어지는 것이 보통이다. 이때, 앞서 설명한 바 대로, 제2 분리막(500)이 양극 집전체(210)와 음극 집전체(310) 사이에 위치하는데, 양극 집전체(210)와 음극 집전체(310)에 각각 관통형 홀(212, 312)이 형성되므로, 관통형 홀(212, 312)을 통해 양극 합제층(220)과 음극 합제층(320)이 제2 분리막(500)과 접할 수 있다. 따라서, 제2 분리막(500)을 사이에 두고 양극 합제층(220)과 음극 합제층(320) 간의 이온 전달이 이루어질 수 있다. 즉, 제2 분리막(500)과 복수의 관통형 홀(212, 312)이 형성된 다공성 집전체(210, 310)으로 인해 이차 전지의 충, 방전 시 이온 전달이 양 방향에서 이루어질 수 있어, 이차 전지의 성능이 개선될 수 있다.
또한, 관통형 홀(212, 312)이 형성된 집전체(210, 310)를 단위 셀(100U)에 적용함으로써, 이차 전지 내 전해액 또는 리튬 이온의 농도 변화폭을 감소시켜 전지의 성능 향상을 도모할 수 있다. 또한, 두께 방향으로 관통형 홀(212, 312)이 형성된 집전체(210, 310)를 단위 셀(100U)에 적용함으로써, 전해액 내의 리튬 이온 농도를 일정 범위에서 균일하게 유지할 수 있다. 이를 통해 이차 전지의 과전압 요소들 중에서, 전해액 관련된 과전압 요인을 감소시켜 전지의 성능을 높일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 관통형 홀(212, 312)이 형성된 면적 분율은 10% 내지 80% 범위일 수 있다. 보다 구체적으로, 관통형 홀(212, 312)이 형성된 면적 분율은 10% 내지 80%, 10% 내지 70%, 10% 내지 50%, 20% 내지 90%, 30% 내지 90% 또는 30% 내지 60% 범위일 수 있다. 여기서 관통형 홀(212, 312)이 형성된 면적 분율은 집전체(210, 310)의 면적 대비 관통형 홀(212, 312)이 형성된 면적의 비율을 의미할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 관통형 홀(212, 312)은 10 cm x 10 cm의 단위 면적당 10개 내지 500개가 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 관통형 홀(212, 312)은 상기 단위 면적당 10개 내지 300개, 10개 내지 200개, 10개 내지 100개, 10개 내지 70개, 30개 내지 50개, 50개 내지 500개, 100개 내지 200개, 50개 내지 300개, 100개 내지 500개, 30개 내지 200개 또는 10개 내지 200개 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 집전체(210, 310)는 메쉬 형태일 수 있다.
관통형 홀(212, 312)의 단위 면적당 수 내지 면적 분율을 상기 범위로 제어함으로써, 기계적 강도의 큰 저하 없이 집전체의 변형 정도를 줄이고 이차 전지 내 전해액 농도 내지 리튬 이온 농도의 변화폭을 낮출 수 있다.
이하에서는, 도 7 및 도 8을 참고하여, 본 발명의 변형된 실시예로써, 전극 탭과 접합된 전극 리드에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 변형된 실시예들에 따른 양극 탭 및 양극 리드의 접합 구조를 나타낸 도면들이고, 도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 변형된 실시예들에 따른 음극 탭 및 음극 리드의 접합 구조를 나타낸 도면들이다.
먼저 도 7a 내지 도 7c를 참고하면, 양극 집전체(210)의 상측 모서리, 외측 모서리 및 중심측 모서리 중 적어도 하나에 양극 탭(211a, 211b, 211c)이 형성될 수 있다. 구체적으로 도 7a는 양극 집전체(210)의 상측 모서리에 형성된 양극 탭(211a)을 나타내고, 도 7b는 양극 집전체(210)의 외측 모서리에 형성된 양극 탭(211b)을 나타내며, 도 7c는 양극 집전체(210)의 중심측 모서리에 형성된 양극 탭(211c)을 나타낸다. 각 양극 탭(211a, 211b, 211c)에는 양극 리드(213)가 접합될 수 있다. 또한, 각 양극 리드(213)는 상측을 향해 연장된 구조일 수 있다.
다음, 도 8a 내지 도 8c를 참고하면, 음극 집전체(310)의 하측 모서리, 외측 모서리 및 중심측 모서리 중 적어도 하나에 음극 탭(311a, 311b, 311c)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 8a는 음극 집전체(310)의 하측 모서리에 형성된 음극 탭(311a)을 나타내고, 도 8b는 음극 집전체(310)의 외측 모서리에 형성된 음극 탭(311b)을 나타내며, 도 8c는 음극 집전체(310)의 중심측 모서리에 형성된 음극 탭(311c)을 나타낸다. 각 음극 탭(311a, 311b, 311c)에는 음극 리드(313)가 접합될 수 있다. 또한, 각 음극 리드(313)는 하측을 향해 연장된 구조일 수 있다.
본 실시예에 따른 전극 조립체는 위에서 설명한 양극 탭(211a, 211b, 211c)과 양극 리드(213)의 접합 구조들 중 하나와 음극 탭(311a, 311b, 311c)과 음극 리드(313)의 접합 구조들 중 하나가 조합되어 구성될 수 있다.
하나의 실시예로써, 상측 모서리에 형성된 양극 탭(211a)에 접합된 양극 리드(213)와 하측 모서리에 형성된 음극 탭(311a)에 접합된 음극 리드(313)가 조합될 수 있다. 이렇게 구성된 전극 조립체는 양극 리드(213)와 음극 리드(313)가 전극 조립체(100)의 상측과 하측에 각각 위치하는데, 제조 공정이 비교적 간단하다는 장점이 있다.
또 다른 실시예들로써, 외측 모서리에 형성된 양극 탭(211b)에 접합된 양극 리드(213)와 중심측 모서리에 형성된 음극 탭(311c)에 접합된 음극 리드(313)가 조합될 수 있다. 또, 중심측 모서리에 형성된 양극 탭(211c)에 접합된 양극 리드(213)와 외측 모서리에 형성된 음극 탭(311b)에 접합된 음극 리드(313)가 조합될 수 있다. 이렇게 구성된 전극 조립체들은, 전극 리드(213, 313)들이 전극 조립체를 외측과 중심측에서 각각 잡아주어 전극 변형에 대한 구조적 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
또 다른 실시예로써, 외측 모서리에 형성된 양극 탭(211b)에 접합된 양극 리드(213)와 외측 모서리에 형성된 음극 탭(311b)에 접합된 음극 리드(313)가 조합될 수 있다. 이렇게 구성된 전극 조립체는 전극 리드(213, 313)들이 전극 조립체를 외측에서 이중으로 잡아주어 전극 변형, 특히 외측 방향으로의 팽창에 대한 구조적 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
또 다른 예로써, 중심측 모서리에 형성된 양극 탭(211c)에 접합된 양극 리드(213)와 중심측 모서리에 형성된 음극 탭(311c)에 접합된 음극 리드(313)가 조합될 수 있다. 이렇게 구성된 전극 조립체는 추가적인 무게 증가를 최소화 할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 양극 탭(211a, 211b, 211c)와 양극 리드(213)의 접합이나 음극 탭(311a, 311b, 311c)과 음극 리드(313)의 접합의 방법에 특별한 제한은 없으며, 하나의 예로, 용접 접합이 이루어질 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에 대한 분해 사시도이다.
도 9를 참고하면, 본 발명의 일 실시예예 따른 이차 전지는, 중심측을 기준으로 방사형 구조체를 형성하는 복수의 단위 셀을 포함하는 전극 조립체(100), 전극 조립체(100)를 수납하는 전지 케이스(600), 전극 조립체(100) 위에 위치하는 캡 조립체(700)를 포함한다.
전지 케이스(600)는 전해액이 함침된 전극 조립체(100)를 수납하는 구조물로써, 원통형 형상일 수 있다.
캡 조립체(700)는 상단 캡(710)과 안전 벤트(720)를 포함할 수 있다. 상단 캡(710)은 안전 벤트(720) 상에 위치하며, 안전 벤트(720)와 상호 밀착된 구조를 형성하여 전기적으로 연결될 수 있다. 상단 캡(710)은 중앙이 상향 돌출되고, 양극 탭(211a) 등을 통해 전극 조립체(100)의 양극(200)과 간접적으로 연결되어, 외부 회로와의 접속에 의한 양극 단자로서의 기능을 수행할 수 있다.
한편, 전지 케이스(600)와 캡 조립체(700) 사이에 밀봉을 위한 가스켓(800)이 위치할 수 있다. 구체적으로, 전지 케이스(600)와 캡 조립체(700) 사이에 가스켓(800)을 위치시키고, 전지 케이스(600)의 단부를 구부림으로써 크림핑부를 형성할 수 있다. 이를 통해 캡 조립체(700)의 장착 및 이차 전지의 밀봉이 이루어질 수 있다.
본 실시예에 따른 전극 탭(211a, 311a)은 직접 캡 조립체(700) 또는 전지 케이스(600)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 상측 방향으로 연장된 양극 탭(211a)이 캡 조립체(700)와 연결되어 캡 조립체(700)의 상단 캡(710)이 양극 단자로써 기능할 수 있다. 또한, 하측 방향으로 연장된 음극 탭(311a)이 전지 케이스(600)의 바닥부와 연결되어 전지 케이스(600)의 바닥부가 음극 단자로써 기능할 수 있다. 이 때, 전극 탭(211a, 311a) 각각을 캡 조립체(700)나 전지 케이스(600)에 연결할 수 있고, 또 다른 방법으로 전극 탭(211a, 311a)끼리 먼저 접합한 후 이를 캡 조립체(700)나 전지 케이스(600)에 연결할 수 있다.
한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 본 발명의 변형된 실시예로써, 전극 탭이 전극 리드와 접합되어 캡 조립체(700) 또는 전지 케이스(600)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 양극 탭과 접합되고 상측 방향으로 연장된 양극 리드가 캡 조립체(700)와 연결되어 캡 조립체(700)의 상단 캡(710)이 양극 단자로써 기능할 수 있다. 또한, 음극 탭과 접합되고 하측 방향으로 연장된 음극 리드가 전지 케이스(600)의 바닥부와 연결되어 전지 케이스(600)의 바닥부가 음극 단자로써 기능할 수 있다. 이 때, 상기 전극 리드 각각을 캡 조립체(700)나 전지 케이스(600)에 연결할 수 있고, 또 다른 방법으로 상기 전극 리드끼리 먼저 접합한 후 이를 캡 조립체(700)나 전지 케이스(600)에 연결할 수 있다.
한편, 도 2를 다시 참고하면, 수평 단면을 기준으로, 전극 조립체(100)의 중심측에는 수직 방향(z축 방향)으로 관통하는 중공이 형성될 수 있는데, 내경과 외경의 직경 비율은 1:1.1 내지 100 범위일 수 있다. 전극 조립체(100)의 내경과 외경의 직경 비율은, 각각 내경과 외경의 평균값을 기준으로 산출한다. 구체적인 실시예에서, 전극 조립체(100)의 내경과 외경의 직경비율은 1:1.1 내지 100 범위, 1:1.5 내지 80 범위, 1:2 내지 50 범위, 1:10 내지 100 범위 또는 1:30 내지 100 범위일 수 있다.
한편, 단위 셀(100U)은, 수평 단면을 기준으로, 내주면을 형성하는 중심측 방향의 내측 단부의 두께(Din)와 외주면을 형성하는 외측 단부의 두께(Dout)의 비율(Dout : Din)이, 1:1.5~10 범위일 수 있다. 구체적인 실시예에서, 상기 비율(Dout : Din)은 1:1.1 내지 100 범위, 1:1.5 내지80 범위, 1:2 내지 50 범위, 1:10 내지 100 범위 또는 1:30 내지 100 범위일 수 있다.
상술한 바대로, 본 실시예에 따른 단위 셀(100U)은 일방향으로 갈수록 두께가 감소하는 방사형 구조체를 형성한다. 이는 기존의 각형 전지, 파우치형 전지 또는 원통형 전지와는 차별화되는 형태이다. 기존의 이차 전지는 외부 형상의 차이가 있으나, 각 전지를 구성하는 단위 셀은 전체적인 두께가 균일하게 제조하되, 적층 형태 혹은 권취 형태를 달리한 것에 불과하다. 반면, 본 실시예에 따른 단위 셀(100U)에서, 전극(200, 300)은, 수평 단면을 기준으로, 방사형 구조체의 외측에서 중심측으로 갈수록 전극과 전극 사이의 간격이 감소하는 구조이다.
양극 활물질은 리튬 함유 산화물을 포함할 수 있다. 상기 리튬 함유 산화물로는, 리튬 함유 전이금속 산화물이 사용될 수 있다. 하나의 예에서, 양극 합제층(220)은 양극 활물질 외에 도전재 및 바인더 고분자 등을 포함할 수 있고, 필요에 따라, 당업계에서 통상적으로 사용되는 양극 첨가제를 더 포함할 수 있다.
양극 집전체(210)는 전도성이 높은 금속으로 양극 활물질 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속이면서, 이차 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 소재에 특별한 제한은 없다. 구체적으로 양극 집전체(210)는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일일 수 있다.
음극 활물질로서 탄소재가 사용되는 경우, 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소(hard carbon)가 대표적이다. 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (mesocarbon microbeads), 액정피치(Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum orcoal tar pitchderived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.
음극 집전체(310)는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일일 수 있다. 또한, 음극 집전체(310)는 상기 물질들로 이루어진 기재들을 적층하여 사용할 수도 있다.
제1 분리막(400) 및 제2 분리막(500)은 리튬 이차 전지에서 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막(membrane) 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 폴리올레핀계 다공성 막의 예로는, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 막(membrane)을 들 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체는 전고체 전지에 적용될 수 있다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 양극과 음극 사이에 분리막을 대신하여 고체 전해질층이 위치할 수 있다. 즉, 제1 분리막 및 제2 분리막을 대신하여 해당 위치에 고체 전해질이 채워진 고체 전해질층이 위치함으로써, 전고체 전지용 전극 조립체를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전해액은 비수 전해액을 포함하는 비수계 전해질을 사용할 수 있다. 상기 비수 전해액으로는 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소 런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다. 그러나 특별히 여기에 한정되는 것은 아니며 통상적으로 리튬 이차 전지 분야에서 사용되는 다수의 전해액 성분들이 적절한 범위 내에서 가감될 수 있다.
이하에서는, 구체적인 실시예를 통해 본 기재에 따른 전극 조립체에 대해 설명하도록 한다.
실시예 1
양극 활물질로 NCM(LiNi 0.8Co 0.1Mn 0.1O 2) 100 중량부, 도전재로 카본 블랙(FX35, Denka) 1.5 중량부 및 바인더 고분자로 폴리비닐리덴 플루오라이드(KF9700, Kureha) 2.3 중량부를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 양극 합제층 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 합제층 슬러리를 640 mg/25cm 2의 로딩량으로 관통형 홀이 형성된 알루미늄 집전체 일면에 코팅 한 뒤 진공 건조하여, 양극을 수득하였다. 상기 알루미늄 집전체에서, 관통형 홀이 면적 분율 약 40% 수준으로 형성되고, 10 cm x 10 cm의 단위 면적당 약 50개 형성된 구조이다. 또한, 상기 양극 합제층은 일방향으로 두께 약 40% 수준까지 순차적으로 감소되도록 가압하였다.
음극은 음극 활물질로서 인조흑연(GT, Zichen(China)) 100 중량부, 도전재로서 카본블랙(Super-P) 1.1 중량부, 스티렌-부타디엔 고무 2.2 중량부, 카복시 메틸 셀룰로오즈 0.7 중량부를 용제인 물에 첨가하여 음극 활물질 슬러리를 제조한 후, 관통형 홀이 형성된 구리 집전체 일면에 코팅, 건조 및 압착하여 제조하였다. 상기 구리 집전체에서, 관통형 홀이 면적 분율 약 40% 수준으로 형성되고, 10 cm x 10 cm의 단위 면적당 약 50개 형성된 구조이다. 또한, 상기 양극 합제층은 일방향으로 두께 약 40% 수준까지 순차적으로 감소되도록 가압하였다.
한편, 폴리프로필렌을 건식 방법을 사용하여 일축 연신하여, 융점이 165℃이고, 일측의 너비가 200 mm인 미세 다공성 구조의 분리막을 제조하였다. 제1 분리막을 양극과 음극 사이에 개재하고, 양극과 음극의 외측에는 제2 분리막이 위치하는구조의 단위 셀이 반복되도록 집합하여 전극 조립제를 제조하였다. 상기 전극 조립체는, 수평 단면을 기준으로, 중심측을 중심으로 50 개의 단위 셀이 방사형으로 집합된 구조이다.
상기 전극 조립체를 원통형 전지케이스에 내장한 후, 1M LiPF6 카보네이트계 용액 전해액을 주입하여 이차 전지를 완성하였다.
실시예 2
알루미늄 및 구리 집전체를 각각 메쉬 구조의 집전체를 사용하였다는 점을제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차 전지를 제조하였다.
비교예 1
양극 및 음극 집전체에 각각 두께 관통형 홀을 형성하지 않고, 양극 및 음극 합제층의 두께 구배를 형성하지 않았다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극 및 음극을 제조하였다.
실험예 1: 이차 전지 물성 평가
실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 각 이차 전지에 대하여 물성을 평가하였다. 구체적으로는 각 이차 전지에 대한 충전과 방전을 수행하고, 충전 및 방전시 전압과 온도 변화를 각각 측정하였다. 이차 전지에 대한 충전과 방전은 20℃, 1C 조건에서 수행하였다.
이차 전지의 충전과 방전시 전압 변화를 평가한 결과는 도 10에 도시하였고, 이차 전지의 충전과 방전시 온도 변화를 평가한 결과는 도 11에 도시하였다.
먼저, 도 10을 참고하면, 실시예 1에 따른 이차 전지는 비교예 1과 대비하여 방전 전압이 높고, 충전 전압이 낮음을 알 수 있다. 이를 통해, 실시예 1에 따른 이차 전지는 제품에 적용 시 보다 높은 파워를 제공하며, 충전시에는 보다 낮은 충전 파워를 요구함을 알 수 있다.
도 11을 참고하면, 실시예 1에 따른 이차 전지는, 비교예 1과 대비하여, 충, 방전 시 온도가 낮고 그 변화폭이 현저히 작은 것을 알 수 있다. 따라서, 실시예 1에 따른 이차 전지는 요구되는 냉각 성능이 더 낮고, 보다 컴팩트한 설계가 가능하다.
따라서, 각종 모바일 전자기기(mobile device), 웨어러블 전자기기(wearable device)등에 적용이 가능하며, 특히 무선 이어폰이나 스마트워치와 같은 소형기기, 특히 이차전지의 중량 및 부피에 제약을 받으면서도 장기간 사용을 요하는 디바이스에 특히 적합하다.
또한 출력이 우수하여 전지 기반 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워툴(power tool)에도 사용될 수 있으며, 드론(drone), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차, 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차, 전기 골프 카트(electric golf cart) 등 고출력의 전기를 이용하는 수송 수단뿐만 아니라 전기 저장 시스템에 적용하기에도 적합하다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
부호의 설명
100: 전극 조립체
100U: 단위 셀
200: 양극
210: 양극 집전체
211a, 211b, 211c: 양극 탭
300: 음극
310: 음극 집전체
311a, 311b, 311c: 음극 탭

Claims (11)

  1. 중심측을 기준으로 방사형 구조체를 형성하는 복수의 단위 셀을 포함하고,
    수평 단면을 기준으로, 상기 방사형 구조체의 외측에서 상기 중심측 방향으로 갈수록 상기 단위 셀의 두께가 감소하며,
    상기 단위 셀에 포함되는 집전체의 상측 모서리, 하측 모서리, 외측 모서리 및 중심측 모서리 중 적어도 하나에 전극 탭이 형성되는 전극 조립체.
  2. 제1항에서,
    상기 단위 셀은, 차례로 적층된 양극, 제1 분리막, 음극 및 제2 분리막을 포함하는 전극 조립체.
  3. 제2항에서,
    상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 상에 형성된 양극 합제층을 포함하고,
    상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 형성된 음극 합제층을 포함하는 전극 조립체.
  4. 제3항에서,
    상기 양극 집전체의 상측 모서리, 외측 모서리 및 중심측 모서리 중 적어도 하나에 양극 탭이 형성되는 전극 조립체.
  5. 제3항에서,
    상기 음극 집전체의 하측 모서리, 외측 모서리 및 중심측 모서리 중 적어도 하나에 음극 탭이 형성되는 전극 조립체.
  6. 제3항에서,
    상기 방사형 구조체의 상기 외측에서 상기 중심측 방향으로 갈수록 상기 양극 합제층 및 상기 음극 합제층 중 적어도 하나의 두께가 감소하는 전극 조립체.
  7. 제3항에서,
    상기 방사형 구조체의 상기 외측에서 상기 중심측 방향으로 갈수록 상기 양극 합제층 및 상기 음극 합제층 중 적어도 하나의 밀도가 증가하는 전극 조립체.
  8. 제3항에서,
    상기 양극 집전체, 상기 양극 합제층, 상기 제1 분리막, 상기 음극 합제층, 상기 음극 집전체 및 상기 제2 분리막이 차례로 적층되는 전극 조립체.
  9. 제1항에서,
    상기 집전체에 관통형 홀이 형성된 전극 조립체.
  10. 제1항에서,
    상기 전극 탭에 접합되는 전극 리드를 더 포함하는 전극 조립체.
  11. 제1항에 따른 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수납하는 전지 케이스; 및
    상기 전극 조립체의 위에 위치하는 캡 조립체를 포함하고,
    상기 전극 탭은, 직접 또는 전극 리드와 접합되어, 상기 캡 조립체 또는 상기 전지 케이스와 연결되는 이차 전지.
PCT/KR2021/002913 2020-06-08 2021-03-09 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 WO2021251595A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21822426.9A EP4113680A4 (en) 2020-06-08 2021-03-09 ELECTRODE ASSEMBLY AND SECONDARY BATTERY COMPRISING IT
CN202180028904.3A CN115461902A (zh) 2020-06-08 2021-03-09 电极组件以及包括该电极组件的二次电池
JP2022559384A JP7490920B2 (ja) 2020-06-08 2021-03-09 電極組立体およびこれを含む二次電池
US17/919,661 US20230163366A1 (en) 2020-06-08 2021-03-09 Electrode assembly and secondary battery including the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2020-0068992 2020-06-08
KR1020200068992A KR20210152200A (ko) 2020-06-08 2020-06-08 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021251595A1 true WO2021251595A1 (ko) 2021-12-16

Family

ID=78845707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/002913 WO2021251595A1 (ko) 2020-06-08 2021-03-09 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230163366A1 (ko)
EP (1) EP4113680A4 (ko)
JP (1) JP7490920B2 (ko)
KR (1) KR20210152200A (ko)
CN (1) CN115461902A (ko)
WO (1) WO2021251595A1 (ko)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07130344A (ja) * 1993-10-29 1995-05-19 Sanyo Electric Co Ltd 集合電池
KR20060015060A (ko) * 2004-08-13 2006-02-16 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지용 전극판
JP2006185778A (ja) * 2004-12-28 2006-07-13 Toyota Motor Corp 組電池の冷却装置
CN205303553U (zh) * 2015-12-08 2016-06-08 财团法人工业技术研究院 电池模块
KR101810269B1 (ko) * 2013-09-24 2017-12-18 주식회사 엘지화학 전극조립체 및 전지케이스간의 결합력이 향상된 이차전지
KR20190026627A (ko) * 2017-09-04 2019-03-13 주식회사 엘지화학 플렉시블 전지의 제조방법 및 이로부터 제조된 플렉시블 전지
KR20200068992A (ko) 2018-12-06 2020-06-16 오스템임플란트 주식회사 전자 차트 관리 장치, 전자 차트 관리 방법 및 기록 매체

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5165331A (ko) * 1974-11-30 1976-06-05 Shin Kobe Electric Machinery
JP2014007108A (ja) * 2012-06-26 2014-01-16 Mitsubishi Motors Corp 二次電池
KR102026292B1 (ko) * 2015-08-20 2019-11-26 주식회사 엘지화학 활물질 로딩량의 구배를 가진 전극을 포함하는 전극조립체

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07130344A (ja) * 1993-10-29 1995-05-19 Sanyo Electric Co Ltd 集合電池
KR20060015060A (ko) * 2004-08-13 2006-02-16 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지용 전극판
JP2006185778A (ja) * 2004-12-28 2006-07-13 Toyota Motor Corp 組電池の冷却装置
KR101810269B1 (ko) * 2013-09-24 2017-12-18 주식회사 엘지화학 전극조립체 및 전지케이스간의 결합력이 향상된 이차전지
CN205303553U (zh) * 2015-12-08 2016-06-08 财团法人工业技术研究院 电池模块
KR20190026627A (ko) * 2017-09-04 2019-03-13 주식회사 엘지화학 플렉시블 전지의 제조방법 및 이로부터 제조된 플렉시블 전지
KR20200068992A (ko) 2018-12-06 2020-06-16 오스템임플란트 주식회사 전자 차트 관리 장치, 전자 차트 관리 방법 및 기록 매체

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4113680A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP4113680A1 (en) 2023-01-04
JP7490920B2 (ja) 2024-05-28
US20230163366A1 (en) 2023-05-25
CN115461902A (zh) 2022-12-09
JP2023520873A (ja) 2023-05-22
EP4113680A4 (en) 2024-08-21
KR20210152200A (ko) 2021-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018008953A1 (en) Negative electrode for secondary battery
WO2012074217A2 (ko) 원심력을 이용한 이차전지의 탈기 방법
WO2015037867A1 (ko) 리튬 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지
WO2016048002A1 (ko) 둘 이상의 케이스 부재들을 포함하는 각형 전지셀
WO2012074212A2 (ko) 전지셀의 제조방법 및 이를 이용하여 생산되는 전지셀
WO2012165758A1 (ko) 리튬 이차전지
WO2015037868A1 (ko) 리튬 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지
WO2016167457A1 (ko) 전극 탭들과 전극 리드의 탭-리드 결합부가 공간부에 위치하는 전극조립체
WO2016056875A2 (ko) 전극조립체 및 이의 제조방법
WO2018212481A1 (ko) 리튬 이차전지용 음극의 제조방법
WO2016052867A1 (ko) 가압부를 포함하는 원통형 전지 및 이의 제조 방법
WO2017099333A1 (ko) 가스 흡착제가 포함되어 있는 전극 리드를 구비한 전지셀
WO2018208035A1 (ko) 리튬 이차전지의 제조방법
WO2013157856A1 (ko) 다층구조 전극 및 그 제조방법
WO2015102221A1 (ko) 계단 구조의 하이브리드 전극조립체
WO2018217071A1 (ko) 이차전지용 양극의 제조방법, 이와 같이 제조된 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2019155452A2 (ko) 리튬 금속 이차전지 및 이를 포함하는 전지모듈
WO2018048126A1 (ko) 균일한 품질을 가지는 전극들의 제조 방법 및 이를 포함하는 전극조립체 제조 방법
WO2014168398A1 (ko) 면적이 서로 다른 전극들을 포함하고 있는 전극 적층체 및 이를 포함하는 이차전지
WO2015016568A1 (ko) 안전성이 강화된 리튬 이차전지
WO2021101041A1 (ko) 이차전지의 활성화 방법
WO2017217646A1 (ko) 수명 특성이 향상된 전지시스템 및 전지시스템의 가동 방법
WO2021054595A1 (ko) 2개 이상의 금속 호일 사이에 저항층을 포함하는 전극 집전체, 이를 포함하는 전극 및 리튬 이차전지
WO2020149618A1 (ko) 음극 활물질의 제조 방법
WO2019017617A1 (ko) 집전체가 없는 전극 및 이를 포함하는 이차전지

Legal Events

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

Ref document number: 21822426

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022559384

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202217058232

Country of ref document: IN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021822426

Country of ref document: EP

Effective date: 20220930

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE