WO2022015101A1 - 전극조립체 - Google Patents

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WO2022015101A1
WO2022015101A1 PCT/KR2021/009173 KR2021009173W WO2022015101A1 WO 2022015101 A1 WO2022015101 A1 WO 2022015101A1 KR 2021009173 W KR2021009173 W KR 2021009173W WO 2022015101 A1 WO2022015101 A1 WO 2022015101A1
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active material
negative electrode
electrode
negative
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PCT/KR2021/009173
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주정훈
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • 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
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    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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 wound in a state in which electrodes and separators are alternately stacked, and more particularly, the N/P ratio between the vicinity of the central hole and the vicinity of the outer rim (N/P ratio: the capacity of the cathode and the anode per unit area ratio) to an electrode assembly that can have more stable performance by reducing deviation.
  • a battery for storing electrical energy may be generally divided into a primary battery and a secondary battery.
  • a primary battery is a disposable consumable battery
  • a secondary battery is a rechargeable battery manufactured using a material in which oxidation and reduction processes between an electric current and a substance are repeatable. That is, when the reduction reaction of the material is performed by the current, the power is charged, and when the oxidation reaction is performed on the material, the power is discharged. Such charge-discharge can be repeatedly performed.
  • lithium secondary batteries are generally manufactured by mounting an electrode assembly in which a positive electrode, a separator, and an anode are stacked in a case, and lithium ions are produced from the lithium metal oxide of the positive electrode to the negative electrode. As the process of intercalation and deintercalation is repeated, charging and discharging of the lithium secondary battery proceeds.
  • a plurality of unit cells in which a cathode, a separator, and a cathode cut to a predetermined size are stacked in a predetermined order are generally stacked or individual anodes/separators/cathodes are repeatedly stacked to form one electrode assembly. And this electrode assembly is accommodated in a case such as a cylindrical can or a square pouch.
  • a winding type manufactured by laminating a separator between the negative electrode and the positive electrode and then winding, cutting to have the required width and length, cutting the negative electrode and the positive electrode, and then the negative electrode and the separator , a stack-and-fold type, which is manufactured by stacking anodes so that they are repeated, and a stack-and-fold type, which are manufactured by placing unit cells side by side on a folding separator and then folding from one side, etc. are known.
  • the winding type (jelly roll type) electrode assembly is mounted in a state in which the positive electrode 3, the separators 2: 2a, 2b, and the negative electrode 4 are stacked on the winding core 1, and the winding core 1 is rotated. It is manufactured by winding the positive electrode 3, the separator 2, and the negative electrode 4 along the periphery of the winding core (1).
  • the negative electrode 4 has a negative electrode active material on the surface of the negative electrode current collector at the outermost end when the winding is finished.
  • the coated negative electrode uncoated portion 4a is formed, the negative electrode tab 4b is coupled to the negative negative electrode uncoated portion 4a, and when the positive electrode 3 is finished winding the positive electrode tab 3b is the negative electrode tab 4b.
  • a positive electrode uncoated portion 3a on the surface of the positive electrode current collector not coated with a positive electrode active material so as to be spaced apart from each other, is formed in the middle along the longitudinal direction, and the positive electrode tab 3b is disposed on the positive electrode uncoated portion 3a. It has a combined structure.
  • the separator 2 is first put into the core 1 and the Next, the negative electrode (4) and the positive electrode (3) are sequentially input. That is, in the manufacturing method of the jelly roll type electrode assembly, the starting end (the end at which the winding starts) of the two sheets of separators 2a and 2b is superimposed and fixed to the core 1 in a state where the winding core 1 is rotated. Next, after the negative electrode 4 is charged, the positive electrode 3 is configured to be charged with a slight time difference. Alternatively, depending on the manufacturing method, the negative electrode 4, the second separator 2b, and the positive electrode 3 are sequentially introduced while the first separator 2a is wound on the core 1 .
  • the cylindrical electrode assembly is manufactured in a wound state in the stacked state in the order of separator/cathode/separator/anode.
  • the anode 3 and the cathode 4 have a ratio of the contact area between the anode 3 and the cathode 4 due to the curvature from the vicinity of the central hole (formed at the position where the core is removed) to the outside.
  • This causes an imbalance in the opposing ratio (N/P ration: the capacity ratio of the active material per unit area of the negative electrode and the positive electrode) between the positive electrode 3 and the negative electrode 4 .
  • the opposing ratio that can be calculated by the following formula varies depending on the ratio of the contact area between the positive electrode 3 and the negative electrode 4 .
  • the capacity per unit area of the anode 3 (capacity to accommodate electrons per unit area) is the same overall.
  • the contrast ratio in the area (A) near the central hall may be less than 100%, while the contrast ratio in the outer area (B) may exceed 100%. Accordingly, deterioration of the electrode was accelerated in the region (A) near the central hall, which could have a weak effect on the lifespan of the secondary battery.
  • the present invention configures the anode capacity in the area near the central hall and the anode capacity in the outer area differently to solve the above problems, or the cathode capacity in the area near the central hall and the cathode capacity in the outer area
  • the main object is to provide an electrode assembly that can reduce the deviation of the opposite ratio by configuring the .
  • the present invention for achieving the above object is an electrode assembly manufactured by winding a positive electrode, a separator, and a negative electrode in a stacked state, wherein the positive electrode includes a first positive electrode and a second positive electrode, and the first positive electrode and The second positive electrode is manufactured by coating a positive electrode active material on the surface of each positive electrode current collector, and a positive electrode uncoated part is formed in which the positive electrode active material is not applied to one end of the positive electrode current collector and the positive electrode current collector is exposed, and the first positive electrode and the second positive electrode are connected to each other It is characterized in that the anode uncoated parts are joined and connected to each other.
  • the capacity per unit area of the first anode is different from the capacity per unit area of the second cathode.
  • the positive electrode active material applied to the first positive electrode and the positive electrode active material applied to the second positive electrode are prepared by mixing the same components, and the component ratio of the positive electrode active material applied to the first positive electrode and the second positive electrode based on the atomic ratio or mass ratio Since the component ratio of the positive electrode active material applied to the electrode is set differently, the capacity per unit area of the first positive electrode and the capacity per unit area of the second positive electrode may be configured to be different.
  • the same amount of the positive active material applied to the first positive electrode and the positive active material applied to the second positive electrode may be applied.
  • the positive electrode active material applied to the first positive electrode and the positive electrode active material applied to the second positive electrode are prepared by mixing the same components, the amount of the positive electrode active material applied to the first positive electrode and the positive electrode applied to the second positive electrode Since the amount of the active material to be applied is set differently, the capacity per unit area of the first positive electrode and the capacity per unit area of the second positive electrode may be configured to be different.
  • the positive electrode active material applied to the first positive electrode and the positive electrode active material applied to the second positive electrode may be prepared to have the same component ratio based on an atomic ratio or a mass ratio.
  • the positive electrode active material applied to the first positive electrode and the positive electrode active material applied to the second positive electrode are prepared by mixing the same components, and the component ratio based on the amount of the positive electrode active material applied to the first positive electrode and the atomic ratio or mass ratio is the second 2
  • the amount of the positive electrode active material applied to the positive electrode and the atomic ratio or the component ratio based on the mass ratio are set differently from each other, so that the capacity per unit area of the first positive electrode and the capacity per unit area of the second positive electrode are different.
  • the positive electrode tabs are bonded to overlap at the point where the positive electrode uncoated portion of the first positive electrode and the positive electrode unpainted portion of the second positive electrode are bonded.
  • the positive electrode tab may be joined such that one side is welded to the positive electrode uncoated portion of the first positive electrode and the other side is welded to the positive electrode uncoated portion of the second positive electrode.
  • the first positive electrode is an amount of the positive electrode active material applied to one side of the positive electrode current collector; or a component ratio based on an atomic ratio or a mass ratio; At least one of the positive electrode active materials is manufactured differently from the positive electrode active material applied to the other side of the positive electrode current collector, so that the capacity per unit area on one side and the capacity per unit area on the other side are different.
  • the second positive electrode is an amount of the positive electrode active material applied to one side of the positive electrode current collector; or a component ratio based on an atomic ratio or a mass ratio; At least one of the positive electrode active materials is manufactured differently from the positive electrode active material applied to the other side of the positive electrode current collector, so that the capacity per unit area on one side and the capacity per unit area on the other side are different.
  • the present invention further provides a structure in which the cathode is divided as well as the structure in which the anode is divided as described above. That is, the electrode assembly according to the present invention having these technical characteristics is an electrode assembly manufactured by winding a positive electrode, a separator, and a negative electrode in a stacked state, wherein the negative electrode includes a first negative electrode and a second negative electrode, and the first The negative electrode and the second negative electrode are manufactured by coating the negative electrode active material on the surface of the negative electrode current collector, respectively, and the negative electrode active material is not applied to one end to form a negative electrode uncoated part in which the negative electrode current collector is exposed, the first negative electrode and the second negative electrode is characterized in that the negative electrode uncoated parts of each other are bonded and connected.
  • the negative active material applied to the first negative electrode and the negative electrode active material applied to the second negative electrode are prepared by mixing the same components, and the component ratio of the negative electrode active material applied to the first negative electrode and the second negative electrode based on the atomic ratio or mass ratio
  • the component ratio of the negative electrode active material applied to may be set differently from each other.
  • the same amount of the negative active material applied to the first negative electrode and the negative active material applied to the second negative electrode may be applied.
  • the negative active material applied to the first negative electrode and the negative electrode active material applied to the second negative electrode are prepared by mixing the same components, and the amount of the negative electrode active material applied to the first negative electrode and the negative electrode applied to the second negative electrode
  • the application amount of the active material may be configured to be determined differently from each other.
  • the anode tab is joined to overlap.
  • the negative electrode tab is joined such that one side is welded to the negative electrode uncoated portion of the first negative electrode and the other side is welded to the negative negative uncoated portion of the second negative electrode.
  • a negative electrode non-coating portion is additionally formed on the first negative electrode at the opposite end of the side connected to the second negative electrode (as in the conventional structure shown in FIG. 1B ), and at the opposite end of the side connected to the first negative electrode, a second A negative electrode uncoated portion may be additionally formed on the negative electrode, and the negative electrode tab may be bonded to either the negative negative uncoated portion additionally formed in the first negative electrode or the negative uncoated portion additionally formed in the second negative electrode.
  • the present invention may additionally provide a secondary battery in which an electrode assembly having the above technical characteristics is incorporated in a case.
  • the anode since the anode has a structure in which the first anode and the second anode are joined, the first anode and the second anode are separately manufactured and positioned at the center of the electrode assembly or outside Since the capacity per unit area can be determined depending on whether or not it is located on the side, it is possible to reduce the deviation of the facing ratio compared to the conventional structure.
  • the capacity per unit area of the first positive electrode and the second positive electrode may be different from each other, and the thickness may also be different, and since the capacity per unit area of each of the one side and the other side may also be different, the capacity per unit area according to the location to be wound Dosage may be adjusted.
  • the bonding force between the first positive electrode and the second positive electrode can be increased by bonding the positive electrode tab.
  • 1A is a view showing a state in which two separators are first fixed to the core, and then a negative electrode and a positive electrode are sequentially introduced;
  • FIG. 1B is a view showing a state in which the conventional positive electrode and the negative electrode input to FIG. 1A are unfolded;
  • 1C is a view showing an area near the central hole (A) and an outer area (B) in a cylindrical electrode assembly;
  • FIG. 2 is a view showing a state in which an anode and a cathode are unfolded, wherein the anode is configured by bonding a first anode and a second anode according to the present invention
  • FIG. 3 is a view showing a state in which a positive electrode tab is additionally bonded to a bonding point after a first positive electrode and a second positive electrode are bonded;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view (a) of a state in which the positive electrode active material of the same composition ratio is applied to both sides of the first positive electrode and the second positive electrode, and the positive electrode active material of a different composition ratio is applied to one side and the other side. b), a cross-sectional view (c) of a state in which the positive electrode active material of the same composition ratio is applied to both sides and applied in different amounts.
  • FIG. 5 is a view (d) before the first positive electrode and the second positive electrode to which the positive electrode active material of different component ratios are applied are bonded, and before the first positive electrode and the second positive electrode coated with the same component ratio but different application amounts are bonded.
  • FIG. 6 is a view showing an anode and a cathode unfolded, wherein the cathode is configured by bonding a first cathode and a second cathode according to the present invention
  • FIG. 7 is a view showing a state in which a negative electrode tab is additionally bonded to a bonding point after the first negative electrode and the second negative electrode are bonded;
  • the present invention relates to a first anode 10 and a second anode 20 having different capacities per unit area so as to suppress or at least alleviate the problem of occurrence of a deviation in the contrast ratio in the region near the central hole and the outer region in the cylindrical electrode assembly. ) is bonded to form an anode 100, and to an electrode assembly in which a first cathode 40 and a second cathode 50 are joined to form a cathode 200, The present invention will be described in more detail with reference to.
  • Electrode assembly applied to the anode
  • FIG. 2 is a view showing the positive electrode 100 and the negative electrode 200 unfolded.
  • the positive electrode 100 is configured by bonding the first positive electrode 10 and the second positive electrode 20 according to the present invention.
  • 3 is a view showing that the first positive electrode 10 and the second positive electrode 20 are bonded, and then the positive electrode tab 30 is additionally bonded to the bonding point.
  • the electrode assembly of the present invention is an electrode assembly manufactured by winding a separator, a negative electrode 200, a separator, and a positive electrode 100 in a stacked state. When it is wound in the core, the negative electrode 200 and the positive electrode 100 are sequentially introduced and manufactured.
  • the positive electrode 100 is configured by bonding the first positive electrode 10 and the second positive electrode 20 having different capacities per unit area to each other.
  • the first positive electrode 10 is manufactured by coating the positive electrode active material on the surface of the positive electrode current collector
  • the second positive electrode 20 is also manufactured by coating the positive electrode active material on the surface of the positive electrode current collector.
  • each of the first positive electrode 10 and the second positive electrode 20 has a structure in which positive electrode uncoated portions 11 and 21 in which a positive electrode current collector is exposed by not applying a positive electrode active material to one end thereof are formed, the first positive electrode (10) and the anode uncoated portions 11 and 21 of the second anode 20 are bonded to each other through welding or a conductive adhesive.
  • the positive electrode tab 30 is bonded to the point where the positive electrode uncoated portion 11 of the first positive electrode 10 and the positive electrode uncoated portion 21 of the second positive electrode 20 are bonded to each other.
  • the positive electrode tab 30 is joined so that one side is welded to the positive electrode uncoated portion 11 of the first positive electrode 10 and the other side is welded to the positive electrode uncoated portion 21 of the second positive electrode 20 .
  • the positive electrode tab 30 may further increase the bonding force between the first positive electrode 10 and the second positive electrode 20 .
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view (a) of a state in which the positive electrode active material of the same composition ratio is applied to both sides of the first positive electrode 10 and the second positive electrode 20, and the positive electrode active material having different composition ratios is shown on one side and the other side.
  • a cross-sectional view (b) of each applied state, and a cross-sectional view (c) of a state in which the positive electrode active material of the same composition ratio was applied to both sides and applied in different amounts is shown, respectively.
  • the first positive electrode 10 and the second positive electrode 20 have the same thickness of the positive electrode active material A1 having the same composition ratio on one side and the other side of the positive electrode current collector (C). It can be applied to have.
  • the positive electrode active material (A2) composed of a different component ratio by increasing or lowering the content of specific components related to stability or capacity so as to be different from the component ratio of the positive electrode active material (A1) applied to one side
  • the capacity per unit area of both sides may be configured differently.
  • the positive electrode active material (A1, A3) of the same component ratio is applied to both sides, but the capacity per unit area can be configured differently by varying the amount applied to the other side than the amount applied to one side. .
  • both the first positive electrode 10 and the second positive electrode 20 or either the first positive electrode 10 and the second positive electrode 20 are coated on one side of the positive electrode current collector (C).
  • At least one of the positive electrode active materials (A2, A3) applied to the other side of the positive electrode current collector (C) is manufactured differently from the capacity per unit area on one side and the capacity per unit area on the other side can be formed differently.
  • the present invention provides embodiments in which capacities per unit area of the first positive electrode 10 and the second positive electrode 20 are differently formed by combining the above characteristics.
  • FIG 5 is a view (d) before the first positive electrode 10 and the second positive electrode 20 to which the positive electrode active materials of different composition ratios are applied are bonded, and the first positive electrode 10 coated with a positive electrode active material of the same composition ratio, but with a different coating amount; ) and the state before the second anode 20 is bonded (e) are respectively shown.
  • the positive electrode active material A1 applied to the first positive electrode 10 and the positive electrode active material A2 applied to the second positive electrode 20 are prepared by mixing the same components, but based on the atomic ratio or mass ratio As the component ratio of the positive electrode active material A1 applied to the first positive electrode 10 and the component ratio of the positive electrode active material A2 applied to the second positive electrode 20 are set differently from each other, the The capacity per unit area and the capacity per unit area of the second anode 20 may be different.
  • the capacity per unit area of the first positive electrode 10 and the second positive electrode 20 can be configured differently by varying the component ratio of the positive electrode active material applied to the positive electrode current collector (C).
  • the positive electrode active material A1 applied to the first positive electrode 10 and the positive electrode active material A2 applied to the second positive electrode 20 may be applied in the same amount (they may have the same thickness).
  • the positive electrode active material (A1) applied to the first positive electrode 10 and the positive electrode active material (A3) applied to the second positive electrode 20 are the same components are mixed Doedoe, the amount of the positive electrode active material (A1) applied to the first positive electrode (10) and the amount of the positive electrode active material (A3) applied to the second positive electrode (20) are determined to be different from each other, so that the first positive electrode (10) ) and the capacity per unit area of the second anode 20 may be different from each other.
  • the positive electrode active material A1 applied to the first positive electrode 10 and the positive electrode active material A2 applied to the second positive electrode 20 may be manufactured to have the same component ratio based on an atomic ratio or a mass ratio.
  • the positive electrode active material applied to the first positive electrode 10 and the positive electrode active material applied to the second positive electrode 20 are prepared by mixing the same components, the amount of the positive electrode active material applied to the first positive electrode; and the component ratio based on the atomic ratio or the mass ratio; is determined differently from both the amount of the positive electrode active material applied to the second positive electrode 20 and the component ratio based on the atomic ratio or mass ratio, so that the capacity per unit area of the first positive electrode 10 is and the capacity per unit area of the second anode 20 may be configured to be different.
  • the positive electrode uncoated part 21 is additionally formed at the opposite end of the second positive electrode 20 and a configuration in which the third anode and the fourth anode having the anode uncoated portion are sequentially connected will also be possible.
  • the capacity per unit area of the additionally connected third and fourth electrodes may be different from those of the first and second electrodes.
  • Electrode assembly applied to the anode
  • the configuration applied to the positive electrode may be equally applied to the negative electrode.
  • FIG. 6 is a view showing the positive electrode 100 and the negative electrode 200 unfolded.
  • the negative electrode 200 is configured by bonding the first negative electrode 40 and the second negative electrode 50 according to the present invention.
  • 7 is a view showing a state in which the negative electrode tab 60 is additionally bonded to the bonding point after the first negative electrode 40 and the second negative electrode 50 are bonded.
  • the electrode assembly of the present invention having a structure in which two negative electrodes are connected is an electrode assembly manufactured by winding a separator, a negative electrode 200, a separator, and a positive electrode 100 in a stacked state, as described above. As described above, when the starting end of the two sheets of separator is wound from the core, the negative electrode 200 and the positive electrode 100 are sequentially introduced and manufactured.
  • the negative electrode 200 is configured by bonding the first negative electrode 40 and the second negative electrode 50 each having different capacities per unit area.
  • the first negative electrode 40 is manufactured by coating the negative electrode active material on the surface of the negative electrode current collector, and the second negative electrode 50 is also coated with the negative electrode active material on the surface of the negative electrode current collector. is manufactured
  • each of the first negative electrode 40 and the second negative electrode 50 has a structure in which negative electrode uncoated parts 41 and 41 are formed on one end of which a negative electrode active material is not applied and the negative electrode current collector is exposed, and the first negative electrode The negative electrode uncoated portions 41 and 51 of the 40 and the second negative electrode 50 are bonded to each other through welding or a conductive adhesive.
  • the negative electrode tab 60 is bonded so that the negative electrode uncoated portion 41 of the first negative electrode 40 and the negative negative uncoated portion 51 of the second negative electrode 50 are bonded to each other.
  • the negative electrode tab 60 is joined so that one side is welded to the negative electrode uncoated portion 41 of the first negative electrode 40 and the other side is welded to the negative electrode uncoated portion 51 of the second negative electrode 50 .
  • the negative electrode tab 60 may further increase the bonding force between the first negative electrode 40 and the second positive electrode 50 .
  • the negative electrode tab 60 may be bonded to one end of the negative electrode. That is, an additional negative electrode uncoated portion 42 is formed on the first negative electrode 40 at the opposite end of the side connected to the second negative electrode 50 , and at the opposite end of the side connected to the first negative electrode 40 . A negative electrode uncoated portion 52 may be additionally formed on the second negative electrode 50 .
  • the negative electrode tab 60 has a structure in which the negative electrode uncoated portion 42 additionally formed in the first negative electrode 40 or the negative negative electrode uncoated portion 52 additionally formed in the second negative electrode 50 is bonded to either one. can also
  • the first negative electrode 40 and the second negative electrode 50 have a structure in which the negative electrode active material having the same composition ratio is applied to one side and the other side of the negative electrode current collector to have the same thickness.
  • the negative active material having a different component ratio is applied to the other side of the negative electrode current collector, and the capacity per unit area of both sides can be configured differently.
  • the capacity per unit area may be configured differently by applying an anode active material of the same component ratio to both sides of the anode current collector and varying the amount applied to the other side than the amount applied to one side.
  • the first cathode 40 and the second cathode 50 are combined in the same manner as in the configuration in which the capacity per unit area of the first anode 10 and the second anode 20 is differently formed by combining the above features. ), the capacity per unit area can be formed differently.
  • a configuration is also possible in which a negative electrode uncoated portion is additionally formed at the opposite end of the second negative electrode 50, and a third and fourth negative electrode having a negative negative electrode uncoated portion are sequentially connected, at this time, a third negative electrode connected additionally,
  • the fourth cathode may also be configured to have a capacity different from that of the first and second cathodes per unit area.
  • the positive electrode 100 has a structure in which the first positive electrode 10 and the second positive electrode 20 are joined, or the negative electrode 200 is the first negative electrode 40 and the second negative electrode ( 50) has a bonded structure, so the capacity can be determined depending on whether it is located at the center or the outer side of the electrode assembly, thereby reducing the deviation of the opposite ratio compared to the conventional cylindrical electrode assembly structure.
  • the capacity per unit area of the first positive electrode 10 and the second positive electrode 20 or the first negative electrode 40 and the second negative electrode 50 may be different from each other, and the thickness may also be different, and each one Since the capacity per unit area of the side surface and the other side may also be different, the capacity per unit area may be adjusted according to the winding position.
  • the positive electrode tab 30 is bonded to overlap, or the first negative electrode Since the negative electrode tab 60 overlaps at the point where the negative electrode uncoated portion 41 of ( 40 ) and the negative electrode unpainted portion 51 of the second negative electrode 50 are bonded, the bonding strength can be increased.

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Abstract

본 발명은. 음극, 분리막, 양극이 적층된 상태로 권취되어 제조되는 전극조립체로써, 상기 양극은 제1양극 및 제2양극을 포함하고, 상기 제1양극과 제2양극은 각각 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포되어 제조되되, 일측 끝단에 양극활물질이 미도포되어 양극집전체가 노출된 양극무지부가 형성되며, 상기 제1양극과 제2양극은 서로의 양극무지부들끼리 접합되어 연결되는 것을 특징으로 한다. 아울러, 본 발명에 따른 전극조립체는 음극에 동일한 기술이 적용될 수도 있다. 즉, 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되어 제조되는 전극조립체로써, 상기 음극은 제1음극 및 제2음극을 포함하고, 상기 제1음극과 제2음극은 각각 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포되어 제조되되, 일측 끝단에 음극활물질이 미도포되어 음극집전체가 노출된 음극무지부가 형성되며, 상기 제1음극과 제2음극은 서로의 음극무지부들끼리 접합되어 연결되는 구성을 가질 수도 있다.

Description

전극조립체
본 출원은 2020년 7월 16일자 한국특허출원 제 10-2020-0088408호 및 2021년 7월 15일자 한국특허출원 제 10-2021-0093046호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전극과 분리막이 교대로 적층된 상태로 권취된 전극조립체에 관한 것으로써 더욱 상세하게는 중심홀 근방과 외측 테두리 근방 사이의 대향비(N/P ratio: 음극과 양극의 단위면적당 용량의 비율) 편차가 감소되어 더 안정적인 성능을 가질 수 있는 전극조립체에 관한 것이다.
전기 에너지를 저장하는 전지는 일반적으로 일차 전지와 이차 전지로 구분될 수 있다. 일차 전지는 일회용 소모성 전지인 반면에, 이차 전지는 전류와 물질 사이의 산화 및 환원 과정이 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 충전식 전지이다. 즉, 전류에 의해 소재에 대한 환원 반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화 반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행가능하다.
여러 종류의 이차전지 중, 리튬 이차 전지는 일반적으로 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)이 적층된 전극조립체가 케이스에 장착되어 제조되며, 리튬 이온이 양극의 리튬 금속 산화물로부터 음극으로 삽입(Intercalation) 및 탈리(Deintercalation)되는 과정이 반복되면서, 리튬 이차 전지의 충방전이 진행된다.
상기 전극조립체는 일반적으로 미리 정해진 크기로 절단된 음극, 분리막, 양극이 미리 정해진 순서로 적층된 단위셀들이 복수 개 적층되어 또는 개별 양극/분리막/음극이 반복적층되어 하나의 전극 조립체가 된다. 그리고 이러한 전극조립체는 원통형 캔 또는 각형 파우치 등과 같은 케이스에 수용된다.
한편, 상기 전극조립체를 제조하는 방식으로써, 상기 음극과 양극 사이에 분리막을 적층한 후 감아서 제조하는 권취형, 요구되는 폭과 길이를 갖도록 재단하여 음극과 양극을 절단한 후, 상기 음극, 분리막, 양극이 반복되도록 적층하여 제조하는 적층형 및 폴딩분리막 위에 단위셀들을 나란히 올려놓은 후 일측부터 폴딩하여 제조하는 스택앤폴딩형 등이 공지된 바 있다.
이 중, 권취형(젤리롤형) 전극조립체는 권심(1)에 양극(3), 분리막(2: 2a, 2b), 음극(4)을 적층한 상태로 장착하고, 상기 권심(1)을 회전시켜 권심(1)의 둘레를 따라 양극(3), 분리막(2), 음극(4)을 권취하여 제조된다.
이때, 양극(3)과 음극(4)이 펼쳐진 모습이 나타난 도 1b 에 도시된 바와 같이, 상기 음극(4)은 권취가 끝날 때 가장 외곽에 놓이는 끝단에는 음극집전체의 표면에 음극활물질이 미도포된 음극무지부(4a)가 형성되고, 상기 음극무지부(4a)에 음극탭(4b)이 결합되었으며, 상기 양극(3)은 권취가 완료됐을 때 양극탭(3b)이 음극탭(4b)과 거리를 두고 이격되도록 양극집전체의 표면에 양극활물질이 미도포된 양극무지부(3a)가 길이방향을 따라 중간 쯤에 형성되고, 상기 양극무지부(3a)에 양극탭(3b)이 결합되는 구조를 갖는다.
그리고, 권심에 두 장의 분리막이 가장 먼저 고정되고 그 다음 음극과 양극이 순차적으로 투입되는 모습이 도시된 도 1a 에 도시된 바와 같이, 상기 권심(1)에는 분리막(2)이 가장 먼저 투입되고 그 다음 음극(4), 양극(3)이 순차적으로 투입된다. 즉, 젤리롤형 전극조립체의 제조방식에서는 두 장의 분리막들(2a, 2b)의 시작단(권취가 시작되는 끝단)이 겹쳐진 상태로 권심(1)에 고정된 상태에서 상기 권심(1)을 회전시킨 다음에 음극(4)을 투입한 후에, 약간의 시차를 두고 양극(3)이 투입되도록 구성된다. 또는, 제조방식에 따라, 첫번째 분리막(2a)이 권심(1)에서 권취되는 동안 음극(4), 두번째 분리막(2b), 양극(3)이 순차적으로 투입하기도 한다.
그리고, 양극(3)까지 투입된 상태에서 권심(1)이 미리 정해진 회전수만큼 회전하면 분리막/음극/분리막/양극 순서로 적층된 상태에서 권취된 형태로 원통형 전극조립체의 제조가 이뤄진다.
한편, 이러한 원통형 전극조립체의 경우, 한정된 공간 내에서 최대한 성능과 안정성을 높이기위해 전극(음극, 양극)의 설계가 중요하다.
특히, 원통형 전극조립체에서 양극(3)과 음극(4)은 (권심이 제거된 위치에서 형성되는) 중앙홀에 근방에서 외곽으로 갈수록 곡률에 의해 양극(3)과 음극(4)의 접촉면적비가 달라지게 되고 이로 인해 양극(3)과 음극(4)의 대향비(N/P ration: 음극과 양극의 단위면적당 활물질의 용량비율) 불균형이 발생한다. 아래와 같은 수식으로 계산될 수 있는 대향비는 양극(3)과 음극(4)의 접촉면적비에 따라 달라진다.
Figure PCTKR2021009173-appb-I000001
즉, 원통형 전극조립체에서 중앙홀 근방영역(A)과 외곽영역(B)이 표시된 도 1c 에 나타난 바와 같이, 양극(3)의 단위면적당 용량(단위면적당 전자를 수용할 수 있는 능력)이 전체적으로 동일할 때, 중앙홀 근방영역(A)의 대향비는 100%가 미만이 될 수 있는 반면, 외곽영역(B)에서의 대향비는 100%가 초과될 수 있었다. 이에 따라 중앙홀 근방영역(A)에서 전극의 퇴화가 촉진되어 이차전지 수명에 약영향을 미칠 수 있었다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 중앙홀 근방영역에서의 양극용량과 외곽영역에서의 양극용량을 다르게 구성하여 또는 중앙홀 근방영역에서의 음극용량과 외곽영역에서의 음극용량을 다르게 구성하여 대향비의 편차를 줄일 수 있는 전극조립체를 제공하는 것에 주목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되어 제조되는 전극조립체로써, 상기 양극은 제1양극 및 제2양극을 포함하고, 상기 제1양극과 제2양극은 각각 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포되어 제조되되, 일측 끝단에 양극활물질이 미도포되어 양극집전체가 노출된 양극무지부가 형성되며, 상기 제1양극과 제2양극은 서로의 양극무지부들끼리 접합되어 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1양극의 단위면적당 용량과 제2양극의 단위면적당 용량은 다르게 형성된다.
상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되, 원자비 또는 질량비 기준으로 상기 제1양극에 도포된 양극활물질의 성분비와 상기 제2양극에 도포된 양극활물질의 성분비는 서로 다르게 정해짐으로써 상기 제1양극의 단위면적당 용량과 제2양극의 단위면적당 용량이 달라지게 구성될 수 있다.
상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 동일한 도포량이 도포될 수 있다.
그리고, 상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되, 상기 제1양극에 도포된 양극활물질의 도포량과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질의 도포량은 서로 다르게 정해짐으로써 상기 제1양극의 단위면적당 용량과 제2양극의 단위면적당 용량이 달라지게 구성될 수 있다.
상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 원자비 또는 질량비 기준으로 동일한 성분비를 갖도록 제조될 수 있다.
상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되, 상기 제1양극에 도포된 양극활물질의 도포량 및 원자비 또는 질량비 기준의 성분비는 상기 제2양극에 도포된 양극활물질의 도포량 및 원자비 또는 질량비 기준의 성분비와 서로 다르게 정해짐으로써 상기 제1양극의 단위면적당 용량과 제2양극의 단위면적당 용량이 달라지게 구성될 수 있다.
아울러, 상기 제1양극의 양극무지부와 제2양극의 양극무지부가 접합된 지점에는 양극탭이 겹쳐지도록 접합된다.
이때, 상기 양극탭은 일측은 제1양극의 양극무지부와 용접되고 타측은 제2양극의 양극무지부와 용접되도록 접합될 수 있다.
상기 제1양극은 양극집전체의 일측면에 도포된 양극활물질의 도포량;이나 원자비 또는 질량비 기준의 성분비; 중 적어도 어느 하나가 양극집전체의 타측면에 도포된 양극활물질과 다르게 제조되어 일측면에서의 단위면적당 용량과 타측면에서의 단위면적당 용량은 다르게 형성될 수 있다.
상기 제2양극은 양극집전체의 일측면에 도포된 양극활물질의 도포량;이나 원자비 또는 질량비 기준의 성분비; 중 적어도 어느 하나가 양극집전체의 타측면에 도포된 양극활물질과 다르게 제조되어 일측면에서의 단위면적당 용량과 타측면에서의 단위면적당 용량은 다르게 형성될 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 위와 같이 양극이 나눠지는 구조 뿐만아니라 음극이 나눠지는 구조를 추가로 제공한다. 즉, 이러한 기술적 특징을 갖는 본 발명에 따른 전극조립체는, 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되어 제조되는 전극조립체로써, 상기 음극은 제1음극 및 제2음극을 포함하고, 상기 제1음극과 제2음극은 각각 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포되어 제조되되, 일측 끝단에 음극활물질이 미도포되어 음극집전체가 노출된 음극무지부가 형성되며, 상기 제1음극과 제2음극은 서로의 음극무지부들끼리 접합되어 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1음극에 도포된 음극활물질과 상기 제2음극에 도포된 음극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되, 원자비 또는 질량비 기준으로 상기 제1음극에 도포된 음극활물질의 성분비와 상기 제2음극에 도포된 음극활물질의 성분비는 서로 다르게 정해질 수 있다.
상기 제1음극에 도포된 음극활물질과 상기 제2음극에 도포된 음극활물질은 동일한 도포량이 도포될 수 있다.
또는, 상기 제1음극에 도포된 음극활물질과 상기 제2음극에 도포된 음극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되, 상기 제1음극에 도포된 음극활물질의 도포량과 상기 제2음극에 도포된 음극활물질의 도포량은 서로 다르게 정해지게 구성될 수도 있다.
상기 제1음극의 음극무지부와 제2음극의 음극무지부가 접합된 지점에는 음극탭이 겹쳐지도록 접합된다.
상기 음극탭은 일측은 제1음극의 음극무지부와 용접되고 타측은 제2음극의 음극무지부와 용접되도록 접합된다.
또는, (도 1b 에 나타난 종래의 구조와 같이) 상기 제2음극과 연결되는 쪽의 반대쪽 끝단에서 제1음극에는 추가적으로 음극무지부가 형성되며, 상기 제1음극과 연결되는 쪽의 반대쪽 끝단에서 제2음극에는 추가적으로 음극무지부가 형성되고, 상기 제1음극에서 추가적으로 형성된 음극무지부 또는 상기 제2음극에서 추가적으로 형성된 음극무지부 중 어느 한 곳에 음극탭이 접합될 수도 있다.
아울러, 본 발명에서는 위와 같은 기술적 특징을 갖는 전극조립체가 케이스에 내장되는 이차전지를 추가적으로 제공할 수 있다.
위와 같은 구성을 갖는 본 발명의 전극조립체는 양극이 제1양극과 제2양극이 접합된 구조를 가지므로, 제1양극과 제2양극이 개별적으로 제조되어 전극조립체에서 중심쪽에 위치되는 지 또는 외곽쪽에 위치되는 지에 여부에 따라 단위면적당 용량이 정해질 수 있으므로 종래 구조대비 대향비 편차를 줄일 수 있다.
이때, 상기 제1양극과 제2양극은 단위면적당 용량이 서로 달라질 수 있되, 그 두께 또한 달라질 수 있으며, 각각의 일측면과 타측면 또한 단위면적당 용량이 달라질 수 있으므로, 권취되는 위치에 맞게 단위면적당 용량이 조절될 수 있다.
그리고, 상기 제1양극의 양극무지부와 제2양극의 양극무지부가 접합된 지점에는 양극탭이 겹쳐지도록 접합되므로, 상기 양극탭의 접합에 의해 제1양극과 제2양극의 접합력을 증대될 수 있다.
아울러, 위와 같이 양극에 적용된 기술적 특징은 음극에도 동일하게 적용될 수 있으므로, 제조여건에 따라 양극에 적용할 지 음극에 적용할 지 여부를 유연하게 결정할 수 있는 효과가 있다.
도 1a 는 권심에 두 장의 분리막이 가장 먼저 고정되고 그 다음 음극과 양극이 순차적으로 투입되는 모습이 도시된 도면.
도 1b 는 도 1a 로 투입되는 종래의 양극과 음극이 펼쳐진 모습이 도시된 도면.
도 1c 는 원통형 전극조립체에서 중앙홀 근방영역(A)과 외곽영역(B)이 표시된 도면.
도 2 는 양극과 음극이 펼쳐진 모습이 도시된 도면으로써, 상기 양극은 본 발명에 따라 제1양극과 제2양극이 접합되어 구성된 모습이 도시된 도면.
도 3 은 제1양극과 제2양극이 접합된 후, 접합된 지점에 양극탭이 추가로 접합된 모습이 도시된 도면.
도 4 는 제1양극과 제2양극에서 양측면에 동일한 성분비의 양극활물질이 도포된 상태의 단면모습(a), 일측면과 타측면에 서로 상이한 성분비의 양극활물질이 각각 도포된 상태의 단면모습(b), 양측면에 동일한 성분비의 양극활물질이 도포되되 서로 상이한 도포량으로 도포된 상태의 단면모습(c)이 각각 나타난 도면.
도 5 는 서로 상이한 성분비의 양극활물질이 도포된 제1양극과 제2양극이 접합되기 전의 모습(d) 및 동일한 성분비의 양극활물질이 도포되되 도포량이 상이한 제1양극과 제2양극이 접합되기 전의 모습(e)이 각각 나타난 도면.
도 6 은 양극과 음극이 펼쳐진 모습이 도시된 도면으로써, 상기 음극은 본 발명에 따라 제1음극과 제2음극이 접합되어 구성된 모습이 도시된 도면.
도 7 은 제1음극과 제2음극이 접합된 후, 접합된 지점에 음극탭이 추가로 접합된 모습이 도시된 도면.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 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, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 원통형 전극조립체에서 중앙홀 근방 영역과 외곽영역에서 대향비 편차가 발생하는 문제점을 억제 또는 적어도 완화할 수 있도록 단위면적당 용량이 서로 다르게 제조되는 제1양극(10)과 제2양극(20)이 접합되어 양극(100)을 형성하는 전극조립체 및 제1음극(40)과 제2음극(50)이 접합되어 음극(200)을 형성하는 전극조립체에 관한 것으로써, 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
양극에 적용되는 전극조립체
도 2 는 양극(100)과 음극(200)이 펼쳐진 모습이 도시된 도면으로써, 상기 양극(100)은 본 발명에 따라 제1양극(10)과 제2양극(20)이 접합되어 구성된 모습이 도시된 도면이고, 도 3 은 제1양극(10)과 제2양극(20)이 접합된 후, 접합된 지점에 양극탭(30)이 추가로 접합된 모습이 도시된 도면이다.
도 2, 3 을 참조하면, 본 발명의 전극조립체는 분리막, 음극(200), 분리막, 양극(100)이 적층된 상태로 권취되어 제조되는 전극조립체로써, 위에 설명된 바와 같이 두 장의 분리막 시작단이 권심에서 권취될 때, 음극(200)과 양극(100)이 순차적으로 투입되어 제조된다.
이때, 본 발명에 따른 전극조립체에서 상기 양극(100)은 서로 단위면적당 용량이 상이하게 형성되는 제1양극(10)과 제2양극(20)이 접합되어 구성된다.
즉, 상기 제1양극(10)은 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포되어 제조되며, 제2양극(20) 또한 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포되어 제조된다.
그리고, 상기 제1양극(10)과 제2양극(20) 각각은 일측 끝단에 양극활물질이 미도포되어 양극집전체가 노출된 양극무지부(11, 21)가 형성된 구조를 가지며, 제1양극(10)과 제2양극(20)의 양극무지부들(11, 21)끼리는 서로 용접을 통해서 또는 전도성 접착제를 통해 접합된다.
아울러, 상기 제1양극(10)의 양극무지부(11)와 제2양극(20)의 양극무지부(21)가 접합된 지점에는 양극탭(30)이 겹쳐지도록 접합된다. 더 상세하게는, 상기 양극탭(30)은 일측은 제1양극(10)의 양극무지부(11)와 용접되고 타측은 제2양극(20)의 양극무지부(21)와 용접되도록 접합된다. 이에 따라, 상기 양극탭(30)은 제1양극(10)과 제2양극(20)의 결합력을 더 증대시킬 수 있다.
한편, 도 4 에는 제1양극(10)과 제2양극(20)에서 양측면에 동일한 성분비의 양극활물질이 도포된 상태의 단면모습(a), 일측면과 타측면에 서로 상이한 성분비의 양극활물질이 각각 도포된 상태의 단면모습(b), 양측면에 동일한 성분비의 양극활물질이 도포되되 서로 상이한 도포량으로 도포된 상태의 단면모습(c)이 각각 도시되었다.
도 4 의 (a)에 나타난 바와 같이, 상기 제1양극(10)과 제2양극(20)은 양극집전체(C)의 일측면과 타측면에 동일한 성분비의 양극활물질(A1)이 동일한 두께를 갖도록 도포될 수 있다.
그리고, (b)에 나타난 바와 같이, 일측면에 도포된 양극활물질(A1)의 성분비와 다르도록 안정성 또는 용량과 관련던 특정 성분들의 함량을 더 높이거나 낮춰서 성분비가 다르게 구성된 양극활물질(A2)을 양극집전체(C)의 타측면에 도포하여 양측면의 단위면적당 용량을 다르게 구성할 수도 있다.
또는, (c)에 나타난 바와 같이, 양측면에 동일한 성분비의 양극활물질(A1, A3)이 도포되되 일측면에 도포된 도포량 보다 타측면에 도포된 도포량을 다르게 함으로써 단위면적당 용량을 다르게 구성할 수도 있다.
즉, 본 발명에서, 상기 제1양극(10)과 제2양극(20) 모두 또는 제1양극(10)과 제2양극(20) 어느 하나는 양극집전체(C)의 일측면에 도포된 양극활물질(A1)의 도포량;이나 원자비 또는 질량비 기준의 성분비; 중 적어도 어느 하나가 양극집전체(C)의 타측면에 도포된 양극활물질(A2, A3)과 다르게 제조되어 일측면에서의 단위면적당 용량과 타측면에서의 단위면적당 용량은 다르게 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 특징을 조합하여 상기 제1양극(10)과 제2양극(20)의 단위면적당 용량을 다르게 형성하는 실시예들을 제공한다.
제1실시예
도 5 는 서로 상이한 성분비의 양극활물질이 도포된 제1양극(10)과 제2양극(20)이 접합되기 전의 모습(d) 및 동일한 성분비의 양극활물질이 도포되되 도포량이 상이한 제1양극(10)과 제2양극(20)이 접합되기 전의 모습(e)이 각각 나타난 도면이다.
이 실시예에서, 상기 제1양극(10)에 도포된 양극활물질(A1)과 상기 제2양극(20)에 도포된 양극활물질(A2)은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되, 원자비 또는 질량비 기준으로 상기 제1양극(10)에 도포된 양극활물질(A1)의 성분비와 상기 제2양극(20)에 도포된 양극활물질(A2)의 성분비는 서로 다르게 정해짐으로써 상기 제1양극(10)의 단위면적당 용량과 제2양극(20)의 단위면적당 용량은 달라질 수 있다.
즉, 도 5 의 (d)에 나타난 바와 같이, 양극집전체(C)에 도포되는 양극활물질의 성분비를 달리함으로써 제1양극(10)과 제2양극(20)의 단위면적당 용량을 다르게 구성할 수 있다.
이때, 상기 제1양극(10)에 도포된 양극활물질(A1)과 상기 제2양극(20)에 도포된 양극활물질(A2)은 동일한 도포량이 도포될 수 있다(동일한 두께를 가질 수 있다).
제2실시예
그리고, 도 5 의 (e)에 나타난 바와 같이, 상기 제1양극(10)에 도포된 양극활물질(A1)과 상기 제2양극(20)에 도포된 양극활물질(A3)은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되, 상기 제1양극(10)에 도포된 양극활물질(A1)의 도포량과 상기 제2양극(20)에 도포된 양극활물질(A3)의 도포량은 서로 다르게 정해짐으로써 상기 제1양극(10)의 단위면적당 용량과 제2양극(20)의 단위면적당 용량은 서로 달라질 수 있다.
이때, 상기 제1양극(10)에 도포된 양극활물질(A1)과 상기 제2양극(20)에 도포된 양극활물질(A2)은 원자비 또는 질량비 기준으로 동일한 성분비를 갖도록 제조될 수 있다.
또는 위의 제1실시예와 제2실시예가 조합되어, 상기 제1양극(10)에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극(20)에 도포된 양극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되, 상기 제1양극에 도포된 양극활물질의 도포량; 및 원자비 또는 질량비 기준의 성분비;는 상기 제2양극(20)에 도포된 양극활물질의 도포량 및 원자비 또는 질량비 기준의 성분비 모두와 서로 다르게 정해짐으로써 상기 제1양극(10)의 단위면적당 용량과 제2양극(20)의 단위면적당 용량이 달라지게 구성될 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 단위면적당 용량이 상이한 제1양극(10)과 제2양극(20)의 연결구조만 설명되었으나, 제2양극(20)의 반대쪽 끝단에 양극무지부(21)를 추가로 형성하고 양극무지부를 갖는 제3양극, 제4양극이 순차적으로 연결되는 구성도 가능할 것이다. 이때, 추가로 연결되는 제3양극, 제4양극도 제1양극 및 제2양극과 단위면적당 용량은 다르게 구성될 수 있다.
음극에 적용되는 전극조립체
본 발명의 전극조립체는 위와 설명한 바와 같이 양극에 적용되는 구성이 음극에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 6 은 양극(100)과 음극(200)이 펼쳐진 모습이 도시된 도면으로써, 상기 음극(200)은 본 발명에 따라 제1음극(40)과 제2음극(50)이 접합되어 구성된 모습이 도시된 도면이고, 도 7 은 제1음극(40)과 제2음극(50)이 접합된 후, 접합된 지점에 음극탭(60)이 추가로 접합된 모습이 도시된 도면이다.
도 6, 8 을 참조하면, 두 개의 음극이 이어지는 구조를 갖는 본 발명의 전극조립체는 분리막, 음극(200), 분리막, 양극(100)이 적층된 상태로 권취되어 제조되는 전극조립체로써, 위에 설명된 바와 같이 두 장의 분리막 시작단이 권심에서 권취될 때, 음극(200)과 양극(100)이 순차적으로 투입되어 제조된다.
이때, 본 발명에 따른 전극조립체에서 상기 음극(200)은 서로 단위면적당 용량이 상이하게 형성되는 제1음극(40)과 제2음극(50)이 접합되어 구성된다.
즉, 위에 설명한 양극의 구조와 마찬가지로, 상기 제1음극(40)은 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포되어 제조되며, 제2음극(50) 또한 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포되어 제조된다.
그리고, 상기 제1음극(40)과 제2음극(50) 각각은 일측 끝단에 음극활물질이 미도포되어 음극집전체가 노출된 음극무지부(41, 41)가 형성된 구조를 가지며, 제1음극(40)과 제2음극(50)의 음극무지부들(41, 51)끼리는 서로 용접을 통해서 또는 전도성 접착제를 통해 접합된다.
아울러, 상기 제1음극(40)의 음극무지부(41)와 제2음극(50)의 음극무지부(51)가 접합된 지점에는 음극탭(60)이 겹쳐지도록 접합된다. 더 상세하게는, 상기 음극탭(60)은 일측은 제1음극(40)의 음극무지부(41)와 용접되고 타측은 제2음극(50)의 음극무지부(51)와 용접되도록 접합된다. 이에 따라, 상기 음극탭(60)은 제1음극(40)과 제2양극(50)의 결합력을 더 증대시킬 수 있다.
참고로, 종래의 구조(도 1b에 도시된 구조) 같이 상기 음극탭(60)은 음극의 일측 끝단에 접합될 수 있다. 즉, 상기 제2음극(50)과 연결되는 쪽의 반대쪽 끝단에서 제1음극(40)에는 추가적으로 음극무지부(42)가 형성되며, 상기 제1음극(40)과 연결되는 쪽의 반대쪽 끝단에서 제2음극(50)에는 추가적으로 음극무지부(52)가 형될 수 있다. 그리고, 상기 제1음극(40)에서 추가적으로 형성된 음극무지부(42) 또는 상기 제2음극(50)에서 추가적으로 형성된 음극무지부(52) 중 어느 한 곳에 음극탭(60)이 접합되는 구조를 가질 수 도 있다.
아울러, 위에 설명한 양극의 구조와 마찬가지로, 상기 제1음극(40)과 제2음극(50)은 음극집전체의 일측면과 타측면에 동일한 성분비의 음극활물질이 동일한 두께를 갖도록 도포된 구조를 가질 수 있다.
또한, 일측면에 도포된 음극활물질의 성분비와 다르도록 안정성 또는 용량과 관련던 특정 성분들의 함량을 더 높이거나 낮춰서 성분비가 다르게 구성된 음극활물질을 음극집전체의 타측면에 도포하여 양측면의 단위면적당 용량을 다르게 구성할 수도 있다.
또는, 음극집전체의 양측면에 동일한 성분비의 음극활물질이 도포되되 일측면에 도포된 도포량 보다 타측면에 도포된 도포량을 다르게 함으로써 단위면적당 용량을 다르게 구성할 수도 있다.
즉, 상기 제1음극(40)과 제2음극(50) 모두 또는 제1음극(40)과 제2음극(50) 어느 하나는 음극집전체의 일측면에 도포된 음극활물질의 도포량;이나 원자비 또는 질량비 기준의 성분비; 중 적어도 어느 하나가 음극집전체의 타측면에 도포된 음극활물질과 다르게 제조되어 일측면에서의 단위면적당 용량과 타측면에서의 단위면적당 용량은 다르게 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 특징을 조합하여 상기 제1양극(10)과 제2양극(20)의 단위면적당 용량을 다르게 형성하는 구성과 동일한 방식으로 제1음극(40)과 제2음극(50)의 단위면적당 용량을 다르게 형성할 수 있다.
아울러, 제2음극(50)의 반대쪽 끝단에 음극무지부를 추가로 형성하고 음극무지부를 갖는 제3음극, 제4음극이 순차적으로 연결되는 구성도 가능하며, 이때, 추가로 연결되는 제3음극, 제4음극도 제1음극 및 제2음극과 단위면적당 용량은 다르게 구성될 수 있다.
위와 같은 구성을 갖는 본 발명의 전극조립체는 양극(100)이 제1양극(10)과 제2양극(20)이 접합된 구조 또는 음극(200)이 제1음극(40)과 제2음극(50)이 접합된 구조를 가지므로, 전극조립체에서 중심쪽에 위치되는 지 또는 외곽쪽에 위치되는 지에 여부에 따라 용량이 정해질 수 있으므로 종래 원통형 전극조립체 구조대비 대향비 편차를 줄일 수 있다.
이때, 상기 제1양극(10과 제2양극(20) 또는 상기 제1음극(40)과 제2음극(50)은 단위면적당 용량이 서로 달라질 수 있되, 그 두께 또한 달라질 수 있으며, 각각의 일측면과 타측면 또한 단위면적당 용량이 달라질 수 있으므로, 권취되는 위치에 맞게 단위면적당 용량이 조절될 수 있다.
그리고, 상기 제1양극(10)의 양극무지부(21)와 제2양극(20)의 양극무지부(21)가 접합된 지점에는 양극탭(30)이 겹쳐지도록 접합되거나, 상기 제1음극(40)의 음극무지부(41)와 제2음극(50)의 음극무지부(51)가 접합된 지점에는 음극탭(60)이 겹쳐지도록 접합되므로, 접합력을 증대될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 위와 같은 구성을 갖는 전극조립체가 케이스에 내장되는 이차전지를 추가적으로 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
[부호의 설명]
10 : 제1양극
20 : 제2양극
30 : 양극탭
40 : 제1음극
50 : 제2음극
60 : 음극탭
100 : 양극
200 : 음극

Claims (19)

  1. 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되어 제조되는 전극조립체로써,
    상기 양극은 제1양극 및 제2양극을 포함하고,
    상기 제1양극과 제2양극은 각각 양극집전체의 표면에 양극활물질이 도포되어 제조되되, 일측 끝단에 양극활물질이 미도포되어 양극집전체가 노출된 양극무지부가 형성되며,
    상기 제1양극과 제2양극은 서로의 양극무지부들끼리 접합되어 연결되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1양극의 단위면적당 용량과 제2양극의 단위면적당 용량은 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되,
    원자비 또는 질량비 기준으로 상기 제1양극에 도포된 양극활물질의 성분비와 상기 제2양극에 도포된 양극활물질의 성분비는 서로 다르게 정해짐으로써 상기 제1양극의 단위면적당 용량과 제2양극의 단위면적당 용량이 달라진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 동일한 도포량이 도포된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되,
    상기 제1양극에 도포된 양극활물질의 도포량과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질의 도포량은 서로 다르게 정해짐으로써 상기 제1양극의 단위면적당 용량과 제2양극의 단위면적당 용량이 달라진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 원자비 또는 질량비 기준으로 동일한 성분비를 갖도록 제조된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1양극에 도포된 양극활물질과 상기 제2양극에 도포된 양극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되,
    상기 제1양극에 도포된 양극활물질의 도포량 및 원자비 또는 질량비 기준의 성분비는 상기 제2양극에 도포된 양극활물질의 도포량 및 원자비 또는 질량비 기준의 성분비와 서로 다르게 정해짐으로써 상기 제1양극의 단위면적당 용량과 제2양극의 단위면적당 용량이 달라진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1양극의 양극무지부와 제2양극의 양극무지부가 접합된 지점에는 양극탭이 겹쳐지도록 접합된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 양극탭은 일측은 제1양극의 양극무지부와 용접되고 타측은 제2양극의 양극무지부와 용접되도록 접합된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1양극은 양극집전체의 일측면에 도포된 양극활물질의 도포량;이나 원자비 또는 질량비 기준의 성분비; 중 적어도 어느 하나가 양극집전체의 타측면에 도포된 양극활물질과 다르게 제조되어 일측면에서의 단위면적당 용량과 타측면에서의 단위면적당 용량은 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2양극은 양극집전체의 일측면에 도포된 양극활물질의 도포량;이나 원자비 또는 질량비 기준의 성분비; 중 적어도 어느 하나가 양극집전체의 타측면에 도포된 양극활물질과 다르게 제조되어 일측면에서의 단위면적당 용량과 타측면에서의 단위면적당 용량은 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되어 제조되는 전극조립체로써,
    상기 음극은 제1음극 및 제2음극을 포함하고,
    상기 제1음극과 제2음극은 각각 음극집전체의 표면에 음극활물질이 도포되어 제조되되, 일측 끝단에 음극활물질이 미도포되어 음극집전체가 노출된 음극무지부가 형성되며,
    상기 제1음극과 제2음극은 서로의 음극무지부들끼리 접합되어 연결되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1음극에 도포된 음극활물질과 상기 제2음극에 도포된 음극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되,
    원자비 또는 질량비 기준으로 상기 제1음극에 도포된 음극활물질의 성분비와 상기 제2음극에 도포된 음극활물질의 성분비는 서로 다르게 정해진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1음극에 도포된 음극활물질과 상기 제2음극에 도포된 음극활물질은 동일한 도포량이 도포된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1음극에 도포된 음극활물질과 상기 제2음극에 도포된 음극활물질은 동일한 성분들이 혼합되어 제조되되,
    상기 제1음극에 도포된 음극활물질의 도포량과 상기 제2음극에 도포된 음극활물질의 도포량은 서로 다르게 정해진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1음극의 음극무지부와 제2음극의 음극무지부가 접합된 지점에는 음극탭이 겹쳐지도록 접합된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 음극탭은 일측은 제1음극의 음극무지부와 용접되고 타측은 제2음극의 음극무지부와 용접되도록 접합된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2음극과 연결되는 쪽의 반대쪽 끝단에서 제1음극에는 추가적으로 음극무지부가 형성되며, 상기 제1음극과 연결되는 쪽의 반대쪽 끝단에서 제2음극에는 추가적으로 음극무지부가 형성되고,
    상기 제1음극에서 추가적으로 형성된 음극무지부 또는 상기 제2음극에서 추가적으로 형성된 음극무지부 중 어느 한 곳에 음극탭이 접합된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항의 전극조립체가 케이스에 내장되는 이차전지.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004356085A (ja) * 2003-05-26 2004-12-16 Samsung Sdi Co Ltd ジェリーロール型の電極組立体とこれを採用した二次電池
KR20080037867A (ko) * 2006-10-27 2008-05-02 삼성에스디아이 주식회사 전극조립체와 이를 이용한 리튬 이차전지 및 리튬이차전지의 제조방법
JP2015088272A (ja) * 2013-10-29 2015-05-07 トヨタ自動車株式会社 非水電解質二次電池、およびその製造方法
KR101637890B1 (ko) * 2013-05-30 2016-07-08 주식회사 엘지화학 2개 이상의 음극 탭들을 포함하는 이차전지
KR20170048933A (ko) * 2015-10-27 2017-05-10 삼성에스디아이 주식회사 전극 탭을 갖는 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2011052126A1 (ja) * 2009-10-28 2013-03-14 パナソニック株式会社 電極、二次電池、および二次電池の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004356085A (ja) * 2003-05-26 2004-12-16 Samsung Sdi Co Ltd ジェリーロール型の電極組立体とこれを採用した二次電池
KR20080037867A (ko) * 2006-10-27 2008-05-02 삼성에스디아이 주식회사 전극조립체와 이를 이용한 리튬 이차전지 및 리튬이차전지의 제조방법
KR101637890B1 (ko) * 2013-05-30 2016-07-08 주식회사 엘지화학 2개 이상의 음극 탭들을 포함하는 이차전지
JP2015088272A (ja) * 2013-10-29 2015-05-07 トヨタ自動車株式会社 非水電解質二次電池、およびその製造方法
KR20170048933A (ko) * 2015-10-27 2017-05-10 삼성에스디아이 주식회사 전극 탭을 갖는 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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