WO2022114765A1 - 이차 전지용 전극 및 이의 제조 방법 - Google Patents

이차 전지용 전극 및 이의 제조 방법 Download PDF

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WO2022114765A1
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current collector
electrode tab
electrode current
secondary battery
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박근영
성주환
조민수
김민선
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode for a secondary battery and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an electrode for a secondary battery having increased electrode process efficiency and electrode capacity, and a manufacturing method thereof.
  • lithium secondary batteries with high energy density and voltage, long cycle life, and low self-discharge rate Batteries have been commercialized and widely used.
  • secondary batteries are attracting a lot of attention as an energy source for power devices, such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles, as well as mobile devices such as mobile phones, digital cameras, notebook computers, and wearable devices.
  • the secondary battery may be formed by inserting an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator into a case and then sealing the electrode assembly.
  • the secondary battery electrode such as a positive electrode or a negative electrode, includes a coating portion and an uncoated portion on the current collector, the coating portion corresponds to the holding portion on which the active material layer coated with the active material slurry is formed, and the uncoated portion is not coated with the active material slurry It is equivalent to an unaware area.
  • FIG. 1 is a plan view schematically illustrating a conventional electrode for a secondary battery.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the electrode for a secondary battery of FIG. 1 .
  • the conventional electrode 10 for a secondary battery includes an electrode current collector 60 and an active material layer 70 positioned on the electrode current collector 60 .
  • the active material layer 70 may be formed of an electrode mixture including an electrode active material, a binder, a conductive material, and the like.
  • the ultrasonic welding part 15 is formed on the uncoated part of the electrode current collector 60 through an ultrasonic welding method, etc., and through this, the electrode tab 50 is attached to the electrode current collector 60 .
  • the electrode current collector 60 includes a coated portion 30 on which the active material layer 70 is formed and an uncoated portion 40 on which the active material layer 70 is not formed. In this case, the electrode tab 50 may be fused on the uncoated portion 40 . That is, the uncoated portion 40 is required for fusion of the electrode tab 50 of the electrode 10 for a secondary battery according to the related art.
  • the formation of the uncoated portion 40 reduces the area of the coated portion 30 on which the active material layer 70 is coated, thereby reducing the electrode capacity.
  • the overall volume of the secondary battery is greatly reduced, but there is a limit to the volume reduction of the uncoated portion 40 in order to secure a space for fusion of the electrode tab 50 , and thus the loss of electrode capacity is large.
  • a pattern coating method is used to form the coated portion 30 and the uncoated portion 40 , but the non-uniformity of slurry loading may occur depending on the implementation of the pattern coating method.
  • An object of the present invention is to provide an electrode for a secondary battery with increased efficiency and capacity of the electrode process, and a method for manufacturing the same.
  • An electrode for a secondary battery includes an electrode current collector including a coating part, a first active material layer positioned on the coating part, and an electrode tab electrically connected to the electrode current collector, the electrode A tab is positioned on one surface of the electrode current collector, at least one hole is formed in the electrode tab, and an extension of the electrode tab extending through the hole contacts the electrode current collector.
  • the extended portion of the electrode tab may be in contact with a side surface of the electrode current collector exposed by the hole.
  • the electrode tab may be positioned on the first active material layer while overlapping the first active material layer.
  • the electrode current collector has an upper surface on which the first active material layer is located and a bottom surface on the opposite side of the upper surface, and the extension part of the electrode tab is bent to overlap the bottom surface of the electrode current collector, so that the electrode tab fixing part can form.
  • It may further include a second active material layer positioned on a bottom surface of the electrode current collector, wherein the electrode tab fixing part is in contact with the second active material layer.
  • It may further include an uncoated portion formed on the same surface as the one surface of the electrode current collector on which the coating portion is formed, and the electrode tab may be positioned on the uncoated portion while overlapping the uncoated portion.
  • the electrode current collector may have an upper surface on which the first active material layer is positioned and a bottom surface positioned opposite to the upper surface, and the electrode tab may contact the upper surface of the electrode current collector in the uncoated portion.
  • the extension portion of the electrode tab may be bent to overlap the bottom surface of the electrode current collector to form an electrode tab fixing portion.
  • a width of the uncoated portion may be shorter than a width of the coated portion.
  • a method of manufacturing an electrode for a secondary battery includes the steps of arranging an electrode tab to overlap an electrode current collector, forming at least one hole passing through the electrode tab and the electrode current collector; Pressing at least one of an upper portion and a lower portion of an electrode including the electrode current collector, and bending an extension portion of the electrode tab extending along the inner wall of the hole to overlap the bottom surface of the electrode current collector to form an electrode tab fixing part forming a step.
  • the method may further include forming a notch or a gap in the electrode tab portion where the hole is formed before forming the hole in the electrode tab.
  • the extended portion of the electrode tab may be in contact with a side surface of the electrode current collector exposed by the hole.
  • the active material layer formed on the bottom surface of the electrode current collector or the bottom surface of the electrode current collector while the traces of the extension part of the electrode tab are bent by the pressing force; can be contacted
  • a secondary battery according to another embodiment of the present invention includes the electrode for the secondary battery described above.
  • the efficiency of the electrode process can be improved and the electrode capacity can be increased.
  • 1 is a plan view schematically illustrating a conventional electrode for a secondary battery.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 1 .
  • FIG 3 is a plan view of an electrode for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the cutting line B-B of FIG. 3 .
  • 5 to 7 are views illustrating a method of manufacturing an electrode for a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view illustrating a peripheral state of a hole when viewed from a bottom surface of an electrode current collector in the secondary battery electrode of FIG. 7 .
  • FIG. 9 is a plan view of an electrode for a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line C-C of FIG. 9 .
  • 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 another part is 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 the gravitational force not.
  • 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.
  • an electrode for a secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described.
  • the electrode will be described with reference to the upper surface of the upper and lower surfaces of the current collector, but the present invention is not limited thereto, and the same or similar contents may be described in the case of the lower surface.
  • each configuration of the electrode 100 for a secondary battery according to an embodiment of the present application will be described in detail.
  • the electrode 100 will be described based on the case of the positive electrode, but is not necessarily limited thereto, and the same or similar contents may be described in the case of the negative electrode.
  • FIG. 3 is a plan view of an electrode for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a cross-sectional view taken along the cutting line B-B of FIG. 1 .
  • the electrode 100 for a secondary battery includes an electrode current collector 110 , an active material layer 200 , and an electrode tab 300 .
  • the active material layer 200 may be coated on the coating portion 130 of the electrode current collector 110 in the form of an electrode slurry.
  • the electrode slurry is a mixture made by mixing fine solid particles in a liquid to a low fluidity state.
  • the electrode slurry made by mixing a binder with a solvent in a certain ratio is coated with a thin film on the electrode current collector, and then the secondary battery electrode is manufactured through drying and pressing processes. can make
  • the active material layer 200 may be located on at least one surface of the upper and lower surfaces of the electrode current collector 110 .
  • the electrode current collector 110 in this embodiment may include only the coating part 130 .
  • the coating portion 130 of the electrode current collector 110 may be a region on which the electrode composition is coated.
  • the electrode slurry is prepared by applying a positive electrode mixture including a mixture of an active material, a conductive material, and a binder to the remaining areas except for the uncoated area where the electrode tab is to be formed on the electrode current collector 110, followed by drying and pressing. and, if necessary, a filler may be further added to the mixture.
  • the electrode tab 300 can be directly fused onto the holding portion instead of the uncoated region. .
  • the electrode tab 300 may be fusion-bonded on the active material layer 200 .
  • the electrode current collector 110 is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing a chemical change in the battery. It is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change, and for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or carbon, nickel, titanium, silver, etc. on the surface of aluminum or stainless steel. processed ones may be used.
  • the positive electrode current collector may have various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a non-woven body, and the like by forming fine irregularities on the surface of the positive electrode current collector to increase the bonding strength of the positive electrode active material.
  • the negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the electrode for secondary batteries according to the present embodiment, and for example, copper, stainless steel, aluminum-cadmium alloy, etc. can be used
  • the bonding strength of the negative electrode active material can be strengthened by forming fine irregularities on the surface, and the negative electrode current collector can have various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam, non-woven body, etc. .
  • the electrode tab 300 may be physically fused to the electrode current collector 110 .
  • at least one hole 300h is formed in the electrode 100 for a secondary battery, and the electrode tab 300 on the active material layer 200 extends along the inner wall of the hole 300h.
  • the extension portion of the electrode tab 300 may contact the side surface of the electrode current collector 110 exposed by the hole 300h.
  • FIG. 5 to 7 are views illustrating a method of manufacturing an electrode for a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view illustrating a peripheral state of a hole when viewed from a bottom surface of an electrode current collector in the secondary battery electrode of FIG. 7 .
  • the electrode tab 300 may be overlapped and disposed on the active material layer 200 to be fused. Thereafter, a notch or a break may be formed in a portion of the electrode tab 300 in which a hole is to be formed.
  • At least one hole 300h may be formed in the electrode for a secondary battery.
  • the hole 300h may be formed by forming the notch or break in the electrode tab 300 and then applying pressure using a pin, but in this method not limited
  • the electrode tab 300 on the active material layer 200 may extend along the inner wall of the hole 300h.
  • the extension portion 300e of the electrode tab 300 may extend long along the inner wall of the hole 300h passing through the active material layer 200 and the electrode current collector 110 as well as the electrode tab 300 .
  • the electrode tab 300 fixing part 300c may be formed. That is, the electrode tab 300 passes through the hole 300h and has a structure surrounding the active material layers 200 and 200 ′ and the electrode current collector 110 , so that the electrode tab 300 is fixed while the electrode current collector 110 . can be contacted with In the case of the fixing, it may be additionally fixed by including a fixing plate (not shown) that is in contact with the electrode tab fixing part 300c and is coupled to the hole 300h, but is not limited thereto.
  • the remnants of the electrode tab 300 are bent to form the electrode tab fixing part 300c , and the fusion in the form of a clip is performed. can happen
  • the plurality of holes 300h may be formed in various sizes or shapes, and as an example, the plurality of holes 300h may be formed in the shape of a circle, a square, a triangle, a rhombus, and a trapezoid, and the plurality of holes ( 300h) may be the same or different.
  • the size and number of the holes 300h are not limited, but as the sizes of the holes 300h are smaller and larger, the current path increases, which may be advantageous in terms of resistance.
  • FIG. 9 is a plan view of an electrode for a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line C-C of FIG. 9 .
  • the electrode current collector 110 in this embodiment includes a coated part 130 and an uncoated part 140 .
  • the uncoated portion 140 is a portion on which the active material layer 200 is not formed.
  • An uncoated portion 140 and a coated portion 130 may be formed on one surface of the electrode current collector 110 by a pattern coating method, and the coated portion 130' without an uncoated portion on the other surface of the electrode collector 110 . ) can be formed.
  • the electrode tab 300 may be positioned on the uncoated portion 140 of the electrode current collector 110 . Also, the electrode tab 300 may be fused to the electrode current collector 110 on the uncoated portion 140 to be fixed to the electrode current collector 110 .
  • the welding of the electrode tab 300 according to the present embodiment may be the same as the method described in the embodiments of FIGS. 5 to 7 .
  • the extension portion of the electrode tab 300 penetrates the hole by pressing. can do.
  • the electrode tab 300 is formed on the bottom surface of the electrode current collector 110 or the active material layer 200 ′ formed on the bottom surface of the electrode current collector 110 in the form of a clip by bending the traces of the electrode tab 300 . It can be fixed and fused.
  • the electrode tab 300 forms an uncoated region only in the fusion portion, thereby increasing the contact area for current flow.
  • the width of the uncoated portion 140 formed on one surface of the electrode current collector 110 is shorter than the width of the coated portion 130 on one surface or the coated portion 130 ′ on the other surface, and the width of the uncoated portion 140 is The shorter the electrode capacitance, the greater the problem of non-uniformity occurring during the patterning process.
  • the width and length of the uncoated portion 140 is not limited to the above description, and as long as it is a width for improving electrode performance, it is not limited thereto and may be formed in various lengths.
  • the electrode for secondary batteries described above may be applied to various secondary batteries.
  • These secondary batteries include a cylindrical battery in which the electrode assembly is built into a cylindrical metal can, a prismatic battery in which the electrode assembly is built in a square metal can, and a pouch-type battery in which the electrode assembly is built in a pouch-type case of an aluminum laminate sheet.
  • the present invention is not limited thereto and can be applied to various secondary batteries in which an electrode for secondary batteries can be used, which also falls within the scope of the present invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극은 코팅부를 포함하는 전극 집전체, 상기 코팅부 상에 위치하는 제 1활물질층, 및 상기 전극 집전체와 전기적으로 연결되는 전극 탭을 포함하고, 상기 전극 탭은 상기 전극 집전체의 일면에 위치하며, 상기 전극 탭에는 적어도 하나의 홀이 형성되고, 상기 홀을 통해 연장된 상기 전극 탭의 연장부는 상기 전극 집전체와 접촉한다.

Description

이차 전지용 전극 및 이의 제조 방법
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 11월 25일자 한국 특허 출원 제10-2020-0160316호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 이차 전지용 전극 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전극 공정의 효율 및 전극 용량이 증대된 이차 전지용 전극 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있고, 그러한 이차 전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기방전률이 낮은 리튬 이차 전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
특히, 이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 얻고 있다.
이차 전지는 양극, 음극 및 분리막으로 이루어진 전극 조립체를 케이스에 삽입한 후 밀봉되어 형성될 수 있다. 여기서, 양극 또는 음극과 같은 이차 전지용 전극은 집전체 상에서 코팅부와 미코팅부를 포함하고, 상기 코팅부는 활물질 슬러리가 코팅된 활물질층이 형성된 유지부에 해당하고, 상기 미코팅부는 활물질 슬러리가 코팅되지 않은 무지부에 해당한다.
도 1은 종래 이차 전지용 전극을 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도 2는 도 1의 이차 전지용 전극의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 이차 전지용 전극(10)은 전극 집전체(60) 및 전극 집전체(60) 상에 위치하는 활물질층(70)을 포함한다. 활물질층(70)은 전극 활물질, 바인더, 도전재 등을 포함하는 전극 합제로 구성될 수 있다. 전극(10)에서는, 초음파 융착 방식 등을 통해 전극 집전체(60)의 무지부 상에 초음파 융착부(15)를 형성하고, 이를 통해 전극 탭(50)을 전극 집전체(60)에 부착할 수 있다. 전극 집전체(60)는 활물질층(70)이 형성된 코팅부(30)와 활물질층(70)이 형성되지 않은 미코팅부(40)를 포함한다. 이때, 미코팅부(40) 상에 전극 탭(50)이 융착될 수 있다. 즉, 종래 이차 전지용 전극(10)의 전극 탭(50) 융착을 위해서는 미코팅부(40)가 필요하다.
그러나, 미코팅부(40)의 형성은 활물질층(70)이 코팅되는 코팅부(30)의 영역을 감소시킴으로써 전극 용량의 감소를 초래한다. 특히, 초소형 이차 전지의 경우 이차 전지 전체의 부피는 매우 감소하나, 전극 탭(50) 융착을 위한 공간 확보를 위해 미코팅부(40)의 부피 감소에는 한계가 있어 전극 용량의 손실이 크다. 또한, 코팅부(30)와 미코팅부(40)를 형성하기 위해 패턴 코팅 방식을 사용하는데, 상기 패턴 코팅 방식 구현에 따라 슬러리 로딩의 불균일 문제가 발생할 수 있다.
이에 따라, 종래의 이차 전지용 전극(10)에서 전극 탭(50) 융착을 위한 무지부 형성에 따른 문제를 줄이기 위한 전극 개발의 필요성이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극 공정의 효율 및 용량이 증대된 이차 전지용 전극 및 이의 제조 방법을 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 이차 전지용 전극은 코팅부를 포함하는 전극 집전체, 상기 코팅부 상에 위치하는 제1 활물질층, 및 상기 전극 집전체와 전기적으로 연결되는 전극 탭을 포함하고, 상기 전극 탭은 상기 전극 집전체의 일면에 위치하며, 상기 전극 탭에는 적어도 하나의 홀이 형성되고, 상기 홀을 통해 연장된 상기 전극 탭의 연장부는 상기 전극 집전체와 접촉한다.
상기 전극 탭의 연장부는 상기 홀에 의해 노출되는 상기 전극 집전체의 측면과 접촉할 수 있다.
상기 전극 탭은 상기 제1 활물질층과 중첩하면서 상기 제1 활물질층 상에 위치할 수 있다.
상기 전극 집전체는 상기 제1 활물질층이 위치하는 상부면과 상기 상부면의 반대편에 위치하는 바닥면을 갖고, 상기 전극 탭의 연장부는 상기 전극 집전체의 바닥면과 중첩하도록 꺾여 전극 탭 고정부를 형성할 수 있다.
상기 전극 집전체의 바닥면에 위치하는 제2 활물질층을 더 포함하고, 상기 전극 탭 고정부는 상기 제2 활물질층과 접촉할 수 있다.
상기 코팅부가 형성된 상기 전극 집전체의 일면과 같은 면에 형성된 미코팅부를 더 포함하고, 상기 전극 탭은 상기 미코팅부와 중첩하면서 상기 미코팅부 상에 위치할 수 있다.
상기 전극 집전체는 상기 제1 활물질층이 위치하는 상부면과 상기 상부면의 반대편에 위치하는 바닥면을 갖고 상기 전극 탭은 상기 미코팅부에서 상기 전극 집전체의 상부면과 접촉할 수 있다.
상기 전극 탭의 연장부는 상기 전극 집전체의 바닥면과 중첩하도록 꺾여 전극 탭 고정부를 형성할 수 있다.
상기 미코팅부의 폭은 상기 코팅부의 폭보다 짧을 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극의 제조 방법은 전극 집전체 상에 전극 탭을 중첩하도록 배치하는 단계, 상기 전극 탭과 상기 전극 집전체를 통과하는 적어도 하나의 홀을 형성하는 단계, 상기 전극 집전체를 포함하는 전극의 상부 및 하부 중 적어도 하나를 가압하는 단계, 및 상기 홀의 내벽을 타고 연장된 상기 전극 탭의 연장부가 상기 전극 집전체의 바닥면과 중첩하도록 꺾여 전극 탭 고정부를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 전극 탭에 홀을 형성하기 이전에 상기 홀이 형성되는 상기 전극 탭 부분에 노치 또는 틈을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전극 탭의 연장부는 상기 홀에 의해 노출되는 상기 전극 집전체의 측면과 접촉할 수 있다.
상기 전극 탭 고정부를 형성하는 단계는, 상기 가압하는 힘에 의해 상기 전극 탭의 연장부의 잔흔이 꺾이면서 상기 전극 집전체의 바닥면 또는 상기 전극 집전체의 바닥면 상에 형성되어 있는 활물질층과 접촉할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지는 상기에서 설명한 이차 전지용 전극을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 코팅부 상에 복수의 홀을 갖는 전극 탭을 강한 압력에 의해 물리적으로 전극에 융착함으로써, 전극 공정의 효율이 향상되고 전극 용량을 증대 시킬 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 이차 전지용 전극을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 절단선 A-A를 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극의 평면도이다.
도 4는 도 3의 절단선 B-B를 따라 자른 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극의 제조 방법을 나타내는 도면들이다.
도 8은 도 7의 이차 전지용 전극에서 전극 집전체의 바닥면에서 바라볼 때 홀의 주변 모습을 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지용 전극의 평면도이다.
도 10은 도 9의 절단선 C-C를 따라 자른 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 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.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극에 대해 설명하고자 한다. 다만, 여기서 전극은 집전체의 상하면 중 상면을 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 하면인 경우에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다.
이하에서는 본 출원의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극(100)의 각 구성에 대해 상세히 설명하고자 한다. 다만, 여기서 전극(100)은 양극인 경우를 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 음극인 경우에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극의 평면도이다. 도 4는 도 1의 절단선 B-B를 따라 자른 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극(100)은 전극 집전체(110), 활물질층(200) 및 전극 탭(300)을 포함한다.
활물질층(200)은 전극 집전체(110)의 코팅부(130) 상에 전극 슬러리 형태로 코팅될 수 있다. 전극 슬러리는 미세한 고체 입자를 액체 중에 섞어 유동성이 적은 상태로 만든 혼합물로, 바인더를 용매에 일정 비율 혼합해 만든 전극 슬러리를 전극 집전체 위에 얇은 막으로 코팅하고 건조 및 압착 공정을 거쳐 이차 전지용 전극을 만들 수 있다.
활물질층(200)은 전극 집전체(110)의 상하면 중 적어도 일면에 위치할 수 있다.
본 실시예에서의 전극 집전체(110)는 코팅부(130)만을 포함하는 것일 수 있다. 여기서, 전극 집전체(110)에서의 코팅부(130)는 전극 조성물이 코팅되는 영역일 수 있다. 일반적으로, 전극 슬러리는 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 포함하는 양극 합제를 전극 집전체(110) 상에 전극 탭이 형성될 부위인 무지부를 제외한 나머지 부위에 도포한 후 건조 및 압착하여 제조될 수 있으며, 필요에 따라 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가할 수 있다.
하지만, 본 실시예에 따르면 무지부를 형성하지 않고 전극 집전체(110)의 일면 또는 양면에 활물질층(200)을 형성함으로써, 전극 탭(300)을 무지부가 아닌 유지부 상에 직접 융착할 수 있다. 다시 말해, 활물질층(200) 위에 전극 탭(300)을 융착할 수 있다.
또한, 전극 집전체(110)는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 전극 집전체 가운데 양극 집전체는 본 실시예에 따른 이차 전지용 전극에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 갖는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 양극 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 결합력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태를 양극 집전체가 가질 수 있다.
전극 집전체 가운데 음극 집전체는 본 실시예에 따른 이차 전지용 전극에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 갖는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태를 음극 집전체가 가질 수 있다.
본 실시예에 따른 전극 탭(300)은 전극 집전체(110)에 물리적으로 융착될 수 있다. 구체적으로, 이차 전지용 전극(100)에 적어도 하나의 홀(300h)이 형성되어 있고, 활물질층(200) 상의 전극 탭(300)이 홀(300h)의 내벽을 타고 연장된다. 이때, 전극 탭(300)의 연장부는 홀(300h)에 의해 노출되는 전극 집전체(110)의 측면과 접촉할 수 있다. 전극 탭(300)의 연장된 부분, 전극 탭(300) 융착면의 반대편에서 전극 집전체(110)의 바닥면 또는 전극 집전체(110)의 바닥면 상에 형성되어 있는 활물질층(200)과 접촉할 수 있다.
이하에서는 도 5를 참고하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극의 제조 방법을 나타내는 도면들이다. 도 8은 도 7의 이차 전지용 전극에서 전극 집전체의 바닥면에서 바라볼 때 홀의 주변 모습을 나타내는 평면도이다.
도 5를 참고하면, 융착하고자 하는 활물질층(200) 위에 전극 탭(300)을 중첩하여 배치할 수 있다. 이후, 홀을 형성하고자 하는 전극 탭(300) 부분에 노치(notch) 또는 틈(break)을 형성할 수 있다.
도 6을 참고하면, 활물질층(200)과 전극 탭(300)이 중첩된 상태에서, 이차 전지용 전극에 적어도 하나의 홀(300h)을 형성할 수 있다. 이때, 홀(300h)은 전극 탭(300) 부분에 상기 노치(notch) 또는 틈(break)을 형성한 후, 핀(pin)을 이용하여 압력을 가하는 방법을 통해 형성될 수 있으나, 이러한 방법에 제한되지 않는다.
이러한 홀(300h)을 형성하는 과정에서 활물질층(200) 상의 전극 탭(300)이 홀(300h)의 내벽을 타고 연장될 수 있다. 전극 탭(300)의 연장부(300e)는 전극 탭(300)뿐만 아니라, 활물질층(200) 및 전극 집전체(110)를 관통하는 홀(300h)의 내벽을 타고 길게 연장될 수 있다.
도 7을 참고하면, 전극 탭(300)이 활물질층(200) 및 전극 집전체(110)에 물리적으로 융착되도록 하기 위해, 이차 전지용 전극의 상부 및 하부 중 적어도 하나를 가압할 수 있다. 이때, 가압에 따른 힘에 의해 전극 탭(300)의 연장부(300e) 잔흔이 꺾이면서 전극 집전체(110)의 바닥면 또는 전극 집전체(110)의 바닥면 상에 형성되어 있는 활물질층(200’)과 접촉할 수 있다. 구체적으로, 전극 탭(300)의 연장부(300e)는, 홀(300h)을 관통한 후에 꺾여 전극 집전체(110) 바닥면 또는 전극 집전체(110) 바닥면 상에 형성되어 있는 활물질층(200’) 상에 전극 탭(300) 고정부(300c)를 형성할 수 있다. 즉, 전극 탭(300)은 홀(300h)을 통과하여 활물질층(200, 200’) 및 전극 집전체(110)를 감싸는 구조를 가지게 되어 전극 탭(300)이 고정되면서 전극 집전체(110)와 접촉할 수 있다. 상기 고정의 경우 추가적으로 전극 탭 고정부(300c)와 접촉하며 홀(300h)에 결합하는 고정판(도시하지 않음)을 포함하여 고정될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 8을 참고하면, 전극 탭(300)의 융착면의 반대면에서 바라본 홀(300h) 주변은, 전극 탭(300)의 잔흔이 꺾여 전극 탭 고정부(300c)를 형성하면서 클립 형태의 융착이 일어날 수 있다.
복수의 홀(300h)은 다양한 크기 또는 형상으로 형성될 수 있으며, 일 예로, 복수의 홀(300h)은 원형, 사각형, 삼각형, 마름모형, 사다리꼴형의 형상으로 형성될 수 있으며, 복수의 홀(300h)의 크기는 동일 또는 상이할 수 있다.
이에 따라, 전극 집전체(110)와 전극 탭(300)의 융착을 위해 초음파 융착 방법이 아닌 물리적 융착을 실현할 수 있으며, 무지부가 없더라도 전극 탭(300)의 융착을 가능하게 할 수 있다. 홀(300h)의 크기 및 개수는 제한되지 않으나, 홀(300h)의 크기가 작고 많을수록 전류 패스가 늘어나 저항 측면에서 유리할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극의 평면도이다. 도 10은 도 9의 절단선 C-C를 따라 자른 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면 본 실시예에서의 전극 집전체(110)는 코팅부(130)와 미코팅부(140)를 포함한다. 여기서, 전극 집전체(110)에서, 미코팅부(140)는 활물질층(200)이 형성되지 않는 부분이다. 전극 집전체(110)의 일면에는 미코팅부(140)와 코팅부(130)가 패턴 코팅 방식에 의해 형성될 수 있으며, 전극 집전체(110)의 타면에는 미코팅부 없이 코팅부(130’)가 형성될 수 있다.
전극 탭(300)은 전극 집전체(110)의 미코팅부(140) 상에 위치할 수 있다. 또한, 전극 탭(300)은 미코팅부(140) 상에 전극 집전체(110)와 융착되어 전극 집전체(110)에 고정될 수 있다.
본 실시예에 따른 전극 탭(300)의 융착은, 도 5 내지 도 7의 실시예에서 설명한 방법과 동일할 수 있다. 다시 말해, 전극 탭(300)이 미코팅부(150) 상에 중첩하여 배치된 상태에서 전극 탭(300)에 복수의 홀을 형성한 후 가압에 의해 전극 탭(300)의 연장부가 홀을 관통할 수 있다. 그리고, 전극 탭(300)의 잔흔이 꺾여서 클립 형태로 전극 집전체(110)의 바닥면 또는 전극 집전체(110) 바닥면 상에 형성되어 있는 활물질층(200’)에 전극 탭(300)이 고정 및 융착될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 전극 탭(300)이 융착부에만 무지부를 형성하여 전류 흐름을 위한 접촉 면적을 증가시킬 수 있다.
전극 집전체(110) 일면에 형성되는 미코팅부(140)의 폭은 일면의 코팅부(130) 또는 타면의 코팅부(130’)의 폭보다 짧으며, 미코팅부(140)의 폭이 짧을 수록 전극 용량이 증가하고, 패턴 공정 상에서 발생하는 불균일 문제를 해소할 수 있다.
다만, 미코팅부(140)의 폭 길이는 상술한 내용에 한정되는 것은 아니며, 전극 성능 향상을 위한 폭이라면 이에 제한되지 아니하고 다양한 길이로 형성될 수 있다.
앞서 설명한 이차 전지용 전극은 다양한 이차 전지에 적용될 수 있다. 이러한 이차 전지에는 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 전지에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 이차 전지용 전극이 사용될 수 있는 다양한 이차 전지에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리 범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
100: 이차 전지용 전극
110: 전극 집전체
130: 코팅부
140: 미코팅부
200: 활물질층
300: 전극 탭
300h: 홀

Claims (14)

  1. 코팅부를 포함하는 전극 집전체;
    상기 코팅부 상에 위치하는 제1 활물질층; 및
    상기 전극 집전체와 전기적으로 연결되는 전극 탭을 포함하고,
    상기 전극 탭은 상기 전극 집전체의 일면에 위치하며, 상기 전극 탭에는 적어도 하나의 홀이 형성되고, 상기 홀을 통해 연장된 상기 전극 탭의 연장부는 상기 전극 집전체와 접촉하는 이차 전지용 전극.
  2. 제1항에서,
    상기 전극 탭의 연장부는 상기 홀에 의해 노출되는 상기 전극 집전체의 측면과 접촉하는 이차 전지용 전극.
  3. 제2항에서,
    상기 전극 탭은 상기 제1 활물질층과 중첩하면서 상기 제1 활물질층 상에 위치하는 이차 전지용 전극.
  4. 제3항에서,
    상기 전극 집전체는 상기 제1 활물질층이 위치하는 상부면과 상기 상부면의 반대편에 위치하는 바닥면을 갖고, 상기 전극 탭의 연장부는 상기 전극 집전체의 바닥면과 중첩하도록 꺾여 전극 탭 고정부를 형성하는 이차 전지용 전극.
  5. 제4항에서,
    상기 전극 집전체의 바닥면에 위치하는 제2 활물질층을 더 포함하고,
    상기 전극 탭 고정부는 상기 제2 활물질층과 접촉하는 이차 전지용 전극.
  6. 제2항에서,
    상기 코팅부가 형성된 상기 전극 집전체의 일면과 같은 면에 형성된 미코팅부를 더 포함하고,
    상기 전극 탭은 상기 미코팅부와 중첩하면서 상기 미코팅부 상에 위치하는 이차 전지용 전극.
  7. 제6항에서,
    상기 전극 집전체는 상기 제1 활물질층이 위치하는 상부면과 상기 상부면의 반대편에 위치하는 바닥면을 갖고, 상기 전극 탭은 상기 미코팅부에서 상기 전극 집전체의 상부면과 접촉하는 이차 전지용 전극.
  8. 제7항에서,
    상기 전극 탭의 연장부는 상기 전극 집전체의 바닥면과 중첩하도록 꺾여 전극 탭 고정부를 형성하는 이차 전지용 전극.
  9. 제6항에서,
    상기 미코팅부의 폭은 상기 코팅부의 폭보다 짧은 이차 전지용 전극.
  10. 전극 집전체 상에 전극 탭을 중첩하도록 배치하는 단계,
    상기 전극 탭과 상기 전극 집전체를 통과하는 적어도 하나의 홀을 형성하는 단계,
    상기 전극 집전체를 포함하는 전극의 상부 및 하부 중 적어도 하나를 가압하는 단계, 및
    상기 홀의 내벽을 타고 연장된 상기 전극 탭의 연장부가 상기 전극 집전체의 바닥면과 중첩하도록 꺾여 전극 탭 고정부를 형성하는 단계를 포함하는 이차 전지용 전극의 제조 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 전극 탭에 홀을 형성하기 이전에 상기 홀이 형성되는 상기 전극 탭 부분에 노치 또는 틈을 형성하는 단계를 더 포함하는 이차 전지용 전극의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 전극 탭의 연장부는 상기 홀에 의해 노출되는 상기 전극 집전체의 측면과 접촉하는 이차 전지용 전극의 제조 방법.
  13. 제10항에서,
    상기 전극 탭 고정부를 형성하는 단계는, 상기 가압하는 힘에 의해 상기 전극 탭의 연장부의 잔흔이 꺾이면서 상기 전극 집전체의 바닥면 또는 상기 전극 집전체의 바닥면 상에 형성되어 있는 활물질층과 접촉하는 이차 전지용 전극의 제조 방법.
  14. 제1항에 따른 이차 전지용 전극을 포함하는 이차 전지.
PCT/KR2021/017365 2020-11-25 2021-11-24 이차 전지용 전극 및 이의 제조 방법 WO2022114765A1 (ko)

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