WO2011122868A2 - 신규한 구조의 전극조립체 및 그것의 제조방법 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an electrode assembly having a novel structure and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an electrode assembly having a cathode / separation membrane / cathode structure, a plurality of first electrode units and a second electrode sheet are separated The sheet is wound in a structure facing each other with the sheet interposed therebetween, and the first electrode and the second electrode are related to an electrode assembly composed of electrodes of opposite polarities and a method of manufacturing the same.
  • secondary batteries are classified according to the structure of the electrode assembly having a cathode / separation membrane / cathode structure.
  • a jelly having a structure in which long sheet-shaped anodes and cathodes are wound with a separator interposed therebetween -Roll (electrode) electrode assembly, a plurality of positive and negative electrodes cut in a unit of a predetermined size is divided into a stacked (stacked) electrode assembly sequentially stacked with a separator.
  • the jelly-roll type electrode assembly is wound around a long sheet-shaped anode and cathode in a dense state to form a cylindrical or oval structure in cross section, stress caused by expansion and contraction of the electrode during charge and discharge accumulates inside the electrode assembly. If the stress accumulation exceeds a certain limit, deformation of the electrode assembly occurs. Due to the deformation of the electrode assembly, the spacing between the electrodes is non-uniform, leading to a problem that the performance of the battery is sharply lowered and the safety of the battery is threatened due to internal short circuit. In addition, since the long sheet-shaped positive electrode and the negative electrode must be wound, it is difficult to quickly wind up while maintaining a constant gap between the positive electrode and the negative electrode, and there is also a problem that productivity is lowered.
  • the stack type electrode assembly has to stack a plurality of positive and negative electrode units in sequence, the electrode plate transfer process is required separately for manufacturing the unit, and the productivity is low because a lot of time and effort are required for the sequential lamination process. Has a problem.
  • an electrode assembly having an advanced structure in which the jelly-roll type and the stack type are mixed, a bi-cell or a full cell in which positive and negative electrodes of a predetermined unit are laminated with a separator therebetween Stacked / foldable electrode assemblies have been developed in which full cells are wound using a continuous membrane sheet of long length, which is disclosed in Korean Patent Application Publication Nos. 2001-0082058, 2001-0082059 and 2001. -0082060 and the like.
  • FIG. 1 and 2 schematically show an exemplary manufacturing process of a conventional stack / foldable electrode assembly.
  • the stack / foldable electrode assembly may, for example, arrange the bicells 10, 11, 12, 13, and 14 on the long length separator sheet 20 and the separator sheet 20. It is produced by winding up sequentially starting at one end 21 of.
  • the stack / foldable electrode assembly of FIG. 3 manufactured by the above method compensates for the shortcomings of the jelly-roll and the stacked electrode assembly, but has a problem in terms of safety when it is built in a battery case and manufactured as a secondary battery. have.
  • One of them is a problem in which an internal short circuit occurs between the positive electrode tabs 31 or the negative electrode tabs 32 and the main body while the electrode assembly is pushed when the battery cell is impacted from the outside.
  • a cathode active material such as lithium transition metal oxide having low electrical conductivity generates a lot of heat in a short circuit, thereby further accelerating the ignition or explosion of the battery.
  • some of the negative electrode tabs 32 may be disconnected in the negative electrode V-forming process of fusing the negative electrode tabs 32 and the negative electrode lead 33.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
  • the inventors of the present application have wound a structure in which a plurality of first electrode units and a second electrode sheet face each other with a separator sheet interposed therebetween.
  • the second electrode constitutes an electrode assembly with electrodes of opposite polarities, thereby preventing heat generation of the battery due to a short circuit between the first electrode tab and the second electrode tab due to an external force, thereby improving battery safety, and improving battery safety. It has been found that the process of welding the second electrode tab to the second electrode lead at the time of manufacture is not necessary, so that the productivity can be greatly improved, and the present invention has been completed.
  • the electrode assembly according to the present invention is an electrode assembly having a positive electrode / membrane / cathode structure, in which a plurality of first electrode units and a second electrode sheet are wound in a structure facing each other with a separator sheet interposed therebetween.
  • the first electrode and the second electrode are composed of electrodes of opposite polarities.
  • the first electrode and the second electrode are electrodes of opposite polarities, and the plurality of first electrode units and one second electrode sheet are wound in a structure facing each other with the separator sheet interposed therebetween,
  • the battery may be prevented from being ignited or exploded due to internal short circuit caused by contact of the electrode tabs, thereby improving battery safety.
  • the second electrode does not include a plurality of second electrode tabs as one sheet, it is possible to fundamentally prevent the electrode tabs from contacting the opposite electrode.
  • the electrode assembly is positioned on the second separator sheet and the first electrode unit and the second electrode sheet with the first separator sheet is interposed, the first electrode in the longitudinal direction (vertical direction) of the separator sheet It may be made of a structure wound sequentially by the width of the unit.
  • the electrode assembly includes a first electrode unit in a longitudinal direction (vertical direction) of the sheet in a state in which the second electrode sheet, the first separator sheet, and the first electrode unit are sequentially positioned on the second separator sheet. It may be made of a structure wound sequentially by the width of the field.
  • first electrode units, the first separator sheet, and the second electrode sheet are sequentially positioned on the second separator sheet in the longitudinal direction by the width of the first electrode units in the longitudinal direction (vertical direction) of the sheet. It may be made of a structure wound sequentially.
  • the first electrode may be an anode and the second electrode may be a cathode.
  • the first electrode may be a cathode and the second electrode may be an anode.
  • the first electrode unit is an electrode is coated with the first electrode active material on both sides of the current collector of the first electrode
  • the second electrode sheet is a second electrode active material on both sides of the current collector of the first electrode It is preferred that it is a coated electrode.
  • the positive electrode is manufactured by applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder to both sides of the positive electrode current collector, and then drying and pressing the same, as necessary. May further add a filler to the mixture.
  • the positive electrode current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 ⁇ m. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, and the like may be used.
  • the current collector may form fine irregularities on its surface to increase the adhesion of the positive electrode active material, and may be in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.
  • the conductive material is typically added in an amount of 1 to 50% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.
  • the binder is a component that assists in bonding the active material and the conductive material to the current collector, and is generally added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.
  • the filler is optionally used as a component for inhibiting expansion of the positive electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing chemical change in the battery.
  • the filler include olefinic polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials, such as glass fiber and carbon fiber, are used.
  • the negative electrode is prepared by coating, drying and pressing the negative electrode active material on the negative electrode current collector, and optionally, the conductive material, binder, filler, etc. may be further included as necessary.
  • the negative electrode current collector is generally made of a thickness of 3 ⁇ 500 ⁇ m.
  • a negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery.
  • the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, and the like, aluminum-cadmium alloy, and the like can be used.
  • fine concavities and convexities may be formed on the surface to enhance the bonding strength of the negative electrode active material, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.
  • the negative electrode active material may be, for example, carbon such as hardly graphitized carbon or graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0 ⁇ x ⁇ 1), Li x WO 2 (0 ⁇ x ⁇ 1), Sn x Me 1-x Me ' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, halogen, 0 ⁇ x ⁇ 1; 1 ⁇ y ⁇ 3; 1 ⁇ z ⁇ 8); Lithium metal; Lithium alloys; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , and metal oxides such as Bi 2 O 5
  • the second electrode sheet When the second electrode sheet is positioned on the second separator sheet, the second electrode sheet may have a structure in which the second electrode sheet is attached on the second separator sheet to facilitate winding. Such attachment may preferably be accomplished by thermal fusion, but is not limited thereto.
  • the first electrode unit may have electrode tabs protruding from each other
  • the second electrode sheet may have a structure in which an electrode lead is attached to an uncoated portion of a current collector to which an electrode active material is not coated. have.
  • the first electrode units may have a structure in which they are arranged in an alternating arrangement with respect to the second electrode sheet so that the electrode tabs are positioned at the same site in the wound state.
  • the first electrode units are configured to be arranged with respect to the second electrode sheet in a structure in which the mutual separation distance increases in the longitudinal direction.
  • the first separator sheet and / or the second separator sheet may have an extended length that encloses the electrode assembly once after winding, and the outermost ends of the first separator sheet and / or the second separator sheet may be heat-sealed or taped. Can be fixed. For example, a thermal welder or a hot plate may be contacted with the first separator sheet and / or the second separator sheet to be finished so that the separator sheet itself may be melted by heat and adhesively fixed. This maintains the pressure, thereby enabling stable interface contact between the electrode and the separator sheet.
  • the first separator sheet and the second separator sheet may be formed of the same material or different materials as the long sheet-type porous film.
  • the first separator sheet and the second separator sheet for example, an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength may be used, and the pore diameter of the separator sheet is generally 0.01 to 10 ⁇ m, and the thickness is generally 5 to 300 ⁇ m.
  • seat, nonwoven fabric, etc. which consist of olefinic polymers, such as chemical-resistant and hydrophobic polypropylene, glass fiber, polyethylene, etc. are used, for example.
  • the separator sheet is a multilayer film and a polyvinylidene fluoride (polyvinylidene fluoride), polyethylene oxide, polyacryl film prepared by a polyethylene film, a polypropylene film, or a combination of these films containing fine pores It may be selected from the group consisting of polymer films for polymer electrolytes such as polyacrylonitrile, or polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene copolymer.
  • the separator sheet having an adhesive function it is preferable to use the separator sheet having an adhesive function in order to easily perform the winding process.
  • the first separator sheet and the second separator sheet have a microporous first polymer layer and polyvinylidene as described in Korean Patent Application No. 1999-57312 of the applicant, which has an adhesive function by thermal fusion.
  • a polymer film for polymer electrolyte comprising a gelled second polymer layer of fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer can be used. The contents of this application are incorporated into the contents of the present invention by reference.
  • the present invention also provides an electrochemical cell comprising such an electrode assembly.
  • electrochemical cells include secondary batteries, and among them, lithium secondary batteries are preferable.
  • Lithium secondary batteries are classified into cylindrical batteries, rectangular batteries, and pouch-type batteries according to the shape of the electrode assembly and the structure and shape of the battery case. Among them, pouch type in which safety is particularly a problem when an external shock such as a drop is applied.
  • the present invention can be preferably applied to a battery.
  • a pouch-type battery is a battery in which an electrode assembly is built in a pouch-type case of a laminate sheet including a metal layer and a resin layer, and a case of an aluminum laminate sheet is generally used.
  • lithium ion secondary batteries have recently attracted a lot of attention as a power source for large devices as well as small mobile devices, it is desirable to have a small weight when applied to such a field.
  • a structure in which the electrode assembly is incorporated in a pouch type case of an aluminum laminate sheet may be preferable. Since such a lithium secondary battery is known in the art, the description thereof will be omitted.
  • the secondary battery including the electrode assembly of the present invention may be preferably used in a medium-large battery module having the unit cell.
  • the medium-large battery module is configured to provide a high output capacity by connecting a plurality of unit cells in series or in series / parallel manner, which is well known in the art, and thus, description thereof is omitted herein.
  • the present invention also provides a method for producing the electrode assembly.
  • the method of manufacturing the electrode assembly consists of the following process.
  • the manufacturing method of the electrode assembly according to the present invention has similar aspects to the jelly-roll type electrode assembly and the stack / folding type electrode assembly in that it is based on the winding structure, but the internal accumulation of stress caused in the jelly-roll type electrode assembly and the This does not lead to problems of deformation of the electrode assembly and low safety of the stack / foldable electrode assembly.
  • the manufacturing method has a similar aspect to the stacked electrode assembly in that some electrodes are manufactured in the form of an electrode unit, but do not cause problems of a complicated manufacturing process and low productivity of the stacked electrode assembly.
  • the manufacturing method of the electrode assembly according to the present invention can be referred to as a new concept of a new concept that can solve all the problems of the conventional electrode assembly manufacturing method.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a manufacturing process of a stack / foldable electrode assembly composed of conventional bi-cells
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an arrangement combination of bicells in the stack / folding electrode assembly of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the electrode assembly structure manufactured by FIG. 1;
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a manufacturing process of the electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view of the electrode assembly structure manufactured by FIG. 4; FIG.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a lithium secondary battery structure including the electrode assembly of FIG. 5; FIG.
  • FIG. 7 and 8 are schematic views illustrating an arrangement combination of the first electrode units and the second electrode sheet in the manufacturing process of the electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a manufacturing process of the electrode assembly according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 shows a schematic diagram of the structure of the electrode assembly manufactured by FIG.
  • the electrode assembly 70 has a positive electrode / membrane / cathode structure, and eight first electrode units 40 and one second electrode sheet 60 are interposed between the separator sheets 50. It is wound up in a structure facing each other.
  • the second electrode lead 62 is attached (welded) to the non-coated portion of the current collector to which the electrode active material is not coated.
  • the first electrode units 40 are arranged in an alternating arrangement with respect to the second electrode sheet 60 so that the first electrode tabs 40a are located at the same site in the wound state, and are arranged in the longitudinal direction (arrow). It is arranged with respect to the second electrode sheet 60 in a structure in which the mutual separation distance L increases.
  • the first electrode units 40, the second electrode sheet 60, and the separator sheet 50 are stacked in an anode / membrane / cathode structure on another separator sheet, as described later with reference to FIGS. 7 and 8. In this state, it is wound to form an electrode assembly.
  • FIG. 6 schematically illustrates a structure of a lithium secondary battery including the electrode assembly of FIG. 5.
  • the lithium secondary battery 100 includes an electrode assembly 70 formed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed therebetween in a pouch-type battery case 200. Its positive electrode tabs 31 are welded to the positive electrode lead 34 by V-forming, and the negative electrode lead 33 is welded to the uncoated portion of the negative electrode sheet and sealed to be exposed to the outside of the battery case 200. It consists of a structure.
  • the battery case 200 is made of a soft packaging material such as an aluminum laminate sheet, and the case body 210 and the body 210 including a concave shape receiving portion 230 in which the electrode assembly 70 can be seated.
  • One side is made of a cover 220 is connected.
  • the insulating film 80 is attached to the upper and lower surfaces of the positive electrode lead 34 and the negative electrode lead 33 in order to secure electrical insulation and sealing properties of the battery case 200.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an arrangement combination of first electrode units and a second electrode sheet in an electrode assembly manufacturing process according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the positive electrode units 42 and the negative electrode sheet 64 are positioned on the second separator sheet 54 with the first separator sheet 52 interposed therebetween. That is, in a state in which the negative electrode sheet 64, the first separator sheet 52, and the positive electrode units 42 are sequentially positioned on the second separator sheet 54, the first separator sheet 52 and In the longitudinal direction (arrow) of the second separator sheet 54, the structure is sequentially wound as much as the width W of the positive electrode units 42.
  • the first separator sheet 52 is made of the same material as the second separator sheet 54 and made of a porous insulating film, and the negative electrode sheet 64 is attached to the second separator sheet 54 by heat fusion.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an arrangement combination of first electrode units and second electrode sheets in a process of manufacturing an electrode assembly according to still another embodiment of the present invention.
  • the electrode assembly 74 sequentially positions the anode units 42, the first separator sheet 52, and the cathode sheet 64 on the second separator sheet 54 in an upward direction. Since the structure is the same as the structure of the electrode assembly 72 of FIG. 7 except that the structure is sequentially wound by the width of the anode units 42 in the longitudinal direction (arrow) of the sheet, detailed description thereof will be omitted. .
  • the electrode assembly according to the present invention is wound in a structure in which a plurality of first electrode units and one second electrode sheet face each other with a separator sheet interposed therebetween, and the first electrode and the second electrode. Since the electrodes are composed of electrodes of opposite polarities, heat generation of the battery is prevented from occurring due to an internal short circuit caused by external force, thereby improving safety of the battery, and a plurality of second electrode tabs are attached to the second electrode lead during battery manufacturing. Since no welding process is required, the productivity can be greatly improved.

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Abstract

본 발명은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체로서, 다수 개의 제 1 전극 단위체들과 한 개의 제 2 전극 시트가 분리막 시트를 사이에 두고 서로 대면하는 구조로 권취되어 있고, 제 1 전극과 제 2 전극은 서로 반대 극성의 전극들로 이루어진 전극조립체를 제공한다.

Description

신규한 구조의 전극조립체 및 그것의 제조방법
본 발명은 신규한 구조의 전극조립체 및 그것의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체로서, 다수 개의 제 1 전극 단위체들과 한 개의 제 2 전극 시트가 분리막 시트를 사이에 두고 서로 대면하는 구조로 권취되어 있고, 제 1 전극과 제 2 전극은 서로 반대 극성의 전극들로 이루어진 전극조립체 및 그것의 제조방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체로 구분된다.
그러나, 이러한 종래의 전극조립체는 몇 가지 문제점을 가지고 있다.
첫째, 젤리-롤형 전극조립체는 긴 시트형의 양극과 음극을 밀집된 상태로 권취하여 단면상으로 원통형 또는 타원형의 구조로 만들게 되므로, 충방전시 전극의 팽창 및 수축으로 인해 유발되는 응력이 전극조립체 내부에 축적되게 되고, 그러한 응력 축적이 일정한 한계를 넘어서면 전극조립체의 변형이 발생하게 된다. 상기 전극조립체의 변형으로, 전극간의 간격이 불균일해져 전지의 성능이 급격히 저하되고 내부 단락으로 인해 전지의 안전성이 위협받게 되는 문제점을 초래한다. 또한, 긴 시트형의 양극과 음극을 권취해야 하므로, 양극과 음극의 간격을 일정하게 유지하면서 빠르게 권취하는 것이 어렵게 되어 생산성이 저하되는 문제점도 있다.
둘째, 스택형 전극조립체는 다수의 양극 및 음극 단위체들을 순차적으로 적층하여야 하므로, 단위체의 제조를 위한 극판의 전달 공정이 별도로 필요하고, 순차적인 적층 공정에 많은 시간과 노력이 요구되므로, 생산성이 낮다는 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 긴 길이의 연속적인 분리막 시트를 이용하여 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었고, 이는 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호 등에 개시되어 있다.
도 1 및 도 2에는 종래의 스택/폴딩형 전극조립체의 예시적인 제조과정이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 스택/폴딩형 전극조립체는, 예를 들어, 긴 길이의 분리막 시트(20) 상에 바이셀들(10, 11, 12, 13, 14)을 배열하고 분리막 시트(20)의 일 단부(21)에서 시작하여 순차적으로 권취함으로써 제조된다.
상기의 방법으로 제조된 도 3의 스택/폴딩형 전극조립체는 상기 젤리-롤과 스택형 전극조립체의 단점들을 보완하고 있지만, 전지케이스에 내장되어 이차전지로 제조되었을 경우, 안전성 측면에서 문제점을 가지고 있다. 그 중 하나는, 전지셀 외부로부터의 충격시 전극조립체가 밀리면서 양극 탭들(31) 또는 음극 탭들(32)과 본체 사이에 내부 단락이 발생하는 문제점이다.
즉, 외력에 의해 소정의 물체가 전지를 압박하게 되면, 양극 탭들(31) 또는 음극 탭들(32)이 본체의 반대 전극과 접촉되면서 단락이 유발되고, 이러한 단락은 전극 활물질들을 반응시켜 온도가 급격히 상승하게 된다. 또한, 전기 전도성이 낮은 리튬 전이금속 산화물 등의 양극 활물질은 단락 시 많은 열을 발생시키므로 전지의 발화 내지 폭발을 더욱 가속화시킨다.
또한, 음극 탭들(32)과 음극 리드(33)를 융착하는 음극 V-포밍(forming) 공정에서 음극 탭들(32) 중 일부가 단선되는 문제점이 있다.
따라서, 간단한 제조 공정에 의해 제조될 수 있으며, 외력이 이차전지에 인가되는 경우에도 전지의 수명 및 안전성을 확보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험들을 거듭한 끝에, 다수 개의 제 1 전극 단위체들과 한 개의 제 2 전극 시트가 분리막 시트를 사이에 두고 서로 대면하는 구조로 권취되어 있고, 제 1 전극과 제 2 전극은 서로 반대 극성의 전극들로 전극조립체를 구성함으로써, 외력으로 인한 제 1 전극 탭과 제 2 전극 탭의 단락에 의해 전지의 발열이 발생하는 것을 방지하여 전지의 안전성을 향상시키고, 전지 제조시 제 2 전극 탭을 제 2 전극 리드에 용접하는 공정이 필요하지 않으므로 생산성을 크게 향상시킬 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 전극조립체는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체로서, 다수 개의 제 1 전극 단위체들과 한 개의 제 2 전극 시트가 분리막 시트를 사이에 두고 서로 대면하는 구조로 권취되어 있고, 제 1 전극과 제 2 전극은 서로 반대 극성의 전극들로 이루어져 있다.
본 발명에 따르면, 제 1 전극과 제 2 전극이 서로 반대 극성의 전극들이고, 다수 개의 제 1 전극 단위체들과 한 개의 제 2 전극 시트가 분리막 시트를 사이에 두고 서로 대면하는 구조로 권취되어 있으므로, 전지의 낙하, 진동 등이 발생시 전극 탭들의 접촉에 의한 내부 단락이 원인이 되는 전지의 발화 또는 폭발을 방지하여, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로는, 제 2 전극은 하나의 시트로서 다수의 제 2 전극 탭들을 포함하고 있지 않으므로, 전극 탭들이 반대 전극과 접촉되는 것을 근원적으로 방지할 수 있다.
또한, 다수의 제 2 전극 탭들을 전극 리드에 열융착하는 공정이 불필요하므로, 전극 탭들과 전극 리드의 열융착 공정에서 제 2 전극 탭들 중 일부가 단선될 가능성을 제거할 수 있다.
더욱이, 제 2 전극에 탭을 형성 또는 부착하여 전극 단위체를 만들기 위한 공정이 필요 없으므로, 전지의 제조 공정 수가 절감되어 생산성을 향상시킬 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 전극조립체는 제 1 분리막 시트가 개재된 상태에서 제 1 전극 단위체들과 제 2 전극 시트를 제 2 분리막 시트 상에 위치시키고 분리막 시트의 길이방향(세로방향)으로 제 1 전극 단위체들의 폭만큼 순차적으로 권취한 구조로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 전극조립체는 제 2 분리막 시트 상에 상부 방향으로 제 2 전극 시트, 제 1 분리막 시트 및 제 1 전극 단위체들을 순차적으로 위치시킨 상태에서 시트의 길이방향(세로방향)으로 제 1 전극 단위체들의 폭만큼 순차적으로 권취한 구조로 이루어질 수 있다.
이와는 달리, 제 2 분리막 시트 상에 상부 방향으로 제 1 전극 단위체들, 제 1 분리막 시트 및 제 2 전극 시트를 순차적으로 위치시킨 상태에서 시트의 길이방향(세로방향)으로 제 1 전극 단위체들의 폭만큼 순차적으로 권취한 구조로 이루어질 수도 있다.
상기 제 1 전극은 양극이고 제 2 전극은 음극이 사용될 수 있으며, 이와는 반대로 제 1 전극은 음극이고 제 2 전극은 양극이 사용될 수도 있다.
한편, 상기 제 1 전극 단위체는 제 1 전극의 전류 집전체의 양면에 제 1 전극 활물질이 코팅되어 있는 전극이고, 상기 제 2 전극 시트는 제 1 전극의 전류 집전체의 양면에 제 2 전극 활물질이 코팅되어 있는 전극인 것이 바람직하다.
예를 들어, 제 1 전극이 양극이고 제 2 전극이 음극인 경우, 양극은, 양극 집전체의 양면에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은 리튬 이차전지인 경우, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
반면에, 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 제 2 전극 시트는 제 2 분리막 시트상에 위치시킬 때에는 권취를 용이하게 하기 위하여 제 2 전극 시트를 제 2 분리막 시트 상에 부착시킨 구조일 수 있다. 이러한 부착은 바람직하게는 열융착에 의해 달성될 수 있지만, 그것만으로 한정되는 것은 아니다.
바람직한 하나의 예로서, 상기 제 1 전극 단위체들에는 각각 전극 탭들이 돌출되어 있고, 상기 제 2 전극 시트에는 전극 활물질이 도포되어 있지 않은 전류 집전체의 무지부에 전극 리드가 부착되어 있는 구조일 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 제 1 전극 단위체들은, 권취된 상태에서 전극 탭들이 동일한 부위에 위치하도록, 제 2 전극 시트에 대해 교번 배열 방식으로 배열되어 있는 구조일 수 있다.
한편, 상기 제 1 전극 단위체들은 길이 방향으로 순차적으로 권취됨에 따라 권취 두께가 증가하므로, 제 1 전극 단위체들은 길이 방향으로 상호 이격 거리가 증가하는 구조로 제 2 전극 시트에 대해 배열되어 있도록 구성된다.
상기 제 1 분리막 시트 및/또는 제 2 분리막 시트는 권취 후 전극조립체를 한차례 감싸는 연장된 길이를 가질 수 있고, 제 1 분리막 시트 및/또는 제 2 분리막 시트의 최외곽 말단은 열융착되거나 테이프가 붙여져 고정될 수 있다. 예를 들어, 열용접기 또는 열판 등을 마무리되는 제 1 분리막 시트 및/또는 제 2 분리막 시트에 접촉시켜 분리막 시트 자체가 열에 의해 용융되어 접착 고정되도록 할 수 있다. 이에 따라, 압력이 계속 유지되므로, 전극과 분리막 시트 사이의 안정적인 계면 접촉을 가능하게 한다.
상기 제 1 분리막 시트와 제 2 분리막 시트는 긴 시트형의 다공성 필름으로서 서로 동일한 소재 또는 서로 다른 소재로 이루어질 수 있다.
이러한 제 1 분리막 시트와 제 2 분리막 시트는, 예를 들어, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있고, 분리막 시트의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 분리막 시트의 소재로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 고분자, 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 바람직하게는, 분리막 시트는 미세 기공을 포함하는 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌(polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene) 공중합체 등의 고분자 전해질용 고분자 필름으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
분리막 시트는 권취 공정을 용이하게 수행하기 위해서 접착 기능을 가지는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 하나의 바람직한 예에서, 상기 제 1 분리막 시트와 제 2 분리막 시트는 열융착에 의한 접착 기능을 가지고 있는 본 출원인의 한국 특허출원 제1999-57312호에 기재된 미세 다공성의 제 1 고분자층과 폴리비닐리덴플루오라이드-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체의 겔화 제 2 고분자층을 포함하는 고분자 전해질용 고분자 필름을 사용할 수 있다. 상기 출원의 내용은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.
본 발명은 또한 상기와 같은 전극조립체를 포함하고 있는 전기화학 셀을 제공한다.
전기화학 셀의 대표적인 예로는 이차전지를 들 수 있으며, 그 중에서도 리튬이온을 매개로 하는 리튬 이차전지가 바람직하다.
리튬 이차전지는 전극조립체의 형태와 전지케이스의 구조 및 형태에 따라, 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류되기도 하는데, 그 중 낙하 등의 외부 충격의 인가시 안전성이 특히 문제가 되는 파우치형 전지에 본 발명이 바람직하게 적용될 수 있다.
파우치형 전지는 앞서 설명한 바와 같이, 금속층과 수지층을 포함하고 있는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 전지로서, 일반적으로 알루미늄 라미네이트 시트의 케이스가 많이 사용되고 있다.
전극조립체를 사용하여 전기화학 셀을 제조하는 방법 등은 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
한편, 최근 리튬 이온 이차전지는 소형 모바일 기기뿐만 아니라 대형 디바이스의 전원으로 많은 관심을 모으고 있으며, 그러한 분야에의 적용시 작은 중량을 가지는 것이 바람직하다. 이차전지의 중량을 줄이는 하나의 방안으로서, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체를 내장한 구조가 바람직할 수 있다. 이러한 리튬 이차전지에 대해서는 당업계에 공지되어 있으므로 본 명세서에는 관련 설명을 생략한다.
또한, 전지가 중대형 디바이스의 전원으로 사용할 때에는, 장기간의 사용시에도 작동 성능이 저하되는 현상을 최대한 억제하고, 수명 특성이 우수하며, 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있는 구조의 이차전지가 바람직하다. 이러한 관점에서 본 발명의 전극조립체를 포함하는 이차전지는 이를 단위전지로 하는 중대형 전지모듈에 바람직하게 사용될 수 있다.
중대형 전지모듈은 다수의 단위전지들을 직렬 방식 또는 직렬/병렬 방식으로 연결하여 고출력 대용량을 제공하도록 구성되어 있으며, 그에 대해서는 당업계에 공지되어 있으므로 본 명세서에는 관련 설명을 생략한다.
본 발명은 또한, 상기 전극조립체의 제조방법을 제공한다.
하나의 바람직한 예에서, 전극조립체의 제조방법은 하기 과정을 포함하는 것으로 구성되어 있다.
a) 일측에 전극 탭을 포함하는 구조로 제 1 전극 시트에서 절취하여 다수의 제 1 전극 단위체들을 제조하는 과정;
b) 전극 활물질이 코팅되어 있지 않은 전류 집전체의 무지부에 전극 리드를 부착하여 제 2 전극 시트를 제조하는 과정;
c) 제 2 분리막 시트 상에 상부 방향으로, 제 2 전극 시트, 제 1 분리막 시트 및 제 1 전극 단위체들을 순차적으로 위치시킨 상태에서 시트의 길이방향(세로방향)으로 제 1 전극 단위체들의 폭만큼 순차적으로 권취하는 과정; 및
d) 제 1 전극 단위체들의 전극 탭들을 전극 리드에 용접하는 과정.
본 발명에 따른 전극조립체의 제조방법은 권취 구조에 기반하고 있다는 점에서 젤리-롤형 전극조립체 및 스택/폴딩형 전극조립체와 유사한 측면이 있지만, 젤리-롤형 전극조립체에서 초래되는 응력의 내부 축적과 그에 따른 전극조립체의 변형 발생의 문제점과, 스택/폴딩형 전극조립체의 낮은 안전성의 문제점을 초래하지 않는다.
또한, 상기 제조방법은 일부 전극들을 전극 단위체의 형태로 사용하여 제조한다는 점에서 스택형 전극조립체와 유사한 측면이 있지만, 스택형 전극조립체의 복잡한 제조 공정과 낮은 생산성의 문제점을 유발하지 않는다.
따라서, 본 발명에 따른 전극조립체의 제조방법은 이러한 종래의 전극조립체 제조방법의 문제점들을 모두 해결할 수 있는 새로운 개념의 신기술이라 할 수 있다.
도 1은 종래의 바이 셀들로 이루어진 스택/폴딩형 전극조립체의 제조과정을 나타내는 모식도이다;
도 2는 도 1의 스택/폴딩형 전극조립체 제조과정에서 바이셀들의 배열 조합을 나타내는 모식도이다;
도 3은 도 1에 의해 제조된 전극조립체 구조의 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 제조과정을 나타내는 모식도이다;
도 5는 도 4에 의해 제조된 전극조립체 구조의 모식도이다;
도 6은 도 5의 전극조립체를 포함하고 있는 리튬 이차전지 구조의 모식도이다;
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 제조 공정에서 제 1 전극 단위체들과 제 2 전극시트의 배열 조합을 예시적으로 도시한 모식도들이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 제조과정을 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4에 의해 제조된 전극조립체 구조의 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전극조립체(70)는 양극/분리막/음극 구조로서, 8개의 제 1 전극 단위체들(40)과 한 개의 제 2 전극 시트(60)가 분리막 시트(50)를 사이에 두고 서로 대면하는 구조로 권취되어 있다.
제 2 전극 시트(60)에는 전극 활물질이 도포되어 있지 않은 전류 집전체의 무지부에 제 2 전극 리드(62)가 부착(용접)되어 있다.
제 1 전극 단위체들(40)은, 권취된 상태에서 제 1 전극 탭들(40a)이 동일한 부위에 위치하도록 제 2 전극 시트(60)에 대해 교번 배열 방식으로 배열되어 있고, 길이 방향(화살표)으로 상호 이격 거리(L)가 증가하는 구조로 제 2 전극 시트(60)에 대해 배열되어 있다.
이러한 제 1 전극 단위체들(40)과 제 2 전극 시트(60) 및 분리막 시트(50)는, 이후 도 7 및 8에서 설명하는 바와 같이, 또 다른 분리막 시트 상에 양극/분리막/음극 구조로 적층된 상태에서 권취되어 전극조립체를 형성하게 된다.
도 6에는 도 5의 전극조립체를 포함하고 있는 리튬 이차전지의 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
도 6을 도 5와 함께 참조하면, 리튬 이차전지(100)는, 파우치형의 전지케이스(200) 내부에 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체(70)가 내장되어 있고, 그것의 양극 탭들(31)은 양극 리드(34)에 V-포밍에 의해 용접되어 있고, 음극 시트의 무지부에 음극 리드(33)가 용접되어 전지케이스(200)의 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지케이스(200)는 알루미늄 라미네이트 시트와 같은 연포장재로 되어 있으며, 전극조립체(70)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(230)를 포함하는 케이스 본체(210)와 그러한 본체(210)에 일측이 연결되어 있는 덮개(220)로 이루어져 있다.
양극 리드(34)와 음극 리드(33)에는 전지케이스(200)와의 전기적 절연성과 밀봉성을 확보하기 위하여 절연필름(80)이 상하면에 부착되어 있다.
도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체 제조과정에서 제 1 전극 단위체들과 제 2 전극시트의 배열 조합을 예시적으로 도시한 모식도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 전극조립체(72)는 제 1 분리막 시트(52)가 개재된 상태에서 양극 단위체들(42)과 음극 시트(64)를 제 2 분리막 시트(54) 상에 위치시킨 상태, 즉, 제 2 분리막 시트(54) 상에 상부 방향으로 음극 시트(64), 제 1 분리막 시트(52) 및 양극 단위체들(42)을 순차적으로 위치시킨 상태에서, 제 1 분리막 시트(52)와 제 2 분리막 시트(54)의 길이방향(화살표)으로 양극 단위체들(42)의 폭(W)만큼 순차적으로 권취한 구조로 이루어져 있다.
제 1 분리막 시트(52)는 제 2 분리막 시트(54)와 동일한 소재로서 다공성 절연 필름으로 이루어져 있고, 음극 시트(64)는 제 2 분리막 시트 상(54)에 열융착에 의해 부착되어 있다.
도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 제조 과정에서 제 1 전극 단위체들과 제 2 전극시트의 배열 조합을 예시적으로 도시한 모식도가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 전극조립체(74)는 제 2 분리막 시트(54) 상에 상부 방향으로 양극 단위체들(42), 제 1 분리막 시트(52) 및 음극 시트(64)를 순차적으로 위치시킨 상태에서 시트의 길이방향(화살표)으로 양극 단위체들(42)의 폭만큼 순차적으로 권취한 구조로 이루어져 있는 것을 제외하고는, 도 7의 전극조립체(72) 구조와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는 다수 개의 제 1 전극 단위체들과 한 개의 제 2 전극 시트가 분리막 시트를 사이에 두고 서로 대면하는 구조로 권취되어 있고, 제 1 전극과 제 2 전극은 서로 반대 극성의 전극들로 구성되어 있으므로, 외력으로 인한 내부 단락에 의해 전지의 발열이 발생하는 것을 방지하여 전지의 안전성을 향상시키고, 전지 제조시 다수의 제 2 전극 탭들을 제 2 전극 리드에 용접하는 공정이 필요하지 않으므로 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (19)

  1. 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체로서, 다수 개의 제 1 전극 단위체들과 한 개의 제 2 전극 시트가 분리막 시트를 사이에 두고 서로 대면하는 구조로 권취되어 있고, 제 1 전극과 제 2 전극은 서로 반대 극성의 전극들로 이루어진 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 제 1 분리막 시트가 개재된 상태에서 제 1 전극 단위체들과 제 2 전극 시트를 제 2 분리막 시트 상에 위치시키고 분리막 시트의 길이방향(세로방향)으로 제 1 전극 단위체들의 폭만큼 순차적으로 권취한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전극조립체는 제 2 분리막 시트 상에 상부 방향으로 제 2 전극 시트, 제 1 분리막 시트 및 제 1 전극 단위체들을 순차적으로 위치시킨 상태에서 시트의 길이방향(세로방향)으로 제 1 전극 단위체들의 폭만큼 순차적으로 권취한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 전극조립체는 제 2 분리막 시트 상에 상부 방향으로 제 1 전극 단위체들, 제 1 분리막 시트 및 제 2 전극 시트를 순차적으로 위치시킨 상태에서 시트의 길이방향(세로방향)으로 제 1 전극 단위체들의 폭만큼 순차적으로 권취한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 양극이고 제 2 전극은 음극인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 음극이고 제 2 전극은 양극인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극 단위체는 제 1 전극의 전류 집전체의 양면에 제 1 전극 활물질이 코팅되어 있는 전극이고, 상기 제 2 전극 시트는 제 1 전극의 전류 집전체의 양면에 제 2 전극 활물질이 코팅되어 있는 전극인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 전극 시트는 제 2 분리막 시트 상에 열융착에 의해 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극 단위체들에는 각각 전극 탭들이 돌출되어 있고, 상기 제 2 전극 시트에는 전극 활물질이 도포되어 있지 않은 전류 집전체의 무지부에 전극 리드가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극 단위체들은, 권취된 상태에서 전극 탭들이 동일한 부위에 위치하도록, 제 2 전극 시트에 대해 교번 배열 방식으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극 단위체들은 길이 방향으로 상호 이격 거리가 증가하는 구조로 제 2 전극 시트에 대해 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 분리막 시트 및/또는 제 2 분리막 시트는 권취된 최외각 말단이 열융착 또는 테이프에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 분리막 시트와 제 2 분리막 시트는 다공성 절연 필름으로서 동일한 소재 또는 서로 다른 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 분리막 시트와 제 2 분리막 시트는 미세 기공을 포함하는 폴리에틸렌 필름; 폴리프로필렌 필름; 이들 필름의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름; 및 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체의 고분자 전해질용 고분자 필름으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  15. 제 1 항에 따른 전극조립체를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 전기화학 셀은 이차전지인 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 이차전지는 리튬이온을 매개로 하는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 이차전지는 금속층과 수지층을 포함하고 있는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.
  19. 제 1 항에 따른 전극조립체의 제조 방법으로서,
    a) 일측에 전극 탭을 포함하는 구조로 제 1 전극 시트에서 절취하여 다수의 제 1 전극 단위체들을 제조하는 과정;
    b) 전극 활물질이 코팅되어 있지 않은 전류 집전체의 무지부에 전극 리드를 부착하여 제 2 전극 시트를 제조하는 과정;
    c) 제 2 분리막 시트 상에 상부 방향으로, 제 2 전극 시트, 제 1 분리막 시트 및 제 1 전극 단위체들을 순차적으로 위치시킨 상태에서 시트의 길이방향(세로방향)으로 제 1 전극 단위체들의 폭만큼 순차적으로 권취하는 과정; 및
    d) 제 1 전극 단위체들의 전극 탭들을 전극 리드에 용접하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조 방법.
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