KR101464966B1 - Electrode Assembly Having Lead-tap Joint Structure and Electrochemical Cell Containing the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극/분리막/음극 구조로 이루어진 전극조립체로서, 전극조립체를 구성하는 각각의 극판에는 활물질이 도포되어 있지 않은 전극 탭이 일측 단부로부터 돌출되어 있고, 각각의 극판의 전극 탭들은 하나의 전극리드에 결합되어 전극리드-전극 탭 결합부를 형성하며, 상기 전극 탭-전극리드 결합부에서 둘 이상의 전극 탭들은 적어도 일부가 전극리드에 직접 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.The present invention relates to an electrode assembly comprising a positive electrode / separator / negative electrode structure, wherein each electrode plate constituting the electrode assembly has an electrode tab protruding from one end thereof, Electrode lead-coupling portion, wherein at least a portion of the at least two electrode tabs are directly coupled to the electrode lead.
Description
본 발명은 신규한 전극리드-전극 탭 결합부로 이루어진 전극조립체 및 이를 포함하는 전기화학 셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극/분리막/음극 구조로 이루어진 전극조립체로서, 전극조립체를 구성하는 각각의 극판에는 활물질이 도포되어 있지 않은 전극 탭이 일측 단부로부터 돌출되어 있고, 각각의 극판의 전극 탭들은 하나의 전극리드에 결합되어 전극리드-전극 탭 결합부를 형성하며, 상기 전극 탭-전극리드 결합부에서 둘 이상의 전극 탭들은 적어도 일부가 전극리드에 직접 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode assembly comprising a novel electrode lead-electrode tab joint and to an electrochemical cell including the same, and more particularly, to an electrode assembly comprising a positive electrode / separator / negative electrode structure, The electrode tabs of the electrode plates are connected to one electrode lead to form an electrode lead-electrode tab joint portion, and the electrode tab- Wherein at least two of the at least two electrode taps are directly coupled to the electrode leads.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.As technology development and demand for mobile devices are increasing, the demand for batteries as energy sources is rapidly increasing, and accordingly, a lot of researches on batteries capable of meeting various demands have been conducted.
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 리튬 이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.Typically, in view of the shape of the battery, there is a high demand for a prismatic secondary battery and a pouch-type secondary battery that can be applied to products such as mobile phones with a small thickness. In terms of materials, lithium ion batteries having high energy density, discharge voltage, There is a high demand for a lithium secondary battery such as a lithium ion polymer battery.
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) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.Also, the secondary battery is classified according to how the electrode assembly having the anode / separator / cathode structure is formed. Typically, the long battery-shaped anodes and cathodes are jelly- A stacked (stacked) electrode assembly in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, a stacked (stacked) electrode assembly in which a predetermined unit of positive and negative electrodes are stacked, A stack / folding type electrode assembly having a structure in which a bi-cell or a full cell stacked in a single state is wound is exemplified.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 적은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.Recently, a pouch-shaped battery having a structure in which a stacked or stacked / folded electrode assembly is embedded in a pouch-shaped battery case of an aluminum laminate sheet is attracting much attention due to low manufacturing cost, small weight, and easy shape deformation Its usage is also gradually increasing.
전술한 바와 같이 파우치형 이차전지는 전극조립체를 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 장착한 구조로 이루어져 있고, 상기 전극조립체의 전극 탭들에 연결되어 있는 전극리드는 전극 탭들과의 연결부에 대향하는 단부가 전지케이스의 외부로 노출된 상태에서 전지케이스와 함께 열 융착된다.As described above, the pouch type secondary battery has a structure in which the electrode assembly is mounted on the pouch-shaped case of the laminate sheet, and the electrode leads connected to the electrode tabs of the electrode assembly have an end opposite to the connection portion with the electrode tabs, And is thermally fused together with the battery case in a state exposed to the outside of the case.
이러한 구조의 이차전지에서, 다수의 전극 탭들은 하나의 전극리드에 초음파 융착 등의 방법으로 결합되는데, 전지의 용량을 증가시키기 위해 종래보다 많은 수의 극판들로 전극조립체를 구성하는 경우에는, 전극 탭들의 수가 증가하여 초음파 융착 과정에서 미융착 부위가 발생하기 쉽고, 전극리드에 대한 각각의 전극 탭들의 전기적 접속 경로에 차이를 유발하는 문제점이 발생한다.In a secondary battery having such a structure, a plurality of electrode taps are coupled to one electrode lead by ultrasonic welding or the like. In the case where the electrode assembly is formed of a larger number of electrode plates than the conventional one in order to increase the capacity of the battery, The number of taps increases, so that an unfused portion easily occurs in the process of ultrasonic welding, and a problem arises in that the electrical connection paths of the electrode taps to the electrode leads are different.
이러한 현상은 특히, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전력저장장치 등과 같은 고출력 대용량의 전지팩에 사용되는 이차전지에서 더욱 심각하게 발생하는 경향이 있다.This phenomenon tends to occur more seriously, particularly in secondary batteries used in high-power, large-capacity battery packs such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, electric power storage devices and the like.
따라서, 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.Accordingly, there is a great need for a technique capable of solving these problems.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험들을 계속한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 적어도 일부 전극 탭들이 그것의 적어도 일부가 전극리드에 직접 결합하도록 구성하는 경우, 대응하는 각각의 전극 탭-전극리드가 견고하게 결합하여, 미융착 현상을 감소시킴과 동시에 결합력을 향상시킬 뿐만 아니라, 전극리드에 대한 각각의 전극 탭들의 전기적 접속 경로를 최대한 균등화하여 전지의 작동 성능을 최적화할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application will continue their in-depth research and various experiments and, as will be described later, when at least some of the electrode taps are configured to directly couple at least a portion thereof to the electrode leads, It is confirmed that not only the unfused phenomenon is reduced and the bonding force is improved but also the electrical connection path of each electrode tab to the electrode leads is maximized to optimize the operating performance of the battery , Thereby completing the present invention.
따라서, 본 발명의 전극조립체는, 양극/분리막/음극 구조로 이루어진 전극조립체로서, 전극조립체를 구성하는 각각의 극판에는 활물질이 도포되어 있지 않은 전극 탭이 일측 단부로부터 돌출되어 있고, 각각의 극판의 전극 탭들은 하나의 전극리드에 결합되어 전극리드-전극 탭 결합부를 형성하며, 상기 전극 탭-전극리드 결합부에서 둘 이상의 전극 탭들은 적어도 일부가 전극리드에 직접 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.Therefore, the electrode assembly of the present invention is an electrode assembly composed of a positive electrode / separator / negative electrode structure. In each electrode plate constituting the electrode assembly, electrode tabs not coated with active material are protruded from one end, The electrode tabs are coupled to one electrode lead to form an electrode lead-electrode tab joint portion, and at least two electrode tabs are directly coupled to the electrode leads at the electrode tab-electrode lead joint portion.
일반적인 구조의 전극조립체에서, 극판들은 전극 탭들의 단부들이 일치하도록 적층된 상태에서 이들 전극 탭들이 전극리드에 결합된다. 이와 같이 단부가 일치하도록 적층된 전극 탭들의 구조로 인해, 실질적으로 하나의 전극 탭, 즉, 전극리드에 직접 접하는 전극 탭만이 전극리드에 결합되고, 나머지 전극 탭들은 상호 간에 결합된다.In a typical structure of the electrode assembly, the electrode plates are bonded to the electrode leads with the electrode tabs stacked so that the ends of the electrode tabs are aligned. Due to the structure of the electrode taps stacked so that their ends coincide, substantially only one electrode tab, that is, only the electrode tab directly contacting the electrode lead, is coupled to the electrode lead and the remaining electrode tabs are coupled to each other.
반면에, 본 발명에 따르면, 적어도 둘 이상의 전극 탭들이 그것의 적어도 일부가 전극리드에 직접 결합하는 구조를 가진다. 이러한 차별적인 결합 구조는, 전극리드에 직접 결합되는 전극 탭의 수를 종래보다 증가시켜 결합력을 향상시킬 뿐만 아니라, 전극 탭과 전극리드 간의 전기적 접속 경로를 최소화하여 전지의 작동 성능을 최적화할 수 있는 특별한 효과를 발휘한다.On the other hand, according to the present invention, at least two or more electrode tabs have a structure in which at least a part thereof is directly bonded to the electrode lead. This differential coupling structure not only enhances the number of electrode tabs directly coupled to the electrode leads to improve the bonding force but also minimizes the electrical connection path between the electrode tabs and the electrode leads to optimize the operating performance of the battery It exerts a special effect.
전극 탭이 전극리드와 결합되는 구조의 전극조립체로는 대표적으로 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태로 적층한 스택형 구조와 스택/폴딩형 구조일 수 있지만, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 긴 분리필름에 단일 극판들을 배열한 상태에서 권취하거나 지그재그 형태로 절곡한 구조 등도 가능한다. 결과적으로, 다수의 전극 탭들이 하나의 전극리드에 결합되는 구조의 전극조립체라면 그것의 종류에 관계없이 본 발명이 적용될 수 있다.The electrode assembly having the structure in which the electrode tabs are coupled to the electrode leads is typically a stacked structure or a stacked / folded structure in which a plurality of anodes and cathodes are stacked with a separator interposed therebetween, but is not limited thereto. For example, a structure in which single electrode plates are arranged in a long separation film and is wound or zigzag-shaped is also possible. As a result, the present invention can be applied to any electrode assembly having a structure in which a plurality of electrode tabs are coupled to one electrode lead.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전극 탭은 전극 탭의 양면 중 일면의 폭을 기준으로 1/10 이상의 길이가 전극리드에 직접 결합되어 있는 구조일 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 1/10 내지 1/2의 길이 범위에서 직접 결합되어 있는 구조일 수 있다.In one preferred embodiment, the electrode tab may have a structure in which a length of 1/10 or more is directly coupled to the electrode leads based on the width of one surface of the electrode tab, more preferably 1/10 to 1 / 2 < / RTI > length range.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전극 탭-전극리드 결합부에서 적어도 둘 이상의 전극 탭들이 전극리드에 직접 결합되어 있는 바, 바람직하게는 셋 이상의 전극 탭들이, 더욱 바람직하게는 전극조립체를 구성하는 전극 탭들 중 적어도 50% 이상의 전극 탭들이, 특히 바람직하게는 모든 전극 탭들이 전극리드에 직접 결합되어 있는 구조일 수 있다.As described above, according to the present invention, at least two or more electrode tabs are directly coupled to the electrode leads in the electrode tab-electrode lead coupling portion, and preferably three or more electrode tabs are formed, At least 50% of the electrode taps, and particularly preferably all the electrode taps are directly coupled to the electrode leads.
본 발명에 있어서, 전극 탭들을 배열하는 방법은 다양할 수 있다. 하나의 바람직한 예에서, 모든 전극 탭들은 평면상으로 보았을 때 균일한 간격으로 상호 겹칠 수 있게 순차적으로 측면 배열되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조에서, 전극 탭들은 상기 순차적인 측면 배열에 대응하는 위치에서 각각의 극판으로부터 돌출되어 있는 구조일 수 있다.In the present invention, the method of arranging the electrode tabs may be various. In one preferred embodiment, all of the electrode tabs may be arranged in a sequential side-by-side arrangement so as to overlap each other at even intervals when viewed in plan. In such a structure, the electrode tabs may be of a structure protruding from each electrode plate at a position corresponding to the sequential side arrangement.
본 발명에서 전극리드는 그것의 일측 단부의 폭과 대향 단부의 폭이 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다. 다만, 둘 이상의 전극 탭들과 결합해야 하는 점을 고려할 때, 전극 탭들이 결합하는 부위의 폭이 하나의 전극탭과 결합하던 종래의 결합부위의 폭에 비해 상대적으로 넓은 것이 바람직할 수 있다. 이 경우, 전극리드는 전극 탭들이 결합되는 부위의 폭이 나머지 전극리드의 폭을 기준으로 10 내지 400% 범위만큼 큰 구조일 수 있다.In the present invention, the width of one end of the electrode lead and the width of the opposite end of the electrode lead may be the same or different from each other. However, considering that it is necessary to couple with two or more electrode taps, it may be preferable that the width of the portion where the electrode tabs are coupled is relatively larger than the width of the conventional coupling portion that is coupled with one electrode tab. In this case, the electrode lead may have a structure in which the width of the portion where the electrode tabs are coupled is larger by 10 to 400% than the width of the remaining electrode leads.
본 발명에서 상기 전극리드는 전극 탭들을 전기적으로 연결할 수 있는 소재로 이루어진 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는 금속 플레이트일 수 있다. 이러한 금속 플레이트의 예로는, 니켈 플레이트, 니켈이 도금된 구리 플레이트, 알루미늄 플레이트, 구리 플레이트, 및 SUS 플레이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the electrode lead is not particularly limited as long as it is made of a material capable of electrically connecting electrode tabs, and may be a metal plate. Examples of such a metal plate include, but are not limited to, a nickel plate, a nickel-plated copper plate, an aluminum plate, a copper plate, and an SUS plate.
상기 전극리드와 전극 탭 결합부에서 전극리드와 전극 탭은 다양한 방식으로 결합될 수 있는 바, 바람직하게는 용접에 의해 더욱 안정적으로 결합될 수 있으며, 그러한 용접은 예를 들어 초음파 용접 등에 의해 수행될 수 있다.The electrode leads and the electrode taps at the electrode leads and the electrode tab joints can be coupled in various ways, preferably by welding, and the welding can be performed, for example, by ultrasonic welding .
본 발명에서 극판은 전류 집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질을 포함하는 전극 합체가 도포된 구조로 이루어져 있다. 전극조립체는 이러한 극판들, 즉, 양극판과 음극판을 분리막이 개재된 상태로 적층한 구조를 갖는다.In the present invention, the electrode plate has a structure in which an electrode assembly including an electrode active material is coated on one surface or both surfaces of a current collector. The electrode assembly has such a structure that the electrode plates, that is, the positive electrode plate and the negative electrode plate are laminated with the separator interposed therebetween.
양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 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.The positive electrode collector is generally made to a thickness of 3 to 500 mu m. Such a positive electrode collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change to the battery, and may be formed on the surface of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon or aluminum or stainless steel Carbon, nickel, titanium, silver, or the like may be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.
음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 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.The anode current collector generally has a thickness of 3 to 500 mu m. The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery. Examples of the negative electrode current collector include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, copper or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.
양극 합제에는 양극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제 등이 포함될 수 있다.The positive electrode material mixture may include a positive electrode active material, a conductive material, a binder, a filler, and the like.
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.The cathode active material may be a lithium secondary battery, for example, a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) or lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Li 1 + x Mn 2 -x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 and the like; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; A Ni-site type lithium nickel oxide expressed by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, x = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like. However, the present invention is not limited to these.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 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. The conductive material is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the cathode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey 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.
상기 바인더는 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 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 공중합제 등을 들 수 있다.The binder is added to the binder in an amount of 1 to 30% by weight, based on the total weight of the mixture containing the cathode active material, as a component that assists in bonding between the active material and the conductive agent and bonding to the current collector. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, and various copolymers.
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 중합제; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for suppressing expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin-based polymerizers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.
양극판은 상기와 같은 화합물들을 포함하는 양극 합제를 NMP 등의 용매에 혼합하여 만들어진 슬러리를 양극 집전체 상에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.The positive electrode plate may be prepared by applying a slurry prepared by mixing a positive electrode mixture containing the above-described compounds to a solvent such as NMP, coating the positive electrode collector, followed by drying and rolling.
음극판은, 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질을 포함하고 있는 음극 합제를 도포한 후 건조하여 제조되며, 상기 음극 합제에는, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 포함될 수 있다.The negative electrode plate is prepared, for example, by applying a negative electrode mixture containing a negative electrode active material on a negative electrode collector and then drying the negative electrode mixture. The negative electrode mixture may contain the above-described components as required.
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.The negative electrode active material may include, for example, carbon such as non-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,
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.
본 발명은 또한, 이러한 전극조립체를 포함하는 것으로 구성된 전기화학 셀을 제공한다.The present invention also provides an electrochemical cell comprising such an electrode assembly.
상기 전기화학 셀은 단위 셀로서 서너 개가 조합되어 소형 전기화학 세로 제조될 수 있으며, 단위 셀로서 다수 개가 조합되어 중대형 전기화학 셀로 제조될 수도 있다.The electrochemical cell may be a small electrochemical cell or a combination of several cells as a unit cell, and a plurality of unit cells may be combined to be a middle or large electrochemical cell.
상기 전기화학 셀은 전기화학 반응을 통해 전기를 제공하는 것으로서, 예를 들어, 전기화학 이차전지 또는 전기화학 캐패시터일 수 있으며, 그 중에서도 리튬 이차전지에서 바람직하게 적용될 수 있다.The electrochemical cell provides electricity through an electrochemical reaction. For example, the electrochemical cell may be an electrochemical secondary battery or an electrochemical capacitor, and may be preferably applied to a lithium secondary battery.
리튬 이차전지는 전극조립체에 리튬염 함유 비수 전해액이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다.The lithium secondary battery has a structure in which an electrode assembly is impregnated with a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte solution.
상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.The lithium salt-containing nonaqueous electrolyte solution is composed of an electrolyte solution and a lithium salt. As the electrolyte solution, a nonaqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, and an inorganic solid electrolyte may be used.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate Nonionic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, A polymer containing an ionic dissociation group and the like may be used.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4 -LiI-LiOH, Li3PO4 -Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI- LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 - LiI-LiOH and Li 3 PO 4 - Li 2 S-SiS 2 can be used.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.
또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene carbonate), PRS(Propene sultone), FPC(Fluoro-Propylene carbonate) 등을 더 포함시킬 수 있다.For the purpose of improving the charge / discharge characteristics and the flame retardancy, the electrolytic solution is preferably mixed with an organic solvent such as pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, . In some cases, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability. In order to improve the high-temperature storage characteristics, carbon dioxide gas may be further added. FEC (Fluoro-Ethylene carbonate, PRS (propene sultone), FPC (fluoro-propylene carbonate), and the like.
이차전지는 적당한 전지케이스에 밀봉되어 있는 바, 바람직하게는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 밀봉된 상태로 내장되어 있는 구조일 수 있다. The secondary battery is sealed in a suitable battery case. Preferably, the battery case of the laminate sheet including the metal layer and the resin layer is embedded in the electrode assembly in a sealed state.
또한, 이차전지는, 다수 개의 전지셀들을 포함하여, 고출력 대용량의 전지팩을 제조할 때 단위전지로서 바람직하게 사용될 수 있다. 고출력 대용량의 전지팩에 사용되는 단위전지는 소형 전지팩의 전지셀에 비해 매우 크고 두꺼우므로, 본 발명과 같이 전극리드-전극 탭 결합부의 융착이 견고한 구조는 중대형 전지셀에 더욱 바람직하게 적용될 수 있다.Also, the secondary battery includes a plurality of battery cells, and can be preferably used as a unit battery when manufacturing a high-output large-capacity battery pack. Since the unit cells used in the high-output large-capacity battery pack are very large and thicker than the battery cells of the small-sized battery pack, the structure in which the electrode lead-electrode tab joint portions are firmly fused can be more preferably applied to the middle- or large- .
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는 적어도 일부 전극 탭들이 그것의 적어도 일부가 전극리드에 직접 결합하도록 구성되어 있어서, 대응하는 각각의 전극 탭-전극리드가 견고하게 결합하여, 미융착 현상을 감소시킴과 동시에 결합력을 향상시킬 뿐만 아니라, 전극리드에 대한 각각의 전극 탭들의 전기적 접속 경로를 최대한 균등화하여 전지의 작동 성능을 최적화할 수 있다.As described above, the electrode assembly according to the present invention is configured such that at least some of the electrode tabs are configured to directly couple at least a part of the electrode tabs to the electrode leads, so that the corresponding electrode tab- And at the same time, it is possible to optimize the operating performance of the battery by maximizing the electrical connection path of the electrode taps to the electrode leads as much as possible.
도 1은 종래의 스택형 전극조립체의 상단부에 대한 부분 모식도이다;
도 2는 도 1의 구조에서 전극 탭-리드 결합부의 부분 확대도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 탭-전극리드 결합부의 부분 확대도이다;
도 4 및 5는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 전극 탭-전극리드 결합부들의 부분 확대도들이다;1 is a partial schematic view of a top portion of a conventional stacked electrode assembly;
Fig. 2 is a partial enlarged view of the electrode tab-lead coupling portion in the structure of Fig. 1; Fig.
3 is a partial enlarged view of an electrode tab-electrode lead coupling portion according to one embodiment of the present invention;
Figures 4 and 5 are partial enlarged views of electrode tab-electrode lead joints according to further embodiments of the present invention;
이하에서는 실시예를 통해 본 발명의 내용을 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
우선, 이해의 편의를 위하여, 도 1 및 도 2를 참조하여 종래기술을 설명한다. 구체적으로, 도 1에는 종래의 대표적인 스택형 전극조립체의 상단부가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 전극 탭-리드 결합부의 부분확대도가 모식적으로 도시되어 있다.First, for convenience of understanding, the prior art will be described with reference to Figs. 1 and 2. Fig. Specifically, FIG. 1 schematically shows the top end of a typical stacked electrode assembly of the prior art, and FIG. 2 schematically shows a partial enlarged view of the electrode tab-lead joint.
도 1을 참조하면, 스택형 전극조립체(30)는 양극 집전체의 양면에 양극 활물질이 도포되어 있는 양극판과 음극 집전체의 양면에 음극 활물질이 도포되어 있는 음극판이 분리막을 개재시킨 상태에서 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어져 있다.1, the stacked
양극 집전체 및 음극 집전체의 일측 단부에는, 전지의 전극단자를 구성하는 전극리드(60)에 각각 전기적으로 연결될 수 있도록, 활물질이 도포되어 있지 않은 다수의 전극 탭들(40)이 돌출되어 있고, 각각의 전극 탭들(40)은 전극리드(60) 상에 용접에 의해 부착되어 전극 탭-리드 결합부(90)를 형성한다.A plurality of
도 2를 참조하면, 각각의 전극 탭들(40)은 그것의 단부들이 상호 일치하도록 적층된 구조를 가진다. 따라서, 전극 탭들(40) 중 최상단의 전극 탭만이 전극리드(60)에 결합되고, 나머지 전극 탭들은 상호 인접한 전극 탭들과 결합된다.Referring to FIG. 2, each of the electrode taps 40 has a structure in which its ends are mutually aligned. Thus, only the uppermost electrode tab of the
참고로, 전극리드(60)에는 전극조립체를 전지케이스(도시하지 않음)에 장착한 후 열융착에 의해 밀봉하는 과정에서 전지케이스에 대한 밀봉성을 높이기 위한 절연 필름(70)이 부착되어 있다.For reference, an insulating
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 양극 탭-리드 결합부(90)의 부분 확대도가 모식적으로 도시되어 있다. 또한, 도 4 및 도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 구조들이 도시되어 있다.Fig. 3 schematically shows a partial enlarged view of a positive electrode tab-and-lid
우선, 도 3을 참조하면, 다수의 양극 탭들(40) 중 최상단의 전극 탭(41)과 그것의 하단에 인접하여 위치한 전극 탭(42)가 전극리드(60)에 직접 결합되어 있다.3, the
전극 탭(42)가 전극리드(60)에 결합된 폭(Wa)는 전극 탭(42)의 일면의 폭(W)을 기준으로 약 1/7의 크기에 대응하며, 전극 탭(41)은 전극 탭(42) 보다는 큰 폭으로 전극리드(60)에 결합되어 있다. 따라서, 도 2에서와 같이, 전극 탭(42)가 전극 탭(41)에 결합된 구조와 비교할 때, 전극리드(60)에 대해 우수한 결합력뿐만 아니라 짧은 접속 경로를 제공할 수 있다.The width Wa of the
이러한 직접 결합은 전극 탭(42)를 제외한 나머지 모든 전극 탭들에 대해서도 적용될 수 있도록 구성할 수 있으며, 이는 도 4 및 도 5의 구조에서 더욱 바람직하게 구현될 수 있다.This direct coupling can be applied to all other electrode taps except for the
구체적으로, 도 4의 전극리드(61)과 도 5의 전극리드(62)는 각각 전극 탭들(40)이 결합되는 부위의 폭(Hb)이 그것의 대향 위치의 폭(Ha)보다 상대적으로 큰 크기 (Hb>Ha)로 이루어져 있다. 이러한 넓은 폭은 모든 전극 탭들(40)이 전극리드(61, 62)에 직접 결합되는 구조를 더욱 용이하게 달성할 수 있게 해준다. 이는, 도 4의 전극리드(61)에서와 같이 일정 부위만이 넓은 폭을 가진 구조와, 도 5의 전극리드(62)에서와 같이 순차적으로 넓은 폭을 가진 구조에 의해 달성될 수 있지만, 이들 구조는 일부 예에 지나지 않으며, 본 발명의 범주내에서 다양한 변형예들이 가능할 것이다.
More specifically, the electrode leads 61 of FIG. 4 and the electrode leads 62 of FIG. 5 are formed such that the width Hb of the portion where the
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.
Claims (15)
상기 전극 탭-전극리드 결합부의 전극 탭들 중에 전극리드에 인접한 최상단의 전극 탭 및 상기 최상단의 전극 탭의 하단에 인접하여 위치한 전극 탭의 적어도 일부가 전극리드에 직접 결합되어 있고,
상기 전극 탭들은 상호 인접한 전극 탭들과 결합되어 있으며,
상기 전극리드에 직접 결합되어 있는 전극 탭들은 전극 탭의 양면 중 일면의 폭을 기준으로 1/10 내지 1/2의 길이 범위로 전극리드에 직접 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.An electrode assembly comprising a positive electrode / separator / negative electrode structure, wherein each electrode plate constituting the electrode assembly has an electrode tab protruding from one end thereof without applying active material, and electrode tabs of each electrode plate are coupled to one electrode lead Thereby forming an electrode lead-electrode tab joint,
At least a part of the electrode tabs of the electrode tab-electrode lead coupling part and the electrode tabs of the uppermost electrode tab adjacent to the electrode lead and the electrode tab adjacent to the lower end of the uppermost electrode tab are directly coupled to the electrode lead,
The electrode tabs are coupled to adjacent electrode tabs,
Wherein the electrode tabs directly coupled to the electrode leads are directly coupled to the electrode leads in a length of 1/10 to 1/2 of a width of one surface of the electrode tabs.
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| JPH09213299A (en) * | 1996-01-31 | 1997-08-15 | Toyota Autom Loom Works Ltd | Current collecting structure of storage battery |
| KR20080007697A (en) * | 2006-07-18 | 2008-01-23 | 주식회사 엘지화학 | Electrode assembly having noble lead-tap joint and electrochemical cell containing the same |
| KR20080009353A (en) * | 2006-07-24 | 2008-01-29 | 주식회사 엘지화학 | Electrode assembly having tap-lead joint portion of minimized resistance difference between electrodes and electrochemical cell containing the same |
| KR20080023182A (en) * | 2006-09-08 | 2008-03-12 | 엔이씨토킨 주식회사 | Method for production of stacked battery |
-
2012
- 2012-04-04 KR KR1020120034712A patent/KR101464966B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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| KR20080023182A (en) * | 2006-09-08 | 2008-03-12 | 엔이씨토킨 주식회사 | Method for production of stacked battery |
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