KR102014458B1 - Electrode assembly with directional thickness and Lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 점증적으로 변화하는 두께의 전극 집전체를 사용한 셀(cell)을 둘 이상 적층(스택, stacking)한 경우에 셀의 발열 및 저항을 감소시키면서도 컴팩트한 체적이 가능하도록 한 전극조립체를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것으로, 저항 증가 및 발열의 문제가 해소되는 동시에 리튬이차전지의 불필요한 부피 증가가 방지되는 효과를 갖는다.The present invention includes an electrode assembly that enables compact volume while reducing heat generation and resistance of a cell when two or more cells using an electrode current collector having a gradually varying thickness are stacked (stacked). The present invention relates to a lithium secondary battery, in which an increase in resistance and heat generation are solved, and an unnecessary volume increase of the lithium secondary battery is prevented.

Description

두께 방향성을 갖는 전극조립체 및 이를 포함하는 리튬이차전지 {Electrode assembly with directional thickness and Lithium secondary battery comprising the same}Electrode assembly having a thickness direction and a lithium secondary battery comprising the same {Electrode assembly with directional thickness and Lithium secondary battery comprising the same}

본 발명은 두께 방향성을 갖는 전극조립체 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to an electrode assembly having a thickness direction and a lithium secondary battery comprising the same.

최근 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 병렬형 하이브리드 전기자동차(PHEV) 등의 동력원으로도 주목받고 있다.Recently, secondary batteries capable of charging and discharging have been widely used as energy sources of wireless mobile devices. In addition, the secondary battery is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a parallel hybrid electric vehicle that has been proposed as a solution to solve air pollution of conventional gasoline and diesel vehicles using fossil fuels. It is also attracting attention as a power source such as PHEV).

이차전지의 일 형태로는 라미네이트 시트로 된 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 이차전지가 있다. 파우치형 이차전지 역시 최근에 모바일 기기의 에너지원으로뿐만 아니라, 차량 동력원으로 이용되는 등 용도가 다양화됨에 따라 대형화되는 추세이고, 이에 따라 전극 집전체로 사용되는 금속 호일(metal foil)은 대형화되는 동시에 두께가 얇아지는 추세이다. 이로 인해, 금속 호일의 저항이 커질 뿐만 아니라, 이를 사용하여 제조되는 셀의 저항 역시 증가하고 발열이 심해지는 문제점이 있다.One type of secondary battery is a pouch type secondary battery in which an electrode assembly is incorporated in a pouch type case made of a laminate sheet. Pouch-type secondary batteries have also recently become larger as energy sources of mobile devices as well as vehicle power sources. As a result, metal foils used as electrode current collectors have become larger. At the same time, the thickness is getting thinner. As a result, not only the resistance of the metal foil is increased, but also the resistance of the cell manufactured by using the same also increases the heat generation.

따라서, 본 발명에서는 전극집전체의 대형화 및 얇은 두께로 인해 발생하는 이차전지의 저항 증가 및 발열 문제를 해결하는 것을 일 과제로 한다.Therefore, the present invention is to solve the problem of increased resistance and heat generation of the secondary battery caused by the increase in size and thinness of the electrode current collector.

또한, 본 발명에서는 이차전지의 저항 증가 및 발열 문제를 해결하는 동시에, 이차전지의 컴팩트화를 이루도록 하는 것을 일 과제로 한다.In addition, the present invention is to solve the problem of increased resistance and heat generation of the secondary battery, and to make the secondary battery compact.

본 발명의 일 양태에 따르면, 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극조립체에 있어서, 상기 양극은 양극 집전체의 양면에 형성된 양극 활물질층을 포함하고, 상기 음극은 음극 집전체의 양면에 형성된 음극 활물질층을 포함하며, 상기 양극 집전체와 음극 집전체 각각은 탭 근위단부에서 탭 원위단부로 갈수록 두께가 얇아지되, 측면에서 보았을 때 측면 중심을 기준으로 위 아래에서 대칭적으로 동일한 변화율로 얇아지고, 상기 양극 활물질은 양극 집전체 전체에서 동일한 두께로 형성되며, 상기 음극 활물질은 음극 집전체 전체에서 동일한 두께로 형성되고, 상기 양극과 음극이 적층되어 있되, 양극의 탭부가 음극의 탭부에 대하여 반대 방향으로 향하도록 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체가 제공된다.According to an aspect of the present invention, in an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, the positive electrode includes a positive electrode active material layer formed on both sides of the positive electrode current collector, the negative electrode is a negative electrode Including a negative electrode active material layer formed on both sides of the current collector, each of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector has a thinner thickness from the proximal end of the tab to the distal end of the tab, it is symmetrical from the top and bottom with respect to the side center when viewed from the side In general, the thinner the thinner the thickness of the same change, the positive electrode active material is formed in the same thickness throughout the positive electrode current collector, the negative electrode active material is formed in the same thickness throughout the negative electrode current collector, the positive electrode and the negative electrode is stacked, the tab of the positive electrode An electrode assembly is provided which is stacked so as to face in the opposite direction with respect to the tab portion of the additional cathode.

상기 양극 집전체와 음극 집전체 각각이 집전체 전체에서 동일한 변화율로 얇아지는 두께를 가질 수 있다.Each of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector may have a thickness thinning at the same rate of change in the entire current collector.

상기 양극 집전체와 음극 집전체 각각의 탭 근위단부는 5 내지 50 ㎛의 두께를 갖고, 탭 원위단부는 0 보다 크고 탭 근위단부보다 얇은 두께를 가질 수 있다.The tab proximal end of each of the positive electrode collector and the negative electrode current collector may have a thickness of 5 to 50 μm, and the tab distal end may have a thickness greater than zero and thinner than the tab proximal end.

또는, 상기 양극 집전체와 음극 집전체 각각의 탭 근위단부는 5 내지 50 ㎛의 두께를 갖고, 탭 원위단부는 2㎛ 보다 크고 탭 근위단부 두께의 80% 이하인 수치범위의 두께를 가질 수 있다.Alternatively, the tab proximal end of each of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector may have a thickness of 5 to 50 μm, and the tab distal end may have a thickness in a numerical range of greater than 2 μm and 80% or less of the thickness of the tab proximal end.

또한, 상기 전극조립체는 단위전지셀 둘 이상을 포함하여 형성된 스택형 전극조립체 또는 스택앤폴딩형 전극조립체일 수 있다.In addition, the electrode assembly may be a stack type electrode assembly or a stack and folding type electrode assembly including two or more unit battery cells.

본 발명의 일 양태에 따르면, 전자 이동량이 많은 위치에서 보다 두꺼운 두께를 갖는, 방향성을 구비한 전극 집전체의 양면에 전극 활물질층이 균일한 두께로 코팅되어 형성되어 있는 전극 조립체가 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided an electrode assembly in which an electrode active material layer is coated with a uniform thickness on both sides of an directional electrode current collector having a thicker thickness at a position where electron transfer amount is large.

즉, 본 발명의 일 양태에 따른 전극 집전체에서는 전자 이동이 많은 탭 근위부분은 보다 두꺼운 두께로 형성되어 저항 증가 및 발열의 문제가 해소되고, 전자 이동이 적은 탭 원위부분은 보다 얇은 두께로 형성되어 셀의 불필요한 부피 증가를 방지할 뿐만 아니라, 전극 활물질층에서의 리튬 삽입/탈리가 원활하게 이루어질 수 있다.That is, in the electrode current collector according to an aspect of the present invention, the proximal portion of the tab having a lot of electron movement is formed to a thicker thickness, thereby eliminating the problem of increased resistance and heat generation, and the distal portion of the tab having less electron movement is formed to a thinner thickness. In addition to preventing unnecessary volume increase of the cell, lithium insertion / desorption in the electrode active material layer may be smoothly performed.

또한, 본 발명의 일 양태에서는 전극조립체 및 이러한 전극조립체 둘 이상을 포함하는 리튬이차전지에 있어서, 양극 탭 부분과 음극 탭 부분이 반대 방향을 향하도록 적층함으로써 상기 전극집전체의 두께 변화에도 불구하고 컴팩트한 리튬이차전지를 수득할 수 있다.In addition, in one aspect of the present invention, in the lithium secondary battery including the electrode assembly and two or more such electrode assemblies, the positive electrode tab portion and the negative electrode tab portion are laminated so as to face in the opposite direction, despite the thickness change of the electrode current collector. A compact lithium secondary battery can be obtained.

도 1은 전극 집전체, 상기 전극 집전체로부터 연장된 전극탭 및 상기 전극 집전체의 양면에 균일한 두께로 코팅되어 형성된 활물질층을 포함하는, 일반적인 전극 양태를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 2는 전극집전체 측면 중심을 기준으로 위 아래에서 대칭적으로 점증적으로 변하는 두께를 갖는 전극 집전체, 상기 전극 집전체로부터 연장된 전극탭 및 상기 전극 집전체의 양면에 균일한 두께로 코팅되어 형성된 활물질층을 포함하는, 본 발명의 일 양태에 따른 전극을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 양태에 따른 양극과 음극이 적층되어 형성된 바이셀 전극조립체의 측면을 개략적으로 나타낸 것이다.1 is a side view schematically illustrating a general electrode embodiment including an electrode current collector, an electrode tab extending from the electrode current collector, and an active material layer formed by coating a uniform thickness on both surfaces of the electrode current collector.
FIG. 2 is a uniform thickness coating on both sides of an electrode current collector, an electrode tab extending from the electrode current collector, and both sides of the electrode current collector, each having a thickness gradually changing symmetrically from the top to the bottom of the electrode current collector side center; A side view schematically showing an electrode according to an aspect of the present invention, including the formed active material layer.
Figure 3 schematically shows the side of the bi-cell electrode assembly formed by stacking the positive electrode and the negative electrode according to an aspect of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical spirit of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 1은 전극 집전체, 상기 전극 집전체로부터 연장된 전극탭 및 상기 전극 집전체의 양면에 균일한 두께로 코팅되어 형성되어 있는 활물질층을 포함하는, 일반적인 전극의 양태를 개략적으로 나타낸 측면도이다.1 is a side view schematically illustrating an embodiment of a general electrode including an electrode current collector, an electrode tab extending from the electrode current collector, and an active material layer formed by coating a uniform thickness on both surfaces of the electrode current collector.

보다 구체적으로, 전극 집전체(110)의 양면에 전극 활물질층(120)이 균일한 두께로 코팅되어 있고, 상기 전극 집전체(110)에는 전극탭(130)이 연장되어 있으며, 상기 전극 집전체(110)는 위치에 상관없이 동일한 두께로 형성되어 있다.More specifically, the electrode active material layer 120 is coated on both sides of the electrode current collector 110 with a uniform thickness, the electrode tab 130 is extended to the electrode current collector 110, and the electrode current collector 110 is formed with the same thickness regardless of a position.

도 2는 전극 집전체, 상기 전극 집전체로부터 연장된 전극탭 및 상기 전극 집전체의 양면에 코팅되어 있는 활물질층을 포함하는, 본 발명의 일 양태에 따른 전극을 개략적으로 나타낸 측면도이다.2 is a side view schematically showing an electrode according to an aspect of the present invention, including an electrode current collector, an electrode tab extending from the electrode current collector, and an active material layer coated on both surfaces of the electrode current collector.

도 2에 따르면, 전극 집전체는 전극탭(230)의 근위단부에서 가장 두꺼운 두께를 갖고, 이러한 전극 집전체의 두께는 점차 감소하여 전극탭(230)의 원위단부에서 가장 얇은 두께를 가지며, 전극 집전체의 양면에 전극 활물질층(220)이 형성되어 있다.According to FIG. 2, the electrode current collector has the thickest thickness at the proximal end of the electrode tab 230, and the thickness of the electrode current collector gradually decreases to have the thinnest thickness at the distal end of the electrode tab 230. The electrode active material layer 220 is formed on both surfaces of the current collector.

본원 명세서에서 '탭의 근위단부' 또는 '전극탭의 근위단부'라 함은 도 2에 도시된 전극 집전체에서 전극탭에 가장 가깝게 위치한 단부인 'p' 부분을 의미하는 것으로 이해하고, '탭의 원위단부' 또는 '전극탭의 원위단부'라 함은 도 2에 도시된 전극 집전체에서 전극탭에 가장 멀리 위치한 단부인 'd' 부분을 의미하는 것으로 이해한다.In the present specification, the term "proximal end of a tab" or "proximal end of an electrode tab" is understood to mean a portion 'p', which is an end closest to the electrode tab in the electrode current collector illustrated in FIG. The distal end portion of the electrode tab or the distal end portion of the electrode tab is understood to mean a portion 'd', which is the farthest end portion of the electrode current collector illustrated in FIG. 2.

상기 전극 집전체의 구조는 전자 이동량이 두께 설정에 반영되어 있음을 특징으로 한다. 즉, 도 2에 나타난 바와 같이, 전극탭 및/또는 전극리드와 가까워서 전자 이동이 상대적으로 많은 전극탭 근위단부에서 가장 두꺼운 두께를 갖도록 설계되고, 전극탭 및/또는 전극리드와 멀리 위치하여 전자 이동이 가장 적은 전극탭 원위단부로 갈수록 두께가 얇아지도록 설계된다.The structure of the electrode current collector is characterized in that the amount of electron transfer is reflected in the thickness setting. That is, as shown in FIG. 2, it is designed to have the thickest thickness at the proximal end of the electrode tab where the electron tab is relatively close to the electrode tab and / or the electrode lead, and is located far from the electrode tab and / or the electrode lead. It is designed to become thinner toward the least distal end of the electrode tab.

전극 집전체에서 전극탭 근위단부는 5 내지 50 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 또한, 전극탭 원위단부는 0 ㎛ 보다 크고 전극탭 근위단부보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 또는, 전극탭 원위단부는 2 ㎛ 보다 크고 전극탭 근위단부 두께의 80% 이하의 수치범위의 두께를 가질 수 있다. The electrode tab proximal end of the electrode current collector may have a thickness of 5 to 50 μm. In addition, the distal end of the electrode tab may have a thickness greater than 0 μm and thinner than the proximal end of the electrode tab. Alternatively, the distal end of the electrode tab may have a thickness in the numerical range of greater than 2 μm and no greater than 80% of the thickness of the proximal end of the electrode tab.

상기 전극 집전체는 전극 집전체의 모든 위치에서 동일한 두께 변화율을 가질 수 있으나, 양극과 음극이 맞물리도록 적층 배치되어 전극 조립체를 형성할 수 있고, 이러한 전극조립체에서 리튬 이온의 원활한 이동이 확보될 수 있다면 이에 한정되는 것은 아니다. The electrode current collector may have the same thickness change rate at all positions of the electrode current collector, but may be stacked to form an electrode assembly in which the positive electrode and the negative electrode are engaged, and smooth movement of lithium ions may be ensured in the electrode assembly. If so, it is not limited thereto.

양극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 양극 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 current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery. For example, carbon may be formed on the surface of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel. Surface treated with nickel, titanium, silver, or the like may be used. The positive electrode current collector may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on its surface, 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.

음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 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 negative electrode current collector is not particularly limited so long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. For example, carbon may be formed on the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper, or stainless steel. , Surface-treated with nickel, titanium, silver, or the like, aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode current collector, 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.

집전체의 두께를 변화시키는 방법은 특별히 제한되는 것이 아니지만, 집전체를 상온 또는 가온 상태에서 압연할 때 상기 압연 강도를 조절함으로써 집전체의 두께를 제어할 수 있다.The method of changing the thickness of the current collector is not particularly limited, but the thickness of the current collector can be controlled by adjusting the rolling strength when the current collector is rolled at room temperature or in a heated state.

본 발명의 일 양태에서는 상기 전극 집전체를 포함하는 단위전지 셀이 제공된다. 본원 명세서에서 '단위전지 셀'은 이차전지를 구성하는 유닛 셀(unit cell)을 의미하는 것으로, 풀 셀 또는 바이셀을 포함할 수 있다. In one aspect of the present invention, a unit battery cell including the electrode current collector is provided. In the present specification, the "unit battery cell" refers to a unit cell constituting the secondary battery, and may include a full cell or a bicell.

상기 '풀 셀(full cell)'은, 양극/세퍼레이터/음극의 단위 구조로 이루어져 있는 셀로, 셀의 양측에 각각 양극과 음극이 위치하는 셀이다. 이러한 풀 셀은 가장 기본적인 구조의 양극/세퍼레이터/음극으로 이루어진 셀과 양극/세퍼레이터/음극/세퍼레이터/양극/세퍼레이터/음극으로 이루어진 셀 등을 들 수 있다. 이러한 풀 셀을 사용하여 이차전지 등의 전기화학 셀을 구성하기 위해서는, 분리필름이 개재된 상태에서 양극과 음극이 서로 대면하도록 다수의 풀 셀들을 적층하여야 한다.The 'full cell' is a cell composed of a unit structure of anode / separator / cathode, and is a cell in which anode and cathode are located on both sides of the cell, respectively. Such a full cell includes a cell composed of a cathode / separator / cathode having the most basic structure and a cell composed of an anode / separator / cathode / separator / anode / separator / cathode. In order to configure an electrochemical cell such as a secondary battery using such a full cell, a plurality of full cells should be stacked such that the positive electrode and the negative electrode face each other with the separation film interposed therebetween.

상기 '바이셀(bicell)'은, 양극/세퍼레이터/음극/세퍼레이터/양극의 단위 구조 및 음극/세퍼레이터/양극/세퍼레이터/음극의 단위 구조와 같이 셀의 양측에 동일한 전극이 위치하는 단위전지 셀이다. 이러한 바이셀을 사용하여 이차전지를 포함한 전기화학 셀을 구성하기 위해서는, 분리필름이 개재된 상태에서 양극/세퍼레이터/음극/세퍼레이터/양극 구조의 A형 바이셀과 음극/세퍼레이터/양극/세퍼레이터/음극 구조의 C형 바이셀이 서로 대면하도록 다수의 바이셀들을 적층하여야 한다.The 'bicell' is a unit battery cell in which the same electrodes are located on both sides of the cell, such as a unit structure of a cathode / separator / cathode / separator / anode and a unit structure of a cathode / separator / anode / separator / cathode. . In order to construct an electrochemical cell including a secondary battery using such a bicell, an A-type bicell having a cathode / separator / cathode / separator / anode structure and a cathode / separator / anode / separator / cathode with a separator film interposed therebetween. A plurality of bicells should be stacked so that the C-shaped bicells of the structure face each other.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 단위전지 셀을 둘 이상 적층하여 조립된 스택형(stacked type) 전극조립체 혹은 스택앤폴딩형(stacked and folded type) 전극조립체가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a stacked type electrode assembly or a stacked and folded type electrode assembly assembled by stacking two or more unit battery cells.

본원 명세서에서 '스택형 전극조립체'라 함은 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 전극조립체를 의미하는 것으로 이해한다.As used herein, the term “stack type electrode assembly” is understood to mean an electrode assembly in which a plurality of positive and negative electrodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator therebetween.

또한, 본원 명세서에서 '스택앤폴딩형 전극조립체'라 함은 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 하나의 연속된 시트로 권취한 구조의 전극조립체를 의미하는 것으로 이해한다.In addition, in the present specification, the 'stack-and-fold type electrode assembly' refers to a single continuous sheet of bi-cells or full cells in which positive and negative electrodes of a predetermined unit are laminated with a separator therebetween. It is understood to mean an electrode assembly having a structure wound with.

상기 단위전지 셀을 구성하는 양극 및 음극 각각은 본 발명의 일 양태에 따른 전극 집전체를 포함하며, 전극 집전체의 양면에는 전극 활물질층이 일정한 두께로 균일하게 코팅되어 있으며, 따라서, 본 발명의 일 양태에 따른 전극은 평행사변형 형상의 측면을 갖는다. 만약, 전극 집전체 두께의 변화율을 전극의 활물질층 두께를 변화시켜 보완할 경우, 즉, 전극이 직사각형 측면을 갖도록 설계할 경우, 전극의 두껍게 형성된 활물질층 내부로부터는 리튬 이온의 원활한 삽입/탈리가 일어날 수 없으므로, 스택형 전극조립체 또는 스택앤폴딩형 전극조립체의 불충분한 리튬 이온 이동성을 더욱 악화시키게 되는 문제점이 있다.Each of the positive electrode and the negative electrode constituting the unit battery cell includes an electrode current collector according to an aspect of the present invention, the electrode active material layer is uniformly coated with a constant thickness on both sides of the electrode current collector, and thus, An electrode according to one aspect has sides of parallelogram shape. If the rate of change of the electrode current collector thickness is compensated for by changing the thickness of the active material layer of the electrode, that is, when the electrode is designed to have a rectangular side surface, smooth insertion / desorption of lithium ions from the inside of the thickly formed active material layer of the electrode Since this cannot occur, there is a problem of worsening insufficient lithium ion mobility of the stacked electrode assembly or the stack-and-folded electrode assembly.

본 발명의 일 양태에 따라 양극과 음극이 적층되어 형성된 바이셀의 측면이 도 3에 도시되어 있다. 3 illustrates a side surface of a bicell formed by stacking a positive electrode and a negative electrode according to an embodiment of the present invention.

도 3에서 단위전지 셀의 중심에는 음극(300')이 배치되어 있고, 상기 음극(300')을 중심으로 양극(300)이 배치되어 있으며, 상기 양극(300)의 또 다른 면에 음극(300')이 더 배치되어 있는 A형 바이셀 구조를 갖는 단위전지 셀이다. 또한, 상기 양극(300)과 음극(300') 사이에는 세퍼레이터(400)가 개재되어 있다. In FIG. 3, a negative electrode 300 ′ is disposed at the center of the unit battery cell, a positive electrode 300 is disposed around the negative electrode 300 ′, and a negative electrode 300 is formed on another surface of the positive electrode 300. ') Is a unit battery cell having an A-type bicell structure further disposed. In addition, a separator 400 is interposed between the anode 300 and the cathode 300 ′.

상기 양극(300)과 음극(300') 각각은 전극 집전체(310, 310'), 상기 전극 집전체(310, 310')로부터 연장되어 있는 전극 탭(330, 330'), 및 상기 전극 집전체(310, 310')의 양면에 코팅되어 있는 활물질층(320, 320')을 포함하여 이루어진다. Each of the positive electrode 300 and the negative electrode 300 'includes electrode collectors 310 and 310', electrode tabs 330 and 330 'extending from the electrode collectors 310 and 310', and the electrode collectors. It includes an active material layer 320, 320 'is coated on both sides of the entire (310, 310').

또한, 바이셀 혹은 풀 셀의 형성을 위해 음극 집전체(310')에 연결된 음극탭(330')의 근위단부에 양극(310)의 양극탭(330)의 원위단부가 적층되어, 전극간의 밀착성이 잘 이루어질 수 있고 전지의 불필요한 부피 증가가 발생하지 않도록 배치될 수 있다. In addition, the distal end of the positive electrode tab 330 of the positive electrode 310 is stacked on the proximal end of the negative electrode tab 330 ′ connected to the negative electrode current collector 310 ′ to form a bicell or a full cell, thereby providing adhesion between electrodes. This can be done well and can be arranged so that unnecessary volume increase of the cell does not occur.

상기 단위전지 셀을 구성하는 양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 상기 슬러리를 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode constituting the unit battery cell is manufactured by applying the slurry of the positive electrode active material, the conductive material, and the binder onto a positive electrode current collector, followed by drying, and optionally, a filler is further added to the mixture.

상기 양극 활물질의 구체적인 예를 들면, 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 ~ 0.33임), 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 Ta이고, x = 0.01 ~ 0.1임) 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.　 바람직하게 상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물, 리튬 망간 산화물, 리튬 니켈 산화물, 리튬 망간-코발트-니켈 산화물, 또는 이들 둘 이상의 복합물일 수 있다.Specific examples of the positive electrode active material include a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and 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 , Cu 2 V 2 O 7 and the like; Ni-site-type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1 - x M x O 2 , wherein 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 (wherein M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta and x = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (wherein M = Fe, Co, Lithium manganese composite oxide represented by Ni, Cu or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with alkaline earth metal ions; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 and the like, but are not limited to these. Preferably, the positive electrode active material may be lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, lithium nickel oxide, lithium manganese-cobalt-nickel oxide, or a combination of two or more thereof.

상기 바인더는 활물질과 도전재의 결합과 전극 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 전극 합제 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다.　이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists the bonding of the active material and the conductive material and the bonding to the electrode current collector, and is generally added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the electrode mixture. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoro Low ethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, various copolymers thereof, and the like.

상기 도전재는 전극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 전극 합제 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%로 첨가될 수 있다.　 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 카본 블랙; 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 a component for further improving the conductivity of the electrode active material, and may be added in an amount of 1 to 20 wt% based on the total weight of the electrode mixture. Such 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.

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 올레핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.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. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials, such as glass fiber and carbon fiber, are used.

상기 음극 재료는, 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 및 Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다.The negative electrode 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 Oxides such as Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.

상기 세퍼레이터는 양극과 음극 사이에 개재되어 상기 양극과 상기 음극 사이에 발생할 수 있는 쇼트를 방지한다. 세퍼레이터는 통상적으로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 열가소성 수지로 형성될 수 있으며, 그 표면은 다공막 구조로 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 다공막 구조는, 전지 내부의 온도 상승으로 상기 열가소성 수지의 융점근처가 되면 세퍼레이터가 용융하여 기공이 막힘으로써 절연필름이 된다.The separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode to prevent a short that may occur between the positive electrode and the negative electrode. The separator may be typically formed of a thermoplastic resin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP), and the surface thereof may have a porous membrane structure, but is not limited thereto. In such a porous membrane structure, when the temperature inside the battery approaches the melting point of the thermoplastic resin, the separator melts and the pores are blocked to form an insulating film.

상기 양극 탭, 양극 리드, 음극 탭, 음극 리드를 구성하는 물질 및 형태는 특별히 제한되지 않으며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 물질 및 형태로 형성될 수 있다.The material and shape constituting the positive electrode tab, the positive electrode lead, the negative electrode tab, and the negative electrode lead are not particularly limited, and may be formed of materials and shapes commonly used in the art.

본 발명에 따른 이차 전지는, 이를 단위 전지로 하는 중대형 전지모듈 또는 전지팩에 적용될 수 있다. 상기 중대형 전지모듈 또는 전지팩은 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 전기 트럭; 전기 상용차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다. The secondary battery according to the present invention may be applied to a medium-large battery module or a battery pack having the same as a unit cell. The medium-large battery module or battery pack includes an electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV); Electric trucks; Electric commercial vehicles; Or it can be used as a power source for any one or more of the system for power storage.

중대형 전지모듈은 다수의 단위전지들을 직렬 방식 또는 직렬/병렬 방식으로 연결하여 고출력 대용량을 제공하도록 구성되어 있으며, 그에 대해서는 당업계에 공지되어 있으므로 본 명세서에서는 관련 설명을 생략한다.The medium-large battery module is configured to provide a high output large 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.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.In the detailed description of the invention as described above, specific embodiments have been described. However, many modifications are possible without departing from the scope of the invention. The technical spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments of the present invention, but should be determined not only by the claims, but also by those equivalent to the claims.

Claims (6)

양극, 음극, 양극과 음극 사이에 개재된 분리막, 양극 집전체로부터 연장되어 있는 양극 탭 및 음극 집전체로부터 연장되어 있는 음극 탭을 포함하는 단위전지셀을 둘 이상 포함하는 리튬이차전지용 전극조립체에 있어서,
상기 전극조립체는 상기 단위전지 셀이 둘 이상 적층하여 조립된 스택형 전극조립체 혹은 스택앤폴딩형 전극조립체이고,
상기 양극은 양극 집전체의 양면에 형성된 양극 활물질층을 포함하고,
상기 음극은 음극 집전체의 양면에 형성된 음극 활물질층을 포함하며,
상기 양극 집전체와 음극 집전체 각각은 탭 근위단부에서 탭 원위단부로 갈수록 두께가 얇아지되, 상기 양극 집전체와 음극 집전체 각각이 집전체 전체에서 동일한 두께 변화율로 얇아지고 측면에서 보았을 때 측면 중심을 기준으로 위 아래에서 대칭적으로 동일한 변화율로 얇아지고,
상기 양극 활물질은 양극 집전체 전체에서 동일한 두께로 형성되며,
상기 음극 활물질은 음극 집전체 전체에서 동일한 두께로 형성되고,
상기 음극 집전체에 연결된 음극 탭의 근위단부에 상기 양극의 양극 탭의 원위단부가 적층되어, 상기 음극과 양극이 밀착되어 있고,
상기 양극 집전체와 음극 집전체 각각의 탭 근위단부가 5 내지 50 ㎛의 두께를 갖고, 탭 원위단부가 2 ㎛보다 크고 탭 근위단부 두께의 80% 이하인 수치범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전극조립체.An electrode assembly for a lithium secondary battery comprising at least two unit battery cells including a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, a positive electrode tab extending from the positive electrode current collector, and a negative electrode tab extending from the negative electrode current collector. ,
The electrode assembly may be a stack type electrode assembly or a stack and folding type electrode assembly in which two or more unit battery cells are stacked and assembled.
The positive electrode includes a positive electrode active material layer formed on both sides of the positive electrode current collector,
The negative electrode includes a negative electrode active material layer formed on both sides of the negative electrode current collector,
Each of the positive electrode collector and the negative electrode collector becomes thinner from the proximal end of the tab to the distal end of the tab, but each of the positive electrode collector and the negative electrode collector is thinned at the same thickness rate in the entire collector and is laterally centered. Thinning at the same rate of symmetry from top to bottom,
The cathode active material is formed to the same thickness throughout the cathode current collector,
The negative electrode active material is formed to the same thickness throughout the negative electrode current collector,
The distal end of the positive electrode tab of the positive electrode is laminated to the proximal end of the negative electrode tab connected to the negative electrode current collector, and the negative electrode and the positive electrode are in close contact with each other.
The tab proximal end of each of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector has a thickness of 5 to 50 μm, and the tab distal end has a thickness in the numerical range of greater than 2 μm and 80% or less of the thickness of the tab proximal end. Electrode assembly for secondary battery. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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