KR20150098445A - Battery Cell Having Electrode Coated with Insulating Material - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 절연물질이 코팅되어 있는 전극을 포함하는 전지셀에 관한 것이다. The present invention relates to a battery cell including an electrode coated with an insulating material.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices have increased, the demand for secondary batteries as energy sources has been rapidly increasing. Many researches have been conducted on lithium secondary batteries with high energy density and discharge voltage among such secondary batteries. .
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.
한편, 스택형 전극조립체 또는 스택/폴딩형 전극조립체는 일측에 전극탭이 돌출되어 있는 양극 전극 및 음극 전극 사이에 분리막이 개재된 상태로 적층되어 있는 구조를 형성하고 있으며, 이러한 구조에서 외부로부터의 열원 노출, 내부 단락 등에 의해 온도가 상승하여 분리막이 수축하는 경우 양극 전극 및 음극 전극의 일부가 접촉되어 단락이 유발되는 문제점이 발생하였다. On the other hand, the stacked electrode assembly or the stack / folding type electrode assembly has a structure in which a separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode in which electrode tabs protrude from one side. In this structure, When the temperature rises due to exposure to a heat source, an internal short circuit, or the like, and the separator shrinks, a part of the anode electrode and the cathode electrode come into contact with each other, causing a short circuit.
특히, 비정상적인 조건에 의해 분리막의 수축하는 경우, 돌출되어 있는 전극 탭의 일부 부위가 다른 극성을 가지는 전극과 접촉되는 일이 발생할 수 있으며, 이러한 현상은 전지셀의 안전성을 크게 저하시키고 수명을 단축하는 원인이 되고 있다. Particularly, when the separator shrinks due to abnormal conditions, a portion of the protruding electrode tab may come into contact with an electrode having a different polarity. Such a phenomenon may seriously lower the safety of the battery cell and shorten its service life It is becoming a cause.
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 종래기술의 문제점들과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims at solving the problems of the prior art and the technical problems required from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은 양극/분리막/음극의 적층 구조에서, 분리막의 수축에 의해 발생하는 단락을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있는 전지셀을 제공하는 것이다. Specifically, it is an object of the present invention to provide a battery cell which can improve safety by preventing a short circuit caused by shrinkage of a separation membrane in a laminated structure of an anode / separator / cathode.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은, According to an aspect of the present invention, there is provided a battery cell comprising:
양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막 구조의 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 내장되어 있는 전지셀로서, 1. A battery cell having a positive electrode, a negative electrode, and an electrode assembly having a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode,
상기 전극조립체를 구성하는 각각의 양극 및 음극에는 활물질이 도포되어 있지 않은 전극 탭이 돌출되어 있고, 상기 전극 탭들이 적층되어 있는 일측 단부에는 전극 탭들을 전기적으로 연결하기 위한 전극리드가 위치되어 있으며, Wherein electrode tabs are formed on the positive and negative electrodes of the electrode assembly, the electrode tabs not coated with an active material are protruded, and electrode leads for electrically connecting the electrode tabs are disposed at one end of the electrode tabs,
양극 탭 및 음극 탭 중 적어도 하나에는 전극 본체 방향으로의 단부 부위에 절연물질이 코팅되어 있는 구조로 구성될 수 있다. At least one of the positive electrode tab and the negative electrode tab may have a structure in which an insulating material is coated on an end portion in the direction of the electrode body.
즉, 비정상적인 환경 또는 작동에 의해 전극조립체에 고온의 인가되어 분리막이 수축하는 경우, 전극 탭의 일부 부위가 인접한 다른 극성을 가지는 전극과 접촉하면서 발생하는 단락을 방지하도록, 양극 탭 및 음극 탭 중 적어도 하나에는 그것의 일부 부위에 절연물질이 코팅되어 있는 구조로 형성될 수 있다. That is, in order to prevent a short circuit that occurs when a part of the electrode tab comes into contact with an adjacent electrode having an opposite polarity when the separator shrinks due to application of a high temperature to the electrode assembly due to an abnormal environment or operation, And one may be formed in a structure in which an insulating material is coated on a part of it.
하나의 구체적인 예에서, 상기 분리막의 크기는 양극 및 음극의 크기보다 크게 형성되어 있고, 상기 양극은 음극보다 작은 크기로 형성되어 있는 구조일 수 있으며, 이 때 상기 절연물질은 양극 탭의 단부 부위에만 코팅될 수 있다. 이러한 구조에서, 분리막이 수축되었을 때 음극 탭이 돌출되는 방향의 음극 전극의 단부 부위와, 양극 탭의 전극 본체 방향으로의 단부가 직접 접촉되어 단락이 발생할 수 있으므로, 양극 탭의 전극 본체 방향으로의 단부 부위에 절연물질을 코팅하여 상기와 같은 단락을 방지하는 구조로 이루어질 수 있다. In one specific example, the size of the separator may be larger than the size of the anode and the cathode, and the anode may be formed to have a size smaller than that of the cathode. In this case, Can be coated. In this structure, when the separation membrane is contracted, the end portion of the negative electrode in the direction in which the negative electrode tab protrudes and the end portion in the direction of the electrode body of the positive electrode tab are directly in contact with each other, And an insulating material may be coated on the end portion to prevent the short circuit.
그러나, 상기의 구조에 한정되지 않고, 음극 탭의 단부 부위에도 절연물질이 코팅될 수 있으며, 양극 탭의 단부 부위 및 음극 탭의 단부 부위 모두 절연물질이 코팅되는 구조일수도 있다. However, the present invention is not limited to the above-described structure, and the end portion of the negative electrode tab may be coated with an insulating material, or the end portion of the positive electrode tab and the end portion of the negative electrode tab may be coated with an insulating material.
상기 절연물질이 코팅된 부위는 분리막이 수축되었을 때 인접한 전극에 도포된 활물질에 대해 절연되도록, 그것의 외측 단부가 인접한 전극의 활물질 도포 부위의 외측 단부와 비교하여 일치하거나 또는 외측으로 더 연장되어 있는 구조일수 있다. The portion where the insulating material is coated is in conformity with the outer end of the active material application portion of the adjacent electrode so as to be insulated from the active material applied to the adjacent electrode when the separation membrane is contracted or further extended outward Structure.
상기 절연물질은 전극 탭의 돌출 방향을 기준으로 수직 방향의 양측 단부를 연결하는 선형 구조로 코팅될수 있다. The insulating material may be coated with a linear structure connecting both ends of the electrode tab in the vertical direction with respect to the protruding direction of the electrode tab.
상기 절연물질은 전극 상에서 활물질이 도포되어 있는 경계면을 덮도록 코팅되어 있는 구조로 형성될 수 있으나, 상기 절연물질이 활물질이 도포되어 있는 경계면과 접하는 구조일 수 도 있다. The insulating material may be coated on the electrode so as to cover the interface on which the active material is coated, but the insulating material may be in contact with the interface on which the active material is coated.
상기 절연물질이 코팅되어 있는 부위의 폭은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 절연물질이 0.5 mm 내지 5 mm의 폭으로 코팅될 수 있다. 상기 폭이 너무 작으면 절연효과를 기대하기 어렵고, 반대로 절연물질 코팅 영역의 폭이 너무 크면 전극 탭들의 연결을 위한 절연물질이 코팅되지 않은 전극 탭의 표면이 상대적으로 좁아지게 되므로 바람직하지 않다. The width of the portion where the insulating material is coated is not particularly limited. For example, the insulating material may be coated with a width of 0.5 mm to 5 mm. If the width is too small, it is difficult to expect an insulating effect. On the contrary, if the width of the insulating material coating region is too large, the surface of the electrode tab that is not coated with the insulating material for connection of the electrode tabs becomes relatively narrow.
상기 절연물질은 절연성을 가지는 소재라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, PE, PP, 및 PET 중 어느 하나이거나, 이들 중 어느 하나의 유도체, 또는 이들 어느 하나 이상이 포함되어 있는 공중합체일 수 있다. The insulating material is not particularly limited as long as it is an insulating material, and may be, for example, any one of PE, PP, and PET, a derivative of any of them, or a copolymer containing any one or more of them .
또한, 상기 절연물질에는 높은 강도와 가공성 및 내약품성이 우수한PVDF(Polyvinylidene fluoride)가 포함되어 있을 수 도 있다. In addition, the insulating material may include polyvinylidene fluoride (PVDF) having high strength, processability, and chemical resistance.
상기 절연물질이 코팅되어 있는 구조는 절연물질이 도포되어 있는 구조일 수 도 있고, 해당 부위에 절연 테이프가 부착되어 있는 구조일 수도 있다. 상기 절연 테이프는 PE, PP, 및 PET 중 어느 하나, 또는 이들 중 어느 하나의 유도체, 또는 이들 중 어느 하나 이상이 포함되어 있는 공중합체를 포함하는 구조로 형성될 수 있다. The structure in which the insulating material is coated may be a structure in which an insulating material is applied, or may be a structure in which an insulating tape is attached to a corresponding portion. The insulating tape may be formed of a structure including any one of PE, PP, and PET, a derivative of any one of them, or a copolymer containing any one or more of them.
또한, 상기 절연 테이프는 아크릴라이트(acrylite)계의 코팅에 의한 점착층을 포함하는 구조일 수 있다. In addition, the insulating tape may have a structure including an adhesive layer formed of an acrylate-based coating.
상기 전극조립체는 양극/분리막/음극을 구성하는 구조라면 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 권취형 구조, 스택형 구조와 스택/폴딩형 구조로 형성될 수 있다.The electrode assembly is not particularly limited as long as it has a structure constituting the anode / separator / cathode, and may be formed, for example, in a wound-up structure, a stacked structure, and a stack / folding structure.
스택/폴딩형 전극조립체는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층된 유닛셀들이 분리필름에 의해 권취되어 있는 구조로서, 상기 유닛셀들은 양측 외면의 전극들의 극성이 동일한 바이셀과 양측 외면의 전극들의 극성이 다른 풀셀로 분류할 수 있다.The stack / folding type electrode assembly has a structure in which unit cells, in which an anode and a cathode are sequentially stacked, with a separator interposed therebetween, are wound by a separator film, wherein the unit cells have bi- The polarities of the electrodes on the outer surface can be classified into different pull cells.
스택/폴딩형 구조의 전극조립체에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 본 발명의 내용에 참조로서 합체된다.Details of the stacked / folded structure of the electrode assembly are disclosed in Korean Patent Application Laid-Open Nos. 2001-0082058, 2001-0082059 and 2001-0082060, the contents of which are incorporated herein by reference. As a reference.
상기 전지셀은 예를 들어, 체적당 에너지 저장량이 큰 리튬 이온 또는 리튬 폴리머 전지일 수 있다. The battery cell may be, for example, a lithium ion or lithium polymer battery having a large energy storage amount per volume.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 포함하고 있는 전지팩을 제공한다. 상기 전지팩은 하나의 전지셀이 포함되어 있거나 또는 다수의 전지셀이 직렬 또는 병렬로 연결된 구조가 포함될 수 있다. The present invention also provides a battery pack including the battery cell. The battery pack may include one battery cell or a plurality of battery cells connected in series or in parallel.
본 발명은 또한 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 스마트 패드, 노트북 컴퓨터, 전동 공구, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치등으로부터 선택되는 것일 수 있다. The present invention also provides a device comprising the battery pack, wherein the device is used in a mobile phone, a smart pad, a notebook computer, a power tool, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, It can be selected.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당 업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.The structure of these devices and their fabrication methods are well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted herein.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 비정상적인 환경 또는 작동에 의해 전극조립체에 고온의 인가되어 분리막이 수축하는 경우, 전극 탭의 일부 부위가 인접한 다른 극성을 가지는 전극과 접촉하면서 발생하는 단락을 방지함으로써 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다. As described above, in the battery cell according to the present invention, when the separator shrinks due to a high temperature applied to the electrode assembly due to an abnormal environment or operation, a portion of the electrode tab contacts a short- It is possible to greatly improve safety.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 양극/분리막/음극 구조에 관한 모식도이다;
도 2는 도 1을 적층한 구조의 부분 단면도이다;
도 3은 양극 전극을 제조하는 공정에 관한 모식도이다;
도 4는 도 3의 A 부위에 관한 확대도이다.1 is a schematic diagram of a cathode / separator / cathode structure according to one embodiment of the present invention;
Figure 2 is a partial cross-sectional view of the structure of Figure 1 laminated;
3 is a schematic view of a process for producing the positive electrode;
4 is an enlarged view of the region A in Fig.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 양극/분리막/음극 구조에 관한 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1을 적층한 구조의 부분 단면도가 도시되어 있다. FIG. 1 is a schematic view of a cathode / separator / cathode structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a structure in which FIG. 1 is stacked.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전극조립체를 구성하는 양극(110)과 음극(120)은 활물질이 도포되어 있지 않은 전극 탭(112, 122)이 각각 돌출되어 있다. 이러한 양극(110)과 음극(120)은 교번 적층되어 있으며, 양극(110)과 음극 (120)사이에는 분리막(130)이 개재되어 있다. 1 and 2, the
음극(120)은 양극(110)보다 큰 구조로 형성되어 있고, 분리막(130)은 양극(110)과 음극(120)보다 큰 구조로 형성되어 있다. 그리고, 양극 탭(112)에는 양극(110)의 활물질이 도포되어 있는 본체(114) 방향으로의 단부 부위에 절연물질(115)이 코팅되어 있다. The
즉, 전극조립체에 고온의 인가되어 분리막(130)이 수축하는 경우, 양극 탭(112)과 음극 전극(120)의 본체 상단이 직접적으로 접촉되면서 발생하는 단락을 방지하도록, 양극 탭(112)의 본체(114) 방향의 단부 부위에 절연물질이(115) 코팅되어 있다. That is, when the
절연물질(115) 이 코팅된 부위는 분리막(130)이 수축되었을 때 인접한 음극(120)에 대해 절연되도록, 외측 단부가 인접한 음극 전극(120)의 외측 단부와 비교하여 외측으로 더 연장되어 있는 구조로 형성되어 있다. 또한 절연물질(115)은 활물질이 도포되어 있는 경계면과 접하도록 코팅되어 있다. The portion where the
이러한 구조의 전극조립체는 양극(110) 및 음극(120)의 전극 탭들(112, 122)이 적층되어 있는 일측 단부에 전극 탭들(112, 122)을 전기적으로 연결하는 전극리드(도시하지 않음)가 결합된다. The electrode assembly having such a structure has an electrode lead (not shown) for electrically connecting the
도 3에는 양극 전극을 제조하는 공정에 관한 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 A 부위에 관한 확대도가 도시되어 있다. 3 is a schematic view showing a process of manufacturing the anode electrode, and FIG. 4 is an enlarged view of the region A in FIG.
도 3 및 도 4를 참조하면 양극 전극(110)은 양극 집전체의 모재가 되는 금속 시트에 활물질 및 절연물질을 도포한 후 전극 탭(112)이 돌출되는 형태로 각각 노칭하여 제조한다. 전극 탭(112)을 형성하는 부위에는 활물질이 도포되지 않으며, 전극 탭(112)에서 전극 본체(114)방향으로의 단부에 절연물질(115)을 선형으로 도포한 후 노칭 공정을 수행하면, 전극 탭(112)의 돌출 방향을 기준으로 수직 방향의 양측 단부를 연결하는 선형 구조로 절연물질(115)의 코팅 부위가 형성된다.
Referring to FIGS. 3 and 4, 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 (21)
상기 전극조립체를 구성하는 각각의 양극 및 음극에는 활물질이 도포되어 있지 않은 전극 탭이 돌출되어 있고, 상기 전극 탭들이 적층되어 있는 일측 단부에는 전극 탭들을 전기적으로 연결하기 위한 전극리드가 위치되어 있으며,
양극 탭 및 음극 탭 중 적어도 하나에는 전극 본체 방향으로의 단부 부위에 절연물질이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.1. A battery cell having a positive electrode, a negative electrode, and an electrode assembly having a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode,
Wherein electrode tabs are formed on the positive and negative electrodes of the electrode assembly, the electrode tabs not coated with an active material are protruded, and electrode leads for electrically connecting the electrode tabs are disposed at one end of the electrode tabs,
Wherein at least one of the positive electrode tab and the negative electrode tab is coated with an insulating material at an end portion in the direction of the electrode body.
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