KR20170138636A - 비정형 구조의 전극조립체 제조 방법 및 비정형 전극조립체 - Google Patents
비정형 구조의 전극조립체 제조 방법 및 비정형 전극조립체 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170138636A KR20170138636A KR1020160070655A KR20160070655A KR20170138636A KR 20170138636 A KR20170138636 A KR 20170138636A KR 1020160070655 A KR1020160070655 A KR 1020160070655A KR 20160070655 A KR20160070655 A KR 20160070655A KR 20170138636 A KR20170138636 A KR 20170138636A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrode
- separator
- electrode assembly
- separation membrane
- electrodes
- Prior art date
Links
- 230000001788 irregular Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 29
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 108
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 101
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 20
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 5
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 6
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 description 26
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 17
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 14
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 13
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 12
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 8
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 7
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 5
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 3
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 3
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxolane Chemical compound C1COCO1 WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002943 EPDM rubber Polymers 0.000 description 2
- ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N Formamide Chemical compound NC=O ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910015645 LiMn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910014689 LiMnO Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical compound C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N ethyl propionate Chemical compound CCOC(=O)CC FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N ethylene glycol Natural products OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 229910003480 inorganic solid Inorganic materials 0.000 description 2
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M lithium bromide Chemical compound [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- TZIHFWKZFHZASV-UHFFFAOYSA-N methyl formate Chemical compound COC=O TZIHFWKZFHZASV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011356 non-aqueous organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PYOKUURKVVELLB-UHFFFAOYSA-N trimethyl orthoformate Chemical compound COC(OC)OC PYOKUURKVVELLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- MIZLGWKEZAPEFJ-UHFFFAOYSA-N 1,1,2-trifluoroethene Chemical compound FC=C(F)F MIZLGWKEZAPEFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 1,2-butylene carbonate Chemical compound CCC1COC(=O)O1 ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CYSGHNMQYZDMIA-UHFFFAOYSA-N 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon Chemical compound CN1CCN(C)C1=O CYSGHNMQYZDMIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical compound COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 2-methyltetrahydrofuran Chemical compound CC1CCCO1 JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PPDFQRAASCRJAH-UHFFFAOYSA-N 2-methylthiolane 1,1-dioxide Chemical compound CC1CCCS1(=O)=O PPDFQRAASCRJAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1COC(=O)O1 SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229910000925 Cd alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005793 GeO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002153 Hydroxypropyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229910018119 Li 3 PO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000733 Li alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007969 Li-Co-Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008163 Li1+x Mn2-x O4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012722 Li3N-LiI-LiOH Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012716 Li3N-LiI—LiOH Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012734 Li3N—LiI—LiOH Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013043 Li3PO4-Li2S-SiS2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013035 Li3PO4-Li2S—SiS2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012810 Li3PO4—Li2S-SiS2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012797 Li3PO4—Li2S—SiS2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012047 Li4SiO4-LiI-LiOH Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012075 Li4SiO4-LiI—LiOH Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012057 Li4SiO4—LiI—LiOH Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010238 LiAlCl 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010116 LiAlTiP Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015015 LiAsF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015044 LiB Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013528 LiN(SO2 CF3)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013709 LiNi 1-x M Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012513 LiSbF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012573 LiSiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012346 LiSiO4-LiI-LiOH Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012345 LiSiO4-LiI—LiOH Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012348 LiSiO4—LiI—LiOH Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006555 Li—Co—Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- KDXKERNSBIXSRK-UHFFFAOYSA-N Lysine Natural products NCCCCC(N)C(O)=O KDXKERNSBIXSRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004472 Lysine Substances 0.000 description 1
- 102100026933 Myelin-associated neurite-outgrowth inhibitor Human genes 0.000 description 1
- ZHGDJTMNXSOQDT-UHFFFAOYSA-N NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O Chemical compound NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O.NP(N)(N)=O ZHGDJTMNXSOQDT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MKGYHFFYERNDHK-UHFFFAOYSA-K P(=O)([O-])([O-])[O-].[Ti+4].[Li+] Chemical compound P(=O)([O-])([O-])[O-].[Ti+4].[Li+] MKGYHFFYERNDHK-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910020213 PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020210 Pb(Mg3Nb2/3)O3—PbTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M Propionate Chemical compound CCC([O-])=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020346 SiS 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Natural products C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical class C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004699 Ultra-high molecular weight polyethylene Substances 0.000 description 1
- QDDVNKWVBSLTMB-UHFFFAOYSA-N [Cu]=O.[Li] Chemical compound [Cu]=O.[Li] QDDVNKWVBSLTMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BEKPOUATRPPTLV-UHFFFAOYSA-N [Li].BCl Chemical compound [Li].BCl BEKPOUATRPPTLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KXKVLQRXCPHEJC-UHFFFAOYSA-N acetic acid trimethyl ester Natural products COC(C)=O KXKVLQRXCPHEJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 150000007933 aliphatic carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910001420 alkaline earth metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006231 channel black Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 150000005676 cyclic carbonates Chemical class 0.000 description 1
- 150000004292 cyclic ethers Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- AXDCOWAMLFDLEP-UHFFFAOYSA-N dimethoxyphosphoryl dimethyl phosphate Chemical compound COP(=O)(OC)OP(=O)(OC)OC AXDCOWAMLFDLEP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004862 dioxolanes Chemical class 0.000 description 1
- NJLLQSBAHIKGKF-UHFFFAOYSA-N dipotassium dioxido(oxo)titanium Chemical compound [K+].[K+].[O-][Ti]([O-])=O NJLLQSBAHIKGKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002019 disulfides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- BLBBMBKUUHYSMI-UHFFFAOYSA-N furan-2,3,4,5-tetrol Chemical compound OC=1OC(O)=C(O)C=1O BLBBMBKUUHYSMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006232 furnace black Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- YFKPABFAJKUPTN-UHFFFAOYSA-N germanium lithium Chemical compound [Li].[Ge] YFKPABFAJKUPTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PVADDRMAFCOOPC-UHFFFAOYSA-N germanium monoxide Inorganic materials [Ge]=O PVADDRMAFCOOPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(iv) oxide Chemical compound O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000001863 hydroxypropyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010977 hydroxypropyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 229910021432 inorganic complex Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 230000010220 ion permeability Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 239000006233 lamp black Substances 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000092 linear low density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004707 linear low-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 description 1
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M lithium iodide Inorganic materials [Li+].[I-] HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000659 lithium lanthanum titanates (LLT) Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002102 lithium manganese oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- QEXMICRJPVUPSN-UHFFFAOYSA-N lithium manganese(2+) oxygen(2-) Chemical group [O-2].[Mn+2].[Li+] QEXMICRJPVUPSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001386 lithium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VROAXDSNYPAOBJ-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)nickel Chemical group [Li+].[O-][Ni]=O VROAXDSNYPAOBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- URIIGZKXFBNRAU-UHFFFAOYSA-N lithium;oxonickel Chemical compound [Li].[Ni]=O URIIGZKXFBNRAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYSA-N nitromethane Chemical compound C[N+]([O-])=O LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004627 regenerated cellulose Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N sulfolane Chemical compound O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005608 sulfonated EPDM Polymers 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYYWUUFWQRZTIU-UHFFFAOYSA-K thiophosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=S RYYWUUFWQRZTIU-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- JUWGUJSXVOBPHP-UHFFFAOYSA-B titanium(4+);tetraphosphate Chemical compound [Ti+4].[Ti+4].[Ti+4].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O JUWGUJSXVOBPHP-UHFFFAOYSA-B 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical group 0.000 description 1
- BDZBKCUKTQZUTL-UHFFFAOYSA-N triethyl phosphite Chemical compound CCOP(OCC)OCC BDZBKCUKTQZUTL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K trilithium;phosphate Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[O-]P([O-])([O-])=O TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 235000015041 whisky Nutrition 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y02E60/122—
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
-
- Y02P70/54—
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Cell Separators (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
본 발명은 이물의 발생이 적도록 복수의 분리막을 접합시킨 상태에서 소망하는 형태로 커팅함으로써, 분리막 이물 유입으로 인한 문제점을 근본적으로 해소할 수 있는 제조 방법을 제공한다. 본 발명은 또한, 다양한 디자인의 디바이스에 적용 가능한 비정형 구조의 전극조립체를 제공한다.
Description
본 발명은 비정형 구조의 전극조립체 제조 방법 및 비정형 전극조립체에 관한 것이다.
IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 '유비쿼터스 사회'로 발전되고 있다.
이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 리튬 전지셀이 중요한 위치를 차지하고 있다. 구체적으로, 충방전이 가능한 리튬 전지셀은 와이어리스 모바일 기기 또는 신체에 착용하는 웨어러블 전자기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 사용되고 있다.
상기와 같이, 리튬 전지셀이 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 리튬 전지셀은, 적용되는 디바이스에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 소형 경박화가 강력히 요구되고 있다.
한편, 리튬 전지셀은 이를 동력원으로 사용하는 디바이스의 크기 및 형상을 고려하여 제조되고 있고, 최근에는 리튬 전지셀이 사용되는 제품이 다양해지고, 곡선 또는 곡면을 가지는 다양한 디바이스에 적용 가능하도록, 장방형의 구조에서 벗어나, 적어도 5개의 다각 구조나 기하학적인 비정형 디자인으로 제조되고 있다.
이에 대해 도 1과 도 2에는 하나의 예시적인 비정형 구조의 전극조립체가 도시되어 있다.
도 1와 도 2를 참조하면, 전극조립체(10)는 양극(2), 분리막(3a), 음극(6), 분리막(3b), 양극(4)이 순차적으로 적층된 구조로 이루어져 있으며, 평면상으로 6개의 내각을 가지는 육각 구조로 이루어져 있다.
이는 평면상으로 4개의 내각을 가지며, 전반적으로 육면체 형상을 장방형 구조와 비교하여, 평면상으로 더 많은 내각을 가지면서도 그 형상이 장방형 구조와 비교하여 복잡한 것을 알 수 있으며, 이러한 형상을 넓은 의미에서 비정형이라 지칭할 수 있다.
이에, 본 발명에서는 이 개념하에 도 1과 같은 전극 구조체를 비정형 구조의 전극조립체라 정의한다.
다시 도 1과 도 2에 도시된 비정형 전극조립체(10)를 참조하면, 각 전극들(2, 4, 6)은 하단 측 모서리가 방향 지시선들(x, y)에 대해 사선을 이루는 형태로 이루어져 있으며, 분리막들(3a, 3b)은 전극들(2, 4, 6) 간 접촉, 이물질 차단 등을 이유로 각 전극들(2, 4, 6) 대비 상대적으로 큰 크기로 이루어져 있다.
이러한 전극조립체의 제조 시, 분리막들(3a, 3b)은 전극들(2, 4, 6)과 함께 적층된 상태에서 각 전극(2, 4, 6)의 하단 측 모서리 형태와 대응되도록 도 1의 가상의 커팅선(C)을 따라 커팅되는데 이때 발생되는 분리막 조각들이 정전기에 의해 양극(2, 4)이나 음극(4)에 유입되면서 전극의 품질을 저하시킬 수 있다.
이를 해소하기 위해서는 육안으로 이물을 확인하고 인력을 통해 분리막 이물의 제거가 이루어져야 하나, 이 과정에서 전극의 구조 손상이 발생되어 전극조립체의 품질을 저해할 수 있다.
따라서, 비정형의 전극조립체를 보다 안정적으로 제조할 수 있는 방법과, 비정형 구조로서 보다 다양한 디바이스에 적용 가능한 전극조립체에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로 본 발명의 목적은, 이물의 발생이 적도록 복수의 분리막을 접합시킨 상태에서 소망하는 형태로 커팅함으로써, 분리막 이물 유입으로 인한 문제점을 근본적으로 해소할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 그 구조가 안정적인 비정형 전극조립체를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제조 방법은,
평면상으로 적어도 6개의 외주변들로 이루어진 비정형 구조의 전극조립체를 제조하는 방법으로서,
(a) 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 이들 전극 중 어느 하나 대비 평면적이 110% 내지 150%인 제 1 분리막을 개재하고, 제 1 전극과 제 2 전극 이상으로 돌출된 부위를 제외한 나머지 제 1 분리막과 전극들을 라미네이션(lamination) 시키는 과정;
(b) 제 2 전극과 제 3 전극 사이에 이들 전극 중 어느 하나 대비 평면적이 110% 내지 150%인 제 2 분리막을 개재하고, 제 2 전극과 제 3 전극 이상으로 돌출된 부위를 제외한 제 2 분리막과 전극들을 라미네이션 시키는 과정;
(c) 제 1 분리막과 제 2 분리막 각각의 외주변들 중, 인접한 전극의 외주변에 대해 30도 내지 60도의 각도를 이루면서 돌출되어 있는 외주변에 인접한 제 1 분리막과 제 2 분리막의 외주면들을 서로 라미네이션 시키는 과정;
(d) 상기 과정(c)의 전극 외주변에 대해 0도 내지 10도를 이루는 외주변이 제 1 분리막과 제 2 분리막에 형성되도록, 라미네이션된 외주면들을 커팅(cutting)하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 제조 방법은 제 1 분리막과 제 2 분리막이 각각 커팅되는 것이 아니라 서로가 라미네이션으로 접합되어 융착된 상태, 즉, 분리막들의 섬유 조직이 경화된 상태로 커팅되는 바, 커팅으로 인한 미세 이물 발생 정도가 현저히 감소될 수 있으며, 섬유 조직이 경화된 분리막은 정전기에 의해 쉽게 유도되지 않는 점으로 인하여, 소량의 이물이 발생되더라도 이물이 전극에 흡착되는 불가피한 현상이 상당히 완화될 수 있다.
특히, 이물의 전극 흡착에 정전기가 거의 관여하지 않으므로, 송풍 등의 간단한 방법으로 전극 표면으로부터 이물을 제거할 수 있는 점 역시, 본 발명의 특징으로 이해할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 과정(a) 내지 과정(c)에서 제 1 분리막과 제 2 분리막은 평면상으로 장방형 구조이고, 과정(d)에서 제 1 분리막과 제 2 분리막은 평면상으로 비정형 구조일 수 있다.
즉, 본 발명에서는 최초에 장방형인 제 1 분리막과 제 2 분리막이 과정(d)에서 전극과 대략 대응되는 형상으로 커팅되어 비정형 구조로 가공되되, 제 1 분리막과 제 2 분리막 각각으로 분리되어 있던 커팅 예정 부위가 하나를 이루도록 라미네이션 된 상태에서 가공되는 바, 커팅 공정이 수월하여 제조 공정성이 우수한 반면에 이물의 발생은 감소되어, 양품의 전극조립체 제조가 가능한 점에 주목해야 한다.
본 발명에서 정의하는 라미네이션이란, 분리막과 전극들이 면 접촉된 상태, 및 분리막과 분리막의 면 접촉된 상태에서, 이들의 표면에 열을 인가하여 상호 접합하는 공정을 의미한다.
상기 분리막은 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 고분자 막으로 구성되어 있으며, 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛일 수 있다. 이처럼 고분자로 이루어진 둘 이상의 분리막이 열에 의해 접합된 상태에서는 그것의 섬유 조직이 견고해지기 때문에 커팅 시에도 미세한 조각들로 결락되는 현상이 감소될 수 있는 것이다.
상기 분리막을 구성하는 고분자로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있다.
경우에 따라서는 분리막은 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 막으로 이루어질 수 있다.
이러한 SRS 막은 무기물 입자의 내열성으로 인해 고온 열수축이 발생하지 않는바, 침상 도체에 의해 전극조립체가 관통되더라도, 안전 분리막의 연신율을 유지할 수 있다.
상기 SRS 분리막은 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 활성층 성분이 도포된 구조일 수 있다.
이러한, SRS 분리막은 분리막 기재 자체에 포함된 기공 구조와 더불어 활성층 성분인 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)에 의해 형성된 균일한 기공 구조를 가질 수 있고, 상기 기공은 전극조립체에 가해지는 외부의 충격을 상당히 완화 시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기공을 통해 리튬 이온의 원활한 이동이 이루어지고, 다량의 전해액이 채워져 높은 함침율을 나타낼 수 있으므로, 전지의 성능 향상을 함께 도모할 수 있다.
상기 분리막 기재와 활성층은 폴리올레핀 계열 분리막 기재 표면의 기공과 활성층이 상호 엉켜있는 형태(anchoring)로 존재하여 분리막 기재와 활성층이 물리적으로 견고하게 결합할 수 있으며, 이 때, 상기 분리막 기재와 활성층은 물리적 결합력과 분리막 상에 존재하는 기공 구조를 고려하여 9 : 1 내지 1 : 9의 두께 비를 가질 수 있으며, 상세하게는 5 : 5의 두께 비를 가질 수 있다.
상기 SRS 분리막에서, 폴리올레핀 계열 분리막 기재의 표면 및/또는 기재 중 기공부 일부에 형성되는 활성층 성분 중 하나는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 무기물 입자이다.
상기 무기물 입자는 무기물 입자들간 빈 공간의 형성을 가능하게 하여 미세 기공을 형성하는 역할과 물리적 형태를 유지할 수 있는 일종의 스페이서(spacer) 역할을 겸하게 된다. 또한, 상기 무기물 입자는 일반적으로 섭씨 200도 이상의 고온이 되어도 물리적 특성이 변하지 않는 특성을 갖기 때문에, 형성된 유/무기 복합 다공성 필름이 탁월한 내열성을 갖게 된다.
상기 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는 경우, 전기 화학 소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있으므로, 가능한 이온 전도도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기물 입자가 높은 밀도를 갖는 경우, 코팅시 분산시키는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 전지 제조시 무게 증가의 문제점도 있으므로, 가능한 밀도가 작은 것이 바람직하다. 또한, 유전율이 높은 무기물인 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.
전술한 이유들로 인해, 상기 무기물 입자는 (a) 압전성(piezoelectricity)을 갖는 무기물 입자 및 (b) 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 압전성(piezoelectricity) 무기물 입자는 상압에서는 부도체이나, 일정 압력이 인가되었을 경우 내부 구조 변화에 의해 전기가 통하는 물성을 갖는 물질을 의미하는 것으로서, 유전율 상수가 100 이상인 고유전율 특성을나타낼 뿐만 아니라 일정 압력을 인가하여 인장 또는 압축되는 경우 전하가 발생하여 한 면은 양으로, 반대편은 음으로 각각 대전됨으로써, 양쪽 면 간에 전위차가 발생하는 기능을 갖는 물질이다.
상기와 같은 특징을 갖는 무기물 입자를 다공성 활성층 성분으로 사용하는 경우, 침상 도체와 같은 외부 충격에 의해 양(兩) 전극의 내부 단락이 발생하는 경우 분리막에 코팅된 무기물 입자로 인해 양극과 음극이 직접 접촉하지 않을 뿐만 아니라, 무기물 입자의 압전성으로 인해 입자 내 전위차가 발생하게 되고 이로 인해 양(兩) 전극 간의 전자 이동, 즉 미세한 전류의 흐름이 이루어짐으로써, 완만한 전지의 전압 감소 및 이로 인한 안전성 향상을 도모할 수 있다.
상기 압전성을 갖는 무기물 입자의 예로는BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT) 및 hafnia (HfO2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기물 입자를 지칭하는 것으로서, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 입자 구조 내부에 존재하는 일종의 결함(defect)으로 인해 리튬 이온을 전달 및 이동시킬 수 있기 때문에, 전지 내 리튬 이온 전도도가 향상되고, 이로 인해 전지 성능 향상을 도모할 수 있다.
상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자의 예로는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0<x<2, 0<y<3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트 (LixAlyTiz(PO4)3, 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), (LiAlTiP)xOy 계열 glass(0<x<4, 0<y<13), 리튬란탄티타네이트 (LixLayTiO3, 0<x<2, 0<y<3), 리튬게르마니움티오포스페이트 (LixGeyPzSw, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), 리튬나이트라이드 (LixNy, 0<x<4, 0<y<2), SiS2 (LixSiySz, 0<x<3, 0<y<2, 0<z<4) 계열 glass 및 P2S5 (LixPySz, 0<x<3, 0<y< 3, 0<z<7) 계열 glass로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층 성분인 무기물 입자 및 바인더 고분자의 조성비는 크게 제약은 없으나, 10:90 내지 99:1 중량% 비범위 내에서 조절 가능하며, 80:20 내지 99:1 중량% 비 범위가 바람직하다. 10:90 중량% 비 미만인 경우, 고분자의 함량이 지나치게 많게 되어 무기물 입자들 사이에 형성된 빈 공간의 감소로 인한 기공 크기 및 기공도가 감소되어 최종 전지 성능 저하가 야기되며, 반대로 99:1 중량% 비를 초과하는 경우, 고분자 함량이 너무 적기 때문에 무기물 사이의 접착력 약화로 인해 최종 유/무기 복합 다공성 분리막의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 유/무기 복합 다공성 분리막 중 활성층은 전술한 무기물 입자 및 고분자 이외에, 통상적으로 알려진 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 유/무기 복합 다공성 분리막에서, 상기 활성층 구성 성분인 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물로 코팅되는 기재(substrate)는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 폴리올레핀 계열 분리막일 수 있다. 상기 폴리올레핀 계열 분리막 성분의 예로는 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 유도체 등이 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 전극과 제 3 전극은 양극 또는 음극이며, 상기 제 2 전극은 제 1 전극 및 제 3 전극과 상이한 극성을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 방법으로 제조된 전극조립체는, 양극, 분리막, 음극, 분리막 양극이 순차적으로 적층된 A형 바이셀 구조, 또는 음극, 분리막, 양극, 분리막 음극이 순차적으로 적층된 C형 바이셀 구조일 수 있다.
상기 A형 바이셀은 통상적으로, 중간 층에 위치하는 전극의 극성이 음극(anode)인 바이셀을 지칭하며, 상기 C형 바이셀은, 중간 층에 위치하는 전극의 극성이 양극(cathode)인 바이셀을 지칭한다.
본 발명에 따른 제조 방법은 또한, 상기 A형 바이셀과 C형 바이셀 뿐만 아니라, 분리막을 추가로 포함하는 변형된 바이셀 형태의 전극조립체를 제조할 수 있는 과정을 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 제조 방법의 상기 과정(a)에서 제 1 전극은, 제 1 분리막이 라미네이션된 면의 대향면에 제 3 분리막이 추가로 라미네이션 되고, 상기 과정(c)에서 제 3 분리막의 외주면이 제 1 분리막과 제 2 분리막의 외주면들에 추가로 라미네이션 되는 과정을 추가로 포함할 수 있다.
이 과정을 통해 전극조립체는 제 3 분리막, 제 1 전극, 제 1 분리막, 제 2 전극, 제 2 분리막 및 제 3 전극이 순차적으로 적층된 구조로 구현될 수 있다.
이와 유사하게 상기 제조 방법의 상기 과정(b)에서 제 3 전극은 제 2 분리막이 라미네이션된 면의 대향면에 제 4 분리막이 추가로 라미네이션 되고, 상기 과정(c)에서 제 4 분리막의 외주면이 제 1 분리막과 제 2 분리막의 외주면들에 추가로 라미네이션 되는 과정을 추가로 포함할 수 있다.
이 과정을 통해 전극조립체는 제 1 전극, 제 1 분리막, 제 2 전극, 제 2 분리막, 제 3 전극 및 제 4 분리막이 순차적으로 적층된 구조로 구현될 수 있다.
경우에 따라서는 제 3 분리막과 제 4 분리막 모두가 제 1전극과 제 3 전극에 각각 라미네이션 될 수도 있으며, 이 상태에서는, 제 1 분리막과 제 2 분리막의 외주면들에 추가로 라미네이션 될 수 있다.
이상의 실시예를 통해 제조된 전극조립체는 최외곽 전극 상에 제 3 분리막이나 제 4 분리막이 위치하게 되는 바, 침상 도체 등의 관통 시, 최외곽에 위치한 제 3 분리막이나 제 4 분리막이 침상도체와 함께 연신되면서 상호 반대극성의 전극들이 침상 도체를 통해 직접적으로 통전되는 것을 차단할 수 있다.
본 발명은 또한, 다양한 디자인의 디바이스에 적용 가능한 비정형 구조의 전극조립체를 제공한다.
상기 전극조립체는 구체적으로, 평면상으로 적어도 6개의 외주변들로 이루어진 비정형 전극들 n개(n≥3)가 n개, n-1개, 또는 n+1개의 분리막들과 함께 적층된 구조이고, 상기 분리막들 각각, 인접한 전극의 외주변들 이상으로 외향 돌출되도록 상기 전극의 평면적 대비 110% 내지 150%의 면적을 가지며;
분리막들 각각의 외주변들 중, 인접한 전극의 외주변에 대해 30도 내지 60도의 각도를 이루면서 돌출되어 있는 외주변에 인접한 분리막들의 외주면들이 서로 접합된 상태로 상기 전극의 외주변에 대해 0도 내지 10도를 이루도록 커팅된 구조의 접합 외주변을 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 전극조립체는, 평면 상으로 6개 이상의 다변형으로 이루어진 바, 일반적인 장방형 디자인에서 벗어난 다각 또는 기하학 구조, 나아가 원형이나 곡면 등의 디바이스에 적용 가능한 형태임을 알 수 있다.
뿐만 아니라, 분리막들이 비정형 전극들의 형상에 대응되도록 커팅되되, 상기와 같이 전극의 외주변에 대응되지 않는 분리막 부위들이 일체로 접합된 상태로 전극의 외주변과 대략 평행하도록 커팅되는 바, 접합된 분리막에서 결락되는 분리막 이물이 현저하게 감소된 구조이고, 그로 인해 상기 전극조립체는 전극에 분리막 이물이 거의 존재하지 않아 이물로 인한 전극 성능 저하나 품질 저하 등이 없는 안정적인 구조로 이루어져 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 접합 외주변에서 n개, n-1개, 또는 n+1개의 분리막들은 서로 접합되어 있을 수 있다.
이러한 구조에서는 접합 외주변을 공유하는 분리막들 사이에 위치한 전극에서 모서리 부위가 접합 외주변에 의해 감싸진 상태로 지지될 수 있다.
이에, 본 발명의 전극조립체가 전지케이스에 장착된 전지셀의 개념으로 확대하면, 상기 모서리 부위로 구성된 전극조립체 외면은 상대적으로 표면적이 작아 충격이 가해질 경우 상당한 압력이 인가되는데, 이 과정에서 전지케이스 내면과 강하게 마찰되면서 상호 반대 극성의 전극이 서로 접촉할 수 있으나, 상기 구조, 즉, n개, n-1개, 또는 n+1개의 분리막들은 서로 접합되어 있는 구조는 접합 외주변이 전지케이스 내면에 대한 모서리 부위의 마찰 정도를 완화하여 앞선 문제점을 해소할 수 있다.
이와는 달리, 상기 접합 외주변에서 n개, n-1개, 또는 n+1개의 분리막들은 서로 분리되어 있을 수도 있다.
본 발명에 따른 전극조립체는, 평면 상으로 6개 이상의 다변형 전극들이 적층된 구조인 바 평면상으로 6개 이상의 다변형 구조일 수 있고, 이에 대응하도록 접합 외주변을 둘 이상 포함할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체는 극성이 동일한 제 1 전극과 제 3 전극 사이에 상이한 극성의 제 2 전극이 위치하고 있으며, 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 3 전극의 형상은 동일할 수 있다. 다만, 이들 전극의 크기, 예를 들어 두께 또는 평면적은 서로 상이할 수 있다.
상기 제 1 전극과 제 3 전극은 양극 또는 음극이며, 상기 제 2 전극은 제 1 전극 및 제 3 전극과 상이한 극성을 가질 수 있다.
여기서, 상기 n은 3이고 상기 분리막은 2개일 때, 상기 전극조립체는전극, 분리막, 전극, 분리막, 전극 순으로 적층된 구조일 수 있다.
이와는 달리, 상기 n은 3이고, 상기 분리막은 3개인 경우에는, 상기 전극조립체는 분리막, 전극, 분리막, 전극, 분리막, 전극 순으로 적층된 구조일 수 있다.
또한, 상기 n은 3이고, 상기 분리막은 4개라면, 전극조립체는 분리막, 전극, 분리막, 전극, 분리막, 전극, 분리막 순으로 적층된 구조일 수 있다.
이와 같은 전극 적층 구조를 통상적으로 바이셀이라 지칭하며, 더욱 상세하게는 중간 층에 위치하는 전극의 극성이 음극(anode)일 경우 넓은 의미에서 A형 바이셀이라 정의할 수 있고, 중간 층에 위치하는 전극의 극성이 양극(cathode)일 때, 넓은 의미에서 C형 바이셀이라 정의할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극의 외주변들 각각은 인접한 외주변과 60도 이상 내지 270도 미만의 내각을 이루며 상호 연결될 수 있으며, 상세하게는 90도 이상 180도 미만의 내각을 이루며 상호 연결될 수 있다.
한편, 상기 전극들은 각각, 동일한 방향에 위치한 외주변에서 외향 돌출된 전극 탭을 포함할 수 있다.
이때, 상기 전극조립체가 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 3 전극이 적층 된 구조라면, 제 1 전극과 제 3 전극의 전극 탭들이 상하 나란히 중첩된 상태로 전극조립체의 제 1 전극 단자를 형성하고, 제 2 전극의 전극 탭은 적어도 제 1 전극 단자로부터 이격된 위치에서 전극조립체의 제 2 전극 단자를 형성한다.
즉, 제 1 전극과 제 2 전극의 전극 탭들과 제 2 전극의 전극 탭은 동일한 방향에 위치한 외주변에서 외향 돌출되어 있으나, 이들은 서로에 대해 접촉하지 않는 범위 내에서 이격되어 있을 수 있다.
이와는 달리, 상기 제 1 전극과 제 3 전극은 동일한 방향에 위치한 외주변에서 외향 돌출된 전극 탭을 포함하고, 제 2 전극은 제 1 전극과 제 3 전극의 전극 탭이 위치한 외주변에 대해 상이한 방향에 위치한 외주변에서 외향 돌출된 전극 탭을 포함할 수 있다.
따라서, 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 3 전극이 적층된 구조에서, 제 1 전극과 제 3 전극의 전극 탭들이 상하 나란히 중첩된 상태로 전극조립체의 동일한 외주변에서 제 1 전극 단자를 형성하고, 제 2 전극의 전극 탭은 제 1 전극 단자가 위치한 외주변과 상이한 위치의 외주변에서 전극조립체의 제 2 전극 단자를 형성할 수 있다.
이러한 구조는 제 1 전극 단자와 제 2 전극 단자가 이격되어 위치하여 전지셀의 활성화 공정, 즉, 초기 충방전 공정에서, 제 1 전극 단자와 제 2 전극 단자에 각각 전류를 인가하는 장치에 의해, 이들이 상호 간섭되지 않을 수 있다. 상기 간섭이란, 예를 들면 전극 단자를 통해 전류가 흐를 때 형성되는 자기장에 의한 간섭일 수 있다.
더욱이, 상기 구조에서는 제 1 전극 단자와 제 2 전극 단자가 서로 다른 방향의 외주변들에서 형성되어 있으므로, 이들 단자 각각에 대한 전기적 연결 구조가 상이한 방향에서 달성될 수 있으며, 이 점에 기인하여 상기 전극조립체가 전기적으로 연결될 수 있는 회로와의 연결 구조를 보다 다양한 형태로 구현할 수 있다.
이러한 전극들로 구성된 본 발명의 전극조립체는 평면상으로 N개(N≥6)의 내각을 가지는 다각 구조로 이루어져 있고, 좌우 및/또는 상하 대칭 구조로 이루어질 수 있다.
이와는 달리, 상기 전극조립체는 평면상으로 N개(N≥6)의 내각을 가지는 다각 구조로 이루어져 있고, 좌우 및/또는 상하 비대칭 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전극조립체를 하나 이상 포함하는 이차전지를 제공한다.
상기 이차전지는 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온(Li-ion) 전지, 리튬 폴리머(Li-polymer) 전지, 또는 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 전지 등의 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 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. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은 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 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.
상기 바인더는 활물질과 도전재 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 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.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 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.
상기 음극 활물질로는, 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 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
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.
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 중합체 등이 사용될 수 있다.
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.
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.
또한, 비수 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) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 예를 들어, 웨어러블 전자기기, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 웨어러블 전자기기로 이루어진 군에서 선택되는 전자기기일 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 디바이스들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 제조 방법은, 제 1 분리막과 제 2 분리막이 각각 커팅되는 것이 아니라 서로가 라미네이션으로 접합되어 융착된 상태, 즉, 분리막들의 섬유 조직이 경화된 상태로 커팅되는 바, 커팅으로 인한 미세 이물 발생 정도가 현저히 감소될 수 있으며, 섬유 조직이 경화된 분리막은 정전기에 의해 쉽게 유도되지 않는 점으로 인하여, 소량의 이물이 발생되더라도 이물이 전극에 흡착되는 불가피한 현상이 상당히 완화될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극조립체는, 평면 상으로 6개 이상의 다변형으로 이루어진 바, 일반적인 장방형 디자인에서 벗어난 다각 또는 기하학 구조, 나아가 원형이나 곡면 등의 디바이스에 적용 가능한 형태로 이루어져 있다.
도 1 및 도 2는 하나의 예시적인 비정형 전극조립체의 모식도들이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제조 방법의 흐름도이다;
도 4 및 도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 모식도들이다;
도 6은 도 4의 L부위에 대한 확대 수직 단면도들이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 모식도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 전극조립체의 모식도들이다;
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 평면 모식도이다;
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 평면 모식도이다;
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 평면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제조 방법의 흐름도이다;
도 4 및 도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 모식도들이다;
도 6은 도 4의 L부위에 대한 확대 수직 단면도들이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 모식도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 전극조립체의 모식도들이다;
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 평면 모식도이다;
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 평면 모식도이다;
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 평면 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제조 방법의 흐름도가 도시되어 있다.
전극조립체의 구조를 기반으로 본 발명에 따른 제조 방법을 보다 상세하게 설명하기 위하여, 도 4 및 도 5에 도시된 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체를 도 1과 함께 참조하여 이하에 상술한다.
이들 도면을 함께 참조하면, 전극조립체(200)에 대한 본 발명에 따른 제조 방법(100)은, 과정(110)에서 제 1 전극(210)과 제 2 전극(220) 사이에 이들 전극 대비 상대적으로 큰 평면적을 가지는 장방형의 제 1 분리막(202)을 개재하고, 제 1 전극(210)과 제 2 전극(220) 이상으로 돌출된 부위를 제외한 나머지 제 1 분리막(202)과 전극들을 열로서 라미네이션 시킨다.
이어지는 과정(120)에서, 제 2 전극(220)과 제 3 전극(230) 사이에 이들 전극 대비 상대적으로 큰 평면적을 가지는 장방형의 제 2 분리막(204)을 개재하고, 제 2 전극(220)과 제 3 전극(230) 이상으로 돌출된 부위를 제외한 나머지 제 2 분리막(204)과 전극들을 열로서 라미네이션 시킨다.
과정(110)과 과정(120)이 완료된 상태에서는 도 5에 도시된 전극조립체(200a)와 같이, 제 1 분리막(202)과 제 2 분리막(204)의 하단 일부가 전극들 이상으로 돌출되어 있다.
이와 같이 돌출된 부위에 대해 본 발명에서는 제 1 분리막(202)과 제 2 분리막(204) 각각의 외주변들 중, 인접한 전극의 외주변(208)에 대해 30도 내지 60도의 각도(a)를 이루면서 돌출되어 있는 외주변(251, 252)에 인접한 제 1 분리막(202)과 제 2 분리막(204)의 외주면들(260)로 정의한다.
상기 상태에서, 과정(130)을 통해, 돌출된 제 1 분리막(202)과 제 2 분리막(204)의 일부인 외주면들(260)을 열로서 서로 라미네이션 시킴으로써, 전극들 이상으로 돌출되어 있는 외주면들(260)이 일체를 이루도록 접합시킨다.
이후, 과정(140)에서는, 상기 전극 외주변(208)에 대해 대략 0도 이상 내지 10도 이하를 이루는 외주변(240)이 제 1 분리막(202)과 제 2 분리막(204)에 형성되도록, 라미네이션된 외주면들(260)을 가상의 커팅선(C)를 따라 커팅(cutting)시킨다.
도 3에 도시하지는 않았지만, 과정(110)은 제 1 전극(210)에서 제 1 분리막(202)이 라미네이션된 면의 대향면에 제 3 분리막(도시하지 않음)이 추가로 라미네이션 될 수 있으며, 이 경우, 과정(130)은 제 3 분리막의 외주면이 제 1 분리막(202)과 제 2 분리막(204)의 외주면들(260)에 추가로 라미네이션 되는 과정을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 제 3 분리막이 추가로 라미네이션 된 상태에서, 과정(140)을 통해 제 3 분리막 역시 제 1 분리막(202)과 제 2 분리막(204)과 함께 커팅될 수 있다.
이와 유사하게 제 2 전극(220)에서 제 2 분리막(204)이 라미네이션된 면의 대향면에 제 4 분리막(도시하지 않음)이 추가로 라미네이션 될 수 있으며, 이 경우, 과정(130)은 제 4 분리막의 외주면이 제 1 분리막(202)과 제 2 분리막(204)의 외주면들(260)에 추가로 라미네이션 되는 과정을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 제 4 분리막이 추가로 라미네이션 된 상태에서, 과정(140)을 통해 제 4 분리막 역시 제 1 분리막(202)과 제 2 분리막(204)과 함께 커팅될 수 있다.
이처럼 본 발명의 제조 방법은, 복수의 분리막들이 각각 커팅되는 것이 아니라 서로가 라미네이션으로 접합되어 융착된 상태, 즉, 분리막들의 섬유 조직이 경화된 상태로 커팅되는 바, 커팅으로 인한 미세 이물 발생 정도가 현저히 감소될 수 있으며, 섬유 조직이 경화된 분리막은 정전기에 의해 쉽게 유도되지 않는 점으로 인하여, 소량의 이물이 발생되더라도 이물이 전극에 흡착되는 불가피한 현상이 상당히 완화될 수 있다.
도 4 및 도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 모식도들이 도시되어 있고, 도 6에는 도 4의 L 부위의 수직 단면 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 함께 참조하면, 전극조립체(200)는 평면상으로 적어도 6개의 외주변들로 이루어진 비정형 전극인 제 1 전극(210), 제 2 전극(220), 제 3 전극(230), 제 1 분리막(202), 제 2 분리막(204)을 포함하며, 제 1 전극(210), 제 1 분리막(202), 제 2 전극(220), 제 2 분리막(204), 제 3 전극(230)의 순서로 적층된 구조로 이루어져 있다.
제 1 전극(210), 제 2 전극(220), 제 3 전극(230)은 각각 6개의 외주변들과 6개의 내각을 가지는 비정형 구조이고, 이들의 형상은 모두 동일하다.
또한, 제 1 전극(210), 제 2 전극(220) 및 제 3 전극(230)은 각각, 동일한 방향에 위치한 외주변에서 외향 돌출된 전극 탭(212, 222, 232)을 포함한다.
제 1 전극(210), 제 2 전극(220) 및 제 3 전극(230)이 적층 된 상태에서, 제 1 전극(210)과 제 3 전극(230)의 전극 탭들(212, 232)이 상하 나란히 중첩되며, 이와 같이 중첩된 동일 극성의 전극 탭들(212, 232)이 전극조립체(200)의 제 1 전극 단자(206)를 형성한다.
제 2 전극(220)의 전극 탭(222)은 적어도 제 1 전극 단자(206)로부터 이격된 위치에서 전극조립체(200)의 제 2 전극 단자를 형성한다.
도면에 별도로 도시하지는 않았지만, 제 1 전극 단자(206)와 제 2 전극 단자(222)는 각각 전극 리드와 같은 통전 부재와 용접 이나 솔더링에 의해 결합될 수 있다.
제 1 분리막(202)과 제 2 분리막(204)은 제 1 전극(210), 제 2 전극(220), 제 3 전극(230) 중 어느 하나의 평면적 대비 대략 130%의 면적을 가지며, 제 1 전극(210), 제 2 전극(220), 제 3 전극(230)과 대략 동일한 형상으로 이루어져 있다.
다만, 제 1 분리막(202)과 제 2 분리막(204)은 최초에 장방형 구조를 가지며, 전극들(210, 220, 230)과 함께 적층된 상태에서, 제 1 분리막(202)과 제 2 분리막(204) 각각의 외주변들 중, 인접한 전극의 외주변에 대해 대략 30도 내지 60도의 각도(a, a')를 이루면서 돌출되어 있는 외주변(208)에 인접한 분리막들(202, 204)의 외주면들(260)은 서로 접합되며, 이 상태에서 상기 전극의 외주변(208)에 대해 0도 내지 10도를 이루는 가상의 커팅선(C)을 따라 접합된 외주면들(260)이 커팅되면서 제 1 전극(210), 제 2 전극(220), 제 3 전극(230)과 대략 동일한 형상을 이루는 구조이다.
이와 같이 접합된 상태로 커팅된 제 1 분리막(202) 및 제 2 분리막(204) 부위를 본 발명에서는 접합 외주변(240)이라 정의한다. 또한, 접합 외주변(240)의 개념은 도 5에서와 같이, 전극조립체(200)를 상부에서 바라볼 때를 기준으로, 가장 외곽에 위치하는 외주변인 분리막의 외주변들 중, 커팅선(C)을 따라 커팅된 부위 또는 이 커팅 부위로부터 인접한 전극의 외주변까지의 분리막 부위를 의미한다.
만약, 도 6의 (i)에서와 같이, 접합된 외주면이 일부 잔존하도록 커팅선(C-C)을 따라 커팅된다면, 접합 외주변(240a)에서 제 1 분리막(202)과 제 2 분리막(204)은 서로 접합된 상태를 유지한다. 이러한 구조에서는 접합 외주변(240a)을 공유하는 분리막들(202, 204) 사이에 위치한 제 2 전극(220)에서 모서리 부위는 접합 외주변(240)에 의해 감싸진 상태로 지지된다.
이와는 달리, 도 6의 (ii)에서와 같이, 접합된 외주면이 서로 분리되도록 커팅선(C-C)을 따라 커팅된다면, 접합 외주변에서 제 1 분리막(202)과 제 2 분리막(204)은 서로 분리된 상태로 존재한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체는, 평면 상으로 6개 이상의 다변형으로 이루어진 바, 일반적인 장방형 디자인에서 벗어난 다각 또는 기하학 구조, 나아가 원형이나 곡면 등의 디바이스에 적용 가능한 형태임을 알 수 있다.
뿐만 아니라, 분리막들이 비정형 전극들의 형상에 대응되도록 커팅되되, 상기와 같이 전극의 외주변에 대응되지 않는 분리막 부위들이 일체로 접합된 상태로 전극의 외주변과 대략 평행하도록 커팅되는 바, 접합된 분리막에서 결락되는 분리막 이물이 현저하게 감소된 구조이고, 그로 인해 상기 전극조립체는 전극에 분리막 이물이 거의 존재하지 않아 이물로 인한 전극 성능 저하나 품질 저하 등이 없는 안정적인 구조로 이루어져 있다.
도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 모식도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 전극조립체(300)는 평면상으로 적어도 6개의 외주변들로 이루어진 비정형 전극인 제 1 전극(310), 제 2 전극(320), 제 3 전극(330), 제 1 분리막(302), 제 2 분리막(304)을 포함하며, 제 1 전극(310), 제 1 분리막(302), 제 2 전극(320), 제 2 분리막(304), 제 3 전극(330)의 순서로 적층된 구조로 이루어져 있다.
제 1 전극(310), 제 2 전극(320), 제 3 전극(330)은 각각 6개의 외주변들과 6개의 내각을 가지는 비정형 구조이고, 이들의 형상은 모두 동일하다.
제 1 전극(310)과 제 3 전극(330)은 동일한 방향에 위치한 외주변에서 외향 돌출된 전극 탭(312, 332)을 포함하고, 제 2 전극(320)은 제 1 전극(310)과 제 3 전극(330)의 전극 탭(312, 332)이 위치한 외주변에 대해 상이한 방향에 위치한 외주변에서 외향 돌출된 전극 탭(322)을 포함한다.
따라서, 제 1 전극(310), 제 2 전극(320) 및 제 3 전극(330)이 적층된 구조에서, 제 1 전극(310)과 제 3 전극(330)의 전극 탭들(312, 332)이 상하 나란히 중첩된 상태로 전극조립체(300)의 동일한 외주변에서 제 1 전극 단자(306)를 형성하는 반면에, 제 2 전극(320)의 전극 탭은 제 1 전극 단자(306)가 위치한 외주변과 상이한 위치의 외주변에서 전극조립체(300)의 제 2 전극 단자(322)를 형성한다.
이러한 구조는 제 1 전극 단자(306)와 제 2 전극 단자(322)가 이격되어 위치하여 전지셀의 활성화 공정, 즉, 초기 충방전 공정에서, 제 1 전극 단자(306)와 제 2 전극 단자(322)에 각각 전류를 인가하는 장치에 의해, 이들이 상호 간섭되지 않을 수 있다.
더욱이, 제 1 전극 단자(306)와 제 2 전극 단자(322)가 서로 다른 방향의 외주변들에서 형성되어 있으므로, 이들 단자 각각에 대한 전기적 연결 구조가 상이한 방향에서 달성될 수 있으며, 이 점에 기인하여 전극조립체(300) 및 이에 전기적으로 연결될 수 있는 회로의 연결 구조가 보다 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 세 가지 전극조립체들의 수직 단면도들이 도시되어 있다.
먼저 도 8의 제 1 형태(i)를 참조하면, 전극조립체(400)는 제 3 분리막(406), 제 1 전극(410), 제 1 분리막(402), 제 2 전극(420), 제 2 분리막(404) 및 제 3 전극(430)이 순차적으로 적층된 구조로 이루어져 있다.
도 8의 제 2 형태(ii)에 따른 전극조립체(500)는 제 1 전극(510), 제 1 분리막(502), 제 2 전극(520), 제 2 분리막(504), 제 3 전극(530) 및 제 4 분리막(508)이 순차적으로 적층된 구조로 이루어져 있다.
도 8의 제 3 형태(iii)에 따른 전극조립체(600)는 제 3 분리막(606), 제 1 전극(610), 제 1 분리막(602), 제 2 전극(620), 제 2 분리막(604), 제 3 전극(630) 및 제 4 분리막(608)이 순차적으로 적층된 구조로 이루어져 있다.
이들 제 1 형태(i), 제 2 형태(ii) 및 제 3 형태(iii)에 도시된 전극조립체들(400, 500, 600)은 공통적으로, 최외곽에 위치하는 전극 상에 분리막이 추가로 부가되어 있는 구조로서, 침상 도체가 최외곽의 전극 방향에서 전극조립체를 관통할 때, 최외곽에 부가된 제 3 분리막이나 제 4 분리막이 침상도체를 따라 연신되면서 침상도체 표면을 감쌀 수 있다. 이러한 이유로 침상도체에 의해 상호 반대극성의 전극들, 예를 들어 제 1 전극과 제 2 전극, 또는 제 2 전극과 제 3 전극이 침상 도체를 통해 직접적으로 통전되는 것이 차단될 수 있다.
이를 위해 최외곽에 부가되는 제 3 분리막과 제 4 분리막은 제 1 분리막이나 제 2 분리막 대비 상대적으로 두꺼운 두께로 이루어질 수 있으며, 상세하게는 제 1 분리막이나 제 2 분리막의 두께 대비 대략 1.5배에서 3배의 두께를 가질 수 있다.
도 9 내지 도 11에는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 전극조립체들의 평면 모식도들이 도시되어 있다.
설명의 편의를 위하여, 전극조립체들(700, 800, 900)을 상부 또는 하부에서 바라볼 때, 전극조립체의 최외곽을 형성하는 분리막들(730, 830, 930)의 외주변을, 전극조립체의 평면 형상에 관여하는 외주변으로 설정하여 이하 상술하지만, 본 발명에서 분리막의 평면 형상은 전극과 동일한 바, 전극조립체의 평면 형상을 결정하는 외주변들을 전극의 외주변으로 이해하고 이를 이행할 수 있음은 물론이다.
이에, 도 9를 참조하면, 전극조립체(700)는 평면상으로 직선인 6개의 외주변들(701, 702, 703, 704, 705, 706)로 이루어진 다각형 구조로 이루어져 있다.
이러한 외주변들(701, 702, 703, 704, 705, 706)은 인접한 외주변과 각각 90도 이상 내지 160도 미만의 각도로 연결되어 있으며, 이들이 연결된 형태는 비정형의 다각형 구조이다.
전극조립체(700)는 또한 평면상으로 그것의 중심부를 경유하는 수직축(P-P')을 기준으로 대칭으로 이루어져 있으며, 수평축(H-H')을 기준으로는 상하 비대칭 구조로 이루어져 있다.
전극조립체(700)의 제 1 전극 단자(710)와 제 2 전극 단자(720)는 동일한 외주변에서 나란히 돌출되어 있다.
도 10에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체가 모식적으로 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 전극조립체(800)는 평면상으로 직선인 8개의 외주변들(801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808)로 이루어진 다각형 구조로 이루어져 있다.
이러한 외주변들(801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808)은 인접한 외주변과 각각 90도 이상 내지 150도 미만의 각도로 연결되어 있으며, 이들이 연결된 형태는 비정형의 다각형 구조이다.
전극조립체(800)는 또한 평면으로 그것의 중심부를 경유하는 수직축(P-P')과 수평축(H-H')을 기준으로 좌우 및 상하 대칭으로 이루어져 있다.
전극조립체(800)의 제 1 전극 단자(810)와 제 2 전극 단자(820)는 동일한 외주변에서 나란히 돌출되어 있다.
도 11에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체가 모식적으로 도시되어 있다.
도 11을 참조하면, 전극조립체(900)는 평면상으로 직선인 7개의 외주변들(901, 902, 903, 904, 905, 906, 907)로 이루어진 다각형 구조로 이루어져 있다.
이러한 외주변들(901, 902, 903, 904, 905, 906, 907)은 인접한 외주변과 각각 90도 이상 내지 180도 미만의 각도로 연결되어 있으며, 이들이 연결된 형태는 비정형의 다각형 구조이다.
전극조립체(900)는 또한 평면상으로 그것의 중심부를 경유하는 수직축(P-P')을 기준으로 좌우 비대칭으로 이루어져 있으며, 수평축(H-H')을 기준으로도 상하 비대칭 구조로 이루어져 있다.
또한, 전극조립체(900)의 제 1 전극 단자(910)와 제 2 전극 단자(920)는 서로 다른 외주면에서 외측으로 돌출되어 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (19)
- 평면상으로 적어도 6개의 외주변들로 이루어진 비정형 구조의 전극조립체를 제조하는 방법으로서,
(a) 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 이들 전극 중 어느 하나 대비 평면적이 110% 내지 150%인 제 1 분리막을 개재하고, 제 1 전극과 제 2 전극 이상으로 돌출된 부위를 제외한 나머지 제 1 분리막과 전극들을 라미네이션(lamination) 시키는 과정;
(b) 제 2 전극과 제 3 전극 사이에 이들 전극 중 어느 하나 대비 평면적이 110% 내지 150%인 제 2 분리막을 개재하고, 제 2 전극과 제 3 전극 이상으로 돌출된 부위를 제외한 제 2 분리막과 전극들을 라미네이션 시키는 과정;
(c) 제 1 분리막과 제 2 분리막 각각의 외주변들 중, 인접한 전극의 외주변에 대해 30도 내지 60도의 각도를 이루면서 돌출되어 있는 외주변에 인접한 제 1 분리막과 제 2 분리막의 외주면들을 서로 라미네이션 시키는 과정;
(d) 상기 과정(c)의 전극 외주변에 대해 0도 내지 10도를 이루는 외주변이 제 1 분리막과 제 2 분리막에 형성되도록, 라미네이션된 외주면들을 커팅(cutting)하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 과정(a)에서 제 1 전극은, 제 1 분리막이 라미네이션된 면의 대향면에 제 3 분리막이 추가로 라미네이션 되고, 상기 과정(c)에서 제 3 분리막의 외주면이 제 1 분리막과 제 2 분리막의 외주면들에 추가로 라미네이션 되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 과정(b)에서 제 3 전극은 제 2 분리막이 라미네이션된 면의 대향면에 제 4 분리막이 추가로 라미네이션 되고, 상기 과정(c)에서 제 4 분리막의 외주면이 제 1 분리막과 제 2 분리막의 외주면들에 추가로 라미네이션 되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 전극과 제 3 전극은 양극 또는 음극이며, 상기 제 2 전극은 제 1 전극 및 제 3 전극과 상이한 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 과정(a) 내지 과정(c)에서 제 1 분리막과 제 2 분리막은 평면상으로 장방형 구조이고, 과정(d)에서 제 1 분리막과 제 2 분리막은 평면상으로 비정형 구조인 것을 특징으로 하는 방법.
- 전극조립체로서,
평면상으로 적어도 6개의 외주변들로 이루어진 비정형 전극들 n개(n≥3)가 n개, n-1개, 또는 n+1개의 분리막들과 함께 적층된 구조이고, 상기 분리막들 각각, 인접한 전극의 외주변들 이상으로 외향 돌출되도록 상기 전극의 평면적 대비 110% 내지 150%의 면적을 가지며;
분리막들 각각의 외주변들 중, 인접한 전극의 외주변에 대해 30도 내지 60도의 각도를 이루면서 돌출되어 있는 외주변에 인접한 분리막들의 외주면들이 서로 접합된 상태로 상기 전극의 외주변에 대해 0도 내지 10도를 이루도록 커팅된 구조의 접합 외주변을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체. - 제 6 항에 있어서, 상기 전극의 외주변들 각각은 인접한 외주변과 90도 이상 내지 180도 미만의 내각을 이루며 상호 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 6 항에 있어서, 상기 전극조립체는 극성이 동일한 제 1 전극과 제3 전극 사이에 상이한 극성의 제 2 전극이 위치하고 있으며, 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 3 전극의 형상은 동일한 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 6 항에 있어서, 상기 전극조립체는 평면상으로 N개(N≥6)의 내각을 가지는 다각 구조로 이루어져 있고, 좌우 및/또는 상하 대칭 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 6 항에 있어서, 상기 전극조립체는 평면상으로 N개(N≥6)의 내각을 가지는 다각 구조로 이루어져 있고, 좌우 및/또는 상하 비대칭 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 7 항에 있어서, 상기 전극들은 각각, 동일한 방향에 위치한 외주변에서 외향 돌출된 전극 탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 전극과 제 3 전극은 동일한 방향에 위치한 외주변에서 외향 돌출된 전극 탭을 포함하고, 제 2 전극은 제 1 전극과 제 3 전극의 전극 탭이 위치한 외주변에 대해 상이한 방향에 위치한 외주변에서 외향 돌출된 전극 탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 6 항에 있어서, 상기 접합 외주변에서 n개, n-1개, 또는 n+1개의 분리막들이 서로 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 6 항에 있어서, 상기 전극조립체는 접합 외주변을 둘 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 6 항에 있어서, 상기 전극조립체는 상기 n은 3이고 상기 분리막은 2개이며, 전극, 분리막, 전극, 분리막, 전극 순으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 6 항에 있어서, 상기 전극조립체는 상기 n은 3이고, 상기 분리막은 3개이며, 분리막, 전극, 분리막, 전극, 분리막, 전극 순으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 6 항에 있어서, 상기 전극조립체는 상기 n은 3이고, 상기 분리막은 4개이며, 분리막, 전극, 분리막, 전극, 분리막, 전극, 분리막 순으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
- 제 6 항 내지 제 17 항에 따른 전극조립체를 하나 이상 포함하는 이차전지.
- 제 19 항에 따른 이차전지를 포함하는 디바이스.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160070655A KR20170138636A (ko) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | 비정형 구조의 전극조립체 제조 방법 및 비정형 전극조립체 |
| CN201790000396.7U CN209133616U (zh) | 2016-06-08 | 2017-03-24 | 电极组件、二次电池及包括该二次电池的电子装置 |
| PCT/KR2017/003167 WO2017213336A1 (ko) | 2016-06-08 | 2017-03-24 | 비정형 구조의 전극조립체 제조 방법 및 비정형 전극조립체 |
| TW106110843A TW201743492A (zh) | 2016-06-08 | 2017-03-30 | 製造不規則結構的電極組的方法及具有不規則結構的電極組 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160070655A KR20170138636A (ko) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | 비정형 구조의 전극조립체 제조 방법 및 비정형 전극조립체 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170138636A true KR20170138636A (ko) | 2017-12-18 |
Family
ID=60577992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160070655A KR20170138636A (ko) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | 비정형 구조의 전극조립체 제조 방법 및 비정형 전극조립체 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20170138636A (ko) |
| CN (1) | CN209133616U (ko) |
| TW (1) | TW201743492A (ko) |
| WO (1) | WO2017213336A1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019164091A1 (ko) * | 2018-02-20 | 2019-08-29 | 주식회사 엘지화학 | 전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체의 제조방법 |
| US11967734B2 (en) | 2019-01-22 | 2024-04-23 | Lg Energy Solution, Ltd. | Electrode assembly, secondary battery comprising the same, method for manufacturing secondary battery, and battery pack |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100884945B1 (ko) * | 2006-04-03 | 2009-02-23 | 주식회사 엘지화학 | 파우치형 이차전지 |
| EP2849246A4 (en) * | 2012-05-07 | 2016-03-02 | Lg Chemical Ltd | BATTERY PACK WITH AMORPHOUS STRUCTURE |
| KR20130133639A (ko) * | 2012-05-29 | 2013-12-09 | 주식회사 엘지화학 | 전극 조립체, 전지셀, 전극 조립체의 제조방법 및 전지셀의 제조 방법 |
| KR20150072016A (ko) * | 2013-12-19 | 2015-06-29 | 주식회사 엘지화학 | 이차 전지 및 이의 제조 방법 |
| KR101719396B1 (ko) * | 2014-07-17 | 2017-03-23 | 주식회사 엘지화학 | 전극 조립체 및 전극 조립체 제조방법 |
-
2016
- 2016-06-08 KR KR1020160070655A patent/KR20170138636A/ko unknown
-
2017
- 2017-03-24 CN CN201790000396.7U patent/CN209133616U/zh active Active
- 2017-03-24 WO PCT/KR2017/003167 patent/WO2017213336A1/ko active Application Filing
- 2017-03-30 TW TW106110843A patent/TW201743492A/zh unknown
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019164091A1 (ko) * | 2018-02-20 | 2019-08-29 | 주식회사 엘지화학 | 전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체의 제조방법 |
| CN110663133A (zh) * | 2018-02-20 | 2020-01-07 | 株式会社Lg化学 | 制造电极组件的设备和方法 |
| EP3614478A4 (en) * | 2018-02-20 | 2020-08-12 | Lg Chem, Ltd. | ELECTRODES ASSEMBLY MANUFACTURING DEVICE AND ELECTRODES ASSEMBLY MANUFACTURING PROCESS |
| US11342591B2 (en) | 2018-02-20 | 2022-05-24 | Lg Energy Solution, Ltd. | Apparatus and method for manufacturing electrode assembly |
| CN110663133B (zh) * | 2018-02-20 | 2022-12-23 | 株式会社Lg新能源 | 制造电极组件的设备和方法 |
| US11967734B2 (en) | 2019-01-22 | 2024-04-23 | Lg Energy Solution, Ltd. | Electrode assembly, secondary battery comprising the same, method for manufacturing secondary battery, and battery pack |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201743492A (zh) | 2017-12-16 |
| WO2017213336A1 (ko) | 2017-12-14 |
| CN209133616U (zh) | 2019-07-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101822841B1 (ko) | 탭-리드 결합부가 일측에 접하는 구조를 가진 전극조립체를 포함하는 전지 셀 및 이의 제조방법 | |
| KR101667520B1 (ko) | 무기물 코팅층을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 | |
| KR20160123496A (ko) | 전극 탭들과 전극 리드의 탭-리드 결합부가 공간부에 위치하는 전극조립체 | |
| KR101686600B1 (ko) | 전해액 함침용 홀을 포함하고 있는 전지셀 | |
| KR101839754B1 (ko) | 이종 공극의 다층구조 전극 및 그 제조방법 | |
| KR101684347B1 (ko) | 최외각면에 절연성 물질이 부가되어 있는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 | |
| KR101995292B1 (ko) | 중심에 노칭부를 포함하는 전극 시트를 이용하여 전극판을 제조하는 방법 | |
| KR20150040454A (ko) | 지그재그형 전극조립체를 포함하고 있는 전지셀 | |
| KR20160010080A (ko) | 위치 가변적 전극 탭-리드- 결합부로 이루어진 전극조립체 및 이를 포함하고 있는 전지셀 | |
| KR101725921B1 (ko) | 단위셀 적층체들과 중간 적층셀을 포함하고 있는 전지셀 | |
| KR20170033516A (ko) | 접힘 방식으로 형태 변형이 가능한 구조의 이차전지용 전극 및 이를 포함하는 이차전지 | |
| KR20170019054A (ko) | 양면에 활물질의 로딩량이 상이한 전극판을 포함하는 전극조립체 | |
| KR101713082B1 (ko) | 전극의 구성이 상이한 단위셀들을 포함하고 있는 전지셀 | |
| KR20160108115A (ko) | 전극 리드를 통한 전기 연결 구조를 효율적으로 구성할 수 있는 비정형 구조의 전지셀 | |
| KR20170022589A (ko) | 전지 소자들 사이에 개재되어 있는 단위셀을 포함하는 전극조립체 | |
| KR20170138636A (ko) | 비정형 구조의 전극조립체 제조 방법 및 비정형 전극조립체 | |
| KR20170027976A (ko) | 점진적으로 증가하는 전극 로딩 구조의 전지셀 | |
| KR101684315B1 (ko) | 전극의 구성이 상이한 단위셀들을 포함하고 있는 전지셀 | |
| KR20180081228A (ko) | 단위셀의 위치에 따라 기공률이 상이한 전극을 포함하는 전극조립체 | |
| KR20180024162A (ko) | 외력으로 인한 전극조립체 손상을 억제할 수 있는 인슐레이터 어셈블리를 포함하는 이차전지 | |
| KR101819693B1 (ko) | 복수의 전극 단위체들 및 하나의 분리막 시트를 포함하는 전극조립체 | |
| KR102080502B1 (ko) | 둘 이상의 전극조립체를 포함하는 파우치형 전지셀 | |
| KR101606442B1 (ko) | 전극의 구성이 상이한 단위셀들을 포함하고 있는 전지셀 | |
| KR101656082B1 (ko) | 전극의 구성이 상이한 단위셀들을 포함하고 있는 전지셀 | |
| KR101692776B1 (ko) | 테트라 셀을 포함하고 있는 전지셀 |