KR20230121906A - 전극 조립체, 전지 셀, 전지 및 전기 장치 - Google Patents

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KR20230121906A
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Abstract

본 발명의 실시예는 전극 조립체 및 이의 제조 방법과 제조 시스템, 전지 셀, 전지 및 전기 장치를 제공한다. 본 발명의 실시예의 전극 조립체는 제1 극편, 제2 극편 및 제1 분리 부재를 포함하고, 제1 극편과 제2 극편의 극성은 반대이며, 제1 분리 부재는 제1 극편과 제2 극편을 이격하는 데 사용되고, 제1 극편, 제2 극편 및 제1 분리 부재는 권취 방향을 따라 권취된다. 전극 조립체는 벤딩 영역을 갖고, 벤딩 영역에 제2 분리 부재가 설치되며, 제2 분리 부재는 제1 분리 부재와 적층되고 인접한 제1 극편과 제2 극편을 이격하는 데 사용되며; 제1 극편으로부터 탈리된 이온의 적어도 일부는 제1 분리 부재와 제2 분리 부재를 통과하고 제2 극편에 삽입될 수 있다. 제1 분리 부재와 제2 분리 부재는 공동으로 벤딩 영역의 제1 극편과 제2 극편을 이격하여 분리 부재의 파손으로 인한 전극 조립체의 단락 문제를 감소시킨다.

Description

전극 조립체, 전지 셀, 전지 및 전기 장치
관련 출원의 상호 참조
본 발명은 2021년 09월 10일에 제출한 명칭이 “전극 조립체 및 이와 관련된 전지 셀, 전지, 장치 및 제조 방법”인 중극 특허 출원 202111062600.7의 우선권을 주장하는 바, 상기 출원의 모든 내용은 참조로서 본문에 인용된다.
본 발명은 전지 기술분야에 관한 것이고, 보다 구체적으로 전극 조립체 및 이의 제조 방법과 제조 시스템, 전지 셀, 전지 및 전기 장치에 관한 것이다.
전지 셀은 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 전기 스쿠터, 전기 자동차, 전기 비행기, 전기 선박, 전기 장난감 자동차, 전기 장난감 선박, 전기 장난감 비행기 및 전동 공구와 같은 전기 기기에 널리 사용된다. 전지 셀은 니켈-카드뮴 전지 셀, 니켈-수소 전지 셀, 리튬 이온 전지 셀 및 알카라인 아연-망간 이차 전지 셀 등을 포함할 수 있다.
전지 기술의 발전에서, 전지 셀의 성능 향상과 더불어 안전 문제도 간과할 수 없는 문제이다. 전지 셀의 안전 문제를 보장할 수 없으면 전지 셀도 사용할 수 없다. 따라서, 전지 셀의 안전성을 향상시키는 방법은 전지 기술에서 시급히 해결해야 할 기술적 과제이다.
본 발명은 안전성을 향상시킬 수 있는 전극 조립체 및 이의 제조 방법과 제조 시스템, 전지 셀, 전지 및 전기 장치를 제공한다.
제1 양태에서, 본 발명의 실시예는 전극 조립체를 제공하며, 상기 전극 조립체는 제1 극편, 제2 극편 및 제1 분리 부재를 포함하고, 제1 극편과 제2 극편의 극성은 반대이며, 제1 분리 부재는 제1 극편과 제2 극편을 이격하는 데 사용되고, 제1 극편, 제2 극편 및 제1 분리 부재는 권취 방향을 따라 권취된다. 전극 조립체는 벤딩 영역을 갖고, 벤딩 영역에 제2 분리 부재가 설치되며, 제2 분리 부재는 제1 분리 부재와 적층되고 인접한 제1 극편과 제2 극편을 이격하는 데 사용되며; 제1 극편으로부터 탈리된 이온의 적어도 일부는 제1 분리 부재와 제2 분리 부재를 통과하고 제2 극편에 삽입될 수 있다.
본 발명에서, 제1 분리 부재와 제2 분리 부재는 공동으로 벤딩 영역의 제1 극편과 제2 극편을 이격하는데, 벤딩 영역에서 리튬 석출 문제가 발생하거나, 극편의 벤딩 과정에서 버가 발생하더라도, 리튬 덴드라이트 또는 버는 제1 분리 부재와 제2 분리 부재를 동시에 뚫기 어려우므로, 제1 극편과 제2 극편의 도통 확률을 감소시키고, 분리 분재의 파손으로 인한 전극 조립체의 단락 문제를 효과적으로 감소시키며, 나아가 전극 조립체의 고장 위험을 효과적으로 감소시키고, 전극 조립체의 사용 수명 및 안전성을 향상시킬 수 있다. 제1 분리 부재와 제2 분리 부재는 모두 이온을 투과할 수 있어, 이온에 대한 장벽을 낮추고 전극 조립체의 용량을 보장할 수 있다.
일부 실시형태에서, 제2 분리 부재의 두께는 제1 분리 부재의 두께보다 크다.
상기 실시형태에서, 제2 분리 부재는 제1 분리 부재보다 뚫기 더 어려우므로, 제2 분리 부재의 파손 위험을 효과적으로 감소시키고 안전성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시형태에서, 제2 분리 부재는 다수의 분리층을 포함하고, 다수의 분리층은 제2 분리 부재의 두께 방향을 따라 적층된다.
상기 실시형태에서, 다층 구조는 제2 분리 부재의 강도를 향상시키고, 제2 분리 부재의 뚫림 난이도를 증가시키며, 안전성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시형태에서, 인접한 분리층은 서로 접착된다.
상기 실시형태에서, 다수의 분리층은 함께 접착되므로, 전극 조립체의 권취 과정에서 다수의 분리층 사이의 오프셋 위험을 감소시키고, 벤딩 영역에서 제2 분리 부재의 보호 효과를 보장할 수 있다.
일부 실시형태에서, 다수의 분리층은 인접하게 설치된 제1 분리층 및 제2 분리층을 포함하고, 제1 분리층은 제2 분리층과 제1 분리 부재 사이에 위치한다. 권취 방향에서, 제2 분리층의 단부는 제1 분리층의 단부와 어긋나게 설치된다.
상기 실시형태에서, 제2 분리층의 단부를 제1 분리층의 단부와 어긋나게 설치하여, 제2 분리층의 단부 및 제1 분리층의 단부가 극편의 상이한 영역을 압출하도록 하여, 응력 집중을 감소시키고, 극편의 균열 위험을 감소시키며, 극편의 성능을 개선할 수 있다.
일부 실시형태에서, 권취 방향에서 제2 분리층의 양단은 모두 제1 분리층을 초과하고 제1 분리 부재에 부착된다.
상기 실시형태에서, 제2 분리층은 제1 분리 부재에 부착되고, 권취 방향에서 제1 분리층의 이동을 제한할 수 있어, 충방전 과정에서 권취 방향을 따른 제1 분리층과 제2 분리층의 오프셋 및 어긋남 위험을 감소시키고, 벤딩 영역에서 제2 분리 부재의 보호 효과를 보장하며, 안전성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시형태에서, 전극 조립체는 벤딩 영역에 연결된 스트레이트 영역을 더 포함한다. 제1 분리층 전체는 벤딩 영역에 위치한다. 권취 방향을 따른 제2 분리층의 양단은 스트레이트 영역에 위치한다.
상기 실시형태에서, 제1 분리층 및 제2 분리층은 동시에 벤딩 영역에서 보호 작용을 일으켜, 단락 위험을 감소시키고 안전성을 향상시킬 수 있다. 제1 분리층 전체는 벤딩 영역에 위치하여, 제1 분리층이 스트레이트 영역의 이온 전달에 영향을 미치는 것을 방지하고, 스트레이트 영역의 충방전 성능을 보장할 수 있다. 권취 방향을 따른 제2 분리층의 양단은 스트레이트 영역에 위치하여, 제2 분리층의 단부가 제1 분리층의 단부와 어긋나도록 하여 응력 집중을 감소시킬 수 있다.
일부 실시형태에서, 제1 분리층은 제1 분리 부재에 부착된다.
상기 실시형태는 권취 방향을 따른 제1 분리층의 오프셋 및 어긋남 위험을 감소시키고, 벤딩 영역에서 제1 분리층의 보호 효과를 보장하며, 안전성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시형태에서, 분리층의 재질은 제1 분리 부재의 재질과 동일하고, 분리층의 두께는 제1 분리 부재의 두께와 같다.
상기 실시형태에서, 제1 분리 부재와 제2 분리 부재는 동일한 사양의 분리 부재를 사용하여 제조될 수 있어, 공정을 단순화하고 비용을 감소시킬 수 있다.
일부 실시형태에서, 제2 분리 부재의 공극률은 제1 분리 부재의 공극률보다 크거나 같다.
상기 실시형태에서, 제2 분리 부재는 이온 투과성이 우수하여, 이온에 대한 제2 분리 부재의 장벽을 감소시키고, 전극 조립체의 용량을 보장한다.
일부 실시형태에서, 벤딩 영역에서, 적어도 최내측의 인접한 제1 극편과 제2 극편 사이에 제2 분리 부재가 설치된다.
상기 실시형태는 리튬 석출 문제가 심각한 영역에 제2 분리 부재를 설치하여, 분리 부재의 파손으로 인한 전극 조립체의 단락 문제를 효과적으로 감소시키고, 전극 조립체의 사용 수명 및 안전성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시형태에서, 벤딩 영역에 다수의 제2 분리 부재가 설치되고, 인접한 제2 분리 부재는 제1 극편 또는 제2 극편에 의해 이격된다. 인접한 제2 분리 부재에서, 내측의 제2 분리 부재의 두께는 외측의 제2 분리 부재의 두께보다 크다.
상기 실시형태에서, 내측의 제2 분리 부재는 두께가 보다 커서 뚫림 위험을 최대한 감소시키고; 외측의 제2 분리 부재는 뚫림 위험이 적으므로, 두께가 비교적 작을 수 있어, 제2 분리 부재의 사용량을 절약하고, 전극 조립체의 에너지 밀도를 향상시킨다.
일부 실시형태에서, 전극 조립체는 벤딩 영역에 연결된 스트레이트 영역을 더 포함하고, 권취 방향을 따른 제2 분리 부재의 양단은 모두 스트레이트 영역에 위치한다.
상기 실시형태에서, 제2 분리 부재는 제1 극편과 제2 극편을 완전히 이격하여 안전성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시형태에서, 제2 분리 부재는 제1 분리 부재의 외부 표면에 부착된다.
상기 실시형태에서, 제2 분리 부재는 제1 분리 부재의 외부 표면에 부착되어, 충방전 과정에서 권취 방향을 따른 제2 분리 부재의 오프셋 및 어긋남 위험을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제1 분리 부재의 작용하에 제2 분리 부재가 연신되도록 하여, 제2 분리 부재의 구겨짐 위험을 감소시킬 수 있다.
일부 실시형태에서, 제2 극편은 음극편이고, 제2 분리 부재는 제2 극편의 외부 표면에 부착된다.
상기 실시형태에서, 제2 분리 부재는 제2 극편의 외부 표면에 부착되고, 제2 극편의 작용하에 제2 분리 부재는 연신되어, 제2 분리 부재의 구겨짐 위험을 감소시킬 수 있다.
제2 양태에서, 본 발명의 실시예는 전지 셀을 제공하고, 상기 전지 셀은 케이스 및 제1 양태의 어느 하나의 실시예의 전극 조립체를 포함하며, 전극 조립체는 케이스 내에 수용된다.
제3 양태에서, 본 발명의 실시예는 다수의 제2 양태에 따른 전지 셀을 포함하는 전지를 제공한다.
제4 양태에서, 본 발명의 실시예는 전기 에너지를 제공하기 위한 다수의 제2 양태에 따른 전지 셀을 포함하는 전기 장치를 제공한다.
제5 양태에서, 본 발명의 실시예는 전극 조립체의 제조 방법을 제공하고, 상기 방법은,
제1 극편, 제2 극편, 제1 분리 부재 및 제2 분리 부재를 제공하는 단계; 및
제1 극편, 제2 극편 및 제1 분리 부재를 권취 방향을 따라 권취하여, 벤딩 영역을 형성하는 단계를 포함하되;
제1 극편과 제2 극편의 극성은 반대이고, 제1 분리 부재는 제1 극편과 제2 극편을 이격하는 데 사용되며; 벤딩 영역에 제2 분리 부재가 설치되고, 제2 분리 부재는 제1 분리 부재와 적층되고 인접한 제1 극편과 제2 극편을 이격하는 데 사용되며; 제1 극편으로부터 탈리된 이온의 적어도 일부는 제1 분리 부재와 제2 분리 부재를 통과하고 제2 극편에 삽입될 수 있다.
제6 양태에서, 본 발명의 실시예는 제공 장치 및 권취 장치를 포함하는 전극 조립체의 제조 시스템을 제공한다. 제공 장치는 제1 극편, 제2 극편, 제1 분리 부재 및 제2 분리 부재를 제공한다. 권취 장치는 제1 극편, 제2 극편 및 제1 분리 부재를 권취 방향을 따라 권취하여, 벤딩 영역을 형성한다. 제1 극편과 제2 극편의 극성은 반대이고, 제1 분리 부재는 제1 극편과 제2 극편을 이격하는 데 사용되며; 벤딩 영역에 제2 분리 부재가 설치되고, 제2 분리 부재는 제1 분리 부재와 적층되고 인접한 제1 극편과 제2 극편을 이격하는 데 사용되며; 제1 극편으로부터 탈리된 이온의 적어도 일부는 제1 분리 부재와 제2 분리 부재를 통과하고 제2 극편에 삽입될 수 있다.
본 발명의 실시예의 기술적 해결수단을 보다 명확하게 설명하기 위해, 아래에서는 본 발명의 실시예에서 사용해야 되는 첨부 도면을 간단히 설명한다. 물론, 아래에서 설명되는 도면은 본 발명의 일부 실시예일 뿐 당업자는 발명적 노력없이 도면으로부터 다른 도면을 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예에서 제공되는 차량의 구조 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예에서 제공되는 전지의 분해 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예에서 제공되는 전지 셀의 분해 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예에서 제공되는 전극 조립체의 구조 모식도이다.
도 5는 도 4에 도시된 전극 조립체의 부분 확대 모식도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일부 실시예에서 제공되는 전극 조립체의 부분 구조 모식도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일부 실시예에서 제공되는 전극 조립체의 부분 구조 모식도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일부 실시예에서 제공되는 전극 조립체의 부분 구조 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예에서 제공되는 전극 조립체의 제조 방법의 흐름 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예에서 제공되는 전극 조립체의 제조 시스템의 예시적인 블록도이다.
도면에서, 도면은 실제 비율에 따라 그려질 필요는 없다.
본 발명의 실시예의 목적, 기술적 해결수단 및 장점을 더욱 명확해지도록 하기 위해, 아래에서는 본 발명의 실시예의 첨부 도면을 결합하여 본 발명의 실시예의 기술적 해결수단을 명확하고 완전하게 설명할 것이다. 물론 설명되는 실시예는 본 발명의 일부 실시예일 뿐이고 전체 실시예가 아니다. 본 발명의 실시예를 기반으로 당업자가 발명적 노력없이 획득한 모든 다른 실시예는 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다.
달리 정의되지 않는 한, 본문에 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 당업자의 일반적인 이해와 동일한 의미를 갖고; 본 발명의 명세서에 사용되는 용어는 단지 구체적인 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하려는 것으로 의도되지 않으며; 본 발명의 명세서와 특허청구범위 및 상기 도면의 설명에서의 용어 “포함하다” 및 “가지다” 및 이들의 임의의 변형은 비배타적인 포함을 포함하도록 의도된다. 본 발명의 명세서와 특허청구범위 또는 상기 도면에서의 용어 “제1”, “제2” 등은 상이한 객체를 구별하기 위한 것이고, 특정 순서 또는 1차 및 2차 관계를 설명하기 위한 것이 아니다.
본 발명의 설명에서, 이해해야 할 것은, 용어 “중심”, “가로방향”, “길이”, “폭”, “상”, “하”, “전”, “후”, “좌”, “우”, “수직”, “수평”, “꼭대기”, “바닥”, “내”, “외”, “축 방향”, “반경 방향”, “원주 방향” 등이 지시하는 방위 또는 위치 관계는 도면에 도시된 방위 또는 위치 관계에 기반하는 것으로, 단지 본 발명을 설명하고 설명을 간소화하기 위한 것이며, 지칭하는 장치 또는 소자가 반드시 특정된 방위, 특정된 방위의 구조 및 동작을 구비해야 함을 지시하거나 암시하는 것이 아니므로, 본 발명에 대한 한정으로 이해할 수 없다.
본 발명의 설명에서, 달리 명시적으로 지정되고 한정되지 않는 한, 용어 “장착”, “서로 연결”, “연결”, “부착”은 넓은 의미로 이해되어야 하며, 예를 들어 고정 연결이거나 탈착 가능 연결 또는 일체형 연결일 수도 있고; 직접 연결이거나 중간 매체를 통한 간접 연결일 수도 있으며, 2개의 소자 내부의 연통일 수 있다. 당업자라면 구체적인 상황에 따라 본 발명에서 상기 용어의 구체적인 의미를 이해할 수 있을 것이다.
본문에서 언급된 “실시예”는 실시예에 설명되는 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있다는 것을 의미한다. 명세서 중의 각 위치에 상기 구절이 나타나도 동일한 실시예를 지칭하는 것이 아닐 수도 있으며, 다른 실시예와 서로 배척하는 독립적이거나 대안적인 실시예도 아니다. 당업자는 본문에 설명되는 실시예가 다른 실시예와 서로 결합될 수 있다는 것을 명시적이고 묵시적으로 이해한다.
본문에서 용어 “및/또는”은 단지 연관 객체의 연관 관계를 설명하기 위한 것으로, 3가지 관계가 존재할 수 있음을 의미하는데, 예를 들어 “A 및/또는 B”는, A만 존재, A와 B가 동시에 존재, B만 존재하는 3가지 경우를 나타낼 수 있다. 또한, 본문에서 부호 “/”는 일반적으로 전후 연관 객체가 “또는”의 관계임을 나타냄을 이해해야 한다.
본 발명에서 나타난 “다수”는 두 개 이상(두 개를 포함)을 의미하고, 마찬가지로 “다수의 그룹”은 두 그룹 이상(두 그룹을 포함)을 의미하며, “다수의 시트”는 두 시트 이상(두 개 시트를 포함)을 의미한다.
본 발명에서, 전지 셀은 리튬 이온 이차 전지 셀, 리튬 이온 일차 전지 셀, 리튬-황 전지 셀, 나트륨-리튬 이온 전지 셀, 나트륨 이온 전지 셀 또는 마그네슘 이온 전지 셀 등을 포함할 수 있고, 본 발명의 실시예는 이에 대해 한정하지 않는다. 전지 셀은 원통형, 편평형, 직육면체 또는 다른 형상 등일 수 있고, 본 발명의 실시예는 이에 대해서도 한정하지 않는다. 전지 셀은 일반적으로 패키징 방식에 따라 기둥형 전지 셀, 직사각형 직육면체 전지 셀 및 소프트 팩 전지 셀 등 3가지로 나뉘고, 본 발명의 실시예는 이에 대해서도 한정하지 않는다.
전지 셀은 전극 조립체 및 전해질을 포함하고, 전극 조립체는 양극편, 음극편 및 분리 부재로 구성된다. 전지 셀은 주로 양극편과 음극편 사이에서 금속 이온의 이동에 의존하여 작동된다. 양극편은 양극 집전체 및 양극 활물질층을 포함하고, 양극 활물질층은 양극 집전체의 표면에 코팅되며, 양극 활물질층이 코팅되지 않은 집전체는 양극 활물질층이 코팅된 집전체로부터 돌출되고, 양극 활물질층이 코팅되지 않은 집전체는 양극 탭으로 사용된다. 리튬 이온 전지를 예로 들면, 양극 집전체의 재료는 알루미늄일 수 있고, 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물, 리튬 철 인산염, 삼원 리튬 또는 리튬 망간 산화물 등일 수 있다. 음극편은 음극 집전체 및 음극 활물질층을 포함하고, 음극 활물질층은 음극 집전체의 표면에 코팅되며, 음극 활물질층이 코팅되지 않은 집전체는 음극 활물질층이 코팅된 집전체로부터 돌출되고, 음극 활물질층이 코팅되지 않은 집전체는 음극 탭으로 사용된다. 음극 집전체의 재료는 구리일 수 있고, 음극 활물질은 탄소 또는 실리콘 등일 수 있다. 용단이 발생하지 않고 대전류를 통과하도록 보장하기 위해, 양극 탭의 수는 여러 개이고 함께 적층되며, 음극 탭의 수는 여러 개이고 함께 적층된다. 분리 부재의 재질은 PP(polypropylene, 폴리프로필렌) 또는 PE(polyethylene, 폴리에틸렌) 등일 수 있다. 전지 기술의 발전은 에너지 밀도, 사이클 수명, 방전 용량, 충방전율 등 성능 파라미터와 같이 여러 측면의 설계 요인을 함께 고려해야 하고, 이 밖에 전지의 안전성도 고려해야 한다.
본 발명의 실시예에서 언급된 전지는 하나 이상의 전지 셀을 포함하여 더 높은 전압 및 용량을 제공하는 단일 물리적 모듈을 의미한다. 예를 들어, 본 발명에서 언급된 전지는 전지 모듈 또는 전지 팩 등을 포함할 수 있다. 전지는 일반적으로 하나 이상의 전지 셀을 패키징하기 위한 박스를 포함한다. 박스는 액체 또는 다른 이물질이 전지 셀의 충전 또는 방전에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
분리 부재는 전기 절연성을 갖고, 양극편과 음극편 사이에 설치되며, 주요 작용은 양극편과 음극편이 서로 접촉하여 전극 조립체에 내부 단락이 발생하는 것을 방지하는 것이다. 분리 부재는 대량의 관통 미소공을 가지고 있어, 전해질 이온의 자유로운 통과를 보장할 수 있고, 특히 분리 부재는 리튬 이온에 대해 우수한 투과성을 가지고 있다. 예시적으로, 분리 부재는 분리 기재층 및 분리 기재층 표면에 위치하는 기능층을 포함하고, 분리 기재층은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 등 중 적어도 하나일 수 있으며, 기능층은 세라믹 산화물과 바인더의 혼합물층일 수 있다.
분리 부재는 전극 조립체에서 매우 중요한 위치를 차지하고, 전극 조립체의 단락 발생, 성능 및 수명 감소 등 현상을 직접 초래할 수 있다.
전지 셀을 충전할 때, 금속 이온은 양극 활물질층으로부터 탈리되어 음극 활물질층에 삽입되지만, 일부 비정상적인 상황이 발생하여 금속 이온의 석출을 유발할 수 있다. 리튬 이온 전지 셀을 예로 들면, 음극 활물질층에 리튬이 삽입될 공간이 부족하거나, 리튬 이온이 음극 활물질층에 삽입되기에 저항이 너무 크거나 또는 리튬 이온이 음극 활물질층으로부터 빠르게 탈리되는 등 원인으로 인해, 탈리된 리튬 이온은 음극편의 음극 활물질층에 동일한 양으로 삽입될 수 없고, 음극편에 삽입되지 못한 리튬 이온은 음극편 표면에서 전자만 얻을 수 있어, 금속 리튬 단체를 형성하는데, 이를 리튬 석출 현상이라고 한다.
연구 및 개발 과정에서 발명자는 또한 권취형 전극 조립체가 벤딩 영역에서 리튬 석출 현상이 더 쉽게 나타난다는 것을 발견하였고, 추가 연구에서 발명자는 상기 리튬 석출 현상의 원인이 주로 벤딩 영역에 위치하는 양극편과 음극편에 대해 벤딩을 수행해야 하고, 양극 활물질층과 음극 활물질층은 벤딩 과정에서 응력 집중이 쉽게 발생하여 각 활물질이 탈리되는 것임을 발견하였다. 활물질의 탈리, 특히 음극편의 활물질의 탈리로 인해, 상기 음극편의 음극 활물질층의 리튬 삽입 위치는 인접한 양극편의 양극 활물질층이 제공할 수 있는 리튬 이온 수보다 적을 수 있으므로, 리튬 석출 현상을 유발한다.
리튬 석출이 심할 경우, 탈리된 리튬 이온은 음극편 표면에서 리튬 결정을 형성할 수 있고; 분리 부재가 비교적 얇기 때문에, 리튬 결정은 분리 부재를 뚫기 쉬워, 인접한 양극편과 음극편의 단락 위험을 초래하고 안전 위험을 유발한다.
또한, 양극편 또는 음극편은 권취, 벤딩 과정에서 일정한 미세 균열 및 버가 쉽게 발생하므로, 비교적 큰 응력 작용하에 분리 부재를 뚫기 쉬워, 전극 조립체에 단락이 발생하고, 나아가 전지 셀에 화재 및 폭발과 같은 열 폭주 현상이 쉽게 발생한다.
이에 감안하여, 본 발명의 발명자는 전극 조립체를 제공하고, 상기 전극 조립체의 벤딩 영역에 분리 부재의 층 수를 증가시켜, 전극 조립체 내 분리 부재의 파손 확률을 감소시키고, 제1 극편과 제2 극편의 내부 단락 위험을 감소시키며, 사용 수명 및 안전성을 향상시킨다.
본 발명의 실시예에 설명되는 전극 조립체는 전지 셀, 전지 및 전지를 사용한 전기 장치에 적용된다.
전기 장치는 차량, 휴대폰, 휴대용 기기, 노트북 컴퓨터, 선박, 우주선, 전기 장난감, 전동 공구 등일 수 있다. 차량은 휘발유 자동차, 가스 자동차 또는 신에너지 자동차일 수 있고, 신에너지 자동차는 순수 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 항속거리 연장형 자동차 등일 수 있으며; 우주선은 비행기, 로켓, 우주왕복선, 우주비행선 등을 포함하고; 전기 장남감은 게임기, 전기 자동차 장난감, 전기 선박 장난감 및 전기 비행기 장난감과 같은 고정식 또는 이동식 전기 장난감을 포함하며; 전동 공구는 전기 드릴, 전기 그라인더, 전기 렌치, 전기 드라이버, 전기 해머, 전기 충격 드릴, 콘크리트 진동기 및 전기 대패와 같은 금속 절삭 전동 공구, 연삭 전동 공구, 조립 전동 공구 및 철도용 전동 공구를 포함한다. 본 발명의 실시예는 상기 전기 장치를 특별히 한정하지 않는다.
하기 실시예는 설명의 편의를 위해, 전기 장치가 차량인 것을 예로 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예에서 제공되는 차량의 구조 모식도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 차량(1)의 내부에는 전지(2)가 설치되고, 전지(2)는 차량(1)의 바닥부 또는 헤드부 또는 테일부에 설치될 수 있다. 전지(2)는 차량(1)의 전원 공급에 사용될 수 있는 바, 예를 들어, 전지(2)는 차량(1)의 작동 전원으로 사용될 수 있다.
차량(1)은 컨트롤러(3) 및 모터(4)를 더 포함할 수 있고, 컨트롤러(3)는 전지(2)를 제어하여 모터(4)에 전원을 공급하는 데 사용될 수 있는 바, 예를 들어, 차량(1)의 시동, 탐색 및 주행 시의 작동 전원 요구사항에 사용될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 전지(2)는 차량(1)의 작동 전원으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 차량(1)의 구동 전원으로 사용될 수 있고, 휘발유 또는 천연 가스를 대체하거나 부분적으로 대체하여 차량(1)에 구동력을 제공한다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예에서 제공되는 전지의 분해 모식도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전지(2)는 박스(5) 및 전지 셀(6)을 포함하고, 전지 셀(6)은 박스(5) 내에 수용된다.
박스(5)는 전지 셀(6)을 수용하는 데 사용되고, 박스(5)는 다양한 구조일 수 있다. 일부 실시예에서, 박스(5)는 제1 박스부(51) 및 제2 박스부(52)를 포함할 수 있고, 제1 박스부(51)와 제2 박스부(52)는 서로 커버되며, 제1 박스부(51) 및 제2 박스부(52)는 전지 셀(6)을 수용하기 위한 수용 공간(53)을 공동으로 한정한다. 제2 박스부(52)는 일단에 개구가 구비된 중공 구조일 수 있고, 제1 박스부(51)는 판상 구조일 수 있으며, 제1 박스부(51)는 제2 박스부(52)의 개구 측에 커버되어 수용 공간(53)을 갖는 박스(5)를 형성하고; 제1 박스부(51) 및 제2 박스부(52)는 일측에 개구가 구비된 중공 구조일 수도 있으며, 제1 박스부(51)의 개구 측은 제2 박스부(52)의 개구 측에 커버되어 수용 공간(53)을 갖는 박스(5)를 형성한다. 물론, 제1 박스부(51) 및 제2 박스부(52)는 다양한 형상일 수 있고, 예를 들어 원통형, 직육면체 등이다.
제1 박스부(51)와 제2 박스부(52)가 연결된 후의 기밀성을 향상시키기 위해, 제1 박스부(51)와 제2 박스부(52) 사이에 밀봉제, 밀봉링과 같은 밀봉 부재가 설치될 수도 있다.
제1 박스부(51)가 제2 박스부(52)의 상단에 커버된다고 가정하면, 제1 박스부(51)를 상부 박스 커버라고도 할 수 있고, 제2 박스부(52)를 하부 박스라고도 할 수 있다.
전지(2)에서, 전지 셀(6)은 다수일 수 있다. 다수의 전지 셀(6) 사이는 직렬 연결 또는 병렬 연결 또는 혼합 연결될 수 있고, 혼합 연결은 다수의 전지 셀(6)에 직렬 연결뿐만 아니라 병렬 연결도 있음을 의미한다. 다수의 전지 셀(6) 사이는 직접 직렬 연결 또는 병렬 연결 또는 혼합 연결된 다음, 다수의 전지 셀(6)로 구성된 전체가 박스(5) 내에 수용될 수 있으며; 물론, 다수의 전지 셀(6)은 먼저 직렬 연결 또는 병렬 연결 또는 혼합 연결되어 전지 모듈을 구성하고, 다수의 전지 모듈은 직렬 연결 또는 병렬 연결 또는 혼합 연결되어 하나의 전체를 형성하여, 박스(5) 내에 수용될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예에서 제공되는 전지 셀의 분해 모식도이다. 전지 셀(6)은 전지(2)를 구성하는 최소 단위를 의미한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전지 셀(6)은 케이스, 전극 조립체(100) 및 다른 기능성 부재를 포함하고, 전극 조립체(100)는 케이스 내에 수용된다.
일부 실시예에서, 케이스는 단부 커버(61) 및 하우징(62)을 포함한다.
단부 커버(61)는 하우징(62)의 개구 위치에 커버되어 전지 셀(6)의 내부 환경을 외부 환경으로부터 격리시키는 부재를 의미한다. 비제한적으로, 단부 커버(61)의 형상은 하우징(62)의 형상에 맞게 하우징(62)에 정합될 수 있다. 선택적으로, 단부 커버(61)는 일정한 경도 및 강도를 갖는 재질(예를 들어, 알루미늄 합금)로 제조될 수 있고, 이로써 단부 커버(61)는 압착 및 충돌 시 쉽게 변형되지 않아, 전지 셀(6)이 더 높은 구조적 강도를 갖고 안전 성능도 향상되도록 할 수 있다. 단부 커버(61)에 전극 단자와 같은 기능성 부재가 설치될 수 있다. 전극 단자는 전극 조립체(100)에 전기적으로 연결되어 전지 셀(6)의 전기 에너지를 출력하거나 입력하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 단부 커버(61)에 또한 전지 셀(6)의 내부 압력 또는 온도가 임계값에 도달할 때 내부 압력을 방출하기 위한 감압 기구가 설치될 수 있다. 단부 커버(61)의 재질은 구리, 철, 알루미늄, 스테인리스강, 알루미늄 합금, 플라스틱과 같이 다양할 수 있고, 본 발명의 실시예는 특별히 한정하지 않는다.
일부 실시예에서, 단부 커버(61)의 내측에 또한 절연 부재가 설치될 수 있고, 절연 부재는 하우징(62) 내의 전기 연결 부재와 단부 커버(61)를 분리하여, 단락 위험을 감소시킬 수 있다. 예시적으로, 절연 부재는 플라스틱, 고무 등일 수 있다.
하우징(62)은 단부 커버(61)에 정합되어 전지 셀(6)의 내부 환경을 형성하는 어셈블리이고, 여기서 형성된 내부 환경은 전극 조립체(100), 전해액 및 다른 부재를 수용하는 데 사용될 수 있다. 하우징(62) 및 단부 커버(61)는 독립적인 부재일 수 있고, 하우징(62)에 개구가 설치될 수 있으며, 개구 위치에서 단부 커버(61)가 개구에 커버되도록 하여 전지 셀(6)의 내부 환경을 형성한다. 비제한적으로, 단부 커버(61)와 하우징(62)은 일체화될 수도 있고, 구체적으로 단부 커버(61)와 하우징(62)은 다른 부재가 하우징에 들어가기 전에 하나의 공통 연결면을 형성할 수 있으며, 하우징(62)의 내부를 패키징해야 하는 경우, 단부 커버(61)가 하우징(62)에 커버되도록 한다. 하우징(62)은 직육면체, 원통형, 육각기둥과 같이 다양한 형상 및 다양한 사이즈일 수 있다. 구체적으로, 하우징(62)의 형상은 전극 조립체(100)의 구체적인 형상 및 사이즈에 따라 결정될 수 있다. 하우징(62)의 재질은 구리, 철, 알루미늄, 스테인리스강, 알루미늄 합금, 플라스틱과 같이 다양할 수 있고, 본 발명의 실시예는 특별히 한정하지 않는다.
전극 조립체(100)는 전지 셀(6)에서 전해액에 침윤되어 전기화학 반응을 일으키는 부재이다. 하우징(62) 내에 하나 이상의 전극 조립체(100)가 포함될 수 있다. 전극 조립체(100)는 주로 양극편과 음극편이 권취되어 형성되고, 통상적으로 양극편과 음극편 사이에 분리 부재가 설치된다. 양극편과 음극편에서 활물질이 있는 부분은 전극 조립체(100)의 본체부를 구성하고, 양극편과 음극편에서 활물질이 없는 부분은 각각 탭을 구성한다. 양극 탭 및 음극 탭은 본체부의 일단에 공동으로 위치하거나 본체부의 양단에 각각 위치할 수 있다. 전지 셀의 충방전 과정에서, 양극 활물질 및 음극 활물질은 전해액과 반응하고, 탭은 전극 단자에 연결되어 전류 루프를 형성한다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예에서 제공되는 전극 조립체의 구조 모식도이고; 도 5는 도 4에 도시된 전극 조립체의 부분 확대 모식도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 전극 조립체(100)는 제1 극편(110), 제2 극편(120) 및 제1 분리 부재(131)를 포함하고, 제1 극편(110)과 제2 극편(120)의 극성은 반대이며, 제1 분리 부재(131)는 제1 극편(110)과 제2 극편(120)을 이격하는 데 사용되고, 제1 극편(110), 제2 극편(120) 및 제1 분리 부재(131)는 권취 방향(X)을 따라 권취된다. 전극 조립체(100)는 벤딩 영역(B)을 갖고, 벤딩 영역(B)에 제2 분리 부재(132)가 설치되며, 제2 분리 부재(132)는 제1 분리 부재(131)와 적층되고 인접한 제1 극편(110)과 제2 극편(120)을 이격하는 데 사용되며; 제1 극편(110)으로부터 탈리된 이온의 적어도 일부는 제1 분리 부재(131)와 제2 분리 부재(132)를 통과하고 제2 극편(120)에 삽입될 수 있다.
본 실시예에서, 권취 방향(X)은 제1 극편(110), 제2 극편(120) 및 제1 분리 부재(131)가 내부에서 외부로의 원주 방향으로 권취되는 방향이다. 예시적으로, 도면에서 권취 방향(X)은 반시계 방향이다.
제1 극편(110) 및 제2 극편(120) 중 하나는 양극편이고, 다른 하나는 음극편이다.
제1 분리 부재(131) 및 제2 분리 부재(132)는 모두 대량의 관통 미소공을 가지고 있어, 금속 이온의 자유로운 통과를 보장할 수 있고; 예를 들어, 제1 분리 부재(131) 및 제2 분리 부재(132)는 리튬 이온에 대해 우수한 투과성을 가지고 있으며, 기본적으로 리튬 이온의 통과를 차단할 수 없다. 예시적으로, 제1 분리 부재(131) 및 제2 분리 부재(132)의 재질은 PP(polypropylene, 폴리프로필렌) 또는 PE(polyethylene, 폴리에틸렌) 등일 수 있다.
제1 분리 부재(131) 및 제2 분리 부재(132)는 동일한 재료로 제조될 수 있고, 상이한 재료로 제조될 수도 있다. 본 실시예에서, 제1 분리 부재(131) 및 제2 분리 부재(132)의 두께를 한정하지 않는다.
본 발명에서 언급된 분리 부재는 분리막이라고 할 수도 있고, 도면에서 선으로 표시되어 있지만 실제로 분리 부재도 두께를 가지고 있다.
제1 극편(110), 제2 극편(120) 및 제1 분리 부재(131)는 모두 스트립 형태의 구조이다. 일부 실시예에서, 제1 분리 부재(131)는 2개로 설정되고, 본 발명은 먼저 제1 극편(110), 하나의 제1 분리 부재(131), 제2 극편(120) 및 다른 하나의 제1 분리 부재(131)를 순차적으로 적층한 다음, 두 바퀴 이상 권취하여 권취 구조를 형성할 수 있다.
본 발명에서, 권취 기기는 제1 극편(110), 제2 극편(120) 및 제1 분리 부재(131)를 여러 바퀴로 권취하고, 각 바퀴에는 여러 층이 구성될 수 있으며, 한 바퀴는 전극 조립체(100) 상의 특정 지점을 시작단으로 하여 계산하기 시작하고, 권취 방향(X)을 따라 한 바퀴 돌아 다른 지점에 도달하여 끝단을 포지셔닝하는 것을 의미하며, 끝단과 시작단 및 이 바퀴의 중심은 일직선 상에 있고, 시작단은 끝단과 이 바퀴의 중심 사이에 있다. 각 바퀴는 순차적으로 제1 극편층, 제1 분리 부재층, 제2 극편층 및 제2 분리 부재층을 포함하고, 제1 분리 부재(131)는 인접한 바퀴 또는 동일한 바퀴의 인접한 층의 제1 극편(110)과 제2 극편(120)을 분리하는 데 사용된다.
제1 분리 부재(131)는 관련 기술에서 제1 극편(110)과 제2 극편(120) 사이의 한 층의 분리 부재, 즉 기본 분리 부재로 이해되어야 하고, 제2 분리 부재(132)는 추가된 분리 부재, 즉 부가 분리 부재로 이해되어야 한다.
전극 조립체(100)는 다양한 형상일 수 있고, 예를 들어 전극 조립체(100)는 원통형, 편평형, 각기둥(예를 들어, 삼각기둥, 사각기둥 또는 육각기둥) 또는 다른 형상일 수 있다.
제1 극편(110) 및 제2 극편(120)은 모두 벤딩 영역(B)에 위치한 다수의 벤딩부(150)를 포함한다. 벤딩 영역(B)은 전극 조립체(100)에서 벤딩 구조를 갖는 영역이고, 제1 극편(110)에서 벤딩 영역(B)에 위치한 부분(즉 제1 극편(110)의 벤딩부(150)) 및 제2 극편(120)에서 벤딩 영역(B)에 위치한 부분(즉 제2 극편(120)의 벤딩부(150))은 모두 벤딩되게 설치된다. 예시적으로, 제1 극편(110)의 벤딩부(150) 및 제2 극편(120)의 벤딩부(150)는 대체로 원호 형상으로 벤딩된다.
본 실시예에서, 벤딩 영역(B)에 하나의 제2 분리 부재(132)가 설치될 수 있고, 다수의 제2 분리 부재(132)가 설치될 수도 있다.
제2 분리 부재(132)는 극편과 제1 분리 부재(131) 사이에 적층되고, 여기서 상기 극편은 제1 극편(110)일 수 있고, 제2 극편(120)일 수도 있다. 일부 예시에서, 제2 분리 부재(132)는 극편과 제1 분리 부재(131) 사이에 독립적으로 설치될 수 있고, 즉 제2 분리 부재(132)는 각각 극편 및 제1 분리 부재(131)와 분리되게 적층되며, 제2 분리 부재(132)와 극편 사이 및 제2 분리 부재(132)와 제1 분리 부재(131) 사이는 모두 점착 등 연결 관계가 없다. 다른 일부 예시에서, 제2 분리 부재(132)는 극편의 표면에 부착되거나 제1 분리 부재(131)의 표면에 부착될 수도 있고; 부착은 접착식 연결을 의미하고, 예를 들어 제2 분리 부재(132)는 접착 방식을 통해 극편 또는 제1 분리 부재(131)에 부착될 수 있다.
제2 분리 부재(132)는 전체가 전극 조립체(100)의 벤딩 영역(B)에 위치할 수 있고, 일부만 전극 조립체(100)의 벤딩 영역(B)에 위치할 수도 있다.
본 실시예에서, 제1 분리 부재(131) 및 제2 분리 부재(132)는 공동으로 벤딩 영역(B)의 제1 극편(110)과 제2 극편(120)을 이격하는데, 벤딩 영역(B)에서 리튬 석출 문제가 발생하거나, 극편의 벤딩 과정에서 버가 발생하더라도, 리튬 덴드라이트 또는 버는 제1 분리 부재(131)와 제2 분리 부재(132)를 동시에 뚫기 어려우므로, 제1 극편(110)과 제2 극편(120)의 도통 확률을 감소시키고, 분리 분재의 파손으로 인한 전극 조립체(100)의 단락 문제를 효과적으로 감소시키며, 나아가 전극 조립체(100)의 고장 위험을 효과적으로 감소시키고, 전극 조립체(100)의 사용 수명 및 안전성을 향상시킬 수 있다. 제1 분리 부재(131)와 제2 분리 부재(132)는 모두 이온을 투과할 수 있어, 이온에 대한 장벽을 낮추고 전극 조립체(100)의 용량을 보장할 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 분리 부재(132)의 두께는 제1 분리 부재(131)의 두께보다 크다.
본 실시예에서, 제2 분리 부재(132)는 제1 분리 부재(131)보다 뚫기 더 어려우므로, 제2 분리 부재(132)의 파손 위험을 효과적으로 감소시키고 안전성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 분리 부재(132)의 공극률은 제1 분리 부재(131)의 공극률보다 크거나 같다.
공극률은 자연 상태에서 재료의 총 부피에 대한 벌크 재료의 공극 부피의 백분율을 의미한다. 일반 경우에, 공극률의 테스트 방법은 진밀도 테스트 방법이다.
본 실시예에서, 제2 분리 부재(132)는 이온 투과성이 우수하여, 이온에 대한 제2 분리 부재(132)의 장벽을 감소시키고, 전극 조립체（100）의 용량을 보장한다.
일부 실시예에서, 제2 분리 부재(132)의 공극률은 제1 분리 부재(131)의 공극률보다 크다.
일부 실시예에서, 벤딩 영역(B)에서, 적어도 최내측의 인접한 제1 극편(110)과 제2 극편(120) 사이에 제2 분리 부재(132)가 설치된다.
벤딩 영역(B)에서, 최내측의 제1 극편(110)과 제2 극편(120)은 리튬 석출 문제 및 버 문제가 더 쉽게 발생한다. 구체적으로, 제1 극편(110)의 다른 벤딩부(150)에 비해, 제1 극편(110)의 최내측의 하나의 벤딩부(150)의 곡률이 비교적 크고, 받는 응력도 비교적 크므로, 제1 극편(110)의 최내측의 하나의 벤딩부(150)의 활물질 탈리 현상이 비교적 심각하고, 버도 더 쉽게 발생한다. 마찬가지로, 제2 극편(120)의 다른 벤딩부(150)에 비해, 제2 극편(120)의 최내측의 하나의 벤딩부(150)의 곡률은 비교적 크고, 받는 응력도 비교적 크므로, 제2 극편(120)의 최내측의 하나의 벤딩부(150)의 활물질 탈리 현상이 비교적 심각하고, 버도 더 쉽게 발생한다.
본 실시예는 리튬 석출 문제가 심각한 영역에 제2 분리 부재(132)를 설치하여, 분리 부재의 파손으로 인한 전극 조립체(100)의 단락 문제를 효과적으로 감소시키고, 전극 조립체(100)의 사용 수명 및 안전성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 벤딩 영역(B)에 다수의 제2 분리 부재(132)가 설치되고, 인접한 제2 분리 부재(132)는 제1 극편(110) 또는 제2 극편(120)에 의해 이격된다. 인접한 제2 분리 부재(132)에서, 내측의 제2 분리 부재(132)의 두께는 외측의 제2 분리 부재(132)의 두께보다 크다.
벤딩 영역(B)에서, 벤딩부(150)의 곡률은 내부에서 외부로 점차 감소되고, 벤딩부(150)가 받는 응력도 점차 감소되며; 즉, 벤딩 영역(B)에서, 내측의 벤딩부(150)에 나타나는 리튬 석출 문제는 외측의 벤딩부(150)에 나타나는 리튬 석출 문제보다 심각하다.
본 실시예에서, 내측의 제2 분리 부재(132)는 두께가 보다 커서 뚫림 위험을 최대한 감소시키고; 외측의 제2 분리 부재(132)는 뚫림 위험이 적으므로, 두께가 비교적 작을 수 있어, 제2 분리 부재(132)의 사용량을 절약하고, 전극 조립체(100)의 에너지 밀도를 향상시킨다.
일부 실시예에서, 다수의 제2 분리 부재(132)는 모두 독립적으로 설치된다. 각 제2 분리 부재(132)의 위치는 필요에 따라 자유롭게 설정될 수 있다.
일부 실시예에서, 전극 조립체(100)는 벤딩 영역(B)에 연결된 스트레이트 영역(C)을 더 포함하고, 권취 방향(X)을 따른 제2 분리 부재(132)의 양단은 모두 스트레이트 영역(C)에 위치한다.
스트레이트 영역(C)은 전극 조립체(100)에서 스트레이트 구조를 갖는 영역이고, 제1 극편(110) 및 제2 극편(120)은 모두 스트레이트 영역(C)에 위치하는 다수의 스트레이트부(160)를 포함한다. 스트레이트 영역(C) 내의 스트레이트부(160)는 기본적으로 평탄하게 설치되고, 예시적으로 스트레이트부(160)는 대략 평판 형상이다.
예시적으로, 벤딩 영역(B)은 2개이고 스트레이트 영역(C)의 양단에 연결된다. 적어도 하나의 벤딩 영역(B)에 제2 분리 부재(132)가 설치되고; 선택적으로, 2개의 벤딩 영역(B)에 모두 제2 분리 부재(132)가 설치된다.
본 실시예에서, 제2 분리 부재(132)는 제1 극편(110)과 제2 극편(120)을 완전히 이격하여 안전성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 분리 부재(132)는 제1 분리 부재(131)의 외부 표면에 부착된다.
제2 분리 부재(132)는 전체가 제1 분리 부재(131)에 부착될 수 있고, 일부만 제1 분리 부재(131)에 부착될 수도 있다. 예시적으로, 권취 방향(X)을 따른 제2 분리 부재(132)의 양단은 제1 분리 부재(131)에 부착된다.
본 실시예에서, 제2 분리 부재(132)는 제1 분리 부재(131)에 부착되어, 충방전 과정에서 권취 방향(X)을 따른 제2 분리 부재(132)의 오프셋 및 어긋남 위험을 감소시키고, 벤딩 영역(B)에서 제2 분리 부재(132)의 보호 효과를 보장하며, 안전성을 향상시킬 수 있다.
제1 분리 부재(131)는 벤딩 시, 내부 표면이 압축되어 외부 표면이 연신되고, 제2 분리 부재(132)가 제1 분리 부재(131)의 내부 표면에 부착되면, 제2 분리 부재(132)는 제1 분리 부재(131)의 영향하에 구겨지고, 이온의 전달에 영향을 미칠 수 있다. 본 실시예에서 제2 분리 부재(132)는 제1 분리 부재(131)의 외부 표면에 부착되고, 제2 분리 부재(132)는 제1 분리 부재(131)의 작용하에 연신되어, 제2 분리 부재(132)의 구겨짐 위험을 감소시킬 수 있다.
본 발명에서, 내측 및 외측은 전극 조립체(100)의 권취 중심을 기준으로 하고, 권취 중심을 향하는 일측이 내측이며, 권취 중심에서 멀어지는 일측이 외측이다. 즉, 제1 분리 부재(131)에서 권취 중심을 향하는 표면이 내부 표면이고, 권취 중심에서 멀어지는 표면이 외부 표면이다.
일부 실시예에서, 제2 분리 부재(132)는 열압착을 통해 제1 분리 부재(131)의 외부 표면에 접착된다.
일부 실시예에서, 제1 분리 부재(131) 및 제2 분리 부재(132)의 재료는 PP(폴리프로필렌) 또는 PE(폴리에틸렌)일 수 있다. 상기 설정을 통해, 재료의 선택은 가공이 더 편리하고 비용이 더 저렴하며 상업적 고려에 유리하도록 한다.
일부 실시예에서, 제1 분리 부재(131)는 PP(폴리프로필렌) 또는 PE(폴리에틸렌)일 수 있고, 제2 분리 부재(132)는 폴리프로필렌/초고분자량 폴리에틸렌 분리막/에폭시 수지 복합 분리막, 다공성 폴리프로필렌 분리막, 동축 복합 나노섬유 막, 다공성 분리막, 유리 섬유 전지 분리막, PVDF-HFP 고분자 전해질 분리막 중 하나일 수 있다. 여기서, 폴리프로필렌/초고분자량 폴리에틸렌 분리막/에폭시 수지 복합 분리막은 분리막의 공극률 및 내열성을 향상시킬 수 있다. 다공성 폴리프로필렌 분리막은 통기성과 천공 강도를 가질 수 있다. 동축 복합 나노섬유 막은 불소 절연 피복층과 폴리이미드 코어층을 포함하는 복합 나노섬유로 구성되어, 우수한 습윤성, 보액성 및 이온 전도성을 보장할 수 있을 뿐만 아니라, 높은 기계적 강도 및 내열 성능을 가질 수 있다. 다공성 분리막은 폴리올레핀과 이산화규소 또는 다른 무기물을 혼합하여 제조된다. 유리 섬유 전지 분리막은 무알칼리 유리 섬유, PET(폴리에스테르), PA(폴리아미드)로 구성된다. 상기 설정을 통해 제2 분리 부재(132)의 내천공 강도, 기계적 강도는 더 크고, 리튬 덴드라이트에 대한 억제 작용은 더 강하다.
일부 실시예에서, 제2 분리 부재(132)는 다수의 분리층(1321)을 포함하고, 다수의 분리층(1321)은 제2 분리 부재(132)의 두께 방향을 따라 적층된다.
본 실시예에서, 다층 구조는 제2 분리 부재(132)의 강도를 향상시키고, 제2 분리 부재(132)의 뚫림 난이도를 증가시키며, 안전성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 인접한 분리층(1321)은 서로 접착된다.
도 4 및 도 5에서, 분리층(1321)은 선으로 표시되어 있지만, 도면의 분리층(1321) 사이에는 간극이 있고, 실제로 인접한 분리층(1321)은 접착하여 부착될 수 있다.
본 실시예에서, 다수의 분리층(1321)은 함께 접착되므로, 전극 조립체(100)의 권취 과정에서 다수의 분리층(1321) 사이의 오프셋 위험을 감소시키고, 벤딩 영역(B)에서 제2 분리 부재(132)의 보호 효과를 보장할 수 있다.
일부 실시예에서, 다수의 분리층(1321)은 열압착을 통해 함께 접착될 수 있다.
일부 실시예에서, 분리층(1321)의 재질은 제1 분리 부재(131)의 재질과 동일하고, 분리층(1321)의 두께는 제1 분리 부재(131)의 두께와 같다.
본 실시예에서, 제1 분리 부재(131)와 제2 분리 부재(132)는 동일한 사양의 분리 부재를 사용하여 제조될 수 있어, 공정을 단순화하고 비용을 감소시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 일부 실시예에서 제공되는 전극 조립체의 부분 구조 모식도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 다수의 분리층은 인접하게 설치된 제1 분리층(132a) 및 제2 분리층(132b)을 포함하고, 제1 분리층(132a)은 제2 분리층(132b)과 제1 분리 부재(131) 사이에 위치한다. 권취 방향(X)에서, 제2 분리층(132b)의 단부는 제1 분리층(132a)의 단부와 어긋나게 설치된다.
어긋나게 설치된다는 것은 제2 분리층(132b)의 단부와 제1 분리층(132a)의 단부가 제2 분리 부재(132)의 두께 방향에서 중첩되지 않음을 의미한다.
예시적으로, 다수의 분리층 중의 2개의 분리층은 각각 제1 분리층(132a) 및 제2 분리층(132b)이다.
권취 방향(X)을 따른 제1 분리층(132a)의 양단을 각각 제1 단부 및 제2 단부로 정의하고, 권취 방향(X)을 따른 제2 분리층(132b)의 양단을 각각 제3 단부 및 제4 단부로 정의한다. 제4 단부에 대해 제3 단부는 제1 단부와 더 근접하고, 제3 단부에 대해 제4 단부는 제2 단부와 더 근접하다.
본 실시예에서, 제1 단부와 제3 단부는 권취 방향(X)을 따라 어긋나게 설치된다. 제2 단부와 제4 단부는 권취 방향(X)을 따라 정렬되게 설치될 수 있고, 권취 방향(X)을 따라 어긋나게 설치될 수도 있다.
충방전 과정에서, 제1 극편(110)과 제2 극편(120)은 팽창되어 제1 분리층(132a) 및 제2 분리층(132b)을 압출한다. 제1 분리층(132a)의 단부와 제2 분리층(132b)의 단부가 정렬되면, 제1 분리층(132a)의 단부와 제2 분리층(132b)의 단부는 극편의 동일한 위치를 압출하여, 응력 집중을 초래하고, 극편의 성능에 영향을 미칠 수 있다.
본 실시예는 제2 분리층(132b)의 단부를 제1 분리층(132a)의 단부와 어긋나게 설치하여, 제2 분리층(132b)의 단부 및 제1 분리층(132a)의 단부가 극편의 상이한 영역을 압출하도록 하여, 응력 집중을 감소시키고, 극편의 균열 위험을 감소시키며, 극편의 성능을 개선할 수 있다.
일부 실시예에서, 권취 방향(X)에서 제2 분리층(132b)의 양단은 모두 제1 분리층(132a)을 초과하고 제1 분리 부재(131)에 부착된다.
제1 분리층(132a)은 제2 분리층(132b)과 제1 분리 부재(131) 사이에 독립적으로 설치될 수 있고, 제2 분리층(132b) 또는 제1 분리 부재(131)에 부착될 수도 있다.
본 실시예에서, 제2 분리층(132b)은 제1 분리 부재(131)에 부착되고, 권취 방향(X)에서 제1 분리층(132a)의 이동을 제한할 수 있어, 충방전 과정에서 권취 방향을 따른 제1 분리층(132a)과 제2 분리층(132b)의 오프셋 및 어긋남 위험을 감소시키고, 벤딩 영역(B)에서 제2 분리 부재(132)의 보호 효과를 보장하며, 안전성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 분리층(132a)은 제1 분리 부재(131)에 부착된다.
제1 분리층(132a)은 전체가 제1 분리 부재(131)에 부착될 수 있고, 일부만 제1 분리 부재(131)에 부착될 수도 있다. 예시적으로, 권취 방향(X)을 따른 제1 분리층(132a)의 양단은 제1 분리 부재(131)에 부착된다.
본 실시예는 권취 방향(X)을 따른 제1 분리층(132a)의 오프셋 및 어긋남 위험을 감소시키고, 벤딩 영역(B)에서 제1 분리층(132a)의 보호 효과를 보장하며, 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일부 실시예에서 제공되는 전극 조립체의 부분 구조 모식도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 전극 조립체(100)는 벤딩 영역(B)에 연결된 스트레이트 영역(C)을 더 포함한다. 제1 분리층(132a) 전체는 벤딩 영역(B)에 위치한다. 권취 방향(X)을 따른 제2 분리층(132b)의 양단은 스트레이트 영역(C)에 위치한다.
본 실시예에서, 제1 분리층(132a) 및 제2 분리층(132b)은 동시에 벤딩 영역(B)에서 보호 작용을 일으켜, 단락 위험을 감소시키고 안전성을 향상시킬 수 있다. 제1 분리층(132a) 전체는 벤딩 영역(B)에 위치하여, 제1 분리층(132a)이 스트레이트 영역(C)의 이온 전달에 영향을 미치는 것을 방지하고, 스트레이트 영역(C)의 충방전 성능을 보장할 수 있다. 권취 방향(X)을 따른 제2 분리층(132b)의 양단은 스트레이트 영역(C)에 위치하여, 제2 분리층(132b)의 단부가 제1 분리층(132a)의 단부와 어긋나도록 하여 응력 집중을 감소시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 권취 방향(X)을 따른 제1 분리층(132a)의 단부는 스트레이트 영역(C)과 벤딩 영역(B)의 교차 위치에 위치한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일부 실시예에서 제공되는 전극 조립체의 부분 구조 모식도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제2 극편(120)은 음극편이고, 제2 분리 부재(132)는 제2 극편(120)의 외부 표면에 부착된다.
본 실시예에서, 제2 분리 부재(132)는 제2 극편(120)의 외부 표면에 부착되고, 제2 분리 부재(132)는 제2 극편(120)의 작용하에 연신되어, 제2 분리 부재(132)의 구겨짐 위험을 감소시킬 수 있다.
벤딩 영역(B)에서, 음극편 외측의 양극편의 직경은 음극편의 직경보다 크므로, 음극편 외측의 양극편의 양극 활물질층의 면적은 음극편의 음극 활물질층의 면적보다 크며, 이로 인해 음극편의 외부 표면에 리튬 석출이 쉽게 발생한다. 본 실시예에서 제2 분리 부재(132)는 음극편의 외부 표면에 부착되어, 단락 위험을 감소시키고, 안전성을 향상시킨다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예에서 제공되는 전극 조립체의 제조 방법의 흐름 모식도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 전극 조립체의 제조 방법은 하기와 같은 단계를 포함한다.
단계 S100에서, 제1 극편, 제2 극편, 제1 분리 부재 및 제2 분리 부재를 제공한다.
단계 S200에서, 제1 극편, 제2 극편 및 제1 분리 부재를 권취 방향을 따라 권취하여, 벤딩 영역을 형성한다.
여기서, 제1 극편과 제2 극편의 극성은 반대이고, 제1 분리 부재는 제1 극편과 제2 극편을 이격하는 데 사용되며; 벤딩 영역에 제2 분리 부재가 설치되고, 제2 분리 부재는 제1 분리 부재와 적층되고 인접한 제1 극편과 제2 극편을 이격하는 데 사용되며; 제1 극편으로부터 탈리된 이온의 적어도 일부는 제1 분리 부재와 제2 분리 부재를 통과하고 제2 극편에 삽입될 수 있다.
설명해야 할 것은, 상기 전극 조립체의 제조 방법으로 제조된 전지 조립체의 관련 구조는 상기 각 실시예에서 제공되는 전지 조립체를 참조할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예에서 제공되는 전극 조립체의 제조 시스템의 예시적인 블록도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 전극 조립체의 제조 시스템(90)은 제공 장치(91) 및 권취 장치(92)를 포함한다. 제공 장치(91)는 제1 극편, 제2 극편, 제1 분리 부재 및 제2 분리 부재를 제공한다. 권취 장치(92)는 제1 극편, 제2 극편 및 제1 분리 부재를 권취 방향을 따라 권취하여, 벤딩 영역을 형성한다. 제1 극편과 제2 극편의 극성은 반대이고, 제1 분리 부재는 제1 극편과 제2 극편을 이격하는 데 사용되며; 벤딩 영역에 제2 분리 부재가 설치되고, 제2 분리 부재는 제1 분리 부재와 적층되고 인접한 제1 극편과 제2 극편을 이격하는 데 사용되며; 제1 극편으로부터 탈리된 이온의 적어도 일부는 제1 분리 부재와 제2 분리 부재를 통과하고 제2 극편에 삽입될 수 있다.
상기 제조 시스템으로 제조된 전극 조립체의 관련 구조는 상기 각 실시예에서 제공되는 전극 조립체를 참조할 수 있다.
설명해야 할 것은, 모순되지 않는 한 본 발명의 실시예 및 실시예의 특징은 서로 조합될 수 있다.
마지막으로 설명해야 할 것은, 상기 실시예는 본 발명의 기술적 해결수단을 설명하기 위한 것일 뿐이고 이에 한정되지 않는다. 전술한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 당업자는 전술한 각 실시예에 기재된 기술적 해결수단을 여전히 수정하거나 기술특징의 일부를 균등하게 대체할 수 있으며, 이러한 수정 또는 대체에 의해 상응한 기술적 해결수단의 본질이 본 발명의 각 실시예의 기술적 해결수단의 정신 및 범위를 벗어나지 않는다.

Claims (20)

  1. 전극 조립체로서,
    제1 극편, 제2 극편 및 제1 분리 부재를 포함하고, 상기 제1 극편과 상기 제2 극편의 극성은 반대이며, 상기 제1 분리 부재는 상기 제1 극편과 상기 제2 극편을 이격하는 데 사용되고, 상기 제1 극편, 상기 제2 극편 및 상기 제1 분리 부재는 권취 방향을 따라 권취되되;
    상기 전극 조립체는 벤딩 영역을 갖고, 상기 벤딩 영역에 제2 분리 부재가 설치되며, 상기 제2 분리 부재는 상기 제1 분리 부재와 적층되고 인접한 상기 제1 극편과 상기 제2 극편을 이격하는 데 사용되며; 상기 제1 극편으로부터 탈리된 이온의 적어도 일부는 상기 제1 분리 부재와 상기 제2 분리 부재를 통과하고 상기 제2 극편에 삽입될 수 있는 전극 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 분리 부재의 두께는 상기 제1 분리 부재의 두께보다 큰 전극 조립체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 분리 부재는 다수의 분리층을 포함하고, 상기 다수의 분리층은 상기 제2 분리 부재의 두께 방향을 따라 적층되는 전극 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    인접한 상기 분리층이 서로 접착되는 전극 조립체.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 다수의 분리층은 인접하게 설치된 제1 분리층 및 제2 분리층을 포함하고, 상기 제1 분리층은 상기 제2 분리층과 상기 제1 분리 부재 사이에 위치하며;
    상기 권취 방향에서, 상기 제2 분리층의 단부는 상기 제1 분리층의 단부와 어긋나게 설치되는 전극 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 권취 방향에서, 상기 제2 분리층의 양단은 모두 상기 제1 분리층을 초과하고 상기 제1 분리 부재에 부착되는 전극 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상기 벤딩 영역에 연결된 스트레이트 영역을 더 포함하고;
    상기 제1 분리층 전체는 상기 벤딩 영역에 위치하며; 상기 권취 방향을 따른 상기 제2 분리층의 양단은 상기 스트레이트 영역에 위치하는 전극 조립체.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 분리층은 상기 제1 분리 부재에 부착되는 전극 조립체.
  9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리층의 재질은 상기 제1 분리 부재의 재질과 동일하고, 상기 분리층의 두께는 상기 제1 분리 부재의 두께와 같은 전극 조립체.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 분리 부재의 공극률은 상기 제1 분리 부재의 공극률보다 크거나 같은 전극 조립체.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벤딩 영역에서, 적어도 최내측의 인접한 상기 제1 극편과 상기 제2 극편 사이에 상기 제2 분리 부재가 설치되는 전극 조립체.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벤딩 영역에 다수의 상기 제2 분리 부재가 설치되고, 인접한 상기 제2 분리 부재는 상기 제1 극편 또는 상기 제2 극편에 의해 이격되며;
    인접한 상기 제2 분리 부재에서, 내측의 상기 제2 분리 부재의 두께는 외측의 상기 제2 분리 부재의 두께보다 큰 전극 조립체.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상기 벤딩 영역에 연결된 스트레이트 영역을 더 포함하고, 상기 권취 방향을 따른 상기 제2 분리 부재의 양단은 모두 상기 스트레이트 영역에 위치하는 전극 조립체.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 분리 부재는 상기 제1 분리 부재의 외부 표면에 부착되는 전극 조립체.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 극편은 음극편이고, 상기 제2 분리 부재는 상기 제2 극편의 외부 표면에 부착되는 전극 조립체.
  16. 전지 셀로서,
    케이스; 및
    상기 케이스 내에 수용되는 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 전극 조립체를 포함하는 전지 셀.
  17. 다수의 제16항에 따른 전지 셀을 포함하는 전지.
  18. 전기 에너지를 제공하기 위한 제16항에 따른 전지 셀을 포함하는 전기 장치.
  19. 전극 조립체의 제조 방법으로서,
    제1 극편, 제2 극편, 제1 분리 부재 및 제2 분리 부재를 제공하는 단계; 및
    상기 제1 극편, 상기 제2 극편 및 상기 제1 분리 부재를 권취 방향을 따라 권취하여 벤딩 영역을 형성하는 단계를 포함하되;
    상기 제1 극편과 상기 제2 극편의 극성은 반대이고, 상기 제1 분리 부재는 상기 제1 극편과 상기 제2 극편을 이격하는 데 사용되며; 상기 벤딩 영역에 제2 분리 부재가 설치되고, 상기 제2 분리 부재는 상기 제1 분리 부재와 적층되고 인접한 상기 제1 극편과 상기 제2 극편을 이격하는 데 사용되며; 상기 제1 극편으로부터 탈리된 이온의 적어도 일부는 상기 제1 분리 부재와 상기 제2 분리 부재를 통과하고 상기 제2 극편에 삽입될 수 있는 전지 조립체의 제조 방법.
  20. 전극 조립체의 제조 시스템으로서,
    제1 극편, 제2 극편, 제1 분리 부재 및 제2 분리 부재를 제공하는 제공 장치; 및
    상기 제1 극편, 상기 제2 극편 및 상기 제1 분리 부재를 권취 방향을 따라 권취하여 벤딩 영역을 형성하는 권취 장치를 포함하되;
    상기 제1 극편과 상기 제2 극편의 극성은 반대이고, 상기 제1 분리 부재는 상기 제1 극편과 상기 제2 극편을 이격하는 데 사용되며; 상기 벤딩 영역에 제2 분리 부재가 설치되고, 상기 제2 분리 부재는 상기 제1 분리 부재와 적층되고 인접한 상기 제1 극편과 상기 제2 극편을 이격하는 데 사용되며; 상기 제1 극편으로부터 탈리된 이온의 적어도 일부는 상기 제1 분리 부재와 상기 제2 분리 부재를 통과하고 상기 제2 극편에 삽입될 수 있는 전지 조립체의 제조 시스템.
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