KR20240056427A - Elctrode assembly and electrochemical device comprising the same - Google Patents
Elctrode assembly and electrochemical device comprising the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240056427A KR20240056427A KR1020230138672A KR20230138672A KR20240056427A KR 20240056427 A KR20240056427 A KR 20240056427A KR 1020230138672 A KR1020230138672 A KR 1020230138672A KR 20230138672 A KR20230138672 A KR 20230138672A KR 20240056427 A KR20240056427 A KR 20240056427A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- stack
- electrode assembly
- wrapping
- anode
- folding
- Prior art date
Links
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 60
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 19
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N [Li].[S] Chemical compound [Li].[S] JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 27
- 230000008569 process Effects 0.000 description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 17
- -1 etc. Chemical compound 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 7
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical group [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910013716 LiNi Inorganic materials 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GJEAMHAFPYZYDE-UHFFFAOYSA-N [C].[S] Chemical class [C].[S] GJEAMHAFPYZYDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 229910000925 Cd alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018091 Li 2 S Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013733 LiCo Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910011281 LiCoPO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010707 LiFePO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015645 LiMn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015676 LiMn 2-z Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910014689 LiMnO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013553 LiNO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013290 LiNiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- 229930182556 Polyacetal Natural products 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 1
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(fluorosulfonyl)azanide Chemical class [Li+].FS(=O)(=O)[N-]S(F)(=O)=O VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YQCIWBXEVYWRCW-UHFFFAOYSA-N methane;sulfane Chemical compound C.S YQCIWBXEVYWRCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 150000002898 organic sulfur compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000927 poly(p-phenylene benzobisoxazole) Polymers 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920001230 polyarylate Polymers 0.000 description 1
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920006380 polyphenylene oxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 150000003346 selenoethers Chemical class 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 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
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0583—Construction or manufacture of accumulators with folded construction elements except wound ones, i.e. folded positive or negative electrodes or separators, e.g. with "Z"-shaped electrodes or separators
-
- 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
- H01M10/0481—Compression means other than compression means for stacks of electrodes and separators
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
-
- 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
Abstract
음극 구조체 및 복수의 양극을 포함하는 전극 조립체가 제공된다. 상기 음극 구조체는 제1 및 제2 분리막, 및 상기 제1 및 제2 분리막 사이에 개재된 리튬 금속층을 포함한다. 상기 음극 구조체는 전극 조립체에서 위치에 따라 스택 개시부, 복수의 스택부, 복수의 폴딩부 및 랩핑부로 구분된다. 상기 음극 구조체에서 말단에 각각 위치한 스택 개시부와 랩핑부 사이에 스택부 및 폴딩부가 교호로 위치하고, 스택 개시부는 폴딩부와 접하고, 랩핑부는 스택부와 접한다. 상기 전극 조립체는 폴딩부에 의해 스택 개시부와 복수의 스택부가 순차적으로 두께 방향으로 나란히 위치하며, 두께 방향으로 인접하는 스택 개시부와 스택부 및 스택부와 스택부 사이에는 적어도 하나의 양극이 위치한다. 상기 전극 조립체는 두께 방향 및 길이 방향의 외부면이 랩핑부, 또는 랩핑부와 최외측 스택부로 둘러싸여진 구조를 가진다.An electrode assembly including a cathode structure and a plurality of anodes is provided. The cathode structure includes first and second separators, and a lithium metal layer interposed between the first and second separators. The cathode structure is divided into a stack start portion, a plurality of stack portions, a plurality of folding portions, and a wrapping portion depending on the position in the electrode assembly. A stack part and a folding part are alternately positioned between a stack start part and a wrapping part located at the ends of the cathode structure, where the stack start part is in contact with the folding part and the wrapping part is in contact with the stack part. The electrode assembly has a stack start portion and a plurality of stack portions sequentially positioned side by side in the thickness direction by a folding portion, and at least one anode is positioned between the stack start portion and the stack portion and the stack portion adjacent to the thickness direction. do. The electrode assembly has a structure in which the outer surface in the thickness direction and the longitudinal direction is surrounded by a wrapping part, or a wrapping part and an outermost stack part.
Description
본 발명은 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학소자에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 음극에 리튬 금속을 포함하는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학소자에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode assembly and an electrochemical device including the same. Specifically, the present invention relates to an electrode assembly including lithium metal in the negative electrode and an electrochemical device including the same.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전지의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기 화학 소자는 이러한 측면에서 가장 주목받고 있는 분야이고, 특히 최근 전자기기의 소형화 및 경량화 추세에 따라, 소형 경량화 및 고용량으로 충방전 가능한 전지로서 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다.Recently, interest in energy storage technology has been increasing. As application areas expand to include cell phones, camcorders, laptop PCs, and even electric vehicles, efforts to research and develop batteries are becoming more concrete. Electrochemical devices are the field that is attracting the most attention in this respect, and in particular, in accordance with the recent trend of miniaturization and lightweighting of electronic devices, the development of secondary batteries as small, lightweight and high-capacity chargeable and dischargeable batteries has become the focus of attention.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 한다. 대표적인 예로, 전극 조립체는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조인 젤리-롤(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체로 구분된다.In addition, secondary batteries are classified according to the structure of the electrode assembly of the anode/separator/cathode structure. As a representative example, the electrode assembly is a jelly-roll (wound type) electrode assembly, which is a structure in which long sheet-shaped anodes and cathodes are wound with a separator interposed, and a plurality of anodes and cathodes cut in units of a predetermined size are sandwiched between a separator. It is classified into a stacked (laminated) electrode assembly that is sequentially stacked in one state.
그러나, 이러한 종래의 전극 조립체는 몇 가지 문제점을 가지고 있다.However, these conventional electrode assemblies have several problems.
첫째, 상기 젤리-롤 전극 조립체는 긴 시트형의 양극과 음극을 밀집된 상태로 권취하여 단면상으로 원통형 또는 타원형의 구조로 만들게 된다. 이러한 구조에서는 충방전시 전극의 팽창 및 수축으로 인해 유발되는 응력이 전극 조립체 내부에 축적되게 되고, 그러한 응력 축적이 일정한 한계를 넘어서면 전극 조립체의 변형이 발생하게 된다. 나아가, 상기 전극 조립체의 변형은 전극 간의 간격을 불균일하게 만들어 전지의 성능을 급격히 저하시키고, 내부 단락으로 인해 전지의 안전성이 위협받게 되는 문제점을 초래할 수 있다. 또한, 상기 젤리-롤 전극 조립체는 긴 시트형의 양극과 음극을 권취해야 하므로, 양극과 음극의 간격을 일정하게 유지하면서 빠르게 권취하는 것이 어려워 생산성이 저하되는 문제점도 가지고 있다.First, the jelly-roll electrode assembly is made by tightly winding a long sheet-shaped anode and a cathode into a cylindrical or oval cross-sectional structure. In this structure, stress caused by expansion and contraction of the electrode during charging and discharging accumulates inside the electrode assembly, and when such stress accumulation exceeds a certain limit, deformation of the electrode assembly occurs. Furthermore, deformation of the electrode assembly can cause the spacing between electrodes to become uneven, which can rapidly deteriorate battery performance and cause problems in which the safety of the battery is threatened due to internal short circuit. In addition, since the jelly-roll electrode assembly requires winding the anode and cathode in the form of a long sheet, it is difficult to quickly wind up the anode and the cathode while maintaining a constant distance between the anode and the cathode, thereby reducing productivity.
둘째, 상기 스택형 전극 조립체는 다수의 양극 및 음극 단위체들을 순차적으로 적층하여야 한다. 이 때, 단위체의 제조를 위한 극판의 전달공정이 별도로 필요하고, 순차적인 적층 공정에 많은 시간과 노력이 요구되므로, 스택형 전극 조립체는 생산성이 낮다는 문제점을 가지고 있다.Second, the stacked electrode assembly must sequentially stack a plurality of anode and cathode units. At this time, a separate electrode plate transfer process for manufacturing the unit is required and a lot of time and effort is required for the sequential stacking process, so the stacked electrode assembly has a problem of low productivity.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 스택-폴딩형 전극 조립체가 개발되었다. 상기 스택-폴딩형 전극 조립체는 소정 단위의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 긴 길이의 연속적인 분리막 시트(폴딩 분리막)를 이용하여 권취한 구조를 가진다.To solve this problem, a stack-folding type electrode assembly with an advanced structure, which is a mixture of the jelly-roll type and the stack type, was developed. The stack-folding electrode assembly is a long-length continuous separator sheet (folding separator) made of bi-cells or full cells stacked with a separator interposed between a predetermined unit of an anode and a cathode. It has a structure that is wound using.
상기 스택-폴딩형 전극 조립체는 일반적으로 전극 보다는 폴딩이 용이한 분리막을 연장하여 각 층의 전극을 연결한다. 이 때, 각 층의 전극은 스택형 전극 조립체와 마찬가지로 절단된 상태로 전극 조립체 형성을 위해 공급된다. 해당 기술분야에서 이차전지를 구성하는 다양한 전극 소재 중에 절단이 용이하거나 폴딩이 용이하지 않은 소재만으로 이차전지를 구성하는 경우, 이러한 일반적인 스택-폴딩형 전극 조립체가 보다 적합하다. 반면에, 해당 기술분야에서 이차전지의 음극 소재로 잘 알려진 리튬 금속은 연성 및 점성이 큰 물리적 성질로 인해 절단 등의 가공이 용이하지 않고, 상대적으로 폴딩이 용이하여, 기존의 스택-폴딩형 전극 조립체에 적합하지 않을 수 있다.The stack-folding type electrode assembly generally connects the electrodes of each layer by extending a separator that is easier to fold than the electrode. At this time, the electrodes of each layer are supplied in a cut state to form the electrode assembly, similar to the stacked electrode assembly. In the relevant technical field, when a secondary battery is composed only of materials that are not easy to cut or fold among the various electrode materials that make up a secondary battery, this general stack-folding type electrode assembly is more suitable. On the other hand, lithium metal, which is well known in the technical field as an anode material for secondary batteries, is not easy to process such as cutting due to its physical properties of high ductility and viscosity, and is relatively easy to fold, so it is used in existing stack-folding electrodes. It may not be suitable for assembly.
본 발명자는 전극 조립체의 구조에 대해 지속적인 연구 끝에 전극 조립체에서 특히 음극으로 리튬 금속을 포함하는 전극 조립체에 적합한 구조를 설계하여 본 발명을 완성하였다.After continuous research on the structure of the electrode assembly, the present inventor completed the present invention by designing a structure suitable for an electrode assembly, especially an electrode assembly containing lithium metal as a cathode.
본 발명은 음극으로 리튬 금속을 포함하는 전극 조립체에 적합한 새로운 구조의 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학소자를 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide an electrode assembly with a new structure suitable for an electrode assembly containing lithium metal as a cathode and an electrochemical device containing the same.
본 발명의 제1 측면에 따르면,According to the first aspect of the present invention,
본 발명은 음극 구조체 및 복수의 양극을 포함하는 전극 조립체를 제공한다.The present invention provides an electrode assembly including a cathode structure and a plurality of anodes.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 음극 구조체는 제1 및 제2 분리막, 및 상기 제1 및 제2 분리막 사이에 개재된 리튬 금속층을 포함한다.In one embodiment of the present invention, the anode structure includes first and second separators, and a lithium metal layer interposed between the first and second separators.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 음극 구조체는 전극 조립체에서 위치에 따라 스택 개시부, 복수의 스택부, 복수의 폴딩부 및 랩핑부로 구분된다.In one embodiment of the present invention, the cathode structure is divided into a stack start portion, a plurality of stack portions, a plurality of folding portions, and a wrapping portion depending on the position in the electrode assembly.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 음극 구조체에서 말단에 각각 위치한 스택 개시부와 랩핑부 사이에 스택부 및 폴딩부가 교호로 위치하고, 스택 개시부는 폴딩부와 접하고, 랩핑부는 스택부와 접한다.In one embodiment of the present invention, a stack part and a folding part are alternately positioned between a stack start part and a wrapping part located at each end of the cathode structure, the stack start part is in contact with the folding part, and the wrapping part is in contact with the stack part.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 전극 조립체는 폴딩부에 의해 스택 개시부와 복수의 스택부가 순차적으로 두께 방향으로 나란히 위치하며, 두께 방향으로 인접하는 스택 개시부와 스택부 및 스택부와 스택부 사이에는 적어도 하나의 양극이 위치한다.In one embodiment of the present invention, the electrode assembly has a stack start portion and a plurality of stack portions sequentially positioned side by side in the thickness direction by a folding portion, and a stack start portion and a stack portion and a stack portion and a stack adjacent to each other in the thickness direction. At least one anode is located between the two parts.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 전극 조립체는 두께 방향 및 길이 방향의 외부면이 랩핑부, 또는 랩핑부와 최외측 스택부로 둘러싸여진 구조를 가진다.In one embodiment of the present invention, the electrode assembly has a structure in which the outer surface in the thickness direction and the longitudinal direction is surrounded by a wrapping part, or a wrapping part and an outermost stack part.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 전극 조립체에서 스택 개시부, 복수의 스택부 및 복수의 양극은 랩핑부에 의해 두께 방향으로 밀착된다.In one embodiment of the present invention, in the electrode assembly, the stack start portion, the plurality of stack portions, and the plurality of anodes are adhered to each other in the thickness direction by a wrapping portion.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 스택 개시부의 길이는 스택부의 길이보다 길다.In one embodiment of the present invention, the length of the stack start portion is longer than the length of the stack portion.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 전극 조립체는 스택 개시부와 두께 방향으로 인접하는 랩핑부 사이에 적어도 하나의 양극이 위치한다.In one embodiment of the present invention, the electrode assembly has at least one anode positioned between a stack start portion and a wrapping portion adjacent to the thickness direction.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 전극 조립체는 두께 방향으로 인접하는 스택 개시부와 스택부 및 스택부와 스택부 사이에는 하나의 양극이 위치하고, 상기 스택 개시부와 스택부 및 스택부와 스택부 사이에 위치한 전체 양극의 수가 2n(여기서, n은 자연수)이다.In one embodiment of the present invention, the electrode assembly has one anode positioned between the stack start portion and the stack portion and the stack portion and the stack portion adjacent in the thickness direction, and the stack start portion and the stack portion and the stack portion and the stack. The total number of anodes located between parts is 2n (where n is a natural number).
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 전극 조립체에서 양극은 양극 활물질, 및 양극 활물질을 지지하는 집전체를 포함하고, 음극 구조체는 리튬 금속층을 지지하는 집전체를 포함하지 않는다.In one embodiment of the present invention, in the electrode assembly, the positive electrode includes a positive electrode active material and a current collector supporting the positive electrode active material, and the negative electrode structure does not include a current collector supporting the lithium metal layer.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 음극 구조체에서 리튬 금속층과 제1 및 제2 분리막의 길이는 동일하다.In one embodiment of the present invention, in the anode structure, the lithium metal layer and the first and second separators have the same length.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 음극 구조체에서 랩핑부의 일부는 최외측 스택부와 접하며, 상기 랩핑부의 말단은 최외측 스택부 상에 위치한다.In one embodiment of the present invention, in the cathode structure, a portion of the wrapping portion is in contact with the outermost stack portion, and an end of the wrapping portion is located on the outermost stack portion.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 전극 조립체는 랩핑부의 말단을 최외측 스택부 상에 고정시키는 고정부재를 더 포함한다.In one embodiment of the present invention, the electrode assembly further includes a fixing member for fixing the end of the wrapping portion on the outermost stack portion.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 음극 구조체에서 폴딩부의 길이는 양극과 음극 구조체의 두께 합을 기준으로 2배 내지 10배이다.In one embodiment of the present invention, the length of the folding portion in the cathode structure is 2 to 10 times the sum of the thicknesses of the anode and cathode structures.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 음극 구조체에서 폴딩부의 길이는 양극의 말단과 이를 감싸는 측면 랩핑부 사이의 수직 거리를 기준으로 2배 내지 10배이다.In one embodiment of the present invention, the length of the folding part in the cathode structure is 2 to 10 times the vertical distance between the end of the anode and the side wrapping part surrounding it.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 폴딩부는 길이 방향을 따르는 면을 기준으로 비대칭 형상을 가진다.In one embodiment of the present invention, the folding part has an asymmetric shape with respect to the surface along the longitudinal direction.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 음극 구조체에서 리튬 금속층의 두께는 음극 구조체의 전체 두께를 기준으로 50% 내지 90%이다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the lithium metal layer in the negative electrode structure is 50% to 90% based on the total thickness of the negative electrode structure.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 양극의 두께는 음극 구조체의 두께보다 크다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the anode is greater than the thickness of the cathode structure.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 스택 개시부의 길이는 양극의 두께 이상으로 스택부의 길이보다 길다.In one embodiment of the present invention, the length of the stack start portion is longer than the length of the stack portion by more than the thickness of the anode.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 스택 개시부와 두께 방향으로 인접하는 랩핑부 사이에 위치하는 양극은 다른 양극 보다 길다.In one embodiment of the present invention, the anode located between the stack start portion and the wrapping portion adjacent in the thickness direction is longer than the other anodes.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 고정부재는 절연 테이프이다.In one embodiment of the present invention, the fixing member is an insulating tape.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 스택 개시부의 말단은 랩핑부와 접하지 않는다.In one embodiment of the present invention, the end of the stack start portion does not contact the wrapping portion.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 폴딩부 길이의 중심 지점은 폴딩부가 감싸는 양극 두께의 중심 지점과 나란히 위치하지 않는다.In one embodiment of the present invention, the center point of the length of the folding portion is not located parallel to the center point of the thickness of the anode surrounding the folding portion.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 전극 조립체에서 다른 스택부보다 길이 방향으로 돌출된 스택 개시부는 인접하는 폴딩부에 접한다.In one embodiment of the present invention, a stack start portion that protrudes in the longitudinal direction from other stack portions in the electrode assembly contacts an adjacent folding portion.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 스택 개시부의 말단의 적어도 일부는 절연층으로 피복된다.In one embodiment of the invention, at least a portion of the end of the stack start portion is covered with an insulating layer.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 스택 개시부의 말단에 인접하는 양극의 말단의 적어도 일부는 절연층으로 피복된다.In one embodiment of the present invention, at least a portion of the end of the anode adjacent to the end of the stack start portion is covered with an insulating layer.
본 발명의 제2 측면에 따르면,According to the second aspect of the present invention,
본 발명은 상술한 전극 조립체를 포함하는 전기화학소자를 제공한다.The present invention provides an electrochemical device including the electrode assembly described above.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 전기화학소자는 리튬 이차전지이다.In one embodiment of the present invention, the electrochemical device is a lithium secondary battery.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 전기화학소자는 리튬-황 전지이다.In one embodiment of the present invention, the electrochemical device is a lithium-sulfur battery.
본 발명의 일 구체예에 따른 전극 조립체는 리튬 금속을 포함하는 음극을 2개의 분리막 사이에 개재된 연속된 형태의 하나의 음극 구조체를 활용하여 전극 조립체를 제조함으로써, 리튬 금속의 절단을 최소화하여 전극 조립체 제조에 있어서의 공정 효율을 향상시킬 수 있다.The electrode assembly according to one embodiment of the present invention manufactures the electrode assembly using a continuous negative electrode structure sandwiched between two separators containing a negative electrode containing lithium metal, thereby minimizing cutting of the lithium metal and forming the electrode. Process efficiency in assembly manufacturing can be improved.
또한, 상기 음극 구조체의 소재적 특성에 맞게 스택, 폴딩 및 랩핑에 있어서의 방법 및 조건을 조절함으로써, 제조된 전극 조립체가 안정적인 구조를 가질 뿐만 아니라 전지의 성능도 향상될 수 있다.In addition, by adjusting the methods and conditions of stacking, folding, and wrapping according to the material properties of the cathode structure, not only the manufactured electrode assembly can have a stable structure, but also the performance of the battery can be improved.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따라 스택부, 폴딩부 및 랩핑부를 포함하는 음극 구조체의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따라 음극 구조체 및 양극을 포함하는 전극 조립체의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따라 음극 구조체에서 랩핑부의 말단이 고정부재로 부착된 전극 조립체의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 구체예에 따른 전극 조립체에서 폴딩부 부분을 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 구체예에 따른 전극 조립체에서 양극의 말단과 측면 랩핑부가 위치한 부분을 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 구체예에 따른 전극 조립체의 제조 공정에서의 과정 및 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다. 여기서, 도 6a는 음극 구조체를 폴딩하여 양극과 음극 구조체가 교호로 적층된 전극 적층체를 만드는 과정을 개략적으로 나타내고, 도 6b는 전극 적층체를 만든 후 랩핑하는 과정을 개략적으로 나타낸다. 또한, 도 6c는 랩핑 후 랩핑부의 말단이 스택부 상에 위치하여 전극 조립체를 완성한 상태를 개략적으로 나타내고, 도 6d는 랩핑부의 말단을 고정시킨 상태를 개략적으로 나타낸다.
도 7은 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 각각의 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차전지의 사이클별 쿨롱 효율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a diagram schematically showing the structure of a cathode structure including a stack part, a folding part, and a wrapping part according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram schematically showing the structure of an electrode assembly including a cathode structure and an anode according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram schematically showing the structure of an electrode assembly in which the end of the wrapping part of the cathode structure is attached to the fixing member according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic enlarged view of the folding portion of the electrode assembly according to one embodiment of the present invention.
Figure 5 is an enlarged view schematically showing the portion where the end of the positive electrode and the side wrapping portion are located in the electrode assembly according to one embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram schematically showing the process and state in the manufacturing process of the electrode assembly according to one embodiment of the present invention. Here, Figure 6a schematically shows the process of folding the cathode structure to create an electrode stack in which positive and negative electrode structures are alternately stacked, and Figure 6b schematically shows the process of wrapping after making the electrode stack. In addition, Figure 6c schematically shows a state in which the end of the wrapping part is positioned on the stack after wrapping to complete the electrode assembly, and Figure 6d schematically shows a state in which the end of the wrapping part is fixed.
Figure 7 is a graph showing the results of measuring the coulombic efficiency for each cycle of a lithium secondary battery including each electrode assembly manufactured according to Example 1 and Comparative Example 1.
이하, 구체예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 구체예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 구체예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, specific examples will be described in detail through illustrative drawings. When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, when describing a specific example, if a detailed description of a related known configuration or function is judged to impede understanding of the specific example, the detailed description will be omitted.
또한, 구체예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Additionally, when describing the components of an embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the essence, order, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being “connected,” “coupled,” or “connected” to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but there is no additional component between each component. It should be understood that may be “connected,” “combined,” or “connected.”
어느 하나의 구체예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 구체예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 구체예에 기재한 설명은 다른 구체예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components including common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless stated to the contrary, the description given in one embodiment may also be applied to other embodiments, and detailed descriptions will be omitted to the extent of overlap.
본 발명은 전극 조립체에 관한 것으로, 기존의 스택-폴딩형 전극 조립체 구조에 음극으로서 리튬 금속을 적용할 때 발생할 수 있는 문제점을 개선하여 음극으로서 리튬 금속을 사용하기 적합한 신규한 구조의 전극 조립체를 제공한다. 본 발명에 따른 전극 조립체는 리튬 금속의 가공을 최소화함으로써, 조립과정에서의 공정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제조된 제품의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 상기 전극 조립체는 전극 조립체에 포함된 양극을 최대한 활용할 수 있는 구조를 가져 전지의 성능 향상에 기여할 수 있다.The present invention relates to an electrode assembly, and provides an electrode assembly with a novel structure suitable for using lithium metal as a cathode by improving problems that may occur when applying lithium metal as a cathode to the existing stack-folding electrode assembly structure. do. By minimizing the processing of lithium metal, the electrode assembly according to the present invention can not only improve fairness in the assembly process but also increase the reliability of the manufactured product. Additionally, the electrode assembly has a structure that allows maximum use of the positive electrode included in the electrode assembly, which can contribute to improving battery performance.
본 명세서에서는 “길이 방향”, “폭 방향” 및 “두께 방향”(또는 “높이 방향”)이라는 용어가 사용된다. 본 명세서에서 도 1 내지 도 6과 같은 도면은 정면도로서, 해당 정면도를 기준으로 상기 “길이 방향”은 도면에서 좌우 방향을 의미하고, 상기 “폭 방향”은 도면에서 전후 방향을 의미하며, 상기 “두께 방향” (또는 “높이 방향”)은 도면에서 상하 방향을 의미한다.The terms “longitudinal direction,” “width direction,” and “thickness direction” (or “height direction”) are used herein. In this specification, drawings such as FIGS. 1 to 6 are front views, and based on the front view, the “longitudinal direction” means the left-right direction in the drawings, the “width direction” means the front-to-back direction in the drawings, and the “ “Thickness direction” (or “height direction”) means the vertical direction in the drawing.
본 명세서에서 “인접”이라는 용어는 지칭하는 복수의 대상 중에 기준에 가장 가깝게 위치한 대상을 의미한다. 인접한 대상이 기준에 반드시 접하는 것은 아니다.In this specification, the term “adjacent” refers to an object located closest to a reference among a plurality of objects referred to. Adjacent objects do not necessarily touch the criterion.
본 발명의 일 구체예에 따른 전극 조립체는 양극, 음극 및 분리막을 포함한다. 상기 전극 조립체에서 양극 및 분리막은 해당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 소재면 특별히 한정되지 않지만, 음극은 리튬 금속을 포함한다. 본 명세서에서 리튬 금속은 리튬에 일부 성분이 첨가되거나 일부 금속과의 합금의 형태이더라도 리튬 금속과 물성이 큰 차이가 없어 리튬 금속과 동일하게 종래 전극 조립체에 적용 시 동일한 문제점이 발생할 수 있다면 폭넓게 확장 해석될 수 있다. 본 명세서에서 음극은 리튬 금속을 포함한다는 점에서 리튬 금속층으로 명명될 수 있으며, 음극과 분리막은 하나의 일체의 구성으로 공급된다는 점에서 음극 구조체로 명명될 수 있다.The electrode assembly according to one embodiment of the present invention includes an anode, a cathode, and a separator. In the electrode assembly, the anode and separator are not particularly limited as long as they are materials commonly used in the relevant technical field, but the cathode includes lithium metal. In this specification, lithium metal has no significant difference in physical properties from lithium metal even if some components are added to lithium or in the form of an alloy with some metals, so if the same problems can occur when applied to a conventional electrode assembly as lithium metal, the interpretation is broadly extended. It can be. In this specification, the anode may be referred to as a lithium metal layer in that it contains lithium metal, and the anode and the separator may be referred to as an anode structure in that they are supplied as an integrated structure.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 음극은 2개의 분리막 사이에 개재되어 음극 구조체를 형성한다. 본 명세서에서 음극 구조체를 구성하는 2개의 분리막은 제1 및 제2 분리막으로 명명될 수 있다. 상기 음극 구조체는 길이 방향으로 연장된 구조를 가지며, 전극 조립체에는 하나의 음극 구조체만이 포함된다. 길이 방향으로 연장된 구조를 가진 음극 구조체를 폴딩하여 내부에 양극을 고정하는 등의 기본적인 전극 조립체 구조를 형성한다.According to one embodiment of the present invention, the cathode is sandwiched between two separators to form a cathode structure. In this specification, the two separators constituting the cathode structure may be referred to as first and second separators. The cathode structure has a structure extending in the longitudinal direction, and the electrode assembly includes only one cathode structure. A basic electrode assembly structure is formed by folding the cathode structure with a structure extending in the longitudinal direction and fixing the anode inside.
본 명세서의 일 구체예에 따르면, 상기 음극 구조체는 전극 조립체에서 위치에 따라 하나의 스택 개시부, 복수의 스택부, 복수의 폴딩부 및 하나의 랩핑부를 포함한다. 상기 스택 개시부는 스택부와 기능상 특별한 차이가 없어 스택부에 포함될 수도 있다. 상기 스택 개시부를 명시한 경우, 스택부는 스택 개시부를 제외한 다른 스택부를 의미한다. 상기 음극 구조체의 구조에 대한 이해를 돕기 위해, 도 1은 스택부(스택 개시부 포함), 폴딩부 및 랩핑부를 포함하는 음극 구조체의 예시적인 구조를 제공한다. 상기 음극 구조체(10)에서 스택부(10A, 10A', 10A''), 폴딩부(10B) 및 랩핑부(10C)는 음극 구조체(10)의 길이 방향에 따라 다른 기능성을 갖는 위치를 구분한 단위이다. 여기서, 음극 구조체의 일 말단에 위치한 스택부가 스택 개시부(10A')이다. 상기 스택부(10A, 10A', 10A''), 폴딩부(10B) 및 랩핑부(10C)는 위치가 아닌 소재로는 구분되지 않는다.According to one embodiment of the present specification, the cathode structure includes one stack start part, a plurality of stack parts, a plurality of folding parts, and one wrapping part depending on the position in the electrode assembly. The stack start unit has no particular functional difference from the stack unit, so it may be included in the stack unit. When the stack start part is specified, the stack part means a stack part other than the stack start part. To help understand the structure of the cathode structure, FIG. 1 provides an exemplary structure of the cathode structure including a stack part (including a stack start part), a folding part, and a wrapping part. In the
상기 스택부(10A, 10A', 10A'')는 양극이 적층되는 위치의 음극 구조체(10)를 의미하며, 도 2 등을 기준으로 주로 직선 형상을 가진다. 상기 폴딩부(10B)는 스택부 사이를 연결하는 위치의 음극 구조체(10)를 의미하며, 도 2 등을 기준으로 주로 곡선 형상을 가진다. 상기 폴딩부(10B)는 벤딩부로도 명명될 수 있다. 상기 랩핑부(10C)는 최상단의 스택부(10A'')가 끝나는 시점부터 양극과 음극 구조체의 적층 구조를 감싸는 위치의 음극 구조체를 의미하며, 도 2 등을 기준으로 직선 형상과 곡선 형상이 혼재한다.The
도 1과 같이, 상기 음극 구조체(10)는 길이 방향을 기준으로 일 단부에는 스택 개시부(10A')가 위치하고, 타 단부에는 랩핑부(10C)가 위치한다. 또한, 상기 스택 개시부(10A')와 랩핑부(10C) 사이에는 폴딩부(10B)와 스택부(10A, 10A'')가 교호로 위치하고, 상기 스택 개시부(10A')는 폴딩부(10B)와 접하고, 상기 랩핑부(10C)는 스택부(10A'')와 접한다. 상기 스택부(10A, 10A'')는 양극의 길이와 실질적으로 동일하기 때문에, 각 스택부(10A, 10A'')의 길이는 실질적으로 동일하다. 다만, 적층 구조의 시작 지점에 위치한 스택 개시부(10A')는 시작 지점의 위치에 따라 양극의 길이와 달라질 수 있다. As shown in FIG. 1, the
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 음극 구조체(10)의 일 단부에 위치한 스택 개시부(10A')는 다른 스택부(10A, 10A'')보다 길다. 상기 스택 개시부(10A')는 다른 스택부(10A, 10A'')보다 양극의 두께 이상 더 길 수 있다. 상기 음극 구조체(10)의 일 단부에 위치한 스택 개시부(10A')를 다른 스택부(10A, 10A'')보다 양극의 두께 이상 더 길게 함으로써, 랩핑 등에 따라 형상이 변형되더라도 음극과 양극이 접하여 단락(short)이 발생하는 현상을 방지할 수 있다. 상기 스택 개시부(10A')에서 양극보다 돌출된 부분은 곡선 형상일 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 음극 구조체(10)의 일 단부에 위치한 스택 개시부(10A')는 다른 스택부(10A, 10A'')보다 양극의 두께 기준으로 1배 내지 5배, 구체적으로 1배 내지 4배, 보다 구체적으로 1배 내지 3배 더 길다. 상기 범위 내에서 양극보다 돌출된 스택 개시부(10A')는 랩핑부(10C)와의 사이 공간에 더 안정적으로 위치할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the
상기 음극 구조체(10)의 일 단부에 위치한 스택 개시부(10A')가 다른 스택부(10A, 10A'')보다 긴 경우, 상기 스택 개시부(10A')의 말단은 동일한 방향의 다른 스택부(10A, 10A'')의 말단보다 길이 방향으로 돌출되어 위치할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 전극 조립체에서 다른 스택부(10A, 10A'')보다 길이 방향으로 돌출된 스택 개시부(10A')는 인접하는 폴딩부에 접한다. 상기 스택 개시부(10A')는 인접하는 폴딩부에 접함으로써, 음극 구조체가 접혀 양극에 맞닿을 가능성을 낮춰 보다 안정적인 구조를 형성할 수 있다.When the stack start
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 스택 개시부(10A')의 말단의 적어도 일부는 절연층(미도시)으로 피복된다. 상기 스택 개시부(10A')의 말단의 적어도 일부를 절연층으로 피복함으로써, 음극 구조체가 접혀 양극에 맞닿을 가능성을 낮춰 보다 안정적인 구조를 형성할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 스택 개시부(10A')의 말단에 인접하는 양극(20)의 말단의 적어도 일부는 절연층으로 피복된다. 상기 스택 개시부(10A')의 말단에 인접하는 양극(20)의 말단도 절연층으로 피복함으로써, 음극 구조체가 접혀 양극에 맞닿을 가능성을 더 낮출 수 있다.According to one embodiment of the present invention, at least a portion of the end of the
상기 음극 구조체(10)는 복수의 양극과 함께 전극 조립체를 형성한다. 상기 전극 조립체의 구조에 대한 이해를 돕기 위해, 도 2는 음극 구조체 및 양극을 포함하는 전극 조립체의 예시적인 구조를 제공한다. 상기 음극 구조체(10)는 음극(11) 및 분리막(12)을 포함하기 때문에, 전극 조립체(1)는 양극(10), 음극(11) 및 분리막(12)를 포함한다.The
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 전극 조립체(1)는 폴딩부(10B)에 의해 스택 개시부(10A')와 복수의 스택부(10A, 10A'')가 순차적으로 두께 방향으로 나란히 위치하며, 두께 방향으로 인접하는 스택 개시부(10A')와 스택부(10A, 10A'') 및 스택부(10A, 10A'')와 스택부(10A, 10A'') 사이에는 적어도 하나의 양극이 위치한다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 전극 조립체(1)는 두께 방향 및 길이 방향의 외부면이 랩핑부(10C) 또는 랩핑부와 최외측 스택부(10A'')로 둘러싸여진 구조를 가진다. 달리 표현하면, 상기 전극 조립체(1)의 내부는 음극 구조체의 스택부(10A, 10A', 10A'')와 양극(20)이 교호로 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 이 때, 음극 구조체의 스택부(10A, 10A', 10A'') 사이에는 각각 하나의 양극(20)만이 위치한다. 또한, 상기 전극 조립체(1)의 외부는 음극 구조체의 랩핑부(10C) 또는 스택부(10A'')와 랩핑부(10C)로 둘러싼 구조를 가진다. 여기서, 상기 전극 조립체(1)의 내부와 외부는 본 발명에 따른 전극 조립체(1)의 구조에 대한 이해를 돕기 위해, 전극 조립체(1)의 영역을 구분한 것이며, 도 2를 기준으로 전극 조립체에서 두께 방향 및 길이 방향에 있어서 외부로 노출된 층이 전극 조립체(1)의 외부를 의미하고, 상기 전극 조립체(1)의 외부의 안쪽 부분이 전극 조립체(1)의 내부를 의미한다. 상기 음극 구조체(10)에 있어서, 스택부(10A, 10A', 10A'')는 양극이 적층되는 위치의 음극 구조체(10)를 의미하며, 랩핑부(10C)는 최외측 스택부(10A'')가 끝나는 시점부터 시작되기 때문에, 도 2와 같이 랩핑부(10C)의 말단이 최외측 스택부(10A'')의 상부에 위치하는 경우, 최외측 스택부(10A'')의 일 부분은 전극 조립체(1)의 외부에 위치하고, 최외측 스택부(10A'')의 나머지 부분은 전극 조립체(1)의 내부에 위치할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 내부 또는 외부에 위치한 스택부는 하나의 스택부 전체를 의미하거나 일부를 의미할 수 있다. 도 2와 달리, 랩핑부(10C)가 최외측 스택부(10A'') 전체를 덮는 경우, 전극 조립체(1)의 외부는 랩핑부(10C)만으로 형성될 수 있다. 상기 복수의 폴딩부(10B)는 랩핑부(10C)에 의해 랩핑되어 두께 방향 및 길이 방향의 외부로 노출되지 않는다.According to one embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 구체예에 따른 전극 조립체(1)는 내부에서 음극 구조체(10)의 스택부(10A, 10A', 10A'')와 양극(20)이 교호로 순차적으로 적층되기 때문에, 폴딩부(10B)까지 포함한 음극 구조체(10)는 지그재그 형상을 가진다. 다시 말하면, 상기 음극 구조체(10)의 일 단부에 위치한 스택부(10A')부터 순차적으로 위치하는 폴딩부(10B)는 전극 조립체(1)에서 좌측 또는 우측에 교호로 위치한다. 상기 음극 구조체(10)의 스택부(10A, 10A', 10A'')와 양극(20)이 교호로 적층되지 않고, 상기 스택부나 양극이 2개 이상 연속적으로 적층된다면, 연속적으로 적층된 층 사이에서는 전위차가 발생하기 않아 전지의 효율이 저하될 수도 있다.In the
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 전극 조립체(1)에서 스택 개시부(10A'), 복수의 스택부(10A, 10A'') 및 복수의 양극(20)은 랩핑부(10C)에 의해 두께 방향으로 밀착된다. 상기 랩핑부(10C)는 스택부(10A, 10A', 10A'') 또는 폴딩부(10B)와 대비하여 높은 장력으로 전극 조립체(1)의 내부를 감쌀 수 있는데, 이로 인해 전극 조립체(1)의 내부 구성이 두께 방향으로 밀착된다. 이러한 방법으로 전극 조립체(1)의 내부 구성이 두께 방향으로 밀착되면, 필연적으로 전극 조립체(1)의 내부 구성은 길이 방향으로 밀착되게 된다. 다만, 전극 조립체(1)의 내부 구성이 두께 방향 및 길이 방향으로 밀착되더라도 전극 조립체(1)의 구조 상 폴딩부(10B) 주변에는 일정 수준 이상의 공극이 존재할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in the
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 전극 조립체(1)는 음극 구조체(10)의 스택 개시부(10A')와 두께 방향으로 인접하는 랩핑부(10C) 사이에 적어도 하나의 양극(20)이 추가로 위치한다. 상기 양극이 추가되지 않는 경우, 음극 구조체(10)의 스택 개시부(10A')와 두께 방향으로 인접하는 랩핑부(10C)는 면대면으로 접촉한다. 여기서, 추가된 양극(20)은 도 2에서 양극 중 가장 아래에 위치한 양극을 의미한다. 해당 부분에 양극(20)을 추가함으로써, 스택 개시부(10A')와 인접하게 위치한 랩핑부(10C)도 음극으로서의 기능성을 가지고, 전체적인 전지의 성능 향상에 기여한다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 음극 구조체(10)의 스택 개시부(10A')와 두께 방향으로 인접하는 랩핑부(10C) 사이에 위치하는 양극은 다른 양극보다 길다. 이는 해당 위치에서 보다 길이 방향으로 긴 공극이 존재하기 때문에, 음극 구조체(10)의 스택 개시부(10A')와 두께 방향으로 인접하는 랩핑부(10C) 사이에 위치하는 양극을 보다 길게 하면, 전지의 성능에 도움이 될 뿐만 아니라, 스택 개시부(10A')의 말단이 접히는 현상도 완화할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 스택 개시부(10A')의 말단은 랩핑부(10C)와 접하지 않는다. 상기 랩핑부(10C)로 타이트하게 랩핑하더라도 추가된 양극 또는 폴딩부(10B)에 의해 스택 개시부(10A')의 말단은 랩핑부(10C)와 접하지 않을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 전극 조립체(1)는 두께 방향으로 인접하는 스택 개시부(10A')와 스택부(10A, 10A'') 및 스택부(10A, 10A'')와 스택부(10A, 10A'') 사이에는 하나의 양극이 위치하고, 상기 스택 개시부(10A')와 스택부(10A, 10A'') 및 스택부(10A, 10A'')와 스택부(10A, 10A'') 사이에 위치한 전체 양극의 수가 2n(여기서, n은 자연수)이다. 달리 표현하면, 상기 전극 조립체(1)는 스택부(10A, 10A', 10A'')와 스택부 사이에 위치한 전체 양극(20)의 수가 2n(여기서, n은 자연수)이다. 상기 전극 조립체(1)에서 스택부(10A, 10A', 10A'')와 스택부 사이에는 하나의 양극(20)이 존재하기 때문에, 여기서 말하는 전체 양극의 수는 동일한 상황에 놓여진 양극의 총 수를 의미하는 것이지, 스택부와 스택부 사이에 2n개의 양극이 적층된다는 것을 의미하는 것이 아니다. 예를 들면, 도 2에서는 스택부와 스택부 사이에 위치한 전체 양극의 수가 4이다. 여기에는 스택 개시부(10A')와 랩핑부(10C) 사이에 위치한 양극은 제외된다. 상기 전체 양극(20)의 수의 상한은 특별히 한정되지 않으며, 해당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 범위 내에서 조절될 수 있다. 상기 스택부(10A, 10A', 10A'')와 스택부 사이에 위치한 전체 양극(20)의 수가 2n인 경우, 랩핑부(10C)가 최외측 스택부(10A')가 위치한 음극 구조체(20)의 일 단부와 반대편이다. 예를 들면, 도 2에서는 스택 개시부(10A')가 위치한 음극 구조체(20)의 일 단부가 좌측편에 위치하는데, 랩핑부(10C)가 시작하는 위치는 우측편이다. 이 경우, 랩핑 시에 상기 스택 개시부(10A')에서 양극보다 돌출된 부분이 전극 조립체의 내부에 내부에 자연스럽게 위치하는 등 전극 조립체의 제조에 있어서 공정성이 향상될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 전극 조립체(1)에서 스택부(10A, 10A', 10A'')와 양극의 수는 동일하다. 상술한 내용에 따라, 스택부와 스택부 사이에 위치한 전체 양극(20)의 수가 2n(여기서, n은 자연수)이고, 스택부(10A, 10A', 10A'')는 이보다 1개가 많기 때문에, 2n+1(여기서, n은 자연수)개이다. 상기 전극 조립체(1)에 포함되는 양극의 수는 스택 개시부(10A')와 랩핑부(10C) 사이에 위치한 양극도 고려해야 하기 때문에, 상기 전극 조립체(1)에서 스택부와 양극의 수는 동일하게 된다.According to one embodiment of the present invention, in the
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 양극(20)은 양극 활물질 층(미도시), 및 양극 활물질을 지지하는 집전체(미도시)를 포함한다. 상기 양극(20)은 집전체의 적어도 일면, 구체적으로는 양면에 양극 활물질 층이 형성된 구조를 가진다. 상기 양극 활물질 층은 양극 활물질을 포함하며, 도전재, 바인더 및 첨가제 등을 더 포함할 수 있다. 상기 집전체, 양극 활물질, 도전재, 바인더 및 첨가제 등은 해당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것이면, 특별히 제한되지 않는다.According to one embodiment of the present invention, the
상기 양극 집전체는 양극 활물질을 지지하며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 양극 집전체는 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 팔라듐, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸 표면에 카본, 니켈, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.The positive electrode current collector supports the positive electrode active material and is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. According to one embodiment of the present invention, the positive electrode current collector is copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, palladium, calcined carbon, copper or stainless steel surface treated with carbon, nickel, silver, etc., aluminum- Cadmium alloy, etc. may be used.
상기 양극 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질과의 결합력을 강화시킬 수 있으며, 필름, 시트, 호일, 메쉬, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태를 사용할 수 있다.The positive electrode current collector can strengthen the bonding force with the positive electrode active material by forming fine irregularities on its surface, and can be used in various forms such as film, sheet, foil, mesh, net, porous material, foam, and non-woven fabric.
상기 양극 활물질은 리튬 함유 전이금속 산화물이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiaCobMnc)O2(0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LiNi1-yCoyO2(O<y<1), LiCo1-yMnyO2(O<y<1), LiNi1-yMnyO2(O<y<1), Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn2-zNizO4(0<z<2), LiMn2-zCozO4(0<z<2), LiCoPO4 및 LiFePO4로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 이러한 산화물(oxide) 외에 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 등도 사용될 수 있다.The positive electrode active material may be a lithium-containing transition metal oxide. According to one embodiment of the present invention, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li(Ni a Co b Mn c )O 2 (0<a<1, 0<b<1, 0<c <1, a+b+c=1), LiNi 1-y Co y O 2 (O<y<1), LiCo 1-y Mn y O 2 (O<y<1), LiNi 1-y Mn y O 2 (O<y<1), Li(Ni a Co b Mn c )O 4 (0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn Any one selected from the group consisting of 2-z Ni z O 4 (0<z<2), LiMn 2-z Co z O 4 (0<z<2), LiCoPO 4 and LiFePO 4 or two or more of these Mixtures can be used. Additionally, in addition to these oxides, sulfide, selenide, and halide may also be used.
상기 양극 활물질은 황 화합물을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 황 화합물은 황 원소(Elemental sulfur, S8), 유기황 화합물 Li2Sn(n≥1) 및 탄소-황 폴리머((C2Sx)n: x=2.5 ~ 50, n≥1) 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는, 무기 황(S8)이 사용될 수 있다.The positive electrode active material may include a sulfur compound. According to one embodiment of the present invention, the sulfur compound is elemental sulfur (S 8 ), an organic sulfur compound Li 2 S n (n≥1), and a carbon-sulfur polymer ((C 2 S x ) n : x =2.5 to 50, n≥1). It may be one or more types selected from the group consisting of Preferably, inorganic sulfur (S 8 ) can be used.
상기 양극 활물질이 황 화합물을 포함하는 경우, 본 발명의 일 구체예에 따른 전극 조립체(1)은 리튬-황 전지에 적용될 수 있다. 상기 양극 활물질에 포함되는 황의 경우 단독으로는 전기 전도성이 없기 때문에 탄소재와 같은 전도성 소재와 복합화하여 사용될 수 있다. 이에 따라, 상기 황은 황-탄소 복합체의 형태로 포함되며, 바람직하기로, 상기 양극 활물질은 황-탄소 복합체일 수 있다.When the positive electrode active material includes a sulfur compound, the
상기 양극(20)은 상술한 내용을 고려할 때, 음극과 비교하여 상대적으로 폴딩이 용이하지 않고, 절단이 용이하다. 따라서, 상기 양극(20)은 적절한 크기로 절단하여 복수의 양극이 전극 조립체(1) 내부에 적용된다.Considering the above-mentioned information, the
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 음극(11)은 리튬 금속층을 지지하는 집전체를 포함하지 않는다. 상기 음극(11)은 집전체를 포함하지 않기 때문에, 전극 조립체 내에 음극 활물질의 로딩양을 향상시켜 전지의 성능 향상에 기여할 수 있다. 상기 음극(11)이 주로 리튬 금속으로 구성되는 경우, 리튬 금속이 연성 및 점성이 커서 절단 등의 가공이 용이하지 않을 수 있는데, 본 발명의 일 구체예에 따른 전극 조립체(1)에서는 음극 구조체(10) 형태로 음극을 적용하면서 절단을 최소화하여 공정성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따른 리튬 금속층은 그 자체로 어느 정도 형상을 유지할 수 있는 프리스탠딩(free standing) 리튬 금속층일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the
상기 음극 구조체(10)에서 음극(11)의 양면을 덮는 분리막(12)은 표면에 바인더를 포함하지 않는 것이라면, 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니다. 상기 분리막(12)은 구체적으로 예를 들어, 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포 또는 폴리올레핀계 다공성 기재를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The type of the
상기 다공성 기재의 재질로는 본 발명에서 특별히 한정하지 않고, 통상적으로 전기화학소자에 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 다공성 기재는 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene) 등의 폴리올레핀(polyolefin), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate) 등의 폴리에스테르(polyester), 폴리아미드(polyamide), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalate), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 셀룰로오스(cellulose), 나일론(nylon), 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸(poly(p-phenylene benzobisoxazole) 및 폴리아릴레이트(polyarylate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 재질을 포함할 수 있다.The material of the porous substrate is not particularly limited in the present invention, and any porous substrate commonly used in electrochemical devices can be used. According to one embodiment of the present invention, the porous substrate is made of polyolefin, such as polyethylene and polypropylene, and polyester, such as polyethyleneterephthalate and polybutyleneterephthalate. polyester, polyamide, polyacetal, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenyleneoxide, Polyphenylenesulfide, polyethylenenaphthalate, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, cellulose It may include one or more materials selected from the group consisting of (cellulose), nylon, poly(p-phenylene benzobisoxazole), and polyarylate.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 음극 구조체(10)에서 음극(11)과 제1 및 제2 분리막(12)의 길이는 동일하다. 랩핑부(10C)가 위치한 음극 구조체의 말단을 기준으로, 전극 조립체(1)의 외부에 위치한 분리막이 제1 분리막으로 명명되고, 전극 조립체(1)의 내부에 위치한 분리막이 제2 분리막으로 명명될 수 있다. 상기 전극 조립체(1)에 음극(11)과 분리막(12)은 제1 및 제2 분리막(12) 사이에 음극(11)이 개재된 음극 구조체(10) 형태로 공급되는데, 이 때, 음극과 분리막은 한 번에 절단된다는 점에서 도 1에서와 같이, 상기 음극 구조체(10)에서 음극(11)과 제1 및 제2 분리막(12)의 길이는 실질적으로 동일하다. 다만, 음극 구조체(10)을 절단하는 방법에 따라 음극(11)과 제1 및 제2 분리막(12)의 길이에는 미차가 발생할 수 있고, 경우에 따라 제1 및 제2 분리막(12)의 말단은 음극 구조체(10)의 중심을 향하여 휘어질 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 음극 구조체(10)의 말단에서 제1 및 제2 분리막은 접한다. 상기 음극 구조체(10)는 공급 과정에서 음극(11)과 제1 및 제2 분리막(12)의 길이가 실질적으로 동일하더라도, 전극 조립체(1)에 적용 시, 폴딩 과정에서 리튬 금속의 연성으로 리튬 금속의 길이가 연장될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 랩핑부(10C) 측의 음극 구조체(10)의 말단에서는 리튬 금속이 제1 또는 제2 분리막보다 길이 방향으로 돌출된다. 또한, 폴딩의 횟수에 따라 폴딩부(10B)의 내측보다 외측에 다수 위치한 분리막은 더 짧아질 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 랩핑부(10C) 측의 음극 구조체(10)의 말단에서 제1 분리막이 제2 분리막보다 길이 방향으로 돌출된다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 랩핑부(10C) 측의 음극 구조체(10)의 말단에서 제2 분리막이 제1 분리막보다 길이 방향으로 돌출된다.According to one embodiment of the present invention, in the
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 음극 구조체에서 랩핑부(10C)의 일부는 최외측 스택부(10A'')와 접하며, 상기 랩핑부(10C)의 말단은 최외측 스택부(10A'') 상에 위치한다. 상기 음극 구조체(10)에서 랩핑부(10C)의 말단은 랩핑부(10C)가 전극 구조체(1)의 내부를 감싸도록 돌아 최외측 스택부(10A'')에 부착될 수 있다. 상기 랩핑부(10C)의 말단을 최외측 스택부(10A'')에 효과적으로 부착할 수 있다면, 접착 수단 및 방법은 특별히 제한되지 않는다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 전극 조립체(1)는 랩핑부(10C)의 말단을 최외측 스택부(10A'') 상에 고정시키는 고정부재를 더 포함한다. 상기 음극 구조체(10)에서 랩핑부(10C)의 말단이 부착된 위치에 대한 이해를 돕기 위해, 도 3은 상기 음극 구조체에서 랩핑부의 말단이 고정부재로 부착된 전극 조립체의 예시적인 구조를 제공한다. 상기 음극 구조체(10)에서 음극(11)과 분리막(12)는 접착되어 있지 않기 때문에, 도 3과 같이, 고정부재인 테이프(T)가 전극 구조체(1)의 외부면을 감싸도록 부착하는 것이 바람직할 수 있다. 전극 조립체(1)을 제조 시 음극 구조체(10)을 폴딩하는 과정에서 리튬 금속의 연성으로 리튬 금속의 길이가 연장되어 돌출되는 상황 등을 고려하여, 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 테이프(T)는 절연성을 가지며, 폭 방향으로 랩핑부(10C)의 말단을 전체적으로 커버한다. 이러한 테이핑 방식에 의해 상기 전극 조립체(1)는 상하좌우가 분리막 또는 테이프로 커버된다.According to one embodiment of the present invention, in the cathode structure, a portion of the wrapping portion (10C) is in contact with the outermost stack portion (10A''), and the end of the wrapping portion (10C) is in contact with the outermost stack portion (10A''). ) is located on the In the
상기 전극 조립체(1)를 제조함에 있어서, 음극 구조체(10)의 스택부(10A, 10A', 10A'')와 양극(20)을 교호로 적층할 때, 음극 구조체(10)는 동일한 기준에 따라 폴딩하기 때문에, 폴딩부(10B)도 실질적으로 동일한 길이를 가진다. 상기 음극 구조체(10)는 폴딩 시 동일한 기준을 적용하기 위해 특정 형태의 맨드릴(mandrel)을 활용한다. 폴딩부(10B)의 길이가 짧은 경우, 음극 구조체(10)의 중앙에 위치한 리튬 금속에 불필요한 부하가 걸려 리튬 금속이 단절되는 등의 결함이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 폴딩부(10B)의 길이는 일정 수준 이상으로 충분하게 확보하는 것이 전극이 적층된 부분과 랩핑 부분 사이의 공극에 리튬 금속이 유연하게 배치될 수 있다.In manufacturing the
상기 음극 구조체(10)에서 폴딩부(10B)의 길이에 대한 이해를 돕기 위해, 도 4는 전극 조립체(1)에서 폴딩부(10B) 부분을 확대하여 나타낸 도면을 제공한다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 음극 구조체(10)에서 폴딩부(10B)의 길이는 양극(20)과 음극 구조체(10)의 두께 합을 기준으로 2배 내지 10배이다. 상기 폴딩부(10B)의 길이는 폴딩부의 곡선의 길이를 의미한다. 곡선의 경우, 내측과 외측의 길이가 다를 수 있기 때문에, 중앙부의 길이를 측정한다. 예를 들면, 도 4에서 점선으로 표시된 부분을 절단한 후 이를 펼쳐서 길이를 측정할 수 있다. 구체적으로, 상기 폴딩부(10B)의 길이는 양극(20)과 음극 구조체(10)의 두께 합을 기준으로 2배 이상, 2.5배 이상, 3배 이상, 3.5배 이상, 4배 이상이고, 10배 이하, 9.5배 이하, 9배 이하, 8.5배 이하, 8배 이하이며, 2배 내지 10배, 3배 내지 9배, 4배 내지 8배 일 수 있다. 상기 폴딩부(10B)의 길이를 상기 범위 내에서 조절하는 경우, 전극 조립체에서 폴딩부의 결함을 줄이고, 안정적으로 전극 조립체를 랩핑할 수 있다.To help understand the length of the
상술한 폴딩부(10B)의 길이는 도 2와 같이 반원형으로 폴딩되는 것보다 도 4와 같이 더 길게 형성되는 것을 의미한다. 구체적으로, 폴딩부(10B)가 이심률(Eccentricity)이 0인 완전한 반원의 형태를 가지는 경우, 폴딩부의 길이는 지름인 양극(20)과 음극 구조체(10)의 두께 합에 π를 곱하고 2로 나눈 값이 된다. 이는 양극(20)과 음극 구조체(10)의 두께 합을 기준으로 한다면, 약 1.57배의 값이 된다. 이를 기준으로 판단한다면, 본 발명의 일 구체예에 따른 폴딩부(10B)의 길이는 의미 있는 수준으로 더 길다고 볼 수 있다.The length of the above-described
상기 전극 조립체(1)를 제조함에 있어서, 음극 구조체(10)의 스택부(10A, 10A', 10A'')와 양극(20)을 교호로 적층한 후, 랩핑부(10C)로 전극 적층체(1)를 랩핑 시 폴딩부(10B)는 전극 조립체(1)의 내부 방향으로 일정 수준 이상의 압력을 받는다. 이에 따라 상기 폴딩부(10B)는 전극이 적층된 부분과 랩핑 부분 사이의 공극에 적절하게 배치될 수 있다. 공극 사이에 적절하게 배치된 폴딩부(10B)는 내부에 리튬 금속층(11)을 포함하기 때문에, 측면의 양극(20)과의 관계에 있어서, 전기 화학적 반응을 통해 추가적인 전지 성능 향상에 기여할 수 있다. 상기 폴딩부(10B)가 공극 사이를 적절하게 채움에 따라 폴딩부(10B)로 감싸지지 않은 양극의 측면 상에도 2 이상의 리튬 금속층이 위치할 수 있다. 상기 랩핑부(10C)로 전극 적층체(1)를 랩핑 시 랩핑부(10C)가 일정 수준 이상의 장력을 가지도록 랩핑을 하면, 전극 조립체(1) 내부에 위치한 전극 적층체의 구조가 틀어지지 않고 형상을 유지하는데 도움이 된다.In manufacturing the
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 폴딩부(10B)는 길이 방향을 따르는 면을 기준으로 비대칭 형상을 가진다. 이러한 비대칭 형상은 폴딩부(10B)가 랩핑부(10C)에 의해 길이 방향으로 가압되어 폴딩부(10B)가 공극에 적절하게 배치됨에 따라 형성되는 형상이다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 폴딩부(10B) 길이의 중심 지점은 폴딩부(10B)가 감싸는 양극 두께의 중심 지점과 나란히 위치하지 않는다. 상기 폴딩부(10B) 길이의 중심 지점은 양극 두께의 중심 지점을 기준으로 랩핑이 진행되는 방향으로 쏠려서 위치할 수 있다. 예를 들면, 도 2를 기준으로 본다면, 전극 적층체의 우측에 위치하는 폴딩부는 랩핑이 위에서 아래로 진행되기 때문에, 폴딩부 길이의 중심 지점이 양극 두께의 중심 지점보다 아래에 위치할 수 있다. 반대로, 전극 적층체의 좌측에 위치하는 폴딩부는 랩핑이 아래에서 위로 진행되기 때문에, 폴딩부 길이의 중심 지점이 양극 두께의 중심 지점보다 위에 위치할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the
이하에서 폴딩부(10B)의 길이를 비교함에 있어서 기준이 되는 양극(20)의 말단과 측면 랩핑부(10C) 사이의 수직 거리에 대한 이해를 돕기 위해, 도 5는 전극 조립체(1)에서 양극(20)의 말단과 측면 랩핑부(10C)가 위치한 부분을 확대하여 나타낸 도면을 제공한다. 도 5에서와 같이, 폴딩부(10B)는 전극 조립체를 랩핑하는 과정에서 측면에 위치한 랩핑부(10C)로부터 가해진 압력으로 형상이 변형될 수 있다. 다만, 도 5는 하나의 예시적인 구조에 불과하고 반드시 이러한 형태로 폴딩부(10B)가 변형되는 것은 아니다. 압력으로 인해 양극(20)의 말단과 측면 랩핑부(10C) 사이의 거리(d)는 짧아질 수 있고, 폴딩부(10B)는 상기 거리(d)가 짧아짐에 따라 줄어든 공간 내에 자연스럽게 배치될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 전극 조립체(1)에서 폴딩부(10B)의 길이는 양극(20)의 말단과 측면 랩핑부(10C) 사이의 수직 거리(d)를 기준으로 2배 내지 10배이다. 상기 측면 랩핑부(10C)는 도 2 또는 도 3을 기준으로 전극 조립체의 좌측 또는 우측에 위치한 직선 형태의 랩핑부(10C)를 의미한다. 실제 전극 조립체에서 해당 부분이 직선이 아닌 경우, 상기 수직 거리(d)는 전극 적층체의 두께 방향 중심 부분에서의 양극의 말단을 기준으로 측면 랩핑부와의 수직 거리를 측정한다. 또한, 다른 방법으로는 상기 수직 거리(d)는 일 측면에서 랩핑부(10C)가 폴딩부(10B)와 접하는 부분에서의 양극(20)의 말단과의 수직 거리의 평균 값으로 측정할 수 있다. 구체적으로, 상기 폴딩부(10B)의 길이는 양극(20)의 말단과 측면 랩핑부(10C) 사이의 수직 거리(d)를 기준으로 2배 이상, 2.5배 이상, 3배 이상, 3.5배 이상, 4배 이상이고, 10배 이하, 9.5배 이하, 9배 이하, 8.5배 이하, 8배 이하이며, 2배 내지 10배, 3배 내지 9배, 4배 내지 8배 일 수 있다. 이는 상술한 것과 같이 폴딩부(10B)의 길이는 의미 있는 수준으로 더 길지만, 수직 거리(d) 또한 짧아 폴딩부가 전극 적층체의 측면 공간에 컴팩트하게 팩킹되어 있는 것을 의미한다. 상기 폴딩부(10B)의 길이를 상기 범위 내에서 조절하는 경우, 전극 조립체의 랩핑에 의해 폴딩부에 과도한 압력을 가하지 않으면서, 폴딩부가 전극 조립체 내의 공극에 적절한 수준으로 컴팩트하게 팩킹되어 전지의 성능 향상에 기여할 수 있다.In order to help understand the vertical distance between the end of the
본 발명의 일 구체예에 따른 전극 조립체(1)는 하나의 음극 구조체(10)를 폴딩하여 전극 조립체(1)의 기본 구조를 형성한다는 점에서 상기 음극 구조체(10)는 유연하게 폴딩될 수 있도록 그 두께가 과도하게 두껍지 않아야 하며, 전지의 성능을 고려하여 음극 구조체(10) 내에는 음극 활물질인 리튬 금속이 일정 수준 이상 확보되어야 한다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 음극 구조체(10)에서 리튬 금속의 두께는 음극 구조체(10)의 전체 두께를 기준으로 50% 내지 90%를 차지한다. 구체적으로, 상기 리튬 금속의 두께 범위는 50% 내지 90%, 구체적으로 55% 내지 85%, 보다 구체적으로 60% 내지 80%일 수 있다. 상기 리튬 금속이 상술한 두께 범위를 만족하는 경우, 전극 조립체의 공정성 및 기능성 향상에 도움이 될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 음극 구조체(10)는 별도의 집전체를 포함하지 않기 때문에, 리튬 금속의 두께를 제외한 나머지 부분의 두께는 2개의 분리막의 두께를 의미할 수 있다.The
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 리튬 금속의 두께는 10 ㎛ 내지 90 ㎛ 일 수 있다. 구체적으로, 상기 리튬 금속의 두께는 10 ㎛ 이상, 20 ㎛ 이상 또는 30 ㎛ 이상일 수 있고, 70 ㎛ 이하, 80 ㎛ 이하 또는 90 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 리튬 금속의 두께는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 실제 전지의 크기에 따라 적절하게 조절될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the thickness of the lithium metal may be 10 ㎛ to 90 ㎛. Specifically, the thickness of the lithium metal may be 10 ㎛ or more, 20 ㎛ or more, or 30 ㎛ or more, and may be 70 ㎛ or less, 80 ㎛ or less, or 90 ㎛ or less. The thickness of the lithium metal is not necessarily limited to this, and may be appropriately adjusted depending on the actual size of the battery.
본 발명의 일 구체예에 따른 전극 조립체(1)는 음극 구조체(10)와 달리 양극은 소재 등의 특성을 고려하여 절단하여 음극 구조체(10)의 스택부(10A, 10A', 10A'') 사이에 적용된다. 상기 양극은 양극 활물질 외에 집전체를 포함하는 등 음극과는 구별되어 독립성을 가지지만, 전극의 성능 등을 고려할 때, 음극 또는 음극 구조체와 관련하여 그 두께가 조절될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 양극(20)의 두께는 음극 구조체(10)의 두께보다 크다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 양극(20)의 두께는 음극 구조체(10)의 두께를 기준으로 100% 초과 400% 이하의 두께를 가진다. 구체적으로, 상기 양극(20)의 두께 범위는 100% 초과 400% 이하, 구체적으로 150% 내지 350%, 보다 구체적으로 200% 내지 300%일 수 있다. 상기 양극이 상술한 두께 범위를 만족하는 경우, 음극 구조체와 적절하게 조화를 이룰 수 있다.Unlike the
이하에서는, 상술한 전극 조립체를 제조하는 공정에 대해서 구체적으로 설명한다. 상기 전극 조립체의 제조 공정에 대한 이해를 돕기 위해, 도 6은 전극 조립체의 제조 공정에서의 과정 및 상태를 개략적으로 나타낸다. Below, the process for manufacturing the above-described electrode assembly will be described in detail. To help understand the manufacturing process of the electrode assembly, Figure 6 schematically shows the process and state in the manufacturing process of the electrode assembly.
본 발명의 일 구체예에 따른 전극 조립체의 제조 공정은 (1) 음극 구조체를 폴딩하여 양극과 음극 구조체가 교호로 적층된 전극 적층체를 만드는 단계; (2) 상기 전극 적층체를 제조한 후 여분의 음극 구조체로 전극 적층체를 둘러싸는 단계; (3) 음극 구조체의 말단을 전극 적층체의 상단에 위치시키고 고정하는 단계를 포함한다.The manufacturing process of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention includes the steps of (1) folding a negative electrode structure to create an electrode laminate in which positive and negative electrode structures are alternately stacked; (2) manufacturing the electrode laminate and then surrounding the electrode laminate with an extra cathode structure; (3) It includes the step of positioning and fixing the end of the cathode structure on the top of the electrode stack.
상기 (1) 단계는 예시적으로 도 6a와 같은 과정을 통해 제조된다. 도 6a에서 도시된 것과 같이, 양극을 최하단에 놓고 그 위에 음극 구조체를 놓으면서 순차적으로 양극과 음극 구조체를 적층할 수 있다. 또한, 도 6a에는 도시되어 있지 않지만, 음극 구조체를 폴딩 시 맨드릴과 같은 장치를 활용하여 각 위치에서의 폴딩이 동일한 기준에 따라 제조될 수 있다. 상기 (2) 단계는 예시적으로 도 6b와 같은 과정을 통해 제조된다. 여분의 음극 구조체로 랩핑하는 과정에서 음극 구조체가 특정 수준 이상의 장력을 가지도록 랩핑하면, 공극 내에 폴딩부가 컴팩트하게 팩킹되고, 전극 적층체의 구조가 틀어지지 않고 형상을 유지하는데 도움이 된다. 상기 (3) 단계 후 완성된 전극 조립체는 도 6c 또는 도 6d와 같은 상태가 된다. 랩핑을 통해 스택부 사이의 양극이 흘러내리지 않게 하는 효과를 가지며, 이러한 기능성을 고려한다면 음극 구조체의 말단은 전극 적층체의 상단에 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 음극 구조체를 고정시킴으로써 랩핑 과정에서 음극 구조체에 가했던 장력이 그대로 유지될 수 있으며, 도 6d와 같이 테이프(T)로 랩핑하는 것은 하나의 예시적인 방법이 될 수 있다.Step (1) is illustratively manufactured through the process shown in FIG. 6A. As shown in FIG. 6A, the anode and cathode structures can be sequentially stacked by placing the anode at the bottom and placing the cathode structure on it. In addition, although not shown in FIG. 6A, folding at each position can be manufactured according to the same standard by utilizing a device such as a mandrel when folding the cathode structure. Step (2) is illustratively manufactured through the process shown in FIG. 6b. In the process of wrapping with an extra cathode structure, if the cathode structure is wrapped so that it has tension above a certain level, the folding part is compactly packed in the void, and this helps maintain the shape of the electrode stack without distorting the structure. After step (3), the completed electrode assembly is in a state as shown in FIG. 6C or FIG. 6D. Wrapping has the effect of preventing the positive electrode between stack parts from flowing down, and considering this functionality, it may be desirable to position the end of the negative electrode structure at the top of the electrode stack. By fixing the cathode structure, the tension applied to the cathode structure during the wrapping process can be maintained, and wrapping with tape T as shown in FIG. 6D can be an exemplary method.
제조 공정에서 구체적으로 기재되지 않은 양극 및 음극 구조체의 구체적인 특성은 상술한 내용을 따른다. 본 발명의 일 구체예에 따른 전극 조립체는 기존의 대용량 셀과 같이 여러 층의 탭과 리드를 용접할 수 있어, 셀 저항 및 출력 등의 성능을 유지할 수 있다.Specific characteristics of the anode and cathode structures that are not specifically described in the manufacturing process follow the above description. The electrode assembly according to one embodiment of the present invention can weld multiple layers of tabs and leads like a conventional large-capacity cell, thereby maintaining performance such as cell resistance and output.
본 발명의 일 구체예에 따른 전극 조립체는 전기화학소자에 적용된다. 상기 전기화학소자는 전기 화학 반응을 하는 모든 소자를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 전기화학소자는 모든 종류의 일차 전지, 이차전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 캐패시터(capacitor)일 수 있다. 상기 전기화학소자가 이차전지인 경우, 상기 전기화학소자는 리튬 이차전지일 수 있으며, 상기 리튬 이차전지는 리튬 금속 이차전지, 리튬 이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지 등을 포함할 수 있다.The electrode assembly according to one embodiment of the present invention is applied to an electrochemical device. The electrochemical device may include any device that undergoes an electrochemical reaction. For example, the electrochemical device may be any type of primary cell, secondary cell, fuel cell, solar cell, or capacitor. When the electrochemical device is a secondary battery, the electrochemical device may be a lithium secondary battery, and the lithium secondary battery includes a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery. can do.
이상과 같이 구체예들이 비록 한정된 구체예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with limited examples and drawings as described above, various modifications and variations can be made from the above description by those skilled in the art. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시하지만, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are presented to aid understanding of the present invention, but the following examples are provided to facilitate understanding of the present invention and do not limit the present invention thereto.
실시예Example
실시예 1: 음극 구조체로 랩핑한 전극 조립체의 제조Example 1: Preparation of electrode assembly wrapped with cathode structure
폴리에틸렌(PE) 분리막(11㎛) 2개 사이에 60㎛의 리튬 금속을 개재하여 음극 구조체를 제조하였다. 또한, 황과 탄소나노튜브(CNT)를 7 : 3의 중량비로 혼합하여 제조된 양극 활물질 85 중량%, 도전재인 카본 나노파이버(Carbon nanofiber) 5 중량% 및 바인더 10 중량% 조성의 양극 합제를 탈이온수에 첨가하여 양극 슬러리를 제조한 후, 알루미늄 집전체에 코팅하여 200㎛의 양극을 제조하였다.A cathode structure was manufactured by sandwiching 60 μm of lithium metal between two polyethylene (PE) separators (11 μm). In addition, a positive electrode mixture consisting of 85% by weight of positive electrode active material, 5% by weight of carbon nanofiber as a conductive material, and 10% by weight of binder prepared by mixing sulfur and carbon nanotubes (CNTs) at a weight ratio of 7:3 was removed. A positive electrode slurry was prepared by adding it to ion water, and then coated on an aluminum current collector to prepare a 200㎛ positive electrode.
제조된 음극 구조체를 폴딩하여 도 6a와 같은 방식으로 전극 적층체를 제조한 후, 도 6b와 같은 방식으로 여분의 음극 구조체로 전극 적층체를 랩핑하여 도 6c와 같은 전극 조립체를 제조하였다. 전극 조립체에서 노출된 음극 구조체의 말단은 도 6d와 같이 절연 테이프로 접착되었다. 이 때, 전극 조립체에서 폴딩부의 길이는 1,453㎛로 측정되었고, 양극의 말단과 측면 랩핑부 사이의 수직 거리는 268㎛로 측정되었다.The manufactured cathode structure was folded to manufacture an electrode laminate in the manner shown in FIG. 6a, and then the electrode laminate was wrapped with an extra cathode structure in the manner shown in FIG. 6b to manufacture an electrode assembly as shown in FIG. 6c. The ends of the cathode structure exposed in the electrode assembly were adhered with insulating tape, as shown in FIG. 6D. At this time, the length of the folded part in the electrode assembly was measured at 1,453㎛, and the vertical distance between the end of the anode and the side wrapping part was measured at 268㎛.
비교예 1: 음극 구조체를 절단하여 적층한 전극 조립체의 제조Comparative Example 1: Manufacturing of an electrode assembly made by cutting and stacking a cathode structure
음극 구조체를 각 층의 양극에 맞게 절단한 다음 양극과 음극 구조체를 적층하여 전극 적층체를 제조한 후, 음극 구조체로 별도의 랩핑 없이 전극 조립체를 완성하였다. 상기 전극 조립체에서 양극과 음극 구조체의 소재 및 두께는 실시예 1과 동일하게 제조되었다.The cathode structure was cut to fit the anode of each layer, and then the anode and cathode structures were stacked to manufacture an electrode laminate, and then the electrode assembly was completed without additional wrapping with the cathode structure. The materials and thicknesses of the anode and cathode structures in the electrode assembly were manufactured in the same manner as in Example 1.
실험예Experiment example
실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 각각의 전극 조립체를 동일한 파우치에 넣고, 에테르계 전해액에 0.4M의 LiFSI염과 4 중량%의 LiNO3를 첨가한 전해액을 충전하여 리튬 이차전지를 제조하였다. 제조된 리튬 이차전지를 0.3C로 충방전하여 사이클별 쿨롱 효율을 측정하여 그 결과를 도 7에 나타내었다.Each electrode assembly prepared according to Example 1 and Comparative Example 1 was placed in the same pouch, and an electrolyte solution containing 0.4M LiFSI salt and 4% by weight of LiNO 3 was added to the ether-based electrolyte solution to prepare a lithium secondary battery. . The manufactured lithium secondary battery was charged and discharged at 0.3C, the coulombic efficiency for each cycle was measured, and the results are shown in Figure 7.
본원발명에 따른 전극 조립체는 기존의 전극 조립체에 비해 공정상 장점이 있을 뿐만 아니라, 도 7에 따르면, 쿨롱 효율 등의 전지의 장기적인 성능 또한 개선될 수 있음을 확인할 수 있다.Not only does the electrode assembly according to the present invention have process advantages over existing electrode assemblies, but according to FIG. 7, it can be seen that the long-term performance of the battery, such as coulombic efficiency, can also be improved.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것이며, 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications or changes of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be made clear by the appended claims.
1, 1', 1'': 전극 조립체
10: 음극 구조체
10A, 10A'': 스택부
10A': 스택 개시부
10B: 폴딩부
10C: 랩핑부
11: 음극(리튬 금속층)
12: 분리막(제1 및 제2 분리막)
20: 양극
T: 고정부재(테이프)
d: 양극의 말단과 측면 랩핑부 사이의 수직 거리1, 1', 1'': electrode assembly
10: cathode structure
10A, 10A'': Stack section
10A': start of stack
10B: Folding part
10C: Lapping part
11: Cathode (lithium metal layer)
12: Separator (first and second separator)
20: anode
T: Fixing member (tape)
d: vertical distance between the end of the anode and the side wrapping part
Claims (25)
상기 음극 구조체는 제1 및 제2 분리막, 및 상기 제1 및 제2 분리막 사이에 개재된 리튬 금속층을 포함하고,
상기 음극 구조체는 전극 조립체에서 위치에 따라 스택 개시부, 복수의 스택부, 복수의 폴딩부 및 랩핑부로 구분되고, 상기 음극 구조체에서 말단에 각각 위치한 스택 개시부와 랩핑부 사이에 스택부 및 폴딩부가 교호로 위치하고, 스택 개시부는 폴딩부와 접하고, 랩핑부는 스택부와 접하며,
상기 전극 조립체는 폴딩부에 의해 스택 개시부와 복수의 스택부가 순차적으로 두께 방향으로 나란히 위치하며, 두께 방향으로 인접하는 스택 개시부와 스택부 및 스택부와 스택부 사이에는 적어도 하나의 양극이 위치하고,
상기 전극 조립체는 두께 방향 및 길이 방향의 외부면이 랩핑부, 또는 랩핑부와 최외측 스택부로 둘러싸여진 구조를 가지는 전극 조립체.An electrode assembly comprising a cathode structure and a plurality of anodes,
The cathode structure includes first and second separators, and a lithium metal layer interposed between the first and second separators,
The cathode structure is divided into a stack start part, a plurality of stack parts, a plurality of folding parts, and a wrapping part depending on the position in the electrode assembly, and the stack part and the folding part are located between the stack start part and the wrapping part, respectively located at the ends of the cathode structure. They are located alternately, the stack start portion is in contact with the folding portion, and the wrapping portion is in contact with the stack portion,
The electrode assembly has a stack start portion and a plurality of stack portions sequentially positioned side by side in the thickness direction by a folding portion, and at least one anode is positioned between the stack start portion and the stack portion and the stack portion adjacent to the thickness direction, ,
The electrode assembly has a structure in which the outer surface in the thickness direction and the longitudinal direction is surrounded by a wrapping part, or a wrapping part and an outermost stack part.
상기 전극 조립체에서 스택 개시부, 복수의 스택부 및 복수의 양극은 랩핑부에 의해 두께 방향으로 밀착되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 1,
In the electrode assembly, a stack start portion, a plurality of stack portions, and a plurality of anodes are adhered to each other in the thickness direction by a wrapping portion.
상기 스택 개시부의 길이는 스택부의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 1,
An electrode assembly, characterized in that the length of the stack start portion is longer than the length of the stack portion.
상기 전극 조립체는 스택 개시부와 두께 방향으로 인접하는 랩핑부 사이에 적어도 하나의 양극이 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 1,
The electrode assembly is characterized in that at least one anode is positioned between a stack start portion and a wrapping portion adjacent in the thickness direction.
상기 전극 조립체는 두께 방향으로 인접하는 스택 개시부와 스택부 및 스택부와 스택부 사이에는 하나의 양극이 위치하고,
상기 스택 개시부와 스택부 및 스택부와 스택부 사이에 위치한 전체 양극의 수가 2n(여기서, n은 자연수)인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 1,
The electrode assembly has a stack start portion and a stack portion adjacent to each other in the thickness direction, and one anode is positioned between the stack portions,
An electrode assembly, characterized in that the total number of anodes located between the stack start portion and the stack portion and the stack portion is 2n (where n is a natural number).
상기 전극 조립체에서 양극은 양극 활물질, 및 양극 활물질을 지지하는 집전체를 포함하고, 음극 구조체는 리튬 금속층을 지지하는 집전체를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 1,
In the electrode assembly, the positive electrode includes a positive electrode active material and a current collector supporting the positive electrode active material, and the negative electrode structure does not include a current collector supporting the lithium metal layer.
상기 음극 구조체에서 리튬 금속층과 제1 및 제2 분리막의 길이는 동일한 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 1,
An electrode assembly, wherein in the cathode structure, the lithium metal layer and the first and second separators have the same length.
상기 음극 구조체에서 랩핑부의 일부는 최외측 스택부와 접하며, 상기 랩핑부의 말단은 최외측 스택부 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 1,
In the cathode structure, a portion of the wrapping portion is in contact with the outermost stack portion, and an end of the wrapping portion is located on the outermost stack portion.
상기 전극 조립체는 랩핑부의 말단을 최외측 스택부 상에 고정시키는 고정부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 1,
The electrode assembly further includes a fixing member that secures the end of the wrapping portion to the outermost stack portion.
상기 음극 구조체에서 폴딩부의 길이는 양극과 음극 구조체의 두께 합을 기준으로 2배 내지 10배인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 1,
An electrode assembly, characterized in that the length of the folding portion in the cathode structure is 2 to 10 times the sum of the thicknesses of the anode and cathode structures.
상기 음극 구조체에서 폴딩부의 길이는 양극의 말단과 이를 감싸는 측면 랩핑부 사이의 수직 거리를 기준으로 2배 내지 10배인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 1,
An electrode assembly, characterized in that the length of the folding part in the cathode structure is 2 to 10 times the vertical distance between the end of the anode and the side wrapping part surrounding it.
상기 폴딩부는 길이 방향을 따르는 면을 기준으로 비대칭 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 1,
An electrode assembly characterized in that the folding part has an asymmetric shape with respect to a surface along the longitudinal direction.
상기 음극 구조체에서 리튬 금속층의 두께는 음극 구조체의 전체 두께를 기준으로 50% 내지 90%인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 1,
An electrode assembly, characterized in that the thickness of the lithium metal layer in the negative electrode structure is 50% to 90% based on the total thickness of the negative electrode structure.
상기 양극의 두께는 음극 구조체의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 1,
An electrode assembly, characterized in that the thickness of the anode is greater than the thickness of the cathode structure.
상기 스택 개시부의 길이는 양극의 두께 이상으로 스택부의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 3,
An electrode assembly, characterized in that the length of the stack start portion is longer than the length of the stack portion by more than the thickness of the anode.
상기 스택 개시부와 두께 방향으로 인접하는 랩핑부 사이에 위치하는 양극은 다른 양극 보다 긴 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 4,
An electrode assembly, wherein the anode located between the stack start portion and the wrapping portion adjacent in the thickness direction is longer than the other anodes.
상기 고정부재는 절연 테이프인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 9,
An electrode assembly, characterized in that the fixing member is an insulating tape.
상기 스택 개시부의 말단은 랩핑부와 접하지 않는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 1,
An electrode assembly, characterized in that the end of the stack start portion does not contact the wrapping portion.
상기 폴딩부 길이의 중심 지점은 폴딩부가 감싸는 양극 두께의 중심 지점과 나란히 위치하지 않는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 1,
An electrode assembly, characterized in that the center point of the length of the folding portion is not located in line with the center point of the thickness of the anode surrounding the folding portion.
상기 전극 조립체에서 다른 스택부보다 길이 방향으로 돌출된 스택 개시부는 인접하는 폴딩부에 접하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 3,
An electrode assembly, wherein a stack start portion that protrudes in the longitudinal direction from other stack portions in the electrode assembly contacts an adjacent folding portion.
상기 스택 개시부의 말단의 적어도 일부는 절연층으로 피복되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 3,
An electrode assembly, characterized in that at least a portion of an end of the stack start portion is covered with an insulating layer.
상기 스택 개시부의 말단에 인접하는 양극의 말단의 적어도 일부는 절연층으로 피복되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.In claim 21,
An electrode assembly, characterized in that at least a portion of the end of the anode adjacent to the end of the stack start portion is covered with an insulating layer.
상기 전기화학소자는 리튬 이차전지인 것인, 전기화학소자.According to clause 23,
The electrochemical device is a lithium secondary battery.
상기 전기화학소자는 리튬-황 전지인 것인, 전기화학소자.
According to clause 24,
The electrochemical device is a lithium-sulfur battery.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/KR2023/016370 WO2024085719A1 (en) | 2022-10-21 | 2023-10-20 | Electrode assembly and electrochemical device including same |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220136198 | 2022-10-21 | ||
| KR20220136198 | 2022-10-21 | ||
| KR1020230070466 | 2023-05-31 | ||
| KR1020230070466A KR20240056394A (en) | 2022-10-21 | 2023-05-31 | Elctrode assembly and electrochemical device comprising the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240056427A true KR20240056427A (en) | 2024-04-30 |
Family
ID=90884549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230138672A KR20240056427A (en) | 2022-10-21 | 2023-10-17 | Elctrode assembly and electrochemical device comprising the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240056427A (en) |
-
2023
- 2023-10-17 KR KR1020230138672A patent/KR20240056427A/en active Search and Examination
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100907623B1 (en) | Electrolyte Assembly for Secondary Battery of Novel Laminated Structure | |
| US9209491B2 (en) | Stack/folding-typed electrode assembly and method for preparation of the same | |
| JP6027136B2 (en) | Electrode assembly manufacturing method and electrode assembly manufactured using the same | |
| US7642001B2 (en) | Non-aqueous secondary battery and its control method | |
| EP2555305B1 (en) | Electrode assembly having a novel structure and a production method for the same | |
| KR101147207B1 (en) | Electrode assembly, and rechargeable battery using thereof | |
| EP2662920A2 (en) | Electrode assembly including asymmetrically coated separation membrane and electrochemical device including electrode assembly | |
| TWI612709B (en) | Stack-folding typed electrode assembly | |
| EP4053953A1 (en) | Electrode assembly and method for manufacturing same | |
| KR20220092314A (en) | Electrode assembly and rechargeable battery comprising the same | |
| JP2007123009A (en) | Wound type battery | |
| KR102405345B1 (en) | Unit cell and manufacturing method thereof | |
| US20220384851A1 (en) | Electrode Assembly and Method for Manufacturing the Same | |
| KR20240056427A (en) | Elctrode assembly and electrochemical device comprising the same | |
| KR20240056430A (en) | Elctrode assembly and electrochemical device comprising the same | |
| KR20240056431A (en) | Elctrode assembly and electrochemical device comprising the same | |
| KR20240056394A (en) | Elctrode assembly and electrochemical device comprising the same | |
| KR20240056399A (en) | Elctrode assembly and electrochemical device comprising the same | |
| WO2024085720A1 (en) | Electrode assembly and electrochemical device including same | |
| WO2024085721A1 (en) | Electrode assembly and electrochemical device including same | |
| WO2024085719A1 (en) | Electrode assembly and electrochemical device including same | |
| WO2024085615A1 (en) | Method for manufacturing electrode assembly | |
| KR100601563B1 (en) | Cylindrical lithium ion secondary battery | |
| KR20240057336A (en) | Method for manufacturing an electrode assembly | |
| KR20240056050A (en) | Electrode assembly, method for manufacturing thereof, and electrochemical device comprising the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination |