WO2014107061A1 - 다수의 전극조립체를 포함하는 이차전지 - Google Patents

다수의 전극조립체를 포함하는 이차전지 Download PDF

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electrode assembly
electrode
secondary battery
cross
cathode
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이선우
양현정
장재동
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주식회사 엘지화학
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery comprising a plurality of electrode assemblies.
  • battery packs generally consist of rectangular cells of the same capacity, size and dimensions.
  • the physical shape of the secondary battery reflects the electrical arrangement of the secondary battery.
  • a battery pack having six electrode assemblies may include six electrode assemblies of the same size and capacity.
  • the electrode assembly may be manufactured by being provided in two rows side by side.
  • the form of such a normal secondary battery or battery pack has a problem that the secondary battery can not be used efficiently in a space of a non-square or irregular shape in a portable electronic device or a large-capacity automotive battery.
  • a plurality of different electrode assemblies may be provided to efficiently use the free space, there is a problem in that the output of each electrode assembly is different due to different capacities.
  • One embodiment of the present invention provides a secondary battery including an electrode assembly having a similar capacity by increasing the cross-sectional thickness as the electrode plate area of the electrode assembly is reduced.
  • One embodiment of the present invention includes a first electrode assembly comprising a first anode, a first separator and a first cathode; A second electrode assembly including a second positive electrode, a second separator, and a second negative electrode, and when the electrode plate area of the second electrode assembly is smaller than the electrode plate area of the first electrode assembly, a cross section of the second electrode assembly is included.
  • the thickness provides a secondary battery, characterized in that larger than the cross-sectional thickness of the first electrode assembly.
  • the cross-sectional thickness is increased so that the output is uniformly output from the electrode assembly of various areas, thereby alleviating the phenomenon that the electrical load is concentrated between the electrode assemblies and outputting the secondary battery smoothly. It can be used efficiently.
  • FIG. 1 is a schematic view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention includes a first electrode assembly comprising a first anode, a first separator and a first cathode;
  • a second electrode assembly including a second anode, a second separator, and a second cathode
  • the cross-sectional thickness of the second electrode assembly provides a secondary battery, characterized in that larger than the cross-sectional thickness of the first electrode assembly.
  • the electrode plates have different electrode plate areas, and thus, the secondary battery may be efficiently used in a space having a non-square or irregular shape.
  • the secondary battery according to an embodiment of the present invention is to reduce the life of the secondary battery due to the difference in capacity between the electrode assembly that can appear in the conventional secondary battery and inefficiency of not using the electrode assembly remaining capacity according to the electrode plate area It can be solved by changing the thickness of the cross-section, it is possible to smoothly output the secondary battery output by making the capacity between the electrode assembly similar.
  • the electrode plate area of the first electrode assembly and the electrode plate area of the second electrode assembly may be represented by Equation 1 below:
  • S 1 is the pole plate area of the first electrode assembly
  • S 2 is the pole plate area of the second electrode assembly.
  • cross-sectional thickness of the first electrode assembly and the cross-sectional thickness of the second electrode assembly may be represented by Equation 2 below:
  • I 1 is the cross-sectional thickness of the first electrode assembly
  • I 2 is the cross-sectional thickness of the second electrode assembly.
  • the area of the second electrode assembly may be as small as the ratio shown in Equation 1 relative to the area of the first electrode assembly.
  • the battery capacities of the first electrode assembly and the second electrode assembly are the same or almost the same. If there is a difference in capacity between the first electrode assembly and the second electrode assembly, the lifespan is shortened as charging and discharging proceeds in the case of the electrode assembly having a small capacity, and in the case of the electrode assembly having a large capacity, the battery capacity remains inefficient. Because it can be.
  • the cross-sectional thickness of the second electrode assembly may be set larger than the cross-sectional thickness of the first electrode assembly, or the electrode material of the second electrode assembly may be more efficient than the electrode material of the first electrode assembly. .
  • the cross-sectional thickness of the second electrode assembly is set to be larger than the cross-sectional thickness of the first electrode assembly.
  • the positive electrode active material layer of the second positive electrode of the second electrode assembly and the negative electrode active material layer of the second negative electrode may each be thicker than the positive electrode active material layer of the first positive electrode of the first electrode assembly and the negative electrode active material layer of the first negative electrode, respectively.
  • the electrode material of the first electrode assembly and the second electrode assembly are used differently, that is, the electrode material of the second electrode assembly may use an electrode material of higher efficiency than the electrode material of the first electrode assembly.
  • the first and second positive electrodes may be coated with a positive electrode active material on both surfaces or one surface of the positive electrode current collector.
  • the reference capacitance per unit area of the first positive electrode may be 0.0121 to 0.0123 Ah / cm 2. If the reference capacity per unit area of the first anode is less than 0.0121 Ah / cm 2, there is a problem of capacity design efficiency deterioration due to a decrease in capacity per unit area, and if it exceeds 0.0123 Ah / cm 2, an electrolyte solution according to an increase in rolling strength after electrode coating There is a problem of impregnation.
  • the reference capacitance per unit area of the second positive electrode may be 0.0123 to 0.0126 Ah / cm 2.
  • the reference capacity per unit area of the first anode is less than 0.0123 Ah / cm 2
  • the first and second negative electrodes may be coated with a negative electrode active material on both surfaces or one surface of the negative electrode current collector.
  • the reference capacitance per unit area of the first cathode may be 0.0132 to 0.0136 Ah / cm 2.
  • the reference capacity per unit area of the first negative electrode is less than 0.0132 Ah / cm 2
  • the reference capacitance per unit area of the second negative electrode may be 0.0135 to 0.0139 Ah / cm 2. If the reference capacity per unit area of the second negative electrode is less than 0.0135 Ah / cm 2, there is a problem of lithium precipitation in the battery, and if it exceeds 0.0139 Ah / cm 2, there is a problem of capacity design efficiency and price competitiveness deterioration.
  • the electrode assembly may have a structure of a simple stack type and a stack-fold type.
  • the electrode assembly may be prepared by interposing a separator between a positive electrode and a negative electrode to which the active material is applied and continuously stacking a positive electrode / membrane / cathode.
  • the stacked electrode assembly may include a plurality of electrodes and separators alternately stacked to increase the capacity.
  • the electrode assembly may be manufactured by stacking an anode / separator / cathode or a cathode / separator / anode as a repeating unit, and folding film of a plurality of unit cells having a full cell or bicell structure. It can be prepared by gathering.
  • the folding film may use a general insulating film.
  • the full cell structure refers to a cell structure including at least one cell structure having a separator interposed between electrodes having different polarities, but having different polarities of electrodes located at the outermost sides.
  • Examples of the full cell structure include an anode / separator / cathode or an anode / separator / cathode / separator / anode / separator / cathode.
  • the bicell structure refers to a cell structure including at least one cell structure having a separator interposed between electrodes having different polarities, but having the same polarity as the electrode located at the outermost side. Examples of the bicell structure include an anode / separator / cathode / separator / anode or a cathode / separator / anode / separator / cathode.
  • an electrode assembly may be manufactured by arranging a plurality of unit cells on one surface of the folding film extending in a longitudinal direction at predetermined intervals and winding the folding film in one direction together with the arranged unit cells.
  • the electrode assembly thus manufactured has a structure in which unit cells are inserted between the wound folding films.
  • an electrode assembly may be manufactured by arranging a plurality of unit cells on both sides of the folding film extending in a longitudinal direction at predetermined intervals and winding the folding film in one direction together with the arranged unit cells.
  • the electrode assembly thus manufactured has a structure in which unit cells are inserted between the wound folding films.
  • the arrangement interval of the unit cells and the polarity of the electrode positioned at the outermost portion of each unit cell are selected such that the polarities of the electrodes of the upper cell and the electrodes of the lower cell in contact with the folding film are reversed.
  • an electrode disposed at an outermost interval of each unit cell and an arrangement interval of the unit cells so as to form an electrode assembly structure such as an anode / separator / cathode / folding film / anode / separator / cathode / folding film / anode.
  • the polarity of can be selected.
  • the length of the folding film used to manufacture the electrode assembly may be selected to wrap the last unit cell or electrode in the manner described above, and then wrap the electrode assembly at least once.
  • the electrode assemblies may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited thereto.
  • an embodiment of the present invention provides a medium-large battery module, characterized in that it comprises two or more electrically connected to the secondary battery.
  • an embodiment of the present invention provides a medium-large battery pack, characterized in that it comprises two or more of the medium-large battery module electrically connected.
  • a hybrid electric vehicle using a battery and an existing engine
  • a high output large capacity is required, and for this, a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the medium-large battery pack includes a power tool; Electric vehicles including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); Electric trucks; Electric commercial vehicles; Or it is used as a power source for any one or more of the system for power storage.
  • FIG. 1 is a schematic view of a secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention, in which two electrode assemblies are stacked.
  • the second electrode assembly 120 in which the second separator 123, the second cathode 122, and the second separator 123 are sequentially stacked are stacked in a stacked manner.
  • the electrode plate area of the second electrode assembly 120 is smaller than the electrode plate area of the first electrode assembly 110
  • the cross-sectional thickness of the second electrode assembly 120 is greater than the cross-sectional thickness of the first electrode assembly 110. have.
  • the pole plate areas of the first electrode assembly 110 and the second electrode assembly 120 as in the embodiment of the present invention are different. It can be configured a secondary battery 100 of the pyramidal shape configured to.
  • the electrode plate area of the second electrode assembly 120 is smaller than the electrode plate area of the first electrode assembly 110 so that an active material is coated. Since the capacity of the second electrode assembly 120 may be reduced due to the smaller size, the capacitance difference caused by the thick coating of the electrode active material may be offset by increasing the cross-sectional thickness of the second electrode assembly 120.
  • the electrode assembly having a smaller capacity may have a shorter lifespan as charging and discharging proceeds and a problem in that the electrode assembly having a remaining capacity may not be used, but in one embodiment of the present invention,
  • the above problem can be solved by increasing the cross-sectional thickness of the capacitance difference due to the difference in the electrode plate area, and the output can be smoothly produced by manufacturing a secondary battery in which electrode assemblies having similar capacities are stacked.
  • FIG 2 is a cross-sectional view of a secondary battery 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 200 may be manufactured by constructing a plurality of secondary batteries 100 in which the electrode assemblies illustrated in FIG. 1 are stacked.
  • the first electrode assembly 210 and the second electrode 211, the first separator 213, the first cathode 212, and the first separator 213 are sequentially stacked.
  • the second electrode assembly 220 in which the anode 221, the second separator 223, the second cathode 222, and the second separator 223 are sequentially stacked is stacked in a stacked manner, and the third anode 231 is stacked.
  • the third electrode assembly 230, the fourth anode 241, the fourth separator 243, and the fourth separator 233, the third cathode 232, and the third separator 233 are sequentially stacked.
  • the fourth electrode assembly 240 in which the cathode 242 and the fourth separator 243 are sequentially stacked may be stacked.
  • the fourth electrode assembly 240 may be further increased.
  • One or more electrode assemblies having a smaller electrode plate area and larger cross-sectional thickness may be stacked.
  • the pole plate area S 1 of the first electrode assembly 210 is larger than the pole plate area S 2 of the second electrode assembly 220, and the pole plate area S 2 of the second electrode assembly 220. is greater than the plate area (S 4) of the third electrode assembly 230, the electrode plate area (S 3), the electrode plate area (S 3) of the look large and the third electrode assembly 230, a fourth electrode assembly 240 of the .
  • the cross-sectional thickness I 1 of the first electrode assembly 210 is smaller than the cross-sectional thickness I 2 of the second electrode assembly 220, and the cross-sectional thickness I 2 of the second electrode assembly 220. ) it is more cross-section thickness (I 4) of the third electrode assembly 230 smaller than the cross-sectional thickness (I 3), the third electrode assembly (230 cross-section thickness (I 3) of a) is the fourth electrode assembly 240 small.
  • the positive electrode active material layer of the second positive electrode 221 of the second electrode assembly 220 and the negative electrode active material layer of the second negative electrode 222 are positive electrode active materials of the first positive electrode 211 of the first electrode assembly 210.
  • the electrode assembly of the same battery capacity may be formed by thickening the layer and the negative electrode active material layer of the first negative electrode 212, respectively.
  • the active material layer thickness control of the positive electrode and the negative electrode may be equally applied to the third electrode assembly 230 and the fourth electrode assembly 240.
  • a high output large capacity is required to be used as a power source for an electric vehicle (EV) that can be driven only by a battery, a hybrid electric vehicle (HEV) that uses a battery and an existing engine, and the like according to an embodiment of the present invention.
  • EV electric vehicle
  • HEV hybrid electric vehicle
  • Two or more secondary batteries may be electrically connected in series, or in some cases, connected in parallel to configure a battery module, and may include a battery pack including two or more electrically connected battery modules.

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Abstract

본 발명은 다수의 전극조립체를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 제1 양극, 제1 분리막 및 제1 음극을 포함하는 제1 전극조립체; 제2 양극, 제2 분리막 및 제2 음극을 포함하는 제2 전극조립체를 포함하고, 상기 제2 전극조립체의 극판 면적이 상기 제1 전극조립체의 극판 면적보다 작을 경우, 상기 제2 전극조립체의 단면 두께는 상기 제1 전극조립체의 단면 두께 보다 큰 것을 특징으로 하는 이차전지에 관한 것이다.

Description

다수의 전극조립체를 포함하는 이차전지
본 발명은 다수의 전극조립체를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
현존하는 이차전지 및 전지팩 구조에서 이차전지의 사용 및 배열은 제한될 수 있다. 특히, 전지팩은 일반적으로 동일한 용량, 크기 및 치수의 사각형 전지로 구성된다. 이러한 이차전지의 물리적인 형상은 이차전지의 전기적인 배열을 반영하고, 예를 들어 여섯개의 전극조립체를 갖는 전지팩은 동일한 크기 및 용량의 전극조립체를 6개 포함할 수 있다. 이러한 전지팩에서 전극조립체는 2열로 세개가 나란하게 구비되어 제조될 수 있다. 그러나, 이러한 보통의 이차전지 또는 전지팩의 형태는 휴대용 전자 장치 또는 대용량의 자동차용 전지에서 사각형이 아니거나 불규칙적인 형상의 공간에서 이차전지를 효율적으로 사용할 수 없게 되는 문제가 있고, 이에 따라 형상이 상이한 전극조립체를 다수개 구비하여 여유 공간을 효율적으로 사용하도록 할 수 있으나, 각각의 전극조립체의 용량이 상이하여 출력이 원활하지 않은 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예는 전극조립체의 극판 면적이 감소함에 따라 단면 두께를 증가시켜 유사한 용량의 전극조립체를 포함하는 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 제1 양극, 제1 분리막 및 제1 음극을 포함하는 제1 전극조립체; 제2 양극, 제2 분리막 및 제2 음극을 포함하는 제2 전극조립체를 포함하고, 상기 제2 전극조립체의 극판 면적이 상기 제1 전극조립체의 극판 면적보다 작을 경우, 상기 제2 전극조립체의 단면 두께는 상기 제1 전극조립체의 단면 두께 보다 큰 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
본 발명은 전극조립체의 극판 면적이 작으면 단면 두께를 크게 하여 다양한 면적의 전극조립체에서 출력이 일정하게 나오도록 함으로써 전극조립체간 전기적 부하가 집중되는 현상을 완화하고 출력이 원활하게 나오게 하여 이차전지를 효율적으로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 단면도이다.
본 발명은 제1 양극, 제1 분리막 및 제1 음극을 포함하는 제1 전극조립체;
제2 양극, 제2 분리막 및 제2 음극을 포함하는 제2 전극조립체를 포함하고,
상기 제2 전극조립체의 극판 면적이 상기 제1 전극조립체의 극판 면적보다 작을 경우, 상기 제2 전극조립체의 단면 두께는 상기 제1 전극조립체의 단면 두께 보다 큰 것 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체의 극판 면적이 상이하여 사각형이 아니거나 불규칙적인 형상의 공간에서 이차전지를 효율적으로 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 종래 이차전지에서 나타날 수 있는 전극조립체 간의 용량 차이로 인한 이차전지의 수명 단축과 용량이 남아있는 전극조립체를 사용하지 못하는 비효율성을 극판 면적에 따라 단면 두께를 달리하여 해결할 수 있고, 전극조립체간 용량을 유사하게 함으로써 이차전지의 출력을 원활하게 나오도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 상기 제1 전극조립체의 극판 면적과 제2 전극 조립체의 극판 면적은 하기 수학식 1로 표시될 수 있다:
[수학식 1]
0.5≤S2/S1≤0.98
S1은 제1 전극조립체의 극판 면적이고, S2는 제2 전극 조립체의 극판 면적이다.
또한, 상기 제1 전극조립체의 단면 두께와 제2 전극조립체의 단면 두께는 하기 수학식 2로 표시될 수 있다:
[수학식 2]
0≤I1/I2≤0.2
I1은 제1 전극조립체의 단면 두께이고, I2는 제2 전극조립체의 단면 두께이다.
즉, 상기 제2 전극조립체의 면적은 상기 제1 전극조립체의 면적에 비하여 상기 수학식 1에 표시되는 비율만큼 작을 수 있다. 그러나, 상기 제1 전극조립체 및 상기 제2 전극조립체의 전지 용량은 동일하거나 거의 동일한 것이 바람직하다. 상기 제1 전극조립체와 상기 제2 전극조립체 간의 용량 차이가 발생한다면 용량이 작은 전극조립체의 경우에 충방전이 진행될수록 수명이 단축되고, 반대로 용량이 큰 전극조립체의 경우에는 전지 용량이 남게 되어 비효율적일 수 있기 때문이다. 이를 위하여 상기 제1 전극조립체의 단면 두께보다 상기 제2 전극조립체의 단면 두께를 크게 설정할 수 있고, 또는 상기 제2 전극조립체의 전극 재료를 상기 제1 전극조립체의 전극 재료보다 고효율인 것을 사용할 수 있다.
제1 전극조립체와 제2 전극조립체의 전극 재료가 동일한 경우, 제2 전극조립체의 면적이 제1 전극조립체의 면적보다 작게 설정된다면, 제2 전극조립체의 용량이 제1 전극조립체의 용량보다 적게 되는데, 이러한 용량 차이를 극복하기 위하여 상대적으로 제2 전극조립체의 단면 두께를 제1 전극조립체의 단면 두께보다 크게 설정하는 것이다. 구체적으로, 제2 전극조립체의 제2 양극의 양극 활물질 층 및 제2 음극의 음극 활물질 층을 제1 전극조립체의 제1 양극의 양극 활물질 층 및 제1 음극의 음극 활물질 층 보다 각각 더 두껍게 하여 동일한 전지 용량의 전극조립체를 형성할 수 있다.
한편, 상기 제1 전극조립체 및 상기 제2 전극조립체의 전극 재료를 달리 사용하는 경우, 즉 상기 제2 전극조립체의 전극 재료가 상기 제1 전극조립체의 전극 재료보다 고효율의 전극 재료를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 상기 제1 양극 및 제2 양극은 양극집전체의 양면 또는 일면에 양극 활물질이 도포될 수 있다.
상기 제1 양극의 단위면적당 기준 용량은 0.0121 내지 0.0123 Ah/㎠일 수 있다. 상기 제1 양극의 단위면적당 기준 용량이 0.0121 Ah/㎠ 미만인 경우에는 단위 면적당 용량 저하로 인한 용량 설계 효율성 저하의 문제가 있고, 0.0123 Ah/㎠를 초과하는 경우에는 전극 코팅 후 압연 강도 증가에 따른 전해액 함침 저하의 문제가 있다.
상기 제2 양극의 단위면적당 기준 용량은 0.0123 내지 0.0126 Ah/㎠일 수 있다. 상기 제1 양극의 단위면적당 기준 용량이 0.0123 Ah/㎠ 미만인 경우에는 단위 면적당 용량 저하로 인한 용량 설계 효율성 저하의 문제가 있고, 0.0126 Ah/㎠를 초과하는 경우에는 전극 코팅 후 압연 강도 증가에 따른 전해액 함침 저하의 문제가 있기 때문이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 상기 제1 음극 및 제2 음극은 음극집전체의 양면 또는 일면에 음극 활물질이 도포될 수 있다.
상기 제1 음극의 단위면적당 기준용량은 0.0132 내지 0.0136 Ah/㎠일 수 있다. 상기 제1 음극의 단위면적당 기준 용량이 0.0132 Ah/㎠ 미만인 경우에는 전지 내에서 리튬이 석출된다는 문제가 있고, 0.0136 Ah/㎠를 초과하는 경우에는 로딩량이 증가되기 때문에 가격 경쟁력의 문제가 있다.
상기 제2 음극의 단위면적당 기준용량은 0.0135 내지 0.0139 Ah/㎠일 수 있다. 상기 제2 음극의 단위면적당 기준 용량이 0.0135 Ah/㎠ 미만인 경우에는 전지 내 리튬 석출의 문제가 있고, 0.0139 Ah/㎠를 초과하는 경우에는 용량 설게 효율 및 가격 경쟁력 저하의 문제가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에서 상기 전극조립체는 단순 스택형, 스택-폴딩형의 구조를 가질 수 있다. 상기 전극조립체는 활물질이 도포된 양극과 음극 사이에 분리막을 개재시키고 양극/분리막/음극을 연속적으로 적층하여 제조할 수 있다. 한편, 상기 적층되는 전극조립체는 용량의 증대를 위해 교호로 적층된 복수의 전극과 분리막을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극 또는 음극/분리막/양극을 반복 단위로 적층시켜 제조할 수 있고, 풀셀 또는 바이셀의 구조를 갖는 복수의 단위셀을 폴딩필름으로 집합시켜 제조할 수 있다. 여기서 상기 폴딩필름은 일반적인 절연필름 등을 사용할 수 있다. 풀셀 구조는 극성이 다른 전극 사이에 분리막이 개재된 셀 구조를 적어도 하나 이상 포함하되 최외측에 위치한 전극의 극성이 다른 셀 구조를 의미한다. 풀셀 구조의 일례로는 양극/분리막/음극 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극 등을 들 수 있다. 바이셀 구조는 극성이 다른 전극 사이에 분리막이 개재된 셀 구조를 적어도 하나 이상 포함하되 최외측에 위치한 전극의 극성이 같은 셀 구조를 의미한다. 바이셀 구조의 일례로는 양극/분리막/음극/분리막/양극 또는 음극/분리막/양극/분리막/음극 등을 들 수 있다.
한편, 폴딩필름을 사용하여 단위셀들을 집합시키는 방식은 여러 가지가 가능하다. 일례로, 길이 방향으로 연장된 폴딩필름의 한쪽 면에 복수의 단위셀들을 소정의 간격으로 배열한 후 배열된 단위셀들과 함께 폴딩필름을 한쪽 방향으로 권취하여 전극조립체를 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 전극조립체는 권취된 폴딩필름의 사이에 단위셀 들이 삽입된 구조를 갖는다. 다른 예로, 길이 방향으로 연장된 폴딩필름의 양면에 복수의 단위셀들을 소정의 간격으로 배열한 후 배열된 단위셀들과 함께 폴딩필름을 한쪽 방향으로 권취하여 전극조립체를 제조할 수 있다.
이렇게 제조된 전극조립체는 권취된 폴딩필름의 사이에 단위셀들이 삽입된 구조를 갖는다. 상기 단위셀들의 배치 간격과 각 단위셀의 최외각에 위치하는 전극의 극성은 폴딩필름에 접한 상부 셀의 전극과 하부셀의 전극의 극성이 반대가 되도록 선택된다. 일례로, 양극/분리막/음극/폴딩필름/양극/분리막/음극/폴딩필름/양극...과 같은 전극조립체의 구조가 형성되도록 단위셀의 배치간격과 각 단위셀의 최외각에 위치하는 전극의 극성이 선택될 수 있다.
한편, 전극조립체의 제조에 사용되는 폴딩필름의 길이는 마지막 단위셀 또는 전극을 상기에서 설명한 방식으로 집합시킨 후, 전극조립체를 적어도 한번 이상 감쌀 수 있도록 선택될 수 있다. 다만, 상기의 전극조립체들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 또한 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 상기 이차전지를 둘 이상 전기적으로 연결하여 포함하는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 상기 중대형 전지모듈을 둘 이상 전기적으로 연결하여 포함하는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩을 제공한다.
배터리만으로 운행될 수 있는 전기자동차(EV), 배터리와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 전기자동차(HEV) 등에 동력원으로 사용되기 위해서는 고출력 대용량이 요구되는 바, 이를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지모듈을 둘 이상 전기적으로 직렬로 연결하거나, 경우에 따라서는 병렬로 연결하여 전지팩을 구성할 수 있다. 상기 중대형 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 전기 트럭; 전기 상용차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)의 모식도로서, 두개의 전극조립체가 적층된 구조이다.
도 1을 참고하면, 제1 양극(111), 제1 분리막(113), 제1 음극(112), 제1 분리막(113)이 순차적으로 적층된 제1 전극조립체(110)와 제2 양극(121), 제2 분리막(123), 제2 음극(122), 제2 분리막(123)이 순차적으로 적층된 제2 전극조립체(120)가 스택 방식으로 적층된다. 제2 전극조립체(120)의 극판 면적은 제1 전극조립체(110)의 극판 면적보다 작지만, 제2 전극조립체(120)의 단면 두께는 제1 전극조립체(110)의 단면 두께보다 큰 것을 알 수 있다.
현재 다양한 형태의 휴대전화, 노트북 및 태블릿 PC 뿐만 아니라 대용량의 자동차용 전지에 사용되기 위해서는 본 발명의 일 실시예와 같은 제1 전극조립체(110)와 제2 전극조립체(120)의 극판 면적이 상이하게 구성된 피라미드 형태의 이차전지(100)를 구성할 수 있다. 상기 제1 전극조립체(110) 및 제2 전극조립체(120)가 적층된 이차전지에서 제2 전극조립체(120)의 극판 면적이 제1 전극조립체(110)의 극판 면적보다 작아 활물질이 도포된 면적이 작아지므로 제2 전극조립체(120)의 용량이 감소할 수 있지만, 제2 전극조립체(120)의 단면 두께를 증가시켜 감소하는 용량만큼 전극활물질이 두껍게 코팅시켜 발생한 용량 차이를 상쇄할 수 있다.
따라서, 적층된 전극조립체 간의 용량 차이로 인해 용량이 작은 전극조립체일수록 충방전이 진행될수록 수명이 단축되고 용량이 남아 있는 전극조립체는 사용하지 못하게 되는 문제가 발생할 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 극판 면적 차이로 인한 용량 차이를 단면 두께를 증가시켜 상기와 같은 문제를 해결할 수 있고, 용량이 유사한 전극조립체를 적층한 이차전지를 제조하여 출력이 원활히 나오도록 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(200)의 단면도이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 도 1에서 나타낸 전극조립체가 적층된 이차전지(100)를 다수개 구성하여 이차전지(200)를 제조할 수 있다. 도 2를 더욱 구체적으로 살펴보면, 제1 양극(211), 제1 분리막(213), 제1 음극(212), 제1 분리막(213)이 순차적으로 적층된 제1 전극조립체(210)와 제2 양극(221), 제2 분리막(223), 제2 음극(222), 제2 분리막(223)이 순차적으로 적층된 제2 전극조립체(220)가 스택 방식으로 적층되고, 제3 양극(231), 제3 분리막(233), 제3 음극(232), 제3 분리막(233)이 순차적으로 적층된 제3 전극조립체(230)와 제4 양극(241), 제4 분리막(243), 제4 음극(242), 제4 분리막(243)이 순차적으로 적층된 제4 전극조립체(240)가 적층될 수 있다. 상기 제1 전극조립체(210), 제2 전극조립체(220), 제3 전극조립체(230) 및 제4 전극조립체(240)를 포함하는 이차전지에서 용량을 더욱 증대시키기 위해 제4 전극조립체(240)보다 극판 면적은 작고 단면 두께가 큰 전극조립체를 하나 이상 적층시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 전극조립체(210)의 극판 면적(S1)은 제2 전극조립체(220)의 극판 면적(S2)보다 크고, 상기 제2 전극조립체(220)의 극판 면적(S2)은 제3 전극조립체(230)의 극판 면적(S3)보다 크며, 상기 제3 전극조립체(230)의 극판 면적(S3)은 제4 전극조립체(240)의 극판 면적(S4)보다 크다. 반면, 상기 제1 전극조립체(210)의 단면 두께(I1)는 제2 전극조립체(220)의 단면 두께(I2)보다 작으며, 상기 제2 전극조립체(220)의 단면 두께(I2)는 제3 전극조립체(230)의 단면 두께(I3)보다 작고, 상기 제3 전극조립체(230)의 단면 두께(I3)는 제4 전극조립체(240)의 단면 두께(I4)보다 작다.
구체적으로, 제2 전극조립체(220)의 제2 양극(221)의 양극 활물질 층 및 제2 음극(222)의 음극 활물질 층을 제1 전극조립체(210)의 제1 양극(211)의 양극 활물질 층 및 제1 음극(212)의 음극 활물질 층 보다 각각 더 두껍게 하여 동일한 전지 용량의 전극조립체를 형성할 수 있다. 양극 및 음극의 활물질 층 두께 조절은 제3 전극조립체(230) 및 제4 전극조립체(240)에도 동일하게 적용될 수 있다.
이에, 용량이 유사한 전극조립체를 적층한 이차전지를 제조함으로써 적층된 전극조립체 간의 용량 차이가 거의 발생하지 않아 충방전이 진행될수록 수명이 단축되는 문제가 발생하지 않고, 용량이 남아 있는 전극조립체는 사용하지 못하게 되는 문제가 발생하지 않으며, 용량이 유사한 전극조립체를 적층하여 출력이 원활하게 나오도록 할 수 있다.
또한, 배터리만으로 운행될 수 있는 전기자동차(EV), 배터리와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 전기자동차(HEV) 등에 동력원으로 사용되기 위해서는 고출력 대용량이 요구되는바, 이를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 둘 이상 전기적으로 직렬로 연결하거나, 경우에 따라서는 병렬로 연결하여 전지모듈을 구성할 수 있고, 상기 전지모듈을 둘 이상 전기적으로 연결하는 것을 포함하여 전지팩을 구성할 수 있다.

Claims (14)

  1. 제1 양극, 제1 분리막 및 제1 음극을 포함하는 제1 전극조립체;
    제2 양극, 제2 분리막 및 제2 음극을 포함하는 제2 전극조립체를 포함하고,
    상기 제2 전극조립체의 극판 면적이 상기 제1 전극조립체의 극판 면적보다 작을 경우, 상기 제2 전극조립체의 단면 두께는 상기 제1 전극조립체의 단면 두께 보다 큰 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전극조립체의 상기 제2 양극의 양극 활물질 층이 상기 제1 전극조립체의 상기 제1 양극의 양극 활물질 층 보다 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전극조립체의 상기 제2 음극의 음극 활물질 층이 상기 제1 전극조립체의 상기 제1 음극의 음극 활물질 층 보다 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극조립체의 극판 면적과 제2 전극 조립체의 극판 면적은 하기 수학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 이차전지:
    [수학식 1]
    0.5≤S2/S1≤0.98
    S1은 제1 전극조립체의 극판 면적이고, S2는 제2 전극 조립체의 극판 면적이다.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극조립체의 단면 두께와 제2 전극조립체의 단면 두께는 하기 수학식 2로 표시되는 것을 특징으로 하는 이차전지:
    [수학식 2]
    0≤I1/I2≤0.2
    I1은 제1 전극조립체의 단면 두께이고, I2는 제2 전극조립체의 단면 두께이다.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 양극 및 제2 양극은 양극집전체의 양면 또는 일면에 양극 활물질이 도포되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 양극의 단위면적당 기준 용량은 0.0121 내지 0.0123 Ah/㎠인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 양극의 단위면적당 기준 용량은 0.0123 내지 0.0126 Ah/㎠인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 음극 및 제2 음극은 음극집전체의 양면 또는 일면에 음극 활물질이 도포되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 음극의 단위면적당 기준용량은 0.0132 내지 0.0136 Ah/㎠인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 음극의 단위면적당 기준용량은 0.0135 내지 0.0139 Ah/㎠인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극조립체와 상기 제2 전극조립체의 전지 용량은 동일한 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 청구항 1의 이차전지를 둘 이상 전기적으로 연결하여 포함하는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
  14. 청구항 13의 중대형 전지모듈을 둘 이상 전기적으로 연결하여 포함하는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
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