KR101684283B1

KR101684283B1 - Jelly-roll type electrode assembly

Info

Publication number: KR101684283B1
Application number: KR1020140091044A
Authority: KR
Inventors: 이관수; 류덕현
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2016-12-08
Also published as: KR20160010121A

Abstract

본 발명은 젤리롤(jelly-roll)형 전극 조립체에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 이차 전지의 에너지 밀도를 극대화 할 수 있는 젤리롤형 전극 조립체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 젤리롤형 전극 조립체는 전극 및 분리막이 교대로 적층된 상태로 권취중심을 기준으로 권취된 젤리롤형 전극 조립체에 관한 것으로서, 전극은 다른 극성을 갖는 전극과 대향되지 않는 면에서 대향되는 면보다 더 적은 양으로 전극 활물질 슬러리에 의해 코팅된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a jelly-roll type electrode assembly, and more particularly, to a jelly-roll type electrode assembly capable of maximizing energy density of a secondary battery.
A jelly-roll type electrode assembly according to the present invention is a jelly-roll type electrode assembly wound around a winding center in a state where electrodes and a separator are alternately laminated, wherein the electrode has an electrode which is not opposed to the electrode having another polarity And is coated with the electrode active material slurry in a smaller amount.

Description

[0001] JELLY-ROLL TYPE ELECTRODE ASSEMBLY [0002]

본 발명은 젤리롤(jelly-roll)형 전극 조립체에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 이차 전지의 에너지 밀도를 극대화 할 수 있는 젤리롤형 전극 조립체에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a jelly-roll type electrode assembly, and more particularly, to a jelly-roll type electrode assembly capable of maximizing energy density of a secondary battery.

이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.Unlike primary batteries, rechargeable secondary batteries can be recharged, and they are being researched and developed recently due to their small size and high capacity. As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing.

이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다. The secondary battery is classified into a coin type battery, a cylindrical type battery, a square type battery, and a pouch type battery depending on the shape of the battery case. An electrode assembly mounted in a battery case of a secondary battery is a charge / dischargeable power generating device formed of a lamination structure of a cathode / separator / cathode.

전극 조립체는 전극 활물질 슬러리가 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다. 이 중 젤리롤형 전극 조립체는 제조가 용이하면서도 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.The electrode assembly is a jelly-roll type in which a separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode coated with an electrode active material slurry, and a plurality of positive electrodes and negative electrodes are sequentially stacked in a state in which a separator is interposed therebetween Stacked and stacked unit cells can be roughly classified into a stack / folding type in which the unit cells are wound in a long length separating film. Among them, the jelly roll type electrode assembly is widely used because it has the advantages of being easy to manufacture and high energy density per weight.

도 1은 젤리롤형 전극 조립체가 적용되는 일례인 원통형 이차전지의 개략적인 조립도이다. 도 1을 참조하면, 원통형 이차전지는 전극 탭(21)이 부착된 젤리롤형 전극 조립체(20)가 원통형의 전지 캔(30)에 삽입되고 덮개인 캡(10)을 씌우는 방식으로 제조될 수 있다. 1 is a schematic view of a cylindrical secondary battery, which is an example in which a jelly roll type electrode assembly is applied. 1, a cylindrical secondary battery can be manufactured in such a manner that a jelly roll type electrode assembly 20 having an electrode tab 21 is inserted into a cylindrical battery can 30 and covers a cap 10 as a cover .

종래의 젤리롤형 전극 조립체에서는 전극의 표면에 일률적으로 전극 활물질 슬러리가 코팅되어 사용되어 왔다. 그러나 이러한 형태의 젤리롤형 전극 조립체는 전지 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 없었고, 그에 따라 전지의 에너지 밀도를 극대화 할 수 없는 문제가 있었다. In the conventional jelly roll type electrode assembly, the electrode active material slurry is uniformly coated on the surface of the electrode. However, this type of jelly roll type electrode assembly can not efficiently utilize the internal space of the battery, and thus the energy density of the battery can not be maximized.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전지 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있고, 그에 따라 전지의 에너지 밀도를 극대화 할 수 있는 젤리롤형 전극 조립체를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a jelly-roll type electrode assembly capable of efficiently utilizing the internal space of the battery and maximizing the energy density of the battery.

또한, 본 발명의 과제는 전지의 에너지 밀도를 극대화 하면서도 전지의 저항을 감소시킬 수 있는 젤리롤형 전극 조립체를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a jelly-roll type electrode assembly capable of maximizing the energy density of the battery and reducing the resistance of the battery.

본 발명에 따른 젤리롤형 전극 조립체는 전극 및 분리막이 교대로 적층된 상태로 권취중심을 기준으로 권취된 젤리롤형 전극 조립체에 관한 것으로서, 전극은 다른 극성을 갖는 전극과 대향되지 않는 면에서 대향되는 면보다 더 적은 양으로 전극 활물질 슬러리에 의해 코팅된다.A jelly-roll type electrode assembly according to the present invention is a jelly-roll type electrode assembly wound around a winding center in a state where electrodes and a separator are alternately laminated, wherein the electrode has an electrode which is not opposed to the electrode having another polarity And is coated with the electrode active material slurry in a smaller amount.

본 발명에 따른 젤리롤형 전극 조립체에서 제2 전극은 중앙부에 전극 탭을 구비한다. In the jelly roll type electrode assembly according to the present invention, the second electrode has an electrode tab at a central portion thereof.

본 발명에 따른 젤리롤형 전극 조립체는 전극이 다른 극성을 갖는 전극과 대향되지 않는 면에서 대향되는 면보다 더 적은 양으로 전극 활물질 슬러리에 의해 코팅됨으로써, 전지 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있고, 그에 따라 전지의 에너지 밀도를 극대화 할 수 있다. The jelly roll type electrode assembly according to the present invention is coated with the electrode active material slurry in a smaller amount than the opposite surface in terms of the surface of the electrode not facing the electrode having the other polarity so that the internal space of the battery can be utilized efficiently, Can be maximized.

본 발명에 따른 젤리롤형 전극 조립체는 제2 전극이 중앙부에 전극 탭을 구비함으로써, 전지의 에너지 밀도를 극대화 하면서도 전지의 저항을 감소시킬 수 있다. In the jelly roll type electrode assembly according to the present invention, the second electrode has an electrode tab at the center, thereby maximizing the energy density of the battery and reducing the resistance of the battery.

도 1은 젤리롤형 전극 조립체가 적용되는 일례인 원통형 이차전지의 개략적인 조립도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체를 도시하는 단면도이다.
도 3는 도 2의 젤리롤형 전극 조립체가 펼쳐진 모습을 도시하는 도면이다.
도 4는 미코팅부에 전극 활물질 슬러리가 코팅된 상태의 비교예를 도시하는 젤리롤형 전극 조립체의 단면도이다. 1 is a schematic view of a cylindrical secondary battery, which is an example in which a jelly roll type electrode assembly is applied.
2 is a cross-sectional view illustrating a jelly roll type electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing a state in which the jelly roll type electrode assembly of FIG. 2 is unfolded.
4 is a sectional view of a jelly roll type electrode assembly showing a comparative example in which an electrode active material slurry is coated on an uncoated portion.

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the following examples.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체를 도시하는 단면도이다. 도 3는 도 2의 젤리롤형 전극 조립체가 펼쳐진 모습을 도시하는 도면이다. 도 4는 미코팅부에 전극 활물질 슬러리가 코팅된 상태의 비교예를 도시하는 젤리롤형 전극 조립체의 단면도이다. 2 is a cross-sectional view illustrating a jelly roll type electrode assembly according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a view showing a state in which the jelly roll type electrode assembly of FIG. 2 is unfolded. 4 is a sectional view of a jelly roll type electrode assembly showing a comparative example in which an electrode active material slurry is coated on an uncoated portion.

이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체에 대해 설명한다.Hereinafter, a jelly roll type electrode assembly according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4. FIG.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체(100)는 전극 및 분리막(115)이 교대로 적층된 상태로 권취된 형상을 가진다. 전극은 제1 전극(111) 및 제1 전극(111)과 극성이 다른 제2 전극(113)일 수 있다. 제1 전극(111)은 음극이고, 제2 전극(113)은 양극일 수 있다. 분리막(115)은 제1 전극(111)과 제2 전극(113) 사이에 게재될 수 있다. 도 3의 제1 전극(111), 분리막(115), 제2 전극(113)을 R방향으로 권취하면 도 2의 젤리롤형 전극 조립체(100)의 모양이 될 수 있다. Referring to FIGS. 2 and 3, the jelly roll type electrode assembly 100 according to an embodiment of the present invention has a shape in which electrodes and a separation membrane 115 are alternately laminated. The electrode may be a first electrode 111 and a second electrode 113 having a different polarity from the first electrode 111. The first electrode 111 may be a cathode and the second electrode 113 may be a cathode. The separation membrane 115 may be disposed between the first electrode 111 and the second electrode 113. When the first electrode 111, the separation membrane 115 and the second electrode 113 of FIG. 3 are wound in the R direction, the shape of the jelly-roll type electrode assembly 100 of FIG. 2 can be obtained.

전극에는 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅될 수 있는데, 양극에 코팅되는 전극 활물질 슬러리(123)는 양극 활물질 슬러리(121)일 수 있다. 음극에 코팅되는 전극 활물질 슬러리(123)는 음극 활물질 슬러리(119)일 수 있다. The electrode may be coated with the electrode active material slurry 123, and the electrode active material slurry 123 coated on the anode may be the cathode active material slurry 121. The electrode active material slurry 123 coated on the negative electrode may be the negative electrode active material slurry 119.

도 2 참조하면, 전극(111,113)과 분리막(115)은 서로 교대로 적층된 상태로 권취중심(P)을 기준으로 권취될 수 있다. 권취중심(P)과 가장 인접하게 위치하는 전극을 제1 전극(111)이라고 하고, 제1 전극(111) 보다 권취중심(P)을 기준으로 더 외측에 위치되는 전극을 제2 전극(113)이라고 할 수 있다. Referring to FIG. 2, the electrodes 111 and 113 and the separator 115 may be wound around the winding center P while being alternately stacked. An electrode located closest to the winding center P is referred to as a first electrode 111 and an electrode located further outward with respect to the winding center P than the first electrode 111 is referred to as a second electrode 113, .

제1 전극(111)은 제2 전극(113)과 대향하지 않는 내측면에서 선택적으로 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅되지 않는 미코팅부(130)를 가질 수 있다. 제1 전극(111)을 안쪽으로 하여 제1 전극(111) 및 제2 전극(113)이 권취되기 때문에 제1 전극(111)의 가장 안쪽 면에서는 제2 전극(113)과 서로 마주하지 않는 부분이 생기게 된다. The first electrode 111 may have an uncoated portion 130 which is not coated with the electrode active material slurry 123 selectively on the inner surface that is not opposed to the second electrode 113. Since the first electrode 111 and the second electrode 113 are wound with the first electrode 111 faced inwardly, a portion of the innermost surface of the first electrode 111, which does not face the second electrode 113, .

본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체(100)에서는 이렇게 제2 전극(113)과 대향하지 않는 제1 전극(111)의 부분에 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅되지 않을 수 있다. 제1 전극(111)이 음극인 경우 음극 활물질 슬러리(119)가 코팅되지 않을 수 있다. 이러한 방식으로 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅되지 않는 부분이 미코팅부(130)일 수 있다. 미코팅부(130)는 전극 활물질 슬러리(123)가 집전체(117) 상에 코팅되지 않은 부분을 의미할 수 있다. In the jelly roll type electrode assembly 100 according to the embodiment of the present invention, the electrode active material slurry 123 may not be coated on the portion of the first electrode 111 which is not opposed to the second electrode 113. If the first electrode 111 is a negative electrode, the negative electrode active material slurry 119 may not be coated. In this way, the portion where the electrode active material slurry 123 is not coated may be the uncoated portion 130. The uncoated portion 130 may refer to a portion where the electrode active material slurry 123 is not coated on the current collector 117.

한편, 도 4는 비교예로서의 젤리롤형 전극 조립체(100)를 도시하고 있다. 도 4의 경우 앞서 설명한 미코팅부(130)가 없는 경우를 도시하고 있다. 즉, 대향하는 제2 전극(113)이 없는 제1 전극(111)의 내측면에도 음극 활물질 슬러리(119)가 코팅된 상태를 도시하고 있다. 도 4의 젤리롤형 전극 조립체에서 점선 A 영역에 있는 음극 활물질 슬러리(119) 부분을 제거하게 되면 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체(100)가 될 수 있다. Meanwhile, FIG. 4 shows a jelly roll type electrode assembly 100 as a comparative example. 4 shows a case where the uncoated portion 130 described above is not present. That is, the negative electrode active material slurry 119 is coated on the inner surface of the first electrode 111 without the second electrode 113 facing the first electrode 111. The jelly roll type electrode assembly 100 according to the embodiment of the present invention can be formed by removing the portion of the negative electrode active material slurry 119 in the dashed line A region in the jelly roll type electrode assembly of FIG.

제2 전극(113)과 대면하지 않는 제1 전극(111) 부분의 내측면에는 전극 활물질 슬러리(123)를 코팅하더라도 전지의 에너지 생성에 도움이 되지 않는다. 서로 대면하는 다른 극성의 전극이 없기 때문에 이 부분에서는 전기 에너지가 생성되지 못한다. Coating of the electrode active material slurry 123 on the inner surface of the first electrode 111 that does not face the second electrode 113 does not contribute to energy generation of the battery. Since there are no electrodes of different polarity facing each other, electric energy can not be generated at this portion.

그래서 이 부분에 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅되게 되면, 전극 활물질 슬러리(123)가 불필요한 공간을 차지하고, 그에 따라 젤리롤형 전극 조립체(100) 전체의 직경이 증가하고, 전지 내부의 공간이 낭비될 수 있다. 또한, 이 부분에 전극 활물질 슬러리(123)를 코팅하면 전극 활물질 슬러리(123)가 쓸모 없이 낭비되게 된다.Thus, when the electrode active material slurry 123 is coated on this portion, the electrode active material slurry 123 occupies an unnecessary space, thereby increasing the diameter of the entire jelly-roll type electrode assembly 100 and wasting space inside the battery . Further, when the electrode active material slurry 123 is coated on this portion, the electrode active material slurry 123 is wastefully consumed.

따라서 제2 전극(113)과 대향하지 않는 제1 전극(111) 부분의 내측면에 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅되지 않는 미코팅부(130)가 구비되도록 젤리롤형 전극 조립체(100)를 제작하면, 젤리롤형 전극 조립체(100)의 직경을 감소시킬 수 있고, 그에 따라 전지 내부의 공간을 효율적으로 활용할 수 있다. 그 결과 전지 내부의 에너지 밀도를 극대화 시킬 수 있다. 또, 전극 활물질 슬러리(123)를 제조하는데 드는 원료 비용을 절약할 수 도 있다. The jelly roll type electrode assembly 100 is manufactured so that the uncoated portion 130 in which the electrode active material slurry 123 is not coated is formed on the inner surface of the portion of the first electrode 111 which is not opposed to the second electrode 113 The diameter of the jelly roll-type electrode assembly 100 can be reduced, and the space inside the battery can be utilized efficiently. As a result, the energy density inside the battery can be maximized. In addition, the raw material cost for manufacturing the electrode active material slurry 123 may be saved.

실험적으로 미코팅부(130)의 길이가 15mm 정도 일 때 추가적으로 확보되는 전기 에너지는 20 mAh ~ 40 mAh 정도 일 수 있다. 이는 미코팅부(130)로 인하여 줄어든 공간만큼 전기 에너지를 생산할 수 있는 전극(즉, 다른 극성의 전극과 서로 대향되도록 배치되며 전극 활물질 슬러리가 코팅된 전극)의 부분이 전지 캔(30, 도 1 참조) 내에 추가적으로 더 들어갈 수 있기 때문이다.
Experimentally, when the length of the uncoated portion 130 is about 15 mm, the additional electric energy may be about 20 mAh to 40 mAh. This is because the portion of the electrode capable of producing electrical energy (i.e., the electrode coated with the electrode active material slurry disposed opposite to the electrode of the other polarity) by the uncoated portion 130 due to the reduced space is provided in the battery can 30 (See < / RTI > reference).

미코팅부(130)에서 전극 활물질 슬러리(123)가 전혀 코팅되지 않는 경우가 에너지 밀도의 극대화를 위해서 가장 바람직할 수 있다. 그러나 반드시 전혀 코팅되지 않아야만 하는 것은 아니고, 미코팅부(130)에서 전극 활물질 슬러리(123)가 일부분만 선택적으로 코팅되지 않을 수도 있다. 이렇게 되더라도 일정부분 본 발명의 목적이 달성될 수 있다.The case where the electrode active material slurry 123 is not coated at all in the uncoated portion 130 may be most preferable for maximizing the energy density. However, the electrode active material slurry 123 is not necessarily coated at all, and only a part of the electrode active material slurry 123 in the uncoated portion 130 may not be selectively coated. Even if this is done, the object of the present invention can be achieved to some extent.

또한, 제1 전극(111)은, 제2 전극(113)과 대향되는 면에서 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅되는 정도보다 더 적은 양으로 제2 전극(113)과 대향되지 않는 면에서 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅될 수 있다. 즉, 미코팅부(130)가 아닌 부분에서 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅되는 정도보다 더 적은 양으로 미코팅부(130)에서 전극 활물질 슬러리(123)가 코팅될 수 있다. 이러한 경우에 있어서도 일정부분 본 발명의 목적이 달성될 수 있다. The first electrode 111 is formed on the surface opposite to the second electrode 113 in a smaller amount than the coating amount of the electrode active material slurry 123, The slurry 123 can be coated. That is, the electrode active material slurry 123 may be coated on the uncoated portion 130 in a smaller amount than the coating amount of the electrode active material slurry 123 in the non-coated portion 130. Even in such a case, the object of the present invention can be achieved to some extent.

그러므로 이러한 경우들은 모두 본 발명의 범위에 속할 수 있다.
Therefore, all of these cases may fall within the scope of the present invention.

한편, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 제2 전극(113)은 전극 탭을 중앙부(M)에 구비할 수 있다. 제2 전극(113)은 양극일 수 있고 이에 설치되는 전극 탭은 양극 탭(150)일 수 있다. 양극 탭(150)을 제2 전극(113)의 중앙부(M)에 위치시키는 경우 전자가 이동하는 경로가 절반 정도로 줄어들 수 있으므로 전지의 저항을 감소시키는데 효과적일 있다. 이 경우 전지의 에너지 밀도를 극대화 하면서도 동시에 전지의 저항을 감소시킬 수 있다.
Referring to FIG. 3, in an embodiment of the present invention, the second electrode 113 may include an electrode tab at a central portion M. The second electrode 113 may be an anode, and an electrode tab provided thereon may be a cathode tab 150. When the anode tab 150 is positioned at the center portion M of the second electrode 113, the path through which the electrons travel can be reduced to about half, which is effective to reduce the resistance of the battery. In this case, it is possible to maximize the energy density of the battery while at the same time reducing the resistance of the battery.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments and drawings, it is to be understood that the present invention is not limited thereto and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.

10: 캡
20: 전극 조립체
21: 전극 탭
30: 전지 캔
100: 젤리롤형 전극 조립체
111: 제1 전극
113: 제2 전극
115: 분리막
117: 집전체
119: 음극 활물질 슬러리
121: 양극 활물질 슬러리
123: 전극 활물질 슬러리
130: 미코팅부
150: 양극 탭
151: 음극 탭
P: 권취중심
M: 중앙부10: Cap
20: electrode assembly
21: Electrode tab
30: Battery cans
100: Jelly roll type electrode assembly
111: first electrode
113: second electrode
115: Membrane
117: The whole house
119: Negative electrode active material slurry
121: Cathode active material slurry
123: electrode active material slurry
130: Uncoated portion
150: positive electrode tab
151: Negative electrode tab
P: winding center
M: Center

Claims

A jelly-roll type electrode assembly wound around a winding center with electrodes and a separator stacked alternately,
The electrode is coated with the electrode active material slurry in a smaller amount than the surface opposite to the surface not opposed to the electrode having the other polarity,
The electrode includes a first electrode disposed closest to the winding center (P) and a second electrode positioned outside the first electrode,
Wherein the first electrode has an uncoated portion in which the electrode active material slurry is not selectively coated on an inner surface that is not opposed to the second electrode,
Wherein the uncoated portion is formed in a portion of the first electrode that is not opposed to the second electrode,
Wherein a portion of the first electrode facing the second electrode is coated with an electrode active material slurry.

delete

The method according to claim 1,
Wherein the first electrode is a negative electrode and the second electrode is a positive electrode.

The method of claim 3,
Wherein the second electrode has an electrode tab at a central portion thereof.