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WO2022075637A1 - 전극조립체의 적층 불량 검출 방법, 절연 부재를 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 전지 셀 - Google Patents

전극조립체의 적층 불량 검출 방법, 절연 부재를 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 전지 셀 Download PDF

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Publication number
WO2022075637A1
WO2022075637A1 PCT/KR2021/012953 KR2021012953W WO2022075637A1 WO 2022075637 A1 WO2022075637 A1 WO 2022075637A1 KR 2021012953 W KR2021012953 W KR 2021012953W WO 2022075637 A1 WO2022075637 A1 WO 2022075637A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode assembly
electrode
negative electrode
insulating member
positive electrode
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/012953
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이석우
윤수현
윤동식
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to CN202180006251.9A priority Critical patent/CN114651356B/zh
Priority to US17/775,678 priority patent/US20220376305A1/en
Priority to EP21877889.2A priority patent/EP4044307A4/en
Priority to JP2022526272A priority patent/JP7493735B2/ja
Publication of WO2022075637A1 publication Critical patent/WO2022075637A1/ko

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    • 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
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    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
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    • H—ELECTRICITY
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting a lamination defect of an electrode assembly, an electrode assembly including an insulating member, and a battery cell including the same.
  • These secondary batteries are sometimes classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, lithium polymer batteries, etc. depending on the composition of the electrode and electrolyte, and among them, the possibility of electrolyte leakage is low, and the usage of lithium ion polymer batteries, which are easy to manufacture, is low.
  • the electrode assembly built into the battery case consists of a positive electrode, a negative electrode, and a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode, and is a power generating element capable of charging and discharging. It is classified into a jelly-roll type wound by interposing it and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional electrode manufacturing process
  • FIG. 2 is a diagram showing the structure of an electrode assembly.
  • an electrode slurry containing an electrode active material is applied on a current collector 1 to form an electrode active material 2, dried and rolled, and then notched to make the electrode This was manufactured.
  • a positive electrode it is prepared by applying a positive electrode slurry containing a positive electrode active material on a positive electrode current collector, and in the case of a negative electrode, it may be prepared by applying a negative electrode slurry containing a negative electrode active material on a negative electrode current collector.
  • the positive electrode 13 and the negative electrode 14 manufactured in this way are alternately stacked with the separator 15 to form an electrode assembly 12, and are built into the battery case to manufacture the battery cell 10 .
  • the normal electrode assembly 12 has a structure in which the horizontal and vertical lengths of the negative electrode 14 are cut to be longer than the horizontal and vertical lengths of the positive electrode 13 , respectively, so that the negative electrode 14 covers the positive electrode 13 .
  • the arrangement of the positive electrode 13 or the negative electrode 14 is out of position, so that the end of the positive electrode 13 exceeds the end of the negative electrode 14 . Poor stacking of the electrode assembly 12 . phenomena may occur. That is, the anode overhang phenomenon (A, B) may occur in the overhang region of the cathode 14 .
  • the positive electrode 13 and the negative electrode 14 are in direct contact, or lithium precipitates accumulated from the negative electrode 14 according to charging and discharging contact the positive electrode. This may cause problems such as short circuits.
  • the present invention provides a method for detecting stacking failure of an electrode assembly capable of initially detecting whether or not stacking failure of the electrode assembly is present, an electrode assembly including an insulating member, and a battery cell including the same would like to provide
  • the present invention provides a method for detecting a lamination defect of an electrode assembly.
  • the method for detecting lamination failure of an electrode assembly according to the present invention includes: forming an insulating member having a predetermined width and height in an overhang region of one or both ends of one surface of a cathode; manufacturing an electrode assembly by sequentially stacking a separator and a positive electrode on one surface of the negative electrode; and measuring the thickness of the electrode assembly to determine whether or not the electrode assembly is laminated.
  • the forming of the insulating member includes forming the insulating member in an overhang region of one end of one surface of the cathode.
  • the width W1 of the negative electrode excluding the region where the insulating member is formed corresponds to the width W2 of the positive electrode or has a structure greater than the width W2 of the positive electrode.
  • the forming of the insulating member includes forming the first and second insulating members in overhang regions of both ends of one surface of the cathode, respectively.
  • the distance L between the first and second insulating members corresponds to the width W2 of the anode or has a structure greater than the width W2 of the anode.
  • the step of determining whether the electrode assembly is laminated defective in the method for detecting lamination failure of the electrode assembly according to the present invention is a case in which the thickness of the electrode assembly exceeds the sum of the thicknesses of the negative electrode, the separator, and the positive electrode, the laminated defective electrode assembly It involves the process of judging.
  • the step of determining whether the electrode assembly is laminated includes a process of determining whether the electrode assembly is a normal electrode assembly when the thickness of the electrode assembly corresponds to the sum of the thicknesses of the negative electrode, the separator, and the positive electrode.
  • the electrode assembly may have a structure including at least one bi-cell having a positive/negative electrode/anode structure or a mono-cell unit having a positive/negative electrode structure.
  • the present invention provides an electrode assembly.
  • the electrode assembly according to the present invention has a structure in which a separator is interposed between a negative electrode and a positive electrode, and the negative electrode and the positive electrode, and the negative electrode has a predetermined width and height in an overhang region of one or both ends of one side of the negative electrode. It has a structure in which the insulating member which has was formed.
  • the present invention provides a battery cell including the electrode assembly.
  • an electrode assembly including an insulating member, and a battery cell including the same, an insulating member is formed in the overhang region of the negative electrode, the electrode assembly is manufactured, and the thickness of the electrode assembly is determined By measuring, it is possible to easily detect whether the electrode assembly has a lamination defect.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional electrode manufacturing process.
  • FIG. 2 is a view showing the structure of an electrode assembly.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for detecting a lamination defect of an electrode assembly according to the present invention.
  • 4 to 5 are cross-sectional views illustrating a stacked structure of an electrode assembly including an insulating member according to an embodiment of the present invention.
  • 6 to 8 are cross-sectional views illustrating a stacked structure of an electrode assembly including an insulating member according to another embodiment of the present invention.
  • “under” another part it includes not only cases where it is “directly under” another part, but also cases where another part is in between.
  • “on” may include the case of being disposed not only on the upper part but also on the lower part.
  • the present invention relates to a method for detecting a lamination defect of an electrode assembly, an electrode assembly including an insulating member, and a battery cell including the same.
  • the positive electrode and the negative electrode coated with the electrode slurry are alternately stacked with a separator to be manufactured in the form of an electrode assembly and embedded in a case to manufacture a battery cell.
  • the horizontal and vertical lengths of the negative electrode are cut to be longer than the horizontal and vertical lengths of the positive electrode, respectively, so that the negative electrode covers the positive electrode.
  • the arrangement of the positive electrode or the negative electrode is out of position, so that the electrode assembly has a poor lamination phenomenon in which the end of the positive electrode exceeds the end of the negative electrode.
  • a problem such as a short circuit may occur because the positive electrode and the negative electrode are in direct contact, or lithium precipitates accumulated from the negative electrode according to charging and discharging come into contact with the positive electrode.
  • the present invention provides a method for detecting a lamination defect of an electrode assembly capable of initially detecting whether or not the lamination defect of the electrode assembly is present.
  • an insulating member is formed in the overhang region of the negative electrode, the electrode assembly is manufactured, and the thickness of the electrode assembly is measured by measuring the thickness of the electrode assembly. It has the advantage of being able to detect it.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for detecting a lamination defect of an electrode assembly according to the present invention.
  • the method for detecting lamination failure of an electrode assembly includes forming an insulating member having a predetermined width and height in an overhang region of one or both ends of one surface of a cathode (S10); manufacturing an electrode assembly by sequentially stacking a separator and a positive electrode on one surface of the negative electrode (S20); and measuring the thickness of the electrode assembly to determine whether the electrode assembly is stacked defective (S30).
  • the term "overhang region of the negative electrode” means a predetermined width region at one or both ends of the negative electrode. Specifically, when the electrode assembly is manufactured, the horizontal and vertical lengths of the negative electrode are cut to be longer than the horizontal and vertical lengths of the positive electrode, respectively, so that the negative electrode has a structure that covers the positive electrode. In this case, the overhang region of the negative electrode means an area of the negative electrode that does not include the positive electrode when the negative electrode covers the positive electrode. Furthermore, the overhang region of the negative electrode may mean a width of a region in which electrode tabs are disposed and/or a reverse region of the negative electrode.
  • the thickness of the electrode assembly in which the negative electrode, the separator, and the positive electrode are sequentially stacked is measured to determine whether the electrode assembly is stacked defective.
  • a specific method for detecting a lamination defect of the electrode assembly will be described later.
  • the method for detecting lamination failure of an electrode assembly includes forming an insulating member having a predetermined width and height in an overhang region of one end of one side of the cathode.
  • the insulating member is formed on one surface of the negative electrode using a process such as adhesion or coating.
  • the width of the insulating member may be in the range of 1 to 500 ⁇ m, in the range of 5 to 300 ⁇ m, in the range of 10 to 100 ⁇ m, or in the range of 10 to 50 ⁇ m.
  • the height of the insulating member may be in the range of 1 to 500 ⁇ m, in the range of 5 to 300 ⁇ m, in the range of 10 to 100 ⁇ m, and in the range of 10 to 40 ⁇ m.
  • the width and height of the insulating member are not limited thereto. The width and height of the insulating member may vary depending on the structure or size of the negative electrode and the positive electrode stacked when the electrode assembly is manufactured.
  • the width of the insulating member is too large, it may be formed to exceed the overhang region of the cathode, so it is preferable to have an appropriate width.
  • the height of the insulating member is too high, the height of the insulating member may also be measured even in a normal electrode assembly. Therefore, it is preferable that the height of the insulating member does not exceed the height of the positive electrode or the positive electrode active material layer.
  • the insulating member is preferably an electrically stable material, and in the negative electrode, the region of the insulating member may be a region in which capacity is not expressed in a normal battery cell.
  • the insulating member is polyethylene, polypropylene, polyetherimide, polyacetal, polysulfone, polyetheretherketone, polyester, polyamide, polystyrene, polyethylene terephthalate, polyphenylene, polytetrafluoroethylene, polysiloxane, polyimide , polyvinylidene fluoride and copolymers thereof or mixtures thereof.
  • the insulating member may be formed by coating polyethylene to have a predetermined width and height in an overhang region of one end of the negative electrode.
  • the width length W1 of the negative electrode excluding the region where the insulating member is formed may correspond to the width length W2 of the positive electrode or may be larger than the width length W2 of the positive electrode. This means that the insulating member is located only in the overhang region of the negative electrode.
  • the width length of the negative electrode has a structure greater than the width length of the positive electrode.
  • the insulation member is the negative electrode It may be a structure formed in excess of the overhang area of .
  • the width length W1 of the negative electrode excluding the region where the insulating member is formed is smaller than the width length W2 of the positive electrode, when the positive electrode is stacked on the negative electrode, the positive electrode is stacked on the insulating member and the electrode assembly stacking failure may occur.
  • the electrode assembly when stacking the positive electrode on top of the negative electrode, when one end of the positive electrode is disposed in the overhang region of the negative electrode on which the insulating member is formed, or is disposed in excess of the overhang region of the negative electrode, it may be determined that the electrode assembly is stacked defective.
  • the method for detecting lamination failure of an electrode assembly according to the present invention includes forming first and second insulating members in overhang regions of both ends of one surface of a cathode, respectively.
  • the distance L between the first and second insulating members may correspond to the width length W2 of the anode or may have a structure greater than the width length W2 of the anode.
  • the distance L between the first and second insulating members means the width and length of the cathode excluding the region where the insulating member is formed.
  • a typical negative electrode has a structure in which the width length is greater than the width length of the positive electrode.
  • the width length W1 of the negative electrode excluding the region in which the insulating member is formed is smaller than the width length W2 of the positive electrode
  • the insulating member may have a structure in which the overhang region of the cathode is formed.
  • the gap L between the first and second insulating members is smaller than the width W2 of the anode, when the cathode is stacked on the cathode, the anode is stacked on the insulating member to stack the electrode assembly defects may occur.
  • the electrode assembly when stacking the positive electrode on top of the negative electrode, when one end of the positive electrode is disposed in the overhang region of the negative electrode on which the insulating member is formed, or is disposed in excess of the overhang region of the negative electrode, it may be determined that the electrode assembly is stacked defective.
  • the method for detecting a lamination failure of an electrode assembly includes the step (S20) of manufacturing an electrode assembly by sequentially stacking a separator and a positive electrode on one surface of the negative electrode on which the insulating member is formed. In addition, by measuring the thickness of the manufactured electrode assembly, it is possible to determine whether the manufactured electrode assembly has a lamination defect.
  • the method for detecting lamination failure of an electrode assembly according to the present invention includes a step (S30) of measuring the thickness of the electrode assembly to determine whether the electrode assembly is defective in lamination.
  • the step (S30) of determining whether the electrode assembly is laminated is defective, if the thickness of the electrode assembly exceeds the sum of the respective thicknesses of the negative electrode, the separator, and the positive electrode, the step of determining whether the electrode assembly is stacked defective.
  • the negative electrode according to the present invention has a structure in which an insulating member is formed in an overhang region of one end. If the positive electrode is stacked on the overhang region of the negative electrode, the positive electrode is stacked on the insulating member, so that the thickness of the insulating member may also be measured when measuring the thickness of the electrode assembly.
  • the thickness of the poorly stacked electrode assembly may be measured in excess of the sum of the thicknesses of the negative electrode, the separator, and the positive electrode. That is, when the thickness of the manufactured electrode assembly exceeds the sum of the respective thicknesses of the negative electrode, the separator, and the positive electrode, it may be determined that the electrode assembly is stacked defective.
  • the manufactured electrode assembly is a poorly stacked electrode assembly.
  • the step (S30) of determining whether the electrode assembly is laminated is defective, if the thickness of the electrode assembly corresponds to the sum of the respective thicknesses of the negative electrode, the separator, and the positive electrode, the step of determining whether the electrode assembly is a normal electrode assembly do. This means that when the anode is stacked on the cathode, it is stacked on the region where the insulating member is not formed.
  • the manufactured electrode assembly is a normal electrode assembly.
  • the electrode assembly may include one or more bi-cell units having a positive/negative electrode/anode structure or a mono-cell unit having a positive/negative electrode structure.
  • the electrode assembly may be a monocell of anode/separator/cathode, wherein the monocell has a separator interposed between the anode and the cathode, and the separator has a larger area than the anode and cathode, protruding from the anode and cathode can be a structure.
  • the present invention it is possible to easily detect whether the electrode assembly has a lamination defect only by measuring the thickness of the stacked electrode assembly.
  • the present invention it is possible to measure the thickness of the electrode assembly just by laminating the negative electrode and the positive electrode, so that it is possible to easily detect whether the electrode assembly is laminated before the packaging procedure of the packaging material such as electrolyte solution or pouch/can.
  • the present invention provides an electrode assembly. More specifically, the present invention relates to a negative electrode and a positive electrode, and an electrode assembly having a separator interposed between the negative electrode and the positive electrode, wherein the negative electrode has an insulation having a predetermined width and height in an overhang region of one or both ends of one side of the negative electrode It is characterized in that it has a structure in which the member is formed.
  • the negative electrode since the negative electrode includes an insulating member, it is possible to initially detect whether or not a lamination defect is present when the electrode assembly is manufactured.
  • the positive electrode has a structure in which a positive electrode mixture layer is laminated on one or both surfaces of a positive electrode current collector.
  • the positive electrode mixture layer includes a positive electrode active material, a conductive material, and a binder polymer, and, if necessary, may further include a positive electrode additive commonly used in the art.
  • the positive active material may be a lithium-containing oxide, and may be the same or different.
  • a lithium-containing transition metal oxide may be used as the lithium-containing oxide.
  • the positive electrode according to the present invention can be applied to various types of lithium secondary batteries, but is preferably used for high-output batteries.
  • the positive electrode active material layer of the present invention is applied to a high-Ni-based NCM battery.
  • the positive active material layer according to the present invention includes an active material component having a structure of the following Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2:
  • a value is 0.6 or more, specifically, 0.8 or more.
  • the value of a increases, the value of b and/or the value of c decreases within the range satisfying Formula 1 above.
  • the positive electrode for a lithium secondary battery according to the present invention is applied to a high-Ni-based NCM secondary battery.
  • a value is 0.6 or more, specifically, 0.8 or more, and more specifically, 0.83 or more.
  • the NCM secondary battery may be, for example, NCM 622, NCM 651520, NCM 712 or NCM 811 (Ni ⁇ 80%).
  • NCMA aluminum is added instead of reducing the cobalt ratio, so the output is high while maintaining the same stability as NCM.
  • the current collector used for the positive electrode is a metal with high conductivity, and any metal that can be easily adhered to the positive electrode active material slurry and has no reactivity in the voltage range of the electrochemical device may be used.
  • the current collector for the positive electrode include a foil made of aluminum, nickel, or a combination thereof.
  • the positive active material may be included in the positive electrode mixture layer in an amount of 90.0 to 98.5 wt%.
  • the content of the positive electrode active material satisfies the above range, it is advantageous in terms of manufacturing a high-capacity battery and providing sufficient positive electrode conductivity or adhesion between electrode materials.
  • the current collector used for the positive electrode is a metal with high conductivity, and any metal that can be easily adhered to the positive electrode active material slurry and has no reactivity in the voltage range of the secondary battery may be used.
  • the current collector for the positive electrode include a foil made of aluminum, nickel, or a combination thereof.
  • the positive electrode mixture layer further includes a conductive material.
  • the conductive material is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive active material.
  • the conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the secondary battery.
  • graphite such as natural graphite or artificial graphite
  • carbon black such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black
  • conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers
  • metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder
  • conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate
  • conductive metal oxides such as titanium oxide
  • Polyphenylene derivatives, carbon natto tubes (CNTs), and the like can be used as the conductive material.
  • a binder polymer commonly used in the art may be used without limitation.
  • polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene Poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (polyacrylonitrile) ), polymethyl methacrylate, styrene-butadiene rubber (SBR), and various types of binders such as carboxyl methyl cellulose (CMC) may be used.
  • the content of the binder polymer is proportional to the content of the conductive material included in the positive electrode mixture layer. This is because, in order to impart adhesion to a conductive material having a relatively small particle size compared to the active material, when the conductive material content increases, more binder polymer is required, and when the conductive material content decreases, less binder polymer can be used.
  • the negative electrode may include a negative electrode current collector and a mixture layer having a double-layer structure formed on the negative electrode current collector.
  • Non-limiting examples of the current collector used for the negative electrode include a foil made of copper, gold, nickel, or a copper alloy, or a combination thereof.
  • the current collector may be used by stacking substrates made of the above materials.
  • any porous substrate used in the lithium secondary battery may be used as the separator, for example, a polyolefin-based porous membrane or a nonwoven fabric may be used, but is not particularly limited thereto.
  • polystyrene-based porous membrane examples include polyethylene, such as high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, low-density polyethylene, and ultra-high molecular weight polyethylene, and polyolefin-based polymers such as polypropylene, polybutylene or polypentene, respectively, individually or in a mixture thereof.
  • polyethylene such as high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, low-density polyethylene, and ultra-high molecular weight polyethylene
  • polyolefin-based polymers such as polypropylene, polybutylene or polypentene, respectively, individually or in a mixture thereof.
  • nonwoven fabric in addition to the polyolefin-based nonwoven fabric, for example, polyethyleneterephthalate, polybutyleneterephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate ), polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenyleneoxide, polyphenylenesulfide, or polyethylenenaphthalene, each alone or and a nonwoven fabric formed of a polymer obtained by mixing them.
  • the structure of the nonwoven fabric may be a spunbond nonwoven fabric composed of long fibers or a melt blown nonwoven fabric.
  • the thickness of the porous substrate is not particularly limited, but may be 5 to 50 ⁇ m, and the pore size and pore size present in the porous substrate are also not particularly limited, but may be 0.01 to 50 ⁇ m and 10 to 95%, respectively.
  • a porous coating layer including inorganic particles and a binder polymer on at least one surface of the porous substrate may be further included.
  • the electrolyte solution may include an organic solvent and an electrolyte salt, and the electrolyte salt is a lithium salt.
  • the lithium salt those commonly used in non-aqueous electrolytes for lithium secondary batteries may be used without limitation.
  • an anion of the lithium salt F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , PF 6 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3
  • organic solvent included in the above-mentioned electrolyte those commonly used in the electrolyte for lithium secondary batteries may be used without limitation, for example, ether, ester, amide, linear carbonate or cyclic carbonate, etc. individually or in mixture of two or more can be used by Among them, cyclic carbonates, linear carbonates, or a carbonate compound that is a mixture thereof may be included.
  • cyclic carbonate compound examples include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, There is any one selected from the group consisting of 2,3-pentylene carbonate, vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, and halides thereof, or a mixture of two or more thereof.
  • halides include, but are not limited to, fluoroethylene carbonate (FEC).
  • linear carbonate compound examples include any one selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, ethylmethyl carbonate (EMC), methylpropyl carbonate, and ethylpropyl carbonate; A mixture of two or more of them may be typically used, but is not limited thereto.
  • ethylene carbonate and propylene carbonate which are cyclic carbonates
  • a low-viscosity, low-dielectric constant linear carbonate is mixed in an appropriate ratio, an electrolyte having a higher electrical conductivity can be prepared.
  • any one selected from the group consisting of dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, methylethyl ether, methylpropyl ether and ethylpropyl ether or a mixture of two or more thereof may be used. , but is not limited thereto.
  • esters in the organic solvent include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, ⁇ -butyrolactone, ⁇ -valerolactone, ⁇ -caprolactone, ⁇ - Any one selected from the group consisting of valerolactone and ⁇ -caprolactone or a mixture of two or more thereof may be used, but the present invention is not limited thereto.
  • the injection of the non-aqueous electrolyte may be performed at an appropriate stage during the manufacturing process of the secondary battery according to the manufacturing process and required physical properties of the final product.
  • the present invention provides a battery cell including an electrode assembly.
  • the battery cell is not particularly limited as long as it is a rechargeable battery capable of charging and discharging. It may be a pouch-type battery cell or a cylindrical battery cell.
  • the battery cell may be a pouch-type battery cell.
  • the battery cell is a pouch-type unit cell, and an electrode assembly having a positive electrode/separator/negative electrode structure is embedded in a laminate sheet exterior material in a state in which it is connected to electrode leads formed outside of the exterior material.
  • the electrode leads are drawn out of the sheet and may extend in the same direction or opposite directions.
  • 4 to 5 are cross-sectional views illustrating a stacked structure of an electrode assembly including an insulating member according to an embodiment of the present invention.
  • an electrode assembly 120 is manufactured by sequentially stacking a negative electrode 130 , a separator 150 , and a positive electrode 140 .
  • the insulating member 160 is formed in the overhang region 141 of one end of one surface of the cathode 130 .
  • the width W1 of the negative electrode is larger than the width W2 of the positive electrode.
  • the thickness of the electrode assembly 120 in which the negative electrode 140 , the separator 150 , and the positive electrode 130 are sequentially stacked it is determined whether the electrode assembly 120 is stacked defective. Meanwhile, the thickness of the electrode assembly 120 is measured in the region where the insulating member 160 is located. Specifically, when measuring the thickness of the electrode assembly 120 in which the negative electrode 140, the separator 150, and the positive electrode 130 are sequentially stacked as shown in FIG. 4, the thickness of the electrode assembly is 200 ⁇ m. . At this time, the thicknesses of the negative electrode 140 , the separator 150 , and the positive electrode 130 were 80 ⁇ m, 20 ⁇ m, and 100 ⁇ m, respectively. The thickness of the electrode assembly 120 corresponds to the sum of the thicknesses of the negative electrode 140 , the separator 150 , and the positive electrode 130 , so that it can be determined as the normal electrode assembly 120 .
  • the thickness of the electrode assembly 120 when measuring the thickness of the electrode assembly 120 in which the negative electrode 140 , the separator 150 , and the positive electrode 130 are sequentially stacked, the thickness of the electrode assembly is 220 ⁇ m. At this time, the thicknesses of the negative electrode 140 , the separator 150 , and the positive electrode 130 were 80 ⁇ m, 20 ⁇ m, and 100 ⁇ m, respectively. The thickness of the electrode assembly 120 may exceed the sum of the respective thicknesses of the negative electrode 140 , the separator 150 , and the positive electrode 130 , and thus the electrode assembly 120 may be determined to have a poor lamination.
  • the negative electrode 130 has a structure in which the insulating member 160 is formed in the overhang region 141 of one end.
  • the thickness of the insulating member 160 is also measured. Accordingly, the thickness of the electrode assembly 120 may be measured to exceed the sum of the thicknesses of the negative electrode 140 , the separator 150 , and the positive electrode 130 .
  • the present invention it is possible to easily detect whether the electrode assembly has a lamination defect only by measuring the thickness of the stacked electrode assembly.
  • 6 to 8 are cross-sectional views illustrating a stacked structure of an electrode assembly including an insulating member according to another embodiment of the present invention.
  • an electrode assembly 220 is manufactured by sequentially stacking a negative electrode 230 , a separator 250 , and a positive electrode 240 .
  • first and second insulating members 261 and 262 are formed in the overhang regions 241 and 242 of both ends of one surface of the cathode 230 .
  • the spacing L between the first and second insulating members 261 and 262 has a structure corresponding to the width W2 of the anode or greater than the width W2 of the anode.
  • the anode 230 is stacked on the cathode 240 , one end of the anode 230 is disposed in the overhang regions 241 and 242 of the cathode, or exceeds the overhang regions 241 and 242 of the cathode. In the case where the electrode assembly 220 is disposed, it is determined that the stacking of the electrode assembly 220 is defective.
  • the thickness of the electrode assembly 220 in which the negative electrode 240, the separator 250, and the positive electrode 230 are sequentially stacked it is determined whether the electrode assembly 220 is stacked defective. Meanwhile, the thickness of the electrode assembly 220 is measured in the region where the insulating member 260 is located. Specifically, when measuring the thickness of the electrode assembly 220 in which the negative electrode 240, the separator 250, and the positive electrode 230 are sequentially stacked as shown in FIG. 6, the thickness of the electrode assembly is 200 ⁇ m. . At this time, the thickness of the negative electrode 240 , the separator 250 , and the positive electrode 230 was 80 ⁇ m, 20 ⁇ m, and 100 ⁇ m, respectively. The thickness of the electrode assembly 220 corresponds to the sum of the thicknesses of the negative electrode 240 , the separator 250 , and the positive electrode 230 , so that it can be determined as the normal electrode assembly 220 .
  • the thickness of the electrode assembly is 220 ⁇ m.
  • the thicknesses of the negative electrode 240 , the separator 250 , and the positive electrode 230 were 80 ⁇ m, 20 ⁇ m, and 100 ⁇ m, respectively.
  • the thickness of the electrode assembly 220 may exceed the sum of the thicknesses of the negative electrode 240 , the separator 250 , and the positive electrode 230 , and thus the electrode assembly 220 may be determined to have a poor lamination.
  • the negative electrode 230 has a structure in which an insulating member 261 is formed in an overhang region 241 of one end.
  • the thickness of the insulating member 261 is also measured. Accordingly, the thickness of the electrode assembly 220 may be measured to exceed the sum of the thicknesses of the negative electrode 240 , the separator 250 , and the positive electrode 230 .
  • the negative electrode 230 has a structure in which an insulating member 262 is formed in the overhang region 242 of the other end, and the electrode assembly 220 shown in FIG. 8 is the positive electrode ( The thickness of the insulating member 262 is also measured when the thickness of the electrode assembly 220 is measured since the 230 is stacked on the overhang region 242 of the negative electrode. Accordingly, the thickness of the electrode assembly 220 may be measured to exceed the sum of the thicknesses of the negative electrode 240 , the separator 250 , and the positive electrode 230 .
  • the thickness of the electrode assembly is 220 ⁇ m.
  • the thickness of the electrode assembly 220 may exceed the sum of the thicknesses of the negative electrode 240 , the separator 250 , and the positive electrode 230 , and thus the electrode assembly 220 may be determined to have a poor lamination.
  • the present invention it is possible to easily detect whether the electrode assembly has a lamination defect only by measuring the thickness of the stacked electrode assembly.

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Abstract

본 발명은 전극조립체의 적층 불량 여부를 초기에 검출할 수 있는 전극조립체의 적층 불량 검출 방법, 절연 부재를 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 전지 셀에 관한 것이다.

Description

전극조립체의 적층 불량 검출 방법, 절연 부재를 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 전지 셀
본 발명은 전극조립체의 적층 불량 검출 방법, 절연 부재를 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 전지 셀에 관한 것이다. 본 출원은 2020. 10. 08일자 한국 특허 출원 제10-2020-0129936호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개신된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬 이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이 중, 전지의 고용량화로 인해 케이스의 대면적화 및 얇은 소재로의 가공이 많은 관심을 모으고 있고, 이에 따라, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1은 종래의 전극 제조공정을 나타낸 모식도이며, 도 2는 전극조립체의 구조를 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전극 제조방법에서는 집전체(1) 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 도포하여 전극 활물질(2)을 형성하고, 이를 건조 및 압연한 후 노칭하여 전극이 제조되었다. 양극의 경우, 양극 집전체 상에 양극 활물질을 포함하는 양극 슬러리를 도포함으로써 제조되며, 음극의 경우 음극 집전체 상에 음극 활물질을 포함하는 음극 슬러리를 도포함으로써 제조될 수 있다.
이렇게 제조된 양극(13) 및 음극(14)은 분리막(15)과 교번 적층되어 전극조립체(12) 형태로 제조되어 전지 케이스 내부에 내장됨으로써 전지 셀(10)이 제조된다. 한편, 정상적인 전극조립체(12)는 음극(14)의 가로 및 세로 길이가 양극(13)의 가로 및 세로 길이보다 각각 길게 재단되어 음극(14)이 양극(13)을 덮는 구조를 갖는다. 그러나, 전극조립체(12)의 제조시 양극(13) 또는 음극(14)의 배열이 정위치를 벗어남으로써 양극(13)의 단부가 음극(14)의 단부를 넘어서는 전극조립체(12)의 적층 불량 현상이 발생하는 경우가 있다. 즉, 음극(14)의 오버행 영역에 양극의 오버행 현상(A, B)이 발생할 수 있다.
상술한 바와 같이 전극조립체(12)의 적층 불량 현상이 발생하는 경우, 양극(13)과 음극(14)이 직접적으로 접촉하거나, 충방전에 따라 음극(14)으로부터 누적된 리튬 석출물이 양극과 접촉하여 단락 등의 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 전극조립체의 제조시 적층 불량 여부를 초기에 검출할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
일본 등록특허공보 제6703416호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 전극조립체의 적층 불량 여부를 초기에 검출할 수 있는 전극조립체의 적층 불량 검출 방법, 절연 부재를 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 전지 셀을 제공하고자 한다.
본 발명은 전극조립체의 적층 불량 검출 방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극조립체의 적층 불량 검출 방법은 음극 일면의 일측 또는 양측 단부의 오버행 영역에 소정의 폭과 높이를 갖는 절연 부재를 형성하는 단계; 음극의 일면에 분리막과 양극을 순차적으로 적층하여 전극조립체를 제조하는 단계; 및 전극조립체의 두께를 측정하여, 전극조립체의 적층 불량 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
하나의 예에서, 상기 절연 부재를 형성하는 단계는, 음극 일면의 일측 단부의 오버행 영역에 절연 부재를 형성하는 과정을 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 절연 부재가 형성된 영역을 제외한 음극의 폭 길이(W1)는, 양극의 폭 길이(W2)와 대응되거나, 또는 양극의 폭 길이(W2) 보다 큰 구조를 갖는다.
다른 하나의 예에서, 상기 절연 부재를 형성하는 단계는, 음극 일면의 양측 단부의 오버행 영역에 각각 제1 및 제2 절연 부재를 형성하는 과정을 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 제1 및 제2 절연 부재의 간격(L)은 양극의 폭 길이(W2) 와 대응되거나, 또는 양극의 폭 길이(W2) 보다 큰 구조를 갖는다.
아울러, 본 발명에 따른 전극조립체의 적층 불량 검출 방법에서 전극조립체의 적층 불량 여부를 판단하는 단계는, 전극조립체의 두께가 음극, 분리막 및 양극의 각 두께 합을 초과하는 경우, 적층 불량 전극조립체로 판단하는 과정을 포함한다.
다른 하나의 예에서, 상기 전극조립체의 적층 불량 여부를 판단하는 단계는, 전극조립체의 두께가 음극, 분리막 및 양극의 각 두께 합과 대응되는 경우, 정상의 전극조립체로 판단하는 과정을 포함한다.
한편, 상기 전극조립체는, 양극/음극/양극 구조의 바이셀(bi-cell) 또는 양극/음극 구조의 모노셀(mono-cell) 단위를 하나 이상 포함하는 구조일 수 있다.
아울러, 본 발명은 전극조립체를 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극조립체는 음극 및 양극, 상기 음극과 양극 사이에 분리막이 개재된 구조이며, 상기 음극은, 음극 일면의 일측 또는 양측 단부의 오버행 영역에 소정의 폭과 높이를 갖는 절연 부재가 형성된 구조를 갖는다.
나아가, 본 발명은 상기 전극조립체를 포함하는 전지 셀을 제공한다.
본 발명에 따른 전극조립체의 적층 불량 검출 방법, 절연 부재를 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 전지 셀은 음극의 오버행 영역에 절연 부재를 형성한 후, 전극조립체를 제조하고, 상기 전극조립체의 두께를 측정함으로써, 전극조립체의 적층 불량 여부를 용이하게 검출할 수 있다.
특히, 전지 셀의 제조시 전해액 주액이나, 포장 절차 전에 전극조립체의 적층 불량 여부를 용이하게 검출할 수 있다.
도 1은 종래의 전극 제조공정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 전극조립체의 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 전극조립체의 적층 불량 검출방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 하나의 실시예에서 절연 부재를 포함하는 전극조립체의 적층 구조를 보여주는 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 하나의 실시예에서 절연 부재를 포함하는 전극조립체의 적층 구조를 보여주는 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 전극조립체의 적층 불량 검출 방법, 절연 부재를 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 전지 셀에 관한 것이다.
일반적으로, 전극 슬러리가 도포된 양극과 음극은 분리막과 교번 적층되어 전극조립체의 형태로 제조되어 케이스 내부에 내장됨으로써 전지 셀이 제조된다. 한편, 정상적인 전극조립체는 음극의 가로 및 세로 길이가 양극의 가로 및 세로 길이보다 각각 길게 재단되어 음극이 양극을 덮는 구조를 갖는다. 그러나, 전극조립체의 제조시 양극 또는 음극의 배열이 정위치를 벗어남으로써 양극의 단부가 음극의 단부를 넘어서는 전극조립체의 적층 불량 현상이 발생하는 경우가 있다. 이러한 경우, 양극과 음극이 직접적으로 접촉하거나, 충방전에 따라 음극으로부터 누적된 리튬 석출물이 양극과 접촉하여 단락 등의 문제가 발생할 수 있다.
이에, 본 발명에서는 전극조립체의 적층 불량 여부를 초기에 검출할 수 있는 전극조립체의 적층 불량 검출 방법을 제공한다. 특히, 본 발명에 따른 전극조립체의 적층 불량 검출 방법은 음극의 오버행 영역에 절연 부재를 형성한 후, 전극조립체를 제조하고, 상기 전극조립체의 두께를 측정함으로써, 전극조립체의 적층 불량 여부를 용이하게 검출할 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 전극조립체의 적층 불량 검출 방법, 절연 부재를 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 전지 셀을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 전극조립체의 적층 불량 검출방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전극조립체의 적층 불량 검출 방법은 음극 일면의 일측 또는 양측 단부의 오버행 영역에 소정의 폭과 높이를 갖는 절연 부재를 형성하는 단계(S10); 음극의 일면에 분리막과 양극을 순차적으로 적층하여 전극조립체를 제조하는 단계(S20); 및 전극조립체의 두께를 측정하여, 전극조립체의 적층 불량 여부를 판단하는 단계(S30)를 포함한다.
본 발명에서 "음극의 오버행 영역" 이라 함은, 음극의 일측 단부 또는 양측 단부에서 소정의 폭 영역을 의미한다. 구체적으로, 전극조립체의 제조시 음극의 가로 및 세로 길이는 양극의 가로 및 세로 길이 보다 각각 길게 재단되어 음극이 양극을 덮는 구조를 갖는다. 이때, 상기 음극의 오버행 영역은 음극이 양극을 덮을 때, 양극이 포함되지 않은 음극의 영역을 의미한다. 나아가, 상기 음극의 오버행 영역은 음극에서 전극 탭이 배치된 영역 및/또는 그 반대 영역의 폭을 의미할 수 있다.
본 발명에서는 상기 음극의 오버행 영역에 절연 부재를 형성한 후 음극, 분리막 및 양극을 순차적으로 적층한 전극조립체의 두께를 측정하여, 상기 전극조립체의 적층 불량 여부를 판단할 수 있다. 구체적인 전극조립체의 적층 불량 검출 방법은 후술하도록 한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극조립체의 적층 불량 검출 방법은 음극 일면의 일측 단부의 오버행 영역에 소정의 폭과 높이를 갖는 절연 부재를 형성하는 과정을 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 절연 부재는 접착 또는 코팅 등의 공정을 이용하여 상기 음극의 일면에 형성된다.
하나의 예에서, 상기 절연 부재의 폭은 1 내지 500㎛ 범위, 5 내지 300㎛ 범위, 10 내지 100㎛ 범위, 또는 10 내지 50㎛ 범위일 수 있다. 아울러, 상기 절연 부재의 높이는 1 내지 500㎛ 범위, 5 내지 300㎛ 범위, 10 내지 100㎛ 범위, 10 내지 40㎛ 범위일 수 있다. 다만, 상기 절연 부재의 폭과 높이는 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 절연 부재의 폭과 높이는 전극조립체의 제조시 적층되는 음극과 양극의 구조 또는 크기에 따라서 달라질 수 있다.
한편, 상기 절연 부재의 폭이 너무 클 경우, 음극의 오버행 영역을 초과하여 형성될 수 있으므로 적당한 폭을 갖는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 절연 부재의 높이가 너무 높을 경우, 정상의 전극조립체일 때에도 절연 부재의 높이도 함께 측정될 수 있다. 따라서, 상기 절연 부재의 높이는 양극 또는 양극 활물질층의 높이를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
상기 절연 부재는 전기적으로 안정한 물질인 것이 바람직하며, 음극에서, 상기 절연 부재의 영역은 정상의 전지 셀에서 용량 발현이 않는 영역일 수 있다. 상기 절연 부재는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에테르이미드, 폴리아세탈, 폴리술폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리실록산, 폴리이미드, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 이들의 공중합체 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연 부재는 폴리에틸렌이 음극 일측 단부의 오버행 영역에서 소정의 폭과 높이를 갖도록 코팅하여 형성될 수 있다.
이때, 상기 절연 부재가 형성된 영역을 제외한 음극의 폭 길이(W1)는, 양극의 폭 길이(W2)와 대응되거나, 또는 양극의 폭 길이(W2) 보다 큰 구조일 수 있다. 이는, 상기 절연 부재가 음극의 오버행 영역에만 위치하는 것을 의미한다. 일반적으로, 음극의 폭 길이는 양극의 폭 길이 보다 큰 구조인데, 상기 절연 부재가 형성된 영역을 제외한 음극의 폭 길이(W1)가 양극의 폭 길이(W2) 보다 작은 구조인 경우, 절연 부재가 음극의 오버행 영역을 초과하여 형성된 구조일 수 있다. 아울러, 절연 부재가 형성된 영역을 제외한 음극의 폭 길이(W1)가 양극의 폭 길이(W2) 보다 작은 구조인 경우, 양극을 음극 상부에 적층할 때, 상기 양극이 절연 부재 상부에 적층되어 전극조립체의 적층 불량이 발생할 수 있다.
한편, 음극의 상부에 양극을 적층할 때, 양극의 일단부가 절연 부재가 형성된 음극의 오버행 영역에 배치되거나, 상기 음극의 오버행 영역을 초과하여 배치되는 경우 전극조립체의 적층 불량으로 판단할 수 있다.
다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극조립체의 적층 불량 검출 방법은 음극 일면의 양측 단부의 오버행 영역에 각각 제1 및 제2 절연 부재를 형성하는 과정을 포함한다.
이때, 제1 및 제2 절연 부재의 간격(L)은 양극의 폭 길이(W2) 와 대응되거나, 또는 양극의 폭 길이(W2) 보다 큰 구조일 수 있다. 상기 제1 및 제2 절연 부재의 간격(L)은 절연 부재가 형성된 영역을 제외한 음극의 폭 길이를 의미한다. 상술한 바와 같이, 통상적인 음극의 폭 길이는 양극의 폭 길이 보다 큰 구조인데, 상기 절연 부재가 형성된 영역을 제외한 음극의 폭 길이(W1)가 양극의 폭 길이(W2) 보다 작은 구조인 경우, 절연 부재가 음극의 오버행 영역을 초과하여 형성된 구조일 수 있다. 아울러, 제1 및 제2 절연 부재의 간격(L)이 양극의 폭 길이(W2) 보다 작은 구조인 경우, 양극을 음극 상부에 적층할 때, 상기 양극이 절연 부재 상부에 적층되어 전극조립체의 적층 불량이 발생할 수 있다.
한편, 음극의 상부에 양극을 적층할 때, 양극의 일단부가 절연 부재가 형성된 음극의 오버행 영역에 배치되거나, 상기 음극의 오버행 영역을 초과하여 배치되는 경우 전극조립체의 적층 불량으로 판단할 수 있다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극조립체의 적층 불량 검출 방법은 상기 절연 부재가 형성된 음극의 일면에 분리막과 양극을 순차적으로 적층하여 전극조립체를 제조하는 단계(S20)를 포함한다. 아울러, 상기 제조한 전극조립체의 두께를 측정하여 제조된 전극조립체의 적층 불량 여부를 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 전극조립체의 적층 불량 검출 방법은 전극조립체의 두께를 측정하여, 전극조립체의 적층 불량 여부를 판단하는 단계(S30)를 포함한다.
하나의 예에서, 상기 전극조립체의 적층 불량 여부를 판단하는 단계(S30)는, 전극조립체의 두께가 음극, 분리막 및 양극의 각 두께 합을 초과하는 경우, 적층 불량 전극조립체로 판단하는 과정을 포함한다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 음극은 일측 단부의 오버행 영역에 절연 부재가 형성된 구조이다. 만일, 음극의 오버행 영역에 양극이 적층되는 경우에는 상기 양극은 절연 부재의 상부에 적층되어, 전극조립체의 두께 측정 시 절연 부재의 두께도 함께 측정될 수 있다. 이에 따라, 적층 불량 전극조립체의 두께는 음극, 분리막 및 양극의 각 두께 합을 초과하여 측정될 수 있다. 즉, 제조된 전극조립체의 두께가 음극, 분리막 및 양극의 각 두께 합을 초과하는 경우, 적층 불량 전극조립체로 판단할 수 있다.
예를 들어, 음극, 분리막 및 양극의 두께가 각각 80㎛, 20㎛ 및 100㎛ 일 때, 제조된 전극조립체의 두께가 200㎛ 을 초과한다면, 제조된 전극조립체는 적층 불량 전극조립체이다.
다른 하나의 예에서, 전극조립체의 적층 불량 여부를 판단하는 단계(S30)는, 전극조립체의 두께가 음극, 분리막 및 양극의 각 두께 합과 대응되는 경우, 정상의 전극조립체로 판단하는 과정을 포함한다. 이는, 양극이 음극 상부에 적층될 때, 절연 부재가 형성되지 않은 영역에 적층된 것을 의미한다.
예를 들어, 음극, 분리막 및 양극의 두께가 각각 80㎛, 20㎛ 및 100㎛ 일 때, 제조된 전극조립체의 두께가 200㎛ 이라면, 제조된 전극조립체는 정상의 전극조립체이다.
하나의 예에서, 상기 전극조립체는, 양극/음극/양극 구조의 바이셀(bi-cell) 또는 양극/음극 구조의 모노셀(mono-cell) 단위를 하나 이상 포함할 수 있다. 구체적인 예에서, 전극조립체는 양극/분리막/음극의 모노셀일 수 있으며, 상기 모노셀은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있으며, 분리막은 양극 및 음극 보다 면적이 더 커서, 양극 및 음극으로부터 돌출되는 구조일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 적층된 전극조립체의 두께 측정만으로 전극조립체의 적층 불량 여부를 용이하게 검출할 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 음극과 양극을 적층한 것 만으로도 전극조립체의 두께 측정이 가능하여, 전해액 주액, 파우치/캔 등의 외장재 포장 절차 전에 전극조립체의 적층 불량 여부를 용이하게 검출할 수 있다.
아울러, 본 발명은 전극조립체를 제공한다. 보다 구체적으로, 본 발명은 음극 및 양극, 상기 음극과 양극 사이에 분리막이 개재된 전극조립체에 관한 것으로, 상기 음극은, 음극 일면의 일측 또는 양측 단부의 오버행 영역에 소정의 폭과 높이를 갖는 절연 부재가 형성된 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 음극에는 절연 부재를 포함하고 있어, 전극조립체의 제조시 적층 불량 여부를 초기에 검출할 수 있다.
본 발명에서, 양극은, 양극 집전체의 일면 또는 양면에 양극 합제층이 적층된 구조이다. 하나의 예에서, 양극 합제층은 양극 활물질, 도전재 및 바인더 고분자 등을 포함되며, 필요에 따라, 당업계에서 통상적으로 사용되는 양극 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 양극 활물질은 리튬 함유 산화물일 수 있으며, 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 리튬 함유 산화물로는, 리튬 함유 전이금속 산화물이 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은, LixCoO2(0.5<x<1.3), LixNiO2(0.5<x<1.3), LixMnO2(0.5<x<1.3), LixMn2O4(0.5<x<1.3), Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1-yCoyO2(0.5<x<1.3, 0<y<1), LixCo1-yMnyO2(0.5<x<1.3, 0≤y<1), LixNi1-yMnyO2(0.5<x<1.3, O≤y<1), Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2-zNizO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixMn2-zCozO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixCoPO4(0.5<x<1.3) 및 LixFePO4(0.5<x<1.3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있으며, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은 알루미늄(Al) 등의 금속이나 금속산화물로 코팅될 수도 있다. 또한, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물 외에 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 중 1종 이상이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 양극은 다양한 형태의 리튬 이차전지에 적용 가능하나, 바람직하게는 고출력의 전지에 활용 가능하다. 본 발명의 양극 활물질층은 고함량 니켈(High-Ni)계 NCM 전지에 적용된다.
구체적인 예에서, 본 발명에 따른 양극 활물질층은, 하기 화학식 1 또는 화학식 2의 구조를 갖는 활물질 성분을 포함한다:
[화학식 1]
Lix(NiaCobMnc)O2
(상기 화학식 1에서, x, a, b 및 c는 0.5<x<1.3, 0.5<a<1, 0<b<0.25, 0<c<0.25, a+b+c=1을 만족한다).
상기 화학식 1에서, a값은 0.6 이상, 구체적으로는 0.8 이상이다. 상기 화학식 1에서, a값이 높아지면 b값 및/또는 c값은 위 화학식 1을 만족하는 범위 내에서 수치가 낮아진다. 이를 통해, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극은 고함량 니켈(High-Ni)계 NCM 이차전지에 적용된다.
[화학식 2]
Lix(NiaCobMncAld)O2
(상기 화학식 2에서, x, a, b, c 및 d는 0.5<x<1.3, 0.6<a<1, 0<b<0.2, 0<c<0.1, 0<d<0.1, a+b+c+d=1을 만족한다).
상기 화학식 2에서, a 값은 0.6 이상, 구체적으로, 0.8 이상, 보다 구체적으로, 0.83 이상이다.
상기 NCM 이차전지는 예를 들어, NCM 622, NCM 651520, NCM 712 또는 NCM 811 (Ni≥80%)일 수 있다. NCMA의 경우, 코발트 비율을 줄이는 대신 알루미늄을 첨가하여 NCM 과 같은 안정석을 유지하면서 출력이 높다.
상기 양극에 사용되는 집전체는 전도성이 높은 금속으로, 양극 활물질 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속이면서, 전기화학소자의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 구체적으로 양극용 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.
상기 양극 활물질은 양극 합제층 중에 90.0 내지 98.5 중량% 범위로 포함될 수 있다. 양극 활물질의 함량이 상기 범위를 만족할 때 고용량 전지의 제작, 그리고 충분한 양극의 도전성이나 전극재간 접착력을 부여하는 면에서 유리하다.
상기 양극에 사용되는 집전체는 전도성이 높은 금속으로, 양극 활물질 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속이면서, 이차전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 구체적으로 양극용 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.
양극 합제층은 도전재를 더 포함한다. 상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 이차전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 도전재로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체, 카본 나토 튜브(CNT) 등이 사용될 수 있다.
바인더 성분으로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 바인더 고분자가 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, SBR), 카르복실 메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose, CMC) 등의 다양한 종류의 바인더가 사용될 수 있다.
상기 바인더 고분자 함량은 양극 합제층에 포함되는 도전재 함량에 비례한다. 이는 활물질에 비해 입자 크기가 상대적으로 매우 작은 도전재에 접착력을 부여하기 위함으로 도전재 함량이 증가하면 바인더 고분자가 더 필요하게 되고, 도전재 함량이 감소하면 바인더 고분자가 적게 사용될 수 있기 때문이다.
아울러, 상기 음극은, 상술한 바와 같이, 음극 집전체, 상기 음극 집전체 상에 형성된 이중층 구조의 합제층을 포함할 수 있다.
상기 음극에 사용되는 집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다. 또한, 상기 집전체는 상기 물질들로 이루어진 기재들을 적층하여 사용할 수도 있다.
상기 분리막은 리튬 이차전지에서 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막(membrane) 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리올레핀계 다공성 막의 예로는, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 또는 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 막(membrane)을 들 수 있다.
상기 부직포로는 폴리올레핀계 부직포 외에 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide) 또는 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 부직포를 들 수 있다.
부직포의 구조는 장섬유로 구성된 스폰본드 부직포 또는 멜트 블로운 부직포일 수 있다.
상기 다공성 기재의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 5 내지 50㎛일 수 있고, 다공성 기재에 존재하는 기공 크기 및 기공도 역시 특별히 제한되지 않으나 각각 0.01 내지 50㎛ 및 10 내지 95 %일 수 있다.
한편, 상기 다공성 기재로 구성된 분리막의 기계적 강도 향상 및 양극과 음극 사이의 단락 억제를 위해, 상기 다공성 기재의 적어도 일면에, 무기물 입자와 바인더 고분자를 포함하는 다공성 코팅층을 더 포함할 수 있다.
전해액은 유기용매 및 전해질 염을 포함할 수 있으며, 상기 전해질 염은 리튬염이다. 상기 리튬염은 리튬 이차전지용 비수 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상을 포함할 수 있다.
전술한 전해액에 포함되는 유기용매로는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들을 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 에테르, 에스테르, 아미드, 선형 카보네이트 또는 환형 카보네이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그 중에서 대표적으로는 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 또는 이들의 혼합물인 카보네이트 화합물을 포함할 수 있다.
상기 환형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 및 이들의 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 있다.
이들의 할로겐화물로는 예를 들면, 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylenecarbonate, FEC) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 선형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 환형 카보네이트인 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 보다 더 잘 해리시킬 수 있으며, 이러한 환형 카보네이트에 디메틸 카보네이트 및 디에틸 카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 보다 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있다.
또한, 상기 유기용매 중 에테르로는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르 및 에틸프로필 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 상기 유기용매 중 에스테르로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오 네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 비수 전해액의 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 이차전지의 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다.
나아가, 본 발명은 전극조립체를 포함하는 전지 셀을 제공한다. 상기 전지 셀은 충방전이 가능한 이차 전지라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 파우치형 전지 셀 또는 원통형의 전지 셀 일 수 있다.
구체적인 예에서, 전지 셀은 파우치형 전지 셀일 수 있다. 예를 들어, 상기 전지 셀은 파우치 타입의 단위 셀로, 라미네이트 시트 외장재에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 상기 외장재의 외부로 형성된 전극 리드들과 연결된 상태로 내장되어 있다. 상기 전극 리드는 시트 외측으로 인출되되 서로 동일한 방향 또는 반대 방향으로 연장될 수 있다.
이하, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
(제1 실시형태)
도 4 내지 도 5는 본 발명의 하나의 실시예에서 절연 부재를 포함하는 전극조립체의 적층 구조를 보여주는 단면도이다.
도 4을 참조하면, 본 발명에 따른 전극조립체(120)는 음극(130), 분리막(150) 및 양극(140)을 순차적으로 적층하여 전극조립체(120)를 제조한다. 이때, 상기 음극(130) 일면의 일측 단부의 오버행 영역(141)에는 절연 부재(160)가 형성된 구조이다.
아울러, 본 발명에서 절연 부재(160)가 형성된 영역을 제외한 음극의 폭 길이(W1)는 양극의 폭(W2)보다 큰 구조를 갖는다. 한편, 음극(140)의 상부에 양극(130)을 적층할 때, 양극(130)의 일단부가 음극의 오버행 영역(141)에 배치되거나, 상기 음극의 오버행 영역(141)을 초과하여 배치되는 경우 전극조립체(120)의 적층 불량으로 판단한다.
본 발명에서는 음극(140), 분리막(150) 및 양극(130)을 순차적으로 적층한 전극조립체(120)의 두께를 측정하여, 상기 전극조립체(120)의 적층 불량 여부를 판단한다. 한편, 전극조립체(120)의 두께는 절연 부재(160)가 위치한 영역의 두께를 측정한다. 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이 음극(140), 분리막(150) 및 양극(130)을 순차적으로 적층한 전극조립체(120)의 두께를 측정하는 경우, 전극조립체의 두께는 200㎛가 된다. 이때, 음극(140), 분리막(150) 및 양극(130)의 두께는 각각 80㎛, 20㎛ 및 100㎛ 였다. 상기 전극조립체(120)의 두께는 음극(140), 분리막(150) 및 양극(130)의 두께 합과 대응되어 정상의 전극조립체(120)로 판단할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 음극(140), 분리막(150) 및 양극(130)을 순차적으로 적층한 전극조립체(120)의 두께를 측정하는 경우, 전극조립체의 두께는 220㎛가 된다. 이때, 음극(140), 분리막(150) 및 양극(130)의 두께는 각각 80㎛, 20㎛ 및 100㎛ 였다. 상기 전극조립체(120)의 두께는 음극(140), 분리막(150) 및 양극(130)의 각 두께 합을 초과하여 적층 불량 전극조립체(120)로 판단할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에서 음극(130)은 일측 단부의 오버행 영역(141)에 절연 부재(160)가 형성된 구조인데, 도 5에 도시된 전극조립체(120)는 양극(130)이 음극의 오버행 영역(141)에 적층되어 전극조립체(120)의 두께 측정 시 절연 부재(160)의 두께도 함께 측정된다. 이에 따라, 전극조립체(120)의 두께는 음극(140), 분리막(150) 및 양극(130)의 각 두께 합을 초과하여 측정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 적층된 전극조립체의 두께 측정만으로 전극조립체의 적층 불량 여부를 용이하게 검출할 수 있다.
(제2 실시형태)
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 하나의 실시예에서 절연 부재를 포함하는 전극조립체의 적층 구조를 보여주는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전극조립체(220)는 음극(230), 분리막(250) 및 양극(240)을 순차적으로 적층하여 전극조립체(220)를 제조한다. 이때, 상기 음극(230) 일면의 양측 단부의 오버행 영역(241, 242)에는 제1 및 제2 절연 부재(261, 262)가 형성된 구조이다.
아울러, 본 발명에서 제1 및 제2 절연 부재(261, 262)의 간격(L)은 양극의 폭 길이(W2) 와 대응되거나, 또는 양극의 폭 길이(W2) 보다 큰 구조를 갖는다. 한편, 음극(240)의 상부에 양극(230)을 적층할 때, 양극(230)의 일단부가 음극의 오버행 영역(241, 242)에 배치되거나, 상기 음극의 오버행 영역(241, 242)을 초과하여 배치되는 경우 전극조립체(220)의 적층 불량으로 판단한다.
본 발명에서는 음극(240), 분리막(250) 및 양극(230)을 순차적으로 적층한 전극조립체(220)의 두께를 측정하여, 상기 전극조립체(220)의 적층 불량 여부를 판단한다. 한편, 전극조립체(220)의 두께는 절연 부재(260)가 위치한 영역의 두께를 측정한다. 구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이 음극(240), 분리막(250) 및 양극(230)을 순차적으로 적층한 전극조립체(220)의 두께를 측정하는 경우, 전극조립체의 두께는 200㎛가 된다. 이때, 음극(240), 분리막(250) 및 양극(230)의 두께는 각각 80㎛, 20㎛ 및 100㎛ 였다. 상기 전극조립체(220)의 두께는 음극(240), 분리막(250) 및 양극(230)의 두께 합과 대응되어 정상의 전극조립체(220)로 판단할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 음극(240), 분리막(20) 및 양극(230)을 순차적으로 적층한 전극조립체(220)의 두께를 측정하는 경우, 전극조립체의 두께는 220㎛가 된다. 이때, 음극(240), 분리막(250) 및 양극(230)의 두께는 각각 80㎛, 20㎛ 및 100㎛ 였다. 상기 전극조립체(220)의 두께는 음극(240), 분리막(250) 및 양극(230)의 각 두께 합을 초과하여 적층 불량 전극조립체(220)로 판단할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에서 음극(230)은 일측 단부의 오버행 영역(241)에 절연 부재(261)가 형성된 구조인데, 도 6에 도시된 전극조립체(220)는 양극(230)이 음극의 오버행 영역(241)에 적층되어 전극조립체(220)의 두께 측정 시 절연 부재(261)의 두께도 함께 측정된다. 이에 따라, 전극조립체(220)의 두께는 음극(240), 분리막(250) 및 양극(230)의 각 두께 합을 초과하여 측정될 수 있다.
나아가, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 음극(230)은 타측 단부의 오버행 영역(242)에 절연 부재(262)가 형성된 구조인데, 도 8에 도시된 전극조립체(220)는 양극(230)이 음극의 오버행 영역(242)에 적층되어 전극조립체(220)의 두께 측정 시 절연 부재(262)의 두께도 함께 측정된다. 이에 따라, 전극조립체(220)의 두께는 음극(240), 분리막(250) 및 양극(230)의 각 두께 합을 초과하여 측정될 수 있다.
따라서, 음극(240), 분리막(20) 및 양극(230)을 순차적으로 적층한 전극조립체(220)의 두께를 측정하는 경우, 전극조립체의 두께는 220㎛가 된다. 상기 전극조립체(220)의 두께는 음극(240), 분리막(250) 및 양극(230)의 각 두께 합을 초과하여 적층 불량 전극조립체(220)로 판단할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 적층된 전극조립체의 두께 측정만으로 전극조립체의 적층 불량 여부를 용이하게 검출할 수 있다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 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.
[부호의 설명]
1: 집전체
2: 전극 활물질
10: 전지 셀
11: 전극 케이스
12, 120,220: 전극 조립체
13, 130, 230: 양극
14, 140, 240: 음극
15, 150, 250: 분리막
160: 절연 부재
261: 제1 절연 부재
262: 제2 절연 부재

Claims (10)

  1. 음극 일면의 일측 또는 양측 단부의 오버행 영역에 소정의 폭과 높이를 갖는 절연 부재를 형성하는 단계;
    음극의 일면에 분리막과 양극을 순차적으로 적층하여 전극조립체를 제조하는 단계; 및
    전극조립체의 두께를 측정하여, 전극조립체의 적층 불량 여부를 판단하는 단계를 포함하는 전극조립체의 적층 불량 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    절연 부재를 형성하는 단계는, 음극 일면의 일측 단부의 오버행 영역에 절연 부재를 형성하는 과정을 포함하는 전극조립체의 적층 불량 검출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    절연 부재가 형성된 영역을 제외한 음극의 폭 길이(W1)는, 양극의 폭 길이(W2)와 대응되거나, 또는 양극의 폭 길이(W2) 보다 큰 구조를 갖는 전극조립체의 적층 불량 검출 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    절연 부재를 형성하는 단계는, 음극 일면의 양측 단부의 오버행 영역에 각각 제1 및 제2 절연 부재를 형성하는 과정을 포함하는 전극조립체의 적층 불량 검출 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    제1 및 제2 절연 부재의 간격(L)은 양극의 폭 길이(W2) 와 대응되거나, 또는 양극의 폭 길이(W2) 보다 큰 구조를 갖는 전극조립체의 적층 불량 검출 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    전극조립체의 적층 불량 여부를 판단하는 단계는, 전극조립체의 두께가 음극, 분리막 및 양극의 각 두께 합을 초과하는 경우, 적층 불량 전극조립체로 판단하는 과정을 포함하는 전극조립체의 적층 불량 검출 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    전극조립체의 적층 불량 여부를 판단하는 단계는, 전극조립체의 두께가 음극, 분리막 및 양극의 각 두께 합과 대응되는 경우, 정상의 전극조립체로 판단하는 과정을 포함하는 전극조립체의 적층 불량 검출 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    전극조립체는, 양극/음극/양극 구조의 바이셀(bi-cell) 또는 양극/음극 구조의 모노셀(mono-cell) 단위를 하나 이상 포함하는 구조인 전극조립체의 적층 불량 검출 방법.
  9. 음극 및 양극, 상기 음극과 양극 사이에 분리막이 개재된 전극조립체에 있어서,
    상기 음극은, 음극 일면의 일측 또는 양측 단부의 오버행 영역에 소정의 폭과 높이를 갖는 절연 부재가 형성된 구조를 갖는 전극조립체.
  10. 제 9 항에 따른 전극조립체를 포함하는 전지 셀.
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