Search

KR-20260061270-A - ELECTRODE ASSEMBLY, BATTERY CELL, BATTERY AND ELECTRIC DEVICE

KR20260061270AKR 20260061270 AKR20260061270 AKR 20260061270AKR-20260061270-A

Abstract

전극 어셈블리, 배터리 셀, 배터리 및 전기 장치를 제공한다. 상기 전극 어셈블리는 음극 극판, 양극 극판, 음극 극판과 양극 극판을 분리시키기 위한 세퍼레이터; 및 음극 극판, 양극 극판 및 세퍼레이터 중 적어도 하나의 표면에 배치되도록 구성되는 전해액 흡착층을 포함하며; 전해액 흡착층 상에는 이온 교환 채널이 설치되고, 이온 교환 채널은 상기 전해액 흡착층의 두께 방향에 따라 설치된 비아홀이다. 음극 극판, 양극 극판 및 세퍼레이터 중 적어도 하나의 표면에 전해액 흡착층을 배치하면 전해액을 흡착하고 유지하며, 전해액 저장, 방출, 이온 전도 및 확산에 도움이 되고, 배터리의 사이클 성능과 사용 수명을 향상시킬 수 있다.

Inventors

  • 정, 위췬
  • 장, 성우
  • 탕, 밍하오
  • 린, 원파
  • 류, 후이후이
  • 예, 지에

Assignees

  • 지앙수 컨템포러리 엠퍼렉스 테크놀로지 리미티드

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20210723

Claims (14)

  1. 전극 어셈블리로서, 음극 극판, 양극 극판, 상기 음극 극판과 상기 양극 극판을 분리시키기 위한 세퍼레이터; 및 상기 음극 극판, 상기 양극 극판 및 상기 세퍼레이터 중 적어도 하나의 표면에 배치되도록 구성되는 전해액 흡착층을 포함하며; 상기 전해액 흡착층 상에는 이온 교환 채널이 설치되고, 상기 이온 교환 채널은 상기 전해액 흡착층의 두께 방향에 따라 설치된 비아홀이며; 상기 전해액 흡착층은 흡착 베이스층 및 지지층을 포함하고, 상기 흡착 베이스층의 일측은 대응되는 음극 극판, 양극 극판 또는 세퍼레이터에 부착되며, 상기 지지층은 상기 흡착 베이스층의 타측에 부착되고, 상기 이온 교환 채널은 상기 두께 방향을 따라 상기 지지층과 상기 흡착 베이스층을 관통하는 전극 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 음극 극판의 일면 또는 양면에 상기 전해액 흡착층이 부착되거나, 및/또는, 상기 양극 극판의 일면 또는 양면에 상기 전해액 흡착층이 부착되거나, 및/또는, 상기 세퍼레이터의 일면 또는 양면에 상기 전해액 흡착층이 부착되는 전극 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서, 상기 음극 극판, 상기 세퍼레이터 및 상기 양극 극판은 권취되어 벤딩 영역을 형성하고, 상기 전해액 흡착층의 적어도 일부는 상기 벤딩 영역 내의 상기 음극 극판, 상기 양극 극판 및 상기 세퍼레이터 중 적어도 하나의 표면에 설치되는 전극 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전해액 흡착층의 적어도 일부는 벤딩 영역 내의 상기 음극 극판의 1차 벤딩 부위 및/또는 2차 벤딩 부위에 설치되거나, 및/또는, 상기 전해액 흡착층의 적어도 일부는 상기 양극 극판의 1차 벤딩 부위 및/또는 2차 벤딩 부위에 설치되거나, 및/또는, 상기 전해액 흡착층의 적어도 일부는 상기 음극 극판의 1차 벤딩 부위와 인접한 상기 세퍼레이터의 벤딩 부위 및/또는 2차 벤딩 부위와 인접한 상기 세퍼레이터의 벤딩 부위에 설치되거나, 및/또는, 상기 전해액 흡착층의 적어도 일부는 상기 양극 극판의 1차 벤딩 부위와 인접한 상기 세퍼레이터의 벤딩 부위 및/또는 2차 벤딩 부위와 인접한 상기 세퍼레이터의 벤딩 부위에 설치되는 전극 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서, 상기 벤딩 영역은 벤딩 영역의 중심선을 커버하는 제1 벤딩 하위 영역 및 상기 제1 벤딩 하위 영역의 적어도 일측에 위치하는 제2 벤딩 하위 영역을 포함하고, 상기 벤딩 영역의 중심선은 상기 전극 어셈블리의 권취 축선과 평행되되; 상기 제1 벤딩 하위 영역 내에 위치하는 상기 전해액 흡착층의 일부 공극률은 상기 제2 벤딩 하위 영역 내에 위치하는 상기 전해액 흡착층의 일부 공극률과 상이하되, 전해액 흡착층의 공극률은 이온 교환 채널 면적과 전해액 흡착층 면적의 비율인 전극 어셈블리.
  6. 제4항에 있어서, 상기 벤딩 영역에서 상기 전극 어셈블리의 권취 축선과 평행되는 방향을 따라 상기 이온 교환 채널은 상기 전해액 흡착층 상에서 파선 또는 곡선으로 분포되는 전극 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전해액 흡착층은 흡착 베이스층을 포함하고, 상기 흡착 베이스층 상에는 상기 이온 교환 채널이 설치되는 전극 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서, 상기 흡착 베이스층의 재료는 아크릴산-아크릴레이트 공중합체, 부타디엔-스티렌 공중합체, 스티렌-아크릴산 공중합체, 스티렌-아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-초산비닐 공중합체, 아크릴산 그라프트 폴리에틸렌, 무수 말레산 그라프트 폴리에틸렌, 아크릴산 그라프트 폴리프로필렌, 무수 말레산 그라프트 폴리프로필렌, 폴리불화비닐리덴, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체 고무, 에틸렌-초산비닐 공중합체 비스페놀 A형 에폭시 수지, 에틸렌-초산비닐 공중합체 비스페놀 F형 에폭시 수지, 글리세롤 에테르형 에폭시 수지, 글리세롤 에스테르형 에폭시 수지, 실리콘 산소계 수지, 폴리우레탄, 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체 및 상기 물질의 변형체 중 하나를 포함하는 전극 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서, 상기 흡착 베이스층의 재료는 아크릴산-아크릴레이트 공중합체, 부타디엔-스티렌 공중합체, 스티렌-아크릴산 공중합체, 스티렌-아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-초산비닐 공중합체, 아크릴산 그라프트 폴리에틸렌, 무수 말레산 그라프트 폴리에틸렌, 아크릴산 그라프트 폴리프로필렌, 무수 말레산 그라프트 폴리프로필렌, 폴리불화비닐리덴, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체 고무, 에틸렌-초산비닐 공중합체 비스페놀 A형 에폭시 수지, 에틸렌-초산비닐 공중합체 비스페놀 F형 에폭시 수지, 글리세롤 에테르형 에폭시 수지, 글리세롤 에스테르형 에폭시 수지, 실리콘 산소계 수지, 폴리우레탄, 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체 및 상기 물질의 변형체 중 하나를 포함하는 전극 어셈블리.
  10. 제1항에 있어서, 상기 지지층의 재료는 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리불화비닐리덴, 헥사플루오로프로필렌-불화비닐리덴 공중합체, 테트라플루오로프로필렌-불화비닐리덴 공중합체, 클로로트리플루오로프로필렌-불화비닐리덴 공중합체, 폴리에틸렌 글리콜 테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리불화비닐리덴 또는 이의 공중합체, 폴리아릴레이트, 섬유, 나일론, 부직포 및 상기 물질의 변형체 중 하나를 포함하는 전극 어셈블리.
  11. 제1항에 있어서, 상기 지지층의 두께 ≤ 50 um이고, 0 < 지지층의 공극률 ≤ 50%이며, 및/또는 상기 지지층의 인장탄성률 ≤ 100 Mpa이되, 상기 지지층의 공극률은 이온 교환 채널 총 면적과 지지층 면적의 비율인 전극 어셈블리.
  12. 배터리 셀로서, 하우징, 전해액, 커버 플레이트 및 적어도 하나의 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 전극 어셈블리를 포함하되, 상기 하우징은 수용 캐비티와 개구를 구비하여, 상기 전극 어셈블리와 상기 전해액이 상기 수용 캐비티에 수용되며; 상기 커버 플레이트는 상기 하우징의 개구를 밀봉하기 위한 것인, 배터리 셀.
  13. 케이스 및 적어도 하나의 제12항에 따른 배터리 셀을 포함하여, 상기 배터리 셀이 상기 케이스 내에 수용되는 배터리.
  14. 제13항에 따른 배터리로부터 제공되는 전력을 수신하도록 구성되는 전기 장치.

Description

전극 어셈블리, 배터리 셀, 배터리 및 전기 장치{ELECTRODE ASSEMBLY, BATTERY CELL, BATTERY AND ELECTRIC DEVICE} 본 발명은 배터리 분야에 관한 것으로, 특히 전극 어셈블리, 배터리 셀, 배터리 및 전기 장치에 관한 것이다. 재충전 가능 배터리는 이차 전지로 칭할 수 있으며, 배터리 방전 후 충전 방식을 통해 활성 물질이 활성화되도록 하여 계속 사용하는 배터리를 가리킨다. 재충전 가능 배터리는 전자기기, 예를 들어, 휴대폰, 노트북, 축전지차, 전기 자동차, 전기 비행기, 전기 선박, 전동 장난감 자동차, 전동 장난감 선박, 전동 장난감 비행기 및 전동 공구 등에 널리 적용되고 있다. 충전식 배터리는 니켈카드뮴 배터리, 니켈수소 배터리, 리튬이온 배터리 및 2차 알칼리성 아연망간 배터리 등을 포함할 수 있다. 현재, 자동차에 비교적 많이 사용되는 배터리는 일반적으로 리튬이온 배터리이며, 리튬이온 배터리는 충전식 배터리의 일종으로서, 부피가 작고, 에너지 밀도가 높으며, 전력 밀도가 높고, 재사용 횟수가 많으며, 저장 시간이 긴 등의 장점을 지닌다. 충전식 배터리는 전극 어셈블리와 전해액을 포함하고, 전극 어셈블리는 음극 극판, 양극 극판 및 음극 극판과 양극 극판 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함한다. 음극 극판은 모두 음극 활물질층을 구비하고, 예를 들어 음극 활물질층의 음극 활물질은 망간산리튬, 코발트산리튬, 인산철리튬 또는 니켈코발트망간산리튬일 수 있으며; 양극 극판 표면에는 모두 양극 활물질층이 구비되고, 예를 들어 양극 활물질층의 양극 활물질은 흑연 또는 실리콘일 수 있다. 전극 어셈블리의 경우, 사이클 과정에서 전해액을 지속적으로 소모하고, 양극 극판 사이의 전해액이 소모된 후 하우징 내에서 유리하는 전해액은 제때 보충될 수 없으므로, 장기간 충방전 후 전해액 부족으로 인해 배터리 셀 및 배터리의 사이클 수명이 감쇠되는 문제로 이어질 수 있다. 본 발명의 실시예의 기술적 해결 수단을 보다 명확히 설명하기 위하여, 이하 실시예에 대한 설명에 사용할 필요가 있는 도면에 대해 간단히 소개한다. 아래에 기술되는 도면은 본 발명의 일부 실시예로서, 본 분야의 통상의 기술자에게 있어서, 창조적인 노동을 기울이지 않는다는 전제하에, 이러한 도면에 따라 다른 도면을 획득할 수도 있음은 자명하다. 도 1은 본 발명의 일 실시예의 전극 어셈블리의 사시 구조 모식도이다. 도 2는 도 1의 전극 어셈블리의 권취 축선(K)에 수직인 횡단면을 따른 구조 모식도이다. 도 3은 본 발명의 다른 일 실시예의 편평체 형상의 전극 어셈블리의 권취 축선(K)에 수직인 횡단면을 따른 구조 모식도이다. 도 4는 본 발명의 다른 일 실시예의 다른 편평체 형상의 전극 어셈블리의 권취 축선(K)에 수직인 횡단면을 따른 구조 모식도이다. 도 5는 본 발명의 다른 일 실시예의 다른 편평체 형상의 전극 어셈블리의 권취 축선(K)에 수직인 횡단면을 따른 구조 모식도이다. 도 6은 본 발명의 다른 일 실시예의 다른 편평체 형상의 전극 어셈블리의 권취 축선(K)에 수직인 횡단면을 따른 구조 모식도이다. 도 7은 본 발명의 다른 일 실시예의 다른 편평체 형상의 전극 어셈블리의 권취 축선(K)에 수직인 횡단면을 따른 구조 모식도이다. 도 8은 본 발명의 다른 일 실시예의 다른 편평체 형상의 전극 어셈블리의 권취 축선(K)에 수직인 횡단면을 따른 구조 모식도이다. 도 9는 본 발명의 다른 일 실시예의 양극 극판의 구조 모식도이다. 도 10은 본 발명의 다른 일 실시예의 음극 극판의 구조 모식도이다. 도 11은 도 10의 A-A 방향을 따른 단면 구조 모식도이다. 도 12는 도 10의 B-B 방향을 따른 단면 구조 모식도이다. 도 13은 본 발명의 다른 일 실시예에서 도 10의 B-B 방향을 따른 단면 구조 모식도이다. 도 14는 본 발명의 다른 일 실시예에서 도 10의 B-B 방향을 따른 단면 구조 모식도이다. 도 15는 본 발명의 다른 일 실시예에서 도 10의 B-B 방향을 따른 단면 구조 모식도이다. 도 16은 본 발명의 일 실시예의 전극 어셈블리의 벤딩 영역에서의 부분 구조 모식도이다. 도 17은 본 발명의 다른 일 실시예의 편평체 형상의 전극 어셈블리의 권취 축선(K)에 수직인 횡단면에 따른 구조 모식도이다. 도 18은 본 발명의 다른 일 실시예의 음극 극판의 구조 모식도이다. 도 19는 본 발명의 다른 일 실시예의 다른 편평체 형상의 전극 어셈블리의 권취 축선(K)에 수직인 횡단면에 따른 구조 모식도이다. 도 20은 본 발명의 다른 일 실시예의 다른 편평체 형상의 전극 어셈블리의 권취 축선(K)에 수직인 횡단면에 따른 구조 모식도이다. 도 21은 본 발명의 다른 일 실시예의 다른 편평체 형상의 전극 어셈블리의 권취 축선(K)에 수직인 횡단면에 따른 구조 모식도이다. 도 22는 본 발명의 다른 일 실시예의 다른 편평체 형상의 전극 어셈블리의 권취 축선(K)에 수직인 횡단면에 따른 구조 모식도이다. 도 23은 본 발명의 다른 일 실시예의 다른 편평체 형상의 전극 어셈블리의 권취 축선(K)에 수직인 횡단면에 따른 구조 모식도이다. 도 24는 본 발명의 다른 일 실시예의 다른 편평체 형상의 전극 어셈블리의 권취 축선(K)에 수직인 횡단면에 따른 구조 모식도이다. 도 25는 본 발명의 다른 일 실시예의 다른 편평체 형상의 전극 어셈블리의 권취 축선(K)에 수직인 횡단면에 따른 구조 모식도이다. 도 26은 본 발명의 다른 일 실시예의 다른 편평체 형상의 전극 어셈블리의 권취 축선(K)에 수직인 횡단면에 따른 구조 모식도이다. 도 27은 본 발명의 다른 일 실시예의 음극 극판의 구조 모식도이다. 도 28은 본 발명의 다른 일 실시예의 음극 극판의 구조 모식도이다. 도 29는 본 발명의 다른 일 실시예의 음극 극판의 구조 모식도이다. 도 30은 본 발명의 다른 일 실시예의 배터리 셀의 구조 모식도이다. 도 31은 본 발명의 다른 일 실시예의 배터리 모듈의 구조 모식도이다. 도 32는 본 발명의 다른 일 실시예의 배터리의 구조 모식도이다. 도 33은 본 발명의 다른 일 실시예의 전기 장치의 구조 모식도이다. 본 발명의 실시예의 목적, 기술적 해결수단 및 장점이 보다 명료하도록 하기 위해, 이하, 본 발명의 실시예의 첨부 도면과 결합하여 본 발명의 실시예의 기술적 방안에 대해 보다 명료하고, 완전한 설명을 진행하고, 설명된 실시예는 본 발명의 일부 실시예이며 전부의 실시예가 아님은 자명한 것이다. 본 발명의 실시예를 바탕으로, 본 분야의 통상의 기술자가 창조적인 노동을 하지 않는 전제 하에 획득되는 모든 기타 실시예는 본 발명의 보호범위에 포함된다. 달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하는 의미와 동일하고; 본 명세서에서 사용되는 용어는 구체적인 실시예를 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니고; 본 발명의 명세서, 특허청구범위 및 상기 첨부 도면의 설명에서의 용어 “포함하다”와 “가지다” 및 그들의 임의의 변형은 배타적이지 않은 포함을 의미하기 위한 것이다. 본 명세서에서 언급되는 “실시예”는, 실시예와 결합하여 설명하는 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있음을 의미한다. 명세서의 각 위치에 해당 단어가 나타날 시, 반드시 모두 동일한 실시예를 표시하는 것이 아니며, 기타 실시예와 배척되는 독립적이거나 대안적인 실시예를 표시하는 것도 아니다. 당업자는 명시적 및 암시적으로 본 명세서에서 설명되는 실시예는 기타 실시예와 결합될 수 있음을 이해해야 한다. 본문에서 용어 “및/또는”은 단지 관련된 객체의 관련 관계를 설명하기 위한 것이고, 3가지 관계가 존재할 수 있음을 나타내는 바, 예를 들어 A 및/또는 B는, A가 단독으로 존재하는 경우, A와 B가 동시에 존재하는 경우, B가 단독으로 존재하는 경우 등 3 가지 경우를 나타낼 수 있다. 또한, 본 명세서에서 문자 “”는, 일반적으로 전후 관련된 대상이 “또는”의 관계임을 나타낸다. 본 발명 실시예의 설명에서, 기술 용어 “중심”, “종방향”, “횡방향”, “길이”, “폭”, “두께”, “상”, “하”, “전”, “후”, “좌”, “우”, “수직”, “수평”, “상단”, “하단”, “내”, “외”, “시계방향”, “반시계방향”, “축방향”, “반경 방향”, “둘레방향” 등으로 지시되는 방위 또는 위치 관계는 도면에 도시된 방위 또는 위치 관계에 기반하며, 본 발명의 실시예의 설명을 간편하게 하기 위한 것일 뿐이며, 가리키는 장치 또는 부재가 반드시 특정된 방위를 가져야 하고 특정된 방위로 구축 및 동작되어야 함을 지시 또는 암시하는 것은 아니므로, 본 발명을 제한하는 것으로 이해하여서는 안 된다. 또한, 본 발명 실시예의 설명에서, 기술 용어 “제1”“제2”등은 다른 대상을 구별하기 위한 것일 뿐, 특정 순서를 기술하기 위한 것이 아니며, 하나 또는 그 이상의 상기 특징을 명시적 또는 암시적으로 포함할 수 있다. 본 발명 실시예의 설명에서, 별도의 설명이 없는 한, “복수”는 두 개 또는 두 개 이상을 의미한다. 본 발명의 설명에서, 설명해야 할 것은, 별도의 명확한 규정 및 한정이 없는 한, 용어 “설치”, “서로 연결”, “연결”은 포괄적으로 이해해야 하고, 예를 들어, 고정 연결일 수 있고, 탈착 가능한 연결이거나 일체로 연결된 것일 수도 있으며; 기계적 연결일 수 있고, 전기적 연결일 수도 있으며; 직접 서로 연결될 수 있고, 중간 매개체를 통해 서로 연결될 수도 있으며, 두 개의 소자 내부의 연통일 수 있다. 당업자에게 있어서, 구체적인 경우에 따라 상기 용어가 본 발명에서의 구체적인 함의를 이해할 수 있다. 리튬이온 배터리의 부피를 더욱 축소시키고, 에너지 밀도를 더욱 높이기 위하여, 리튬이온 배터리의 전극 어셈블리 중의 음극 극판, 양극 극판과 세퍼레이터는 권취 후 압축될 수 있다. 예를 들어, 도1에 도시된 바와 같이 도1은 전극 어셈블리의 사시 구조 모식도이고, 상기 전극 어셈블리는 양극 극판, 음극 극판 및 세퍼레이터를 포함하며, 여기서 양극 극판, 음극 극판