KR101118259B1 - 전극 조립체 및 이를 구비한 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판이 적층 및 권취되어 형성되는 전극군; 및 상기 전극군의 종단부의 일정영역에 부착되는 마감테이프를 구비하고, 상기 마감테이프는 Y1값(10-5×인장강도×마감테이프 두께/탄성률)이 64 내지 89인 것을 특징으로 하는 전극조립체 및 이를 구비하는 이차 전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판이 적층 및 권취되어 형성되는 전극군; 및 상기 전극군의 종단부의 일정영역에 부착되는 마감테이프를 구비하고, 상기 마감테이프는 필름층 및 점착층을 포함하여 이루어지며, 하기 수학식 2인 Y2값(10-5×인장강도×마감테이프의 필름층 두께/탄성률)이 51 내지 75인 것을 특징으로 하는 전극조립체 및 이를 구비하는 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명은 고용량화된 이차 전지를 제공함에 따른 이차 전지의 두께 팽창을 효과적으로 방지할 수 있는 마감테이프를 제공할 수 있다
전극 조립체, 마감테이프, 고정, 전해액

Description

전극 조립체 및 이를 구비한 이차 전지{Electrode assembly and secondary battery using the same}
본 발명은 전극 조립체 및 이를 구비한 이차 전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전지의 용량을 증가시킬 수 있는 전극조립체에 관한 것이다.
전자기기의 전원으로서 각종 전지가 이용되고 있으며, 특히, 소형 전자기기의 전원으로 소형이면서 대용량화가 가능하고, 단위 면적당 에너지 밀도가 높으며, 충?방전이 가능한 리튬 이차 전지를 많이 사용하고 있다.
리튬 이차 전지는 양극 집전체 및 음극 집전체 각각에 활성화 물질을 도포한 양극판 및 음극판, 그리고 두 극판 사이에 위치하는 세퍼레이터를 적층 및 권취한 전극 조립체를 셀 케이스 내에 수납하고 전해액을 주입한 후, 셀 케이스를 밀폐시킴으로써 형성된다.
이러한 리튬 이차 전지는 셀 케이스의 외관에 따라, 원통형, 각형 또는 파우치형 등으로 분류할 수 있다.
일반적으로 전극 조립체를 셀 케이스 내에 수납하기 위해서, 전극 조립체를 권취한 후, 전극 조립체의 외면을 테이프로 감싸 전극 조립체가 풀리지 않도록 고 정하게 된다.
즉, 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 차례로 권취되어 형성된 전극 조립체의 외주면에서 상기 전극 조립체의 권취가 끝나는 단부를 감싸는 상태로 테이프를 부착시키게 되며, 당업계에서는 일반적으로 상기 테이프를 마감테이프라고 일컫는다.
하지만, 이러한 마감테이프는 이차 전지의 전체적인 두께를 증가시키는 요소로 작용할 수 있으며, 이런 문제는 이차 전지의 고용량화 경향과 배치될 수 있는 것이다.
즉, 이차 전지의 고용량화를 위해서는 동일 체적의 캔 내부에 삽입되는 양극활물질 및 음극활물질의 양을 증가시켜야 하는데, 이때, 일정한 수명성능을 확보하기 위해서는 증가되는 양극활물질 및 음극활물질의 양에 따라 전해액의 양도 증가시켜야 한다.
따라서, 전해액의 양을 증가시키기 위해서는 캔의 내부 체적의 여유가 필요하나, 상기 마감테이프는 일정한 두께를 가지게 되므로, 마감테이프의 두께만큼 캔의 내부 체적의 여유가 감소하게 된다.
따라서, 본 발명은 마감테이프의 두께를 감소시켜 고용량화된 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판이 적층 및 권취되어 형성되는 전극군; 및 상기 전극군의 종단부의 일정영역에 부착되는 마감테이프를 구비하고, 상기 마감테이프는 하기 수학식 1인 Y1값이 64 내지 89인 것을 특징으로 하는 전극조립체 및 이를 구비하는 이차 전지를 제공한다. (여기서, 인장강도는 마감 테이프의 인장강도로서 kgf/m2의 단위로 표현되고, 마감테이프 두께는 m의 단위로 표현되고, 탄성률은 마감 테이프의 길이 탄성률로서 kgf/m의 단위로 표현된다.)
[수학식 1]
Y1 = 10-5×인장강도×마감테이프 두께/탄성률
또한, 본 발명은 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판이 적층 및 권취되어 형성되는 전극군; 및 상기 전극군의 종단부의 일정영역에 부착되는 마감테이프를 구비하고, 상기 마감테이프는 필름층 및 점착층을 포함하여 이루어지며, 하기 수학식 2인 Y2값이 51 내지 75인 것을 특징으로 하는 전극조립체 및 이를 구비하는 이차 전지를 제공한다. (여기서, 인장강도는 마감 테이프의 인장강도로서 kgf/m2의 단위로 표현되고, 마감테이프 두께는 m의 단위로 표현되고, 탄성률은 마감 테이프의 길이 탄성률로서 kgf/m의 단위로 표현된다.)
[수학식 2]
Y2 = 10-5×인장강도×마감테이프의 필름층 두께/탄성률
또한, 본 발명은 상기 마감테이프의 두께는 15㎛ 내지 19㎛인 것을 특징으로 하는 전극조립체 및 이를 구비하는 이차전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 마감테이프의 폭(W)은 10mm 이상이고, 상기 마감테이프)의 길이(L)는 전극조립체의 총고(H)의 25%이상인 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 마감테이프는 상기 전극군의 상부 및 하부에 각각 부착되고, 상기 각각의 마감테이프의 폭(W)은 10mm 이상이며, 상기 각각의 마감테이프의 길이(L)의 합은 전극조립체의 총고(H)의 25%이상인 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 마감테이프는 상기 전극군의 상부 및 하부에 각각 부착되고, 상기 각각의 마감테이프의 길이(L)의 합은 전극조립체의 총고(H)의 25%이상이고, 상기 각각의 마감테이프의 폭(W)은 전극군의 외측 전부를 감싸는 형태로 부착되는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 마감테이프는 상기 전극군의 권취 방향을 따라 상기 전극군의 종단부 전부를 포함하여 상기 전극군의 외측 전부를 감싸는 형태로 부착되는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.
따라서, 본발명에 따른 전극조립체 및 이차 전지는 마감테이프의 두께를 감소시켜 고용량화된 이차 전지를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 고용량화된 이차 전지를 제공함에 따른 이차 전지의 두께 팽창을 효과적으로 방지할 수 있는 마감테이프를 제공하는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 마감테이프(30)의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 마감테이프(30)는 고분자 수지로 된 필름층(32)과 점착층(31)을 포함하여 이루어져 있다.
상기 고분자 필름층(32)은, 예컨대 폴리 에틸렌이나, 폴리 스타일렌, 폴리 프로필렌, 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(PET)등과 같은 고분자 수지로 이루어 질 수 있다.
또한, 상기 고분자 필름층(32)의 하면에는 상기 고분자 필름층을 전지부의 최외곽면에 부착하기 위한 점착층이 구비되어 있으며, 상기 점착층은 예를 들면, 천연고무, 아크릴 수지, 폴리우레탄, 폴리에스테르 등을 사용할 수 있다.
다만, 본 발명에서 상기 고분자 필름층 및 상기 점착층의 재질을 한정하는 것은 아니다.
이때, 본 발명에 따른 마감테이프의 두께는 19㎛ 이하인 것이 바람직하다. 상기 마감테이프의 두께를 19㎛ 이하로 함으로써, 종래에 비하여 전해액을 추가로 주액할 수 있는 캔의 내부 체적의 여유가 발생할 수 있다.
또한, 상기 마감테이프의 두께는 15㎛ 이상인 것이 바람직하다. 이때, 본 발명에서 상기 마감테이프의 두께가 15㎛ 이상으로 한정하는 것은 현재의 마감테이프의 제조기술 상, 15㎛ 미만의 마감테이프를 제조하는 것이 어렵기 때문으로, 상기 마감테이프의 두께가 15㎛ 미만인 경우에는 캔의 내부 체적의 여유가 더욱 발생할 수 있음을 예상할 수 있다.
다만, 마감테이프의 두께가 15㎛ 미만인 경우에는 그 두께가 너무 얇아, 이를 전극 조립체의 권취가 끝나는 단부에 부착하는 경우, 마감테이프의 찢김 등으로 인하여, 효과적으로 전극 조립체가 풀리지 않도록 고정하는 것이 어려울 것으로 예상된다.
다음의 표 1은 마감테이프의 두께 감소에 따른 전해액의 추가가 발생함을 나타내는 수치이다.
단, 하기 표 1의 마감테이프의 체적은 후술하는 도 6과 같이, 마감테이프에 의해 전극조립체 전체를 감싼 경우를 기준으로 한다.
또한, 하기 표 1의 마감테이프의 두께가 22㎛인 경우는 19㎛, 15㎛인 경우의 마감테이프의 체적 감소량 및 전해액 추가 가능량을 산출하기 위한 기준으로 사용되었다.
[표 1]
마감테이프 두께(㎛) 22 19 15
마감테이프의 체적(cc) 0.066 0.057 0.045
마감테이프의 체적 감소량(cc) - 0.009 0.021
전해액 추가 가능량(g) - 0.01 0.03
표 1을 참조하면, 마감테이프의 두께가 19㎛, 15㎛인 경우는 22㎛인 경우에 비교하여 각각 마감테이프의 체적이 0.009cc, 0.021cc 만큼 감소하였다.
이때, 전해액의 밀도(g/cc)가 약 1.227g/cc인 경우, 마감테이프의 두께 감소에 따라 각각 0.01g, 0.03g의 전해액의 추가가 가능하다.
한편, 상기와 같은 전해액의 추가에 의해 이차 전지의 고용량화가 가능하게 되나, 고용량화에 따른 이차 전지의 두께 팽창이 문제시 될 수 있다.
즉, 이차 전지의 고용량화를 위해서는 전해액의 양을 증가시켜야 하고, 또한, 일정한 수명성능을 확보하기 위해서는 동일 체적의 캔 내부에 삽입되는 양극활물질 및 음극활물질의 양도 함께 증가시켜야 하는데, 예를 들어, 상기 음극활물질에 포함된 무기질 입자가 충전에 의하여 리튬을 흡장하여 그 부피가 팽창하게 된다.
이러한 부피 팽창은 고용량화를 위해 전해액의 양, 음극활물질 및 양극활물질의 양이 증가될수록 더욱 심화될 수 있으며, 결국에는 충전후의 이차 전지의 두께가 팽창하게 되는 문제점이 발생하게 된다.
결국, 충전후의 이차 전지의 두께가 팽창하는 것을 방지하는 것이 필요하며, 따라서, 본 발명에 따른 마감테이프는 하기 수학식 1인 Y1값이 64 내지 89인 것이 바람직하다. (여기서, 인장강도는 마감 테이프의 인장강도로서 kgf/m2의 단위로 표현되고, 마감테이프 두께는 m의 단위로 표현되고, 탄성률은 마감 테이프의 길이 탄성률로서 kgf/m의 단위로 표현된다.)
[수학식 1]
Y1 = 10-5×인장강도×마감테이프 두께/탄성률
또한, 본 발명에 따른 마감테이프는 하기 수학식 2인 Y2값이 51 내지 75인 것이 바람직하다. (여기서, 인장강도는 마감 테이프의 인장강도로서 kgf/m2의 단위로 표현되고, 마감테이프 두께는 m의 단위로 표현되고, 탄성률은 마감 테이프의 길이 탄성률로서 kgf/m의 단위로 표현된다.)
[수학식 2]
Y2 = 10-5×인장강도×마감테이프의 필름층 두께/탄성률
상기 Y1 및 Y2의 값이 각각 상기 범위를 벗어나는 경우, 충전후의 두께 증가를 감소시키는 효과가 미비하여 바람직하지 않으며, 특히, 후술할 바와 같이, Y1의 값이 64 미만인 경우 및 Y2의 값이 51 미만인 경우에는 종래에 비하여 충전후의 두께를 감소시키는 효과가 우수하지 않을 수 있다.
다음으로, 도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 형상의 마감테이프를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 마감테이프의 형상을 나타내는 사시도 이다.
도 2를 참조하면, 전극 조립체(10)는 제1 전극판(21), 세퍼레이터(23), 제2 전극판(25)이 순차적으로 적층되고, 권취되어 이루어지는 전극군(20)을 포함한다.
상기 제1 전극판(21) 및 상기 제2 전극판(25)은 서로 다른 극성을 갖도록, 양극 집전체에 양극 활물질을 도포하여 형성하거나, 또는 음극 집전체에 음극 활물질을 도포하여 형성된다.
상기 제1 전극판(21) 및 상기 제2 전극판(25) 각각은 양극 활물질 또는 음극 활물질이 도포되지 않는 무지부를 포함하며, 상기 무지부 각각에는 제1 전극 탭(27) 및 제2 전극 탭(29)이 통전 가능하도록 부착된다.
상기 전극판이 양극판으로 형성되는 경우, 활물질로 리튬천이금속 산화물이 사용되고, 집전체로는 알루미늄 재질의 판을 사용할 수 있다.
상기 전극판이 음극판으로 형성되는 경우에는, 활물질로는 탄소 및 탄소 복합체가 사용되고, 집전체로는 구리 재질의 판을 사용할 수 있다.
상기 세퍼레이터(23)는 제1 전극판(21) 및 상기 제2 전극판(25)이 단락되는 것을 방지하며, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지의 다공막이 사용될 수 있다.
다만, 본 발명에서 상기 활물질, 집전체 및 세퍼레이터의 재질을 한정하는 것은 아니며, 이와 관련된 사항은 당업계에서 자명한 사항이므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에서는 제1 전극판(21)이 상기 전극군(20)의 외측에 위치하는 것을 도시하고 있으나, 제2 전극판(25)이 외측에 위치할 수도 있다.
이때, 상기 전극군(20)의 권취가 마감되는 종단부의 경우, 상기 세퍼레이터(23)의 권취가 마감되는 종단부가 제1 전극판(21) 및 제2 전극판(25)의 권취가 마감되는 종단부보다 더 외측으로 돌출되어 외부에 노출될 수 있다.
즉, 상기 세퍼레이터(23)의 종단부가 외부에 노출되어 있기 때문에, 상기 전극군(20)의 종단부는 상기 세퍼레이터(23)의 종단부가 되게 된다.
또한, 이와는 달리, 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 제1 전극판(21)의 권취가 마감되는 종단부가 상기 세퍼레이터(23) 및 제2 전극판(25)의 권취가 마감되는 종단부보다 더 외측으로 돌출되어 외부에 노출될 수 있으며, 이 경우, 상기 전극군(20)의 종단부는 상기 제1 전극(21)의 종단부가 되게 된다.
또한, 상기 전극 조립체(10)는 상기 전극군(20)의 권취가 마감되는 종단부에 부착되어, 상기 제1 전극판(21), 상기 세퍼레이터(23) 및 상기 제2 전극판(25)의 권취 상태를 고정하는 마감테이프(30a)를 포함한다.
이때, 상기 마감테이프(30a)의 크기는 최소한 다음의 조건을 만족하여야 한다.
즉, 상기 마감테이프(30a)의 폭(W)은 10mm 이상이어야 하며, 상기 마감테이프(30a)의 길이(L)는 최소한 전극조립체의 총고(H)의 25%이상이어야 한다.
상기 조건을 만족하여야만, 본 발명에 따른 마감테이프(30a), 즉, 두께가 15㎛ 내지 19㎛인 경우에 있어서, 전극 조립체가 풀리지 않도록 고정할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전극 조립체의 경우, 권취된 형상이기 때문에, 자체의 복원력에 의하여 전극 조립체가 풀리려는 특성을 가지고 있고, 따라서, 이를 방지하기 위해서, 마감테이프의 두께가 15㎛ 내지 19㎛인 경우, 마감테이프(30a)의 폭(W)은 10mm 이상이어야 하며, 마감테이프(30a)의 길이(L)는 최소한 전극조립체의 총고(H)의 25%이상이어야 한다.
이때, 상기 마감테이프(30a)의 폭(W)이 10mm 이상이라함은 상기 제1 전극판(21)의 권취가 마감되는 종단부를 기준으로 폭방향 양측으로 각각 5mm 이상임을 의미한다.
또한, 본 발명에서 마감테이프(30a)의 폭(W) 및 길이(L)의 하한만을 규정하는 것은 본 발명의 목적상 마감테이프가 차지하는 면적을 가장 작게하는 것이 바람직하기 때문이다.
즉, 상술한 바와 같은 마감테이프의 폭(W) 및 길이(L)의 하한을 만족한다면, 효과적으로 전극 조립체가 풀리지 않도록 고정할 수 있는 것이며, 따라서, 상기 마감테이프의 폭(W) 및 길이(L)의 하한값은 전극 조립체를 효과적으로 고정하면서 마감테이프가 차지하는 면적을 최소화하는 값에 해당한다.
다음으로, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 마감테이프의 형상을 나타내는 사시도 이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 마감테이프의 형상은 후술하는 것을 제외하고는 상기 제1실시예에 따른 마감테이프의 형상과 동일할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상술한 제1실시예의 마감테이프와는 달리, 본 발명의 제2실시예에 따른 마감테이프(30b)는 상기 전극군(20)의 종단부의 상부 및 하부에 각각 부착될 수 있다.
즉, 제1실시예의 경우 단일의 마감테이프를 전극군의 종단부에 부착하였으나, 제2실시예의 경우 2개의 마감테이프를 전극군의 종단부에 부착한다.
이때, 상기 각각의 마감테이프(30b)의 크기는 최소한 다음의 조건을 만족하 여야 한다.
즉, 상기 각각의 마감테이프(30b)의 폭(W)은 10mm 이상이어야 하며, 상기 각각의 마감테이프(30b)의 길이의 합(L1+L2)는 최소한 전극조립체의 총고(H)의 25%이상이어야 한다.
상기 조건을 만족하여야만, 본 발명에 따른 마감테이프(30b), 즉, 두께가 15㎛ 내지 19㎛인 경우에 있어서, 전극 조립체가 풀리지 않도록 고정할 수 있다.
또한, 이와는 달리, 도면에는 도시되지 않았으나, n개(단, n은 자연수)의 마감테이프를 전극군의 종단부에 부착할 수 있으며, 이 경우, 상기 각각의 마감테이프의 폭(W)은 10mm 이상이어야 하며, 상기 각각의 마감테이프의 길이의 합(L1+L2+L3+....Ln)는 최소한 전극조립체의 총고(H)의 25%이상이어야 한다.
다음으로, 도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 마감테이프의 형상을 나타내는 사시도 이다.
본 발명의 제3실시예에 따른 마감테이프의 형상은 후술하는 것을 제외하고는 상기 제1실시예에 따른 마감테이프의 형상과 동일할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상술한 제1실시예의 마감테이프와는 달리, 본 발명의 제3실시예에 따른 마감테이프(30c)는 상기 전극군(20)의 전극군(20)의 종단부의 전 영역에 부착될 수 있다.
즉, 마감테이프(30c)의 폭(W)이 10mm 이상이면서, 마감테이프(30c)의 길이(L)는 전극조립체의 총고(H)와 동일할 수 있다.
제3실시예에 따른 마감테이프는 제1실시예의 마감테이프와 비교하여, 마감테 이프가 차지하는 면적은 증가하나, 전극 조립체를 더욱 효과적으로 고정할 수 있다.
다음으로, 도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 마감테이프의 형상을 나타내는 사시도이다.
본 발명의 제4실시예에 따른 마감테이프의 형상은 후술하는 것을 제외하고는 상기 제2실시예에 따른 마감테이프의 형상과 동일할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상술한 제2실시예의 마감테이프와는 달리, 본 발명의 제4실시예에 따른 마감테이프(30d)는 상기 전극군(20)의 권취 방향을 따라 상기 전극군(20)의 종단부의 일부 영역을 포함하여, 상기 전극군(20)의 외측 전부를 감싸는 형태로 부착될 수 있다.
즉, 각각의 마감테이프(30d)의 길이의 합(L1+L2)이 최소한 전극조립체의 총고(H)의 25%이상이면서, 상기 각각의 마감테이프(30a)의 폭(W)은 전극군(20)의 외측 전부를 감싸는 형태로 부착될 수 있다.
제4실시예에 따른 마감테이프는 제2실시예의 마감테이프와 비교하여, 마감테이프가 차지하는 면적은 증가하나, 전극 조립체를 더욱 효과적으로 고정할 수 있다.
다음으로, 도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 마감테이프의 형상을 나타내는 사시도이다.
본 발명의 제5실시예에 따른 마감테이프의 형상은 후술하는 것을 제외하고는 상기 제1실시예에 따른 마감테이프의 형상과 동일할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상술한 제1실시예의 마감테이프와는 달리, 본 발명의 제5실시예에 따른 마감테이프(30e)는 상기 전극군(20)의 권취 방향을 따라 상기 전극군(20)의 종단부 전부를 포함하여, 상기 전극군(20)의 외측 전부를 감싸는 형태로 부착될 수 있다.
제5실시예에 따른 마감테이프는 제1실시예의 마감테이프와 비교하여, 마감테이프가 차지하는 면적은 증가하나, 전극 조립체를 더욱 효과적으로 고정할 수 있으며, 또한, 전극조립체의 부피 팽창을 가장 효과적으로 방지할 수 있다.
즉, 제5실시예에 따른 마감테이프는 다른 실시예에 비교하여 차지하는 면적이 가장 크므로, 추가 가능한 전해액의 양은 가장 작을 것이나, 전극 조립체를 전체적으로 감싸고 있으므로, 전극조립체의 부피 팽창을 가장 효과적으로 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체를 구비한 이차 전지의 일 예를 나타낸 분리 사시도이다.
도 7을 참조하면, 이차 전지는 전극 조립체(10), 상기 전극 조립체(10)를 수납하는 외장재(50) 및 상기 외장재(50)를 밀봉하는 캡 조립체(70)를 포함한다.
이때, 상기 전극 조립체(10)는 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한 바와 같은 구성을 가지며, 상기 외장재(50)에 수납된다.
상기 외장재(50)는 상기 전극 조립체(10)가 내부에 수납되며, 일단에 개구부(51)가 형성된다.
상기 캡 조립체(70)는 상기 캔(50)의 내부에 상기 전극 조립체(10)가 수납된 상태에서 상기 개구부(51)에 위치하여, 상기 캔(50)을 밀봉한다.
이때, 상기 이차전지는 상기 외장재(50)에 주입되는 전해액을 더 포함한다.
상기 전해액은 비수성 유기용매를 포함하며, 상기 비수성 유기용매로는 카보네이트, 에스테르, 에테르 또는 케톤을 사용할 수 있다. 상기 카보네이트로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC) 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있으며, 상기 에스테르로는 부티로락톤(BL), 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤(valerolactone), 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone), n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트 등이 사용될 수 있으며, 상기 에테르로는 디부틸 에테르 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤으로는 폴리메틸비닐 케톤이 있으나, 본 발명은 비수성 유기용매의 종류에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에 따른 전해액은 리튬염을 포함하며, 상기 리튬염은 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 전지의 작동을 가능하게 하며, 그 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6 , LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2x+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임) 및 LiSO3CF3로 이루어진 군에서 선택되는 것을 하나 이상 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
이로써, 본 발명에 따른 이차전지를 제조할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 이차전지의 종류를 한정하는 것은 아니다.
이상과 같이 제조된 이차전지는 도 6에 도시된 바와 같은 두께(t)를 갖게 된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예 일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
양극 활물질로서 LiCoO2, 바인더로서 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 및 도전제로서 카본을 92:4:4의 중량비로 혼합한 다음, N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜 양극 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 두께 20㎛의 알루미늄 호일에 코팅한 후 건조, 압연하여 양극을 제조하였다. 음극 활물질로 흑연계 활물질, 바인더로서 스티렌-부타디엔 고무 및 증점제로서 카르복시메틸셀룰로오스를 96:2:2의 중량비로 혼합한 다음 물에 분산시켜 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 두께 15㎛의 구리 호일에 코팅한 후 건조, 압연하여 음극을 제조하였다.
상기 제조된 전극들 사이에 두께 20㎛의 폴리에틸렌(PE) 재질의 필름 세퍼레이터를 넣어 권취 및 압축하여, 전극조립체를 형성하고, 이를 각형 캔에 삽입하고, 상기 각형 캔에 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.
이때, 상기 전해액은 후술하는 비교예 1에 비하여 전해액이 0.03g 더 포함되어 있다.
또한, 상기 전극 조립체는 권취가 마감되는 종단부에 권취 상태를 고정하기 위하여 15㎛의 마감테이프를 부착하였다.
또한, 상기 마감테이프를 부착하는 것은 도 6에 도시된 바와 같이, 전극 조립체의 권취가 마감되는 종단부 전부를 포함한 상기 전극조립체의 외측 전부를 감싸는 형태로 부착하였다.
이때, 상기 마감테이프는 필름층과 점착층으로 이루어져 있으며, 상기 필름층은 12㎛ 두께의 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 사용하였고, 상기 점착층은 3㎛ 두께의 아크릴계 점착제를 사용하였다.
[실시예 2]
상기 필름층을 16㎛ 두께의 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일하게 실시하였다.
이때, 전해액은 후술하는 비교예 1에 비하여 전해액의 양이 0.01g 더 포함되어 있다.
[비교예 1]
상기 필름층을 19㎛ 두께의 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일하게 실시하였다.
[비교예 2]
상기 필름층을 25㎛ 두께의 폴리 프로필렌(PP)를 사용하고, 상기 점착층은 5 ㎛ 두께의 아크릴계 점착제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일하게 실시하였다.
실시예 1 및 2, 비교예 1 및 2의 리튬 이차 전지의 마감테이프의 인장강도 및 탄성률을 측정하고, 상기 값을 바탕으로 Y1 및 Y2의 값을 측정하였다.
(단, Y1 = 10-5×인장강도×마감테이프 두께/탄성률, Y2 = 10-5×인장강도×마감테이프의 필름층 두께/탄성률, 상기 인장강도는 마감 테이프의 인장강도로서 kgf/m2의 단위를 가지며, 상기 마감테이프 두께는 m의 단위를 가지고, 상기 탄성률은 마감 테이프의 길이 탄성률로서 kgf/m의 단위를 갖는다.)
또한, 상기 실시예 1 및 2, 비교예 1 및 2의 리튬 이차 전지의 출하충전(만충전의 1/2의 양을 충전) 및 만충전시의 두께를 측정하였다.
상기 측정결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
구분 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
마감테이프 두께(㎛) 전체두께 15 19 22 30
필름층두께 12 16 19 25
점착층두께 3 3 3 5
인장강도(kgf/㎠) 8134 9688 7506 6425
탄성률(kgf/㎟) 1908 2079 1637 885
Y1값 64 89 101 218
Y2값 51 75 87 182
두께
(㎛)		 출하충전 3850 3830 3860 3880
만충전 3920 3910 3950 3970
상기 표 2를 참조하면, Y1값이 89를 초과하고, 또한, Y2의 값이 75를 초과하는 비교예 1 및 비교예 2의 경우, 출하충전 및 만충전 시의 이차전지의 두께가 실시예 2에 비교하여 매두 두꺼움을 알 수 있다.
또한, Y1의 값이 64이고, Y2의 값이 51인 실시예 1의 경우, 실시예 2의 경우보다는 출하충전 및 만충전의 두께가 두꺼우나, 비교예 1 및 비교예 2의 경우보다는 두께가 얇음을 알 수 있다.
또한, 현재의 마감테이프의 제조기술 상, 15㎛ 미만의 마감테이프를 제조하는 것이 어렵기 때문에, 마감테이프의 두께가 15㎛ 미만인 경우의 Y1값 및 Y2값을 도출해내지는 못했으나, 다만, 마감테이프의 두께가 15㎛ 미만인 경우의 Y1값 및 Y2값이 실시예 1의 경우보다 작아질 것으로 예상된다.
하지만, 상기 실시예 1 및 비교예 1의 데이터를 바탕으로 판단시, Y1값 및 Y2값이 너무 작아지는 경우 오히려 다시 출하충전 및 만충전 시의 두께가 증가하려는 경향이 있는 것으로 예상되며, 결국, Y1 값이 64 미만인 경우 및 Y2 값이 51 미만인 경우는 비교예 1에 비하여 두께 감소면에서 효과가 없거나, 또는 오히려 비교예 1에 비하여 출하충전 및 만충전의 두께가 증가될 것으로 예상된다.
따라서, 본 발명에 따른 마감테이프는 하기 수학식 1인 Y1값이 64 내지 89인 것이 바람직하며, 또한,하기 수학식 2인 Y2값이 51 내지 75인 것이 바람직하다. (여기서, 인장강도는 마감 테이프의 인장강도로서 kgf/m2의 단위로 표현되고, 마감테이프 두께는 m의 단위로 표현되고, 탄성률은 마감 테이프의 길이 탄성률로서 kgf/m의 단위로 표현된다.)
[수학식 1]
Y1 = 10-5×인장강도×마감테이프 두께/탄성률
[수학식 2]
Y2 = 10-5×인장강도×마감테이프의 필름층 두께/탄성률
즉, 상기 Y1 및 Y2의 값이 각각 상기 범위를 벗어나는 경우, 충전후의 두께 증가를 감소시키는 효과가 미비하여 바람직하지 않으며, 또한, Y1의 값이 64 미만인 경우 및 Y2의 값이 51 미만인 경우에는 종래에 비하여 충전후의 두께를 감소시키는 효과가 우수하지 않을 수 있으므로, Y1 및 Y2의 값이 각각 상기 범위인 것이 바람직하다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 마감테이프의 구성을 나타내는 단면도,
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 형상의 마감테이프를 나타낸 사시도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체를 구비한 이차 전지의 일 예를 나타낸 분리 사시도이다.
[도면의 주요 부호에 대한 설명]
10 : 전극 조립체 20 : 전극군
21 : 제1 전극판 23, 23′: 세퍼레이터
25 : 제2 전극판 27 : 제1 전극 탭
29 : 제2 전극 탭 30, 30a, 30b, 30c, 30d, 30e : 마감테이프
50 : 외장재 51 : 외장재의 개구부
70 : 캡 조립체

Claims (22)

  1. 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판이 적층 및 권취되어 형성되는 전극군; 및
    상기 전극군의 종단부의 일정영역에 부착되는 마감테이프를 구비하고,
    상기 마감테이프는 하기 수학식 1인 Y1값이 64 내지 89인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
    [수학식 1]
    Y1 = 10-5×인장강도×마감테이프 두께/탄성률
    (여기서, 상기 인장강도는 마감 테이프의 인장강도로서 kgf/m2의 단위로 표현되고, 상기 마감테이프 두께는 m의 단위로 표현되고, 상기 탄성률은 마감 테이프의 길이 탄성률로서 kgf/m의 단위로 표현된다.)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마감테이프의 두께는 15㎛ 내지 19㎛인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마감테이프의 폭(W)은 전극군의 권취 방향으로 10mm 이상이고, 상기 마감테이프의 길이(L)는 전극조립체의 총고(H)의 25%이상인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마감테이프는 상기 전극군의 상부 및 하부에 각각 부착되고, 상기 각각의 마감테이프의 폭(W)은 전극군의 권취 방향으로 10mm 이상이며, 상기 각각의 마감테이프의 길이(L)의 합은 전극조립체의 총고(H)의 25% 이상인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 마감테이프의 폭(W)은 전극군의 권취 방향으로 10mm 이상이고, 상기 마감테이프의 길이(L)는 전극조립체의 총고(H)와 동일한 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 마감테이프는 상기 전극군의 상부 및 하부에 각각 부착되고, 상기 각각의 마감테이프의 길이(L)의 합은 전극조립체의 총고(H)의 25%이상이고, 상기 각각의 마감테이프의 폭(W)은 전극군의 권취 방향으로 전극군의 외측 전부를 감싸는 형태로 부착되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 마감테이프는 상기 전극군의 권취 방향을 따라 상기 전극군의 종단부 전부를 포함하여 상기 전극군의 외측 전부를 감싸는 형태로 부착되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 마감테이프는 필름층 및 점착층을 포함하여 이루어지며, 하기 수학식 2인 Y2값이 51 내지 75인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
    [수학식 2]
    Y2 = 10-5×인장강도×마감테이프의 필름층 두께/탄성률
    (여기서, 상기 인장강도는 마감 테이프의 인장강도로서 kgf/m2의 단위로 표현되고, 상기 마감테이프의 필름층 두께는 m의 단위로 표현되고, 상기 탄성률은 마감 테이프의 길이 탄성률로서 kgf/m의 단위로 표현된다.)
  9. 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판이 적층 및 권취되어 형성되는 전극군; 및
    상기 전극군의 종단부의 일정영역에 부착되는 마감테이프를 구비하고,
    상기 마감테이프는 필름층 및 점착층을 포함하여 이루어지며, 하기 수학식 2인 Y2값이 51 내지 75인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
    [수학식 2]
    Y2 = 10-5×인장강도×마감테이프의 필름층 두께/탄성률
    (여기서, 상기 인장강도는 마감 테이프의 인장강도로서 kgf/m2의 단위로 표현되고, 상기 마감테이프의 필름층 두께는 m의 단위로 표현되고, 상기 탄성률은 마감 테이프의 길이 탄성률로서 kgf/m의 단위로 표현된다.)
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 마감테이프의 두께는 15㎛ 내지 19㎛인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 마감테이프의 폭(W)은 전극군의 권취 방향으로 10mm 이상이고, 상기 마감테이프의 길이(L)는 전극조립체의 총고(H)의 25%이상인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 마감테이프는 상기 전극군의 상부 및 하부에 각각 부착되고, 상기 각각의 마감테이프의 폭(W)은 전극군의 권취 방향으로 10mm 이상이며, 상기 각각의 마감테이프의 길이(L)의 합은 전극조립체의 총고(H)의 25%이상인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 마감테이프의 폭(W)은 전극군의 권취 방향으로 10mm 이상이고, 상기 마감테이프의 길이(L)는 전극조립체의 총고(H)와 동일한 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 마감테이프는 상기 전극군의 상부 및 하부에 각각 부착되고, 상기 각각의 마감테이프의 길이(L)의 합은 전극조립체의 총고(H)의 25%이상이고, 상기 각각의 마감테이프의 폭(W)은 전극군의 권취 방향으로 전극군의 외측 전부를 감싸는 형태로 부착되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 마감테이프는 상기 전극군의 권취 방향을 따라 상기 전극군의 종단부 전부를 포함하여 상기 전극군의 외측 전부를 감싸는 형태로 부착되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  16. 전극 조립체를 포함하는 이차 전지에 있어서,
    상기 전극 조립체는 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판이 적층 및 권취되어 형성되는 전극군; 및
    상기 전극군의 종단부의 일정영역에 부착되는 마감테이프를 구비하고,
    상기 마감테이프는 하기 수학식 1인 Y1값이 64 내지 89인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
    [수학식 1]
    Y1 = 10-5×인장강도×마감테이프 두께/탄성률
    (여기서, 상기 인장강도는 마감 테이프의 인장강도로서 kgf/m2의 단위로 표현되고, 상기 마감테이프 두께는 m의 단위로 표현되고, 상기 탄성률은 마감 테이프의 길이 탄성률로서 kgf/m의 단위로 표현된다.)
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 마감테이프의 두께는 15㎛ 내지 19㎛인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 마감테이프의 폭(W)은 전극군의 권취 방향으로 10mm 이상이고, 상기 마감테이프의 길이(L)는 전극조립체의 총고(H)의 25%이상인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 마감테이프는 필름층 및 점착층을 포함하여 이루어지며, 하기 수학식 2인 Y2값이 51 내지 75인 것을 특징으로 하는 이차전지.
    [수학식 2]
    Y2 = 10-5×인장강도×마감테이프의 필름층 두께/탄성률
    (여기서, 상기 인장강도는 마감 테이프의 인장강도로서 kgf/m2의 단위로 표현되고, 상기 마감테이프의 필름층 두께는 m의 단위로 표현되고, 상기 탄성률은 마감 테이프의 길이 탄성률로서 kgf/m의 단위로 표현된다.)
  20. 전극 조립체를 포함하는 이차 전지에 있어서,
    상기 전극 조립체는 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판이 적층 및 권취되어 형성되는 전극군; 및
    상기 전극군의 종단부의 일정영역에 부착되는 마감테이프를 구비하고,
    상기 마감테이프는 필름층 및 점착층을 포함하여 이루어지며, 하기 수학식 2인 Y2값이 51 내지 75인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
    [수학식 2]
    Y2 = 10-5×인장강도×마감테이프의 필름층 두께/탄성률
    (여기서, 상기 인장강도는 마감 테이프의 인장강도로서 kgf/m2의 단위로 표현되고, 상기 마감테이프의 필름층 두께는 m의 단위로 표현되고, 상기 탄성률은 마감 테이프의 길이 탄성률로서 kgf/m의 단위로 표현된다.)
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 마감테이프의 두께는 15㎛ 내지 19㎛인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 마감테이프의 폭(W)은 전극군의 권취 방향으로 10mm 이상이고, 상기 마감테이프의 길이(L)는 전극조립체의 총고(H)의 25%이상인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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