KR101168651B1 - 포케팅 전극체, 이를 포함하는 전극 조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 포케팅 전극체, 이를 포함하는 전극 조립체 및 이용한 리튬 이차 전지에 관한 것이다. 본 발명의 포케팅 전극체는 전극 활물질이 도포된 코팅 영역 및 전극 활물질이 도포되지 않은 돌출부를 갖는 전극판; 돌출부가 노출되도록 전극판의 양면에 배치된 세퍼레이터; 및 전극판과 소정 간격 이격된 상태에서 세퍼레이터의 대향되는 테두리의 적어도 일 부분에 개재되고, 세퍼레이터의 테두리를 접착시킬 수 있는 접착층을 가진 절연성 고분자 필름을 구비하는 포케팅 전극체에 있어서: 상기 접착층은 에틸렌계 모노머, 비닐계 모노머로 및 스티렌 모노머로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 모노머 및 중합개시제를 포함하는 접착제로 형성된다.

Description

포케팅 전극체, 이를 포함하는 전극 조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지{Pocketed electrode plate, electrode assembly and lithium secondary battery using thereof}
본 발명은 포케팅 전극체 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것이다. 보다 상세하게는 개선된 성능의 접착층으로 세퍼레이터와 절연 필름이 접착되는 포케팅 전극체 및 이를 이용한 리튬 이차전지에 관한 것이다.
최근 첨단 전자산업의 발달로 전자장비의 소량화 및 경량화가 가능하게 됨에 따라 휴대용 전자 기기의 사용이 증대되고 있다. 이러한 휴대용 전자 기기의 전원으로 높은 에너지 밀도를 가진 전지의 필요성이 증대되어 리튬 이차전지의 연구가 활발하게 진행되고 있다.
특히, 전자기기의 급속한 박형화와 소형화는 얇은 두께의 박형 리튬 이차전지에 대한 수요를 급속히 확대시키고 있는 반면, 기존의 원통형이나 각형 리튬 이차전지의 구조 및/또는 제조 방법은 전지의 박형화에 따르는 부피당 에너지 밀도 면에서 우수하지 못하다. 따라서, 통상 5mm 이하의 두께를 갖는 박형 전지를 휴대전화, 캠코더, 노트북 컴퓨터 등의 고성능 휴대용 전자기기에 채용할 경우, 충분한 구동시간을 얻기 힘든 실정이다.
구체적으로, 각형 리튬 이차전지는 젤리롤 형상을 갖는 전극체 구조로 인하여 용적 대비 전지의 효율성이 좋지 않고, 저온 연신으로 제조된 금속 포장재의 벽체 두께를 감소시키는 데 대한 기술적 제약으로 인하여, 전지 두께가 줄어들어 에너지 밀도가 저하된다. 반면, 적층된 전극 조립체를 알루미늄 라미네이트 포장재로 밀봉하여 조립된 리튬 고분자 전지의 경우, 젤리롤에 의해 발생되는 공간의 낭비를 감소시킬 수 있으나, 전극 사이의 밀착성을 높이기 위해 고분자 바인더를 과량 사용하거나 전극-전해질 계면에 접착층을 도포하여야 하므로, 이에 의한 에너지 밀도 및 그에 따른 전지 성능의 저하가 발생하는 문제가 있다. 또한, 알루미늄 라미네이트 포장재 자체의 기계적 취약성과 고분자 내피층과 금속 탭으로 이루어진 접착면의 접착 강도 부족으로 인하여 전지의 내구성, 안전성이 취약한 문제점도 내포하고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 한국 특허등록 제10-0329855호, 특허등록 제10-0365824호, 및 특허등록 제10-03370호에는 포케팅된 전극체를 적층하여 리튬 이차전지를 제조하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 선행 특허들 역시 종래의 문제점을 어느 정도 해결하였으나, 포케팅 전극체에 사용되는 절연성 고분자 필름과 세퍼레이터 간의 접착력이 만족스럽지 못하여, 세퍼레이터의 수축에 의한 내부 단락의 위험이 있다.
본 발명은 전술한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 착상된 것으로서, 전지의 용량, 율별 특성 등 전지의 기본적 물성을 우수하게 유지하면서도, 세퍼레이터와 절연성 필름 간의 접착력이 우수하여 세퍼레이터의 수축을 억제할 수 있는 포케팅 전극체 및 이를 이용한 리튬 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포케팅 전극체는, 전극 활물질이 도포된 코팅 영역 및 상기 전극 활물질이 도포되지 않은 돌출부를 갖는 전극판; 상기 돌출부가 노출되도록 상기 전극판의 양면에 배치된 세퍼레이터; 및 상기 전극판과 소정 간격 이격된 상태에서 상기 세퍼레이터의 대향되는 테두리의 적어도 일 부분에 개재되고, 상기 세퍼레이터의 테두리를 접착시킬 수 있는 접착층을 가진 절연성 고분자 필름을 구비하는 포케팅 전극체에 있어서: 상기 접착층은 에틸렌계 모노머, 비닐계 모노머로 및 스티렌 모노머로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 모노머 및 중합개시제를 포함하는 접착제로 형성된다.
바람직하게, 상기 접착층 형성에 사용되는 모노머는 (메타)아크릴레이트, 메틸(메타)아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 글리시딜 메타아크릴레이트 와 같은 아크릴계 모노머; 에틸렌비닐 아세테이트, 비닐 아세테이트, 비닐 클로라이드와 같은 비닐계 모노머; 스티렌 모노머 등을 각각 단독으로 또는 이들 중 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게, 절연성 고분자 필름은 폴리올레핀 수지 필름, 폴리에스테르 수지 필름, 폴리스티렌 수지 필름, 폴리이미드 필름, 폴리아마이드 필름, 플루오로카본수지필름, ABS필름, 폴리아크릴계 필름, 아세탈계 필름, 폴리카보네이트 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 적층 필름이다.
바람직하게, 상기 절연성 고분자 필름은 다공성이다.
바람직하게, 상기 절연성 고분자 필름은 상기 세퍼레이터의 전체 테두리 영역에 개재된다.
바람직하게, 상기 절연성 고분자 필름은 상기 세퍼레이터의 서로 대향되는 변의 테두리 영역에만 개재된다.
바람직하게, 상기 전극판은 양극 활물질이 도포된 양극판이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차 전지는, 전술한 포케팅 전극체; 및 상기 전극판의 극성과 반대되는 극성을 가진 제2 전극 활물질이 도포된 코팅 영역과 상기 제2 전극 활물질이 코팅되지 않는 제2 돌출부를 가지며, 상기 포케팅 전극체에 접촉되도록 배치된 제2 전극체;를 구비한다.
바람직하게, 상기 포케팅 전극체와 상기 제2 전극체가 서로 교회되게 다수 적층된다.
바람직하게, 상기 포케팅 전극체의 상기 전극판은 양극판이고, 상기 제2 전극체는 음극판이다.
바람직하게, 상기 포케팅 전극체의 사이즈는 상기 음극판의 사이즈보다 작지 않으며, 상기 음극판의 음극 활물질 코팅 영역의 면적은 상기 양극판의 양극 활물질 코팅 영역의 면적보다 크다.
본 발명에 따른 포케팅 전극체는 세퍼레이터와 절연필름 간에 우수한 접착력으로 접착시켜 세퍼레이터의 수축을 막아 내부 단락을 방지하며 전극체의 변형을 방지한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포케팅 전극체를 이용한 리튬 이차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선 단면도이다.
도 3은 다수의 수납 공간들이 천공된 절연성 고분자 필름-롤을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 절연성 고분자 필름-롤의 수납 공간에 양극판들이 각각 수납된 후 필름-롤의 상,하면에 세퍼레이터가 위치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 포케팅 전극체 롤을 압착하는 공정을 도시한 단면도이다.
도 6은 다수의 포케팅 전극체들과 다수의 음극판들이 서로 교대로 배치된 리튬 이차 전지용 전극 조립체의 분리 사시도이다.
도 7은 도 6의 결합 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 포케팅 전극체의 제조에 사용되는 절연성 고분자 필름-롤을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 9는 도 8의 절연성 고분자 필름-롤에 전극체가 배치된 상태를 도시하는 사시도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 양극판과 음극판 중 어느 하나의 전극판을 포켓 형태의 세퍼레이터를 이용하여 그 전극판의 양면을 미리 감싸는 구조의 포케팅 전극체를 형성하고, 포케팅 전극체의 세퍼레이터 주머니에 수납된 전극판과 반대의 극성을 가진 제2 전극판을 포케팅 전극판과 교대로 적층시킴으로써 최종적으로 양극/세퍼레이터/음극이 교호되는 리튬 이차 전지를 구성하게 되는 개념이다. 여기서, 세퍼레이터에 의해 형성되는 포켓 내부에는 수납되는 전극판은 양극판이 바람직하고, 포케팅 전극체에 교호되게 적층되는 즉, 주머니 형태에 수납되는 않는 전극판은 음극판이 바람직하다. 물론, 그 반대의 경우도 가능하다. 또한, 세퍼레이터에 의해 형성되는 포켓의 형태는 포켓의 테두리 부분이 완전히 결속(또는 접착)될 수도 있고, 테두리의 일부 영역만 결속될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포케팅 전극체를 이용한 리튬 이차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 포케팅 전극체(100)는, 주머니 형태의 세퍼레이터(10)의 내부에 직사각 형태의 양극판(20)이 수납된다. 이러한 양극판(20)은 양극 집전체(22)의 양면에 양극 활물질이 도포된 코팅 영역(24)을 가진다. 이러한 코팅 영역(24)은 주머니 형태의 세퍼레이터(10)의 테두리 영역(12) 내부에 위치되고, 양극 활물질이 도포되지 않은 비코팅 영역 즉, 돌출부(26)는 주머니 형태의 세퍼레이터(10)의 테두리 영역(12) 외부로 돌출된다.
상기 주머니 형태의 세퍼레이터(10)의 실질적인 모든 테두리 영역(12)은 절연성 고분자 필름(30)에 의해 결속 또는 접착되며, 이를 위해, 절연성 고분자 필름(30)의 양면에는 접착층(32)이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 접착층(32)은, (메타)아크릴레이트, 메틸(메타)아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 글리시딜 메타아크릴레이트와 같은 아크릴계 모노머; 에틸렌비닐 아세테이트, 비닐 아세테이트, 비닐 클로라이드와 같은 비닐계 모노머; 스티렌 모노머로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 모노머 및 중합개시제를 포함하는 접착제로 형성된다. 접착제의 선택은 적용되는 절연성 고분자 필름(30) 및/또는 세퍼레이터(10)의 구체적인 구성 물질에 따라 당업자가 가장 적절하게 선택할 수 있다. 접착층(32)은 절연성 고분자 필름(30)의 양면에 약 15 내지 25 ㎛의 두께로 도포되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 중합개시제로는 열중합용 또는 자외선중합용 등이 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들면 과산화 벤조일(BPO), 아조비스이소부티로니트릴, 알파-하이드록시-케톤계, 알파-아미노-케톤계, 포스핀옥사이드계, 트리아진계 개시제가 사용될 수 있다.
본 발명의 접착층은 상기 모노머와 중합개시제를 포함하는 접착제로 형성될 수 있으며, 본 발명의 접착제는 세퍼레이터와 절연필름 간에 접착력을 우수하게 유지할 수 있어 세퍼레이터의 수축을 방지하는 효과가 매우 크다.
본 발명의 접착층은, 후술하는 바, 타발된 절연필름 사이에 극판이 개재되고 그 아래 위로 분리막이 공급 되고 열압착을 하는 공정(포케팅 공정) 중에 경화가 시작된다. 열압착은 1회 또는 1회 이상의 적절한 횟수로 수행될 수 있으며, 완전한 경화가 이루어지도록 수행된다. 경화 시간은 약 5~10초 이내가 바람직하다. 물론, 상기 열경화 외에 UV조사를 통해서도 경화를 진행할 수 있다.
또한, 상기 절연성 고분자 필름(30)은 폴리올레핀 수지 필름, 폴리에스테르 수지 필름, 폴리스티렌 수지 필름, 폴리이미드 필름, 폴리아마이드 필름, 플루오로카본수지필름, ABS필름, 폴리아크릴계 필름, 아세탈계 필름, 폴리카보네이트 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 적층 필름이다. 바람직하게, 절연성 고분자 필름(30)은 다공성 구조이다.
일반적으로, 이차 전지의 초기 충방전 시에 전해액의 부반응으로 인해 가스(gas)가 발생될 수 있고, 이렇게 발생된 가스는 전극체의 부피를 팽창시켜 전지의 안전성을 저하시키며, 극판들 사이의 접촉성을 저하시켜 접촉 저항을 증가시키게 된다. 따라서, 본 실시예에 있어서, 다공성 구조의 절연성 고분자 필름(30)을 사용하게 되면, 충방전 과정에서 발생된 기체의 배출을 용이하게 하여 전지의 안전성을 확보하고 접촉 저항의 증가를 방지할 수 있다.
절연성 고분자 필름(30)은 세퍼레이터(10)의 전체 테두리 영역 즉, 직사각 형태의 주머니 구조를 가진 세퍼레이터(10)의 가장 자리에 소정 폭으로 마련된 테두리 영역(12)에 개재된다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포케팅 전극체를 형성하는 공정을 각각 도시한 도면들이다.
도 3은 다수의 수납 공간들이 천공된 절연성 고분자 필름-롤을 개략적으로 도시한 사시도이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 바람직한 실시예에 있어서, 리본(롤) 형태의 절연성 고분자 필름-롤(110)의 길이 방향을 따라 소정 형상(돌출부(26)를 포함하는 양극판(20)의 모양과 유사)의 다수의 수납 공간들(112)을 펀칭한 후에, 필름-롤(110)에 전술한 접착제를 도포하여 절연성 고분자 필름-롤(110)의 양면(도면에서 상면 및 하면)에 접착층(32)을 형성시킴으로써, 절연성 고분자 필름-롤(110)을 마련한다. 여기서, 수납 공간들(112)은 각각 실질적으로 동일한 형상을 가지며 서로 동일한 간격으로 이격되는 것이 바람직하다. 각각의 수납 공간(112)은 후술할 양극판들(20)이 소정 간격을 가지고 수납될 수 있도록 양극판(20)의 크기보다 약간 더 크게 형성된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예들에 있어서, 절연성 고분자 필름-롤(110)의 수납 공간(112)의 구체적인 형상들은 본 실시예 따른 직사각형 이외에 정사각형, 원형, 타원형, 마름모형 등과 같이 다양하게 구현될 수 있다. 또한, 수납 공간(112)은 양극판들(20)이 유격을 가지고 수납되도록 양극판(20)의 적어도 일 부분 예를 들어, 돌출부(26)를 갖는 직사각형 형태 양극판의 경우, 양극판(20)의 적어도 2변 이상의 부분을 둘러싸는 구조일 수 있다(구체적인 실시예는 후술될 것임).
도 4는 도 3의 절연성 고분자 필름-롤의 수납 공간에 양극판들이 각각 수납된 후 필름-롤의 상,하면에 세퍼레이터가 위치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 절연성 고분자 필름-롤(110)과 유사한 형태의 제1 세퍼레이터-롤(120) 위에 도 3의 절연성 고분자 필름-롤(110)을 위치시켜 접착층(32)에 의해 부착시킨 상태에서, 양극판(20)이 수납 공간(112)의 테두리와 일정한 간격으로 이격되도록 절연성 고분자 필름-롤(110)의 각각의 수납 공간(112)에 양극판들(20)을 수납시킨다. 그 후, 제2 세퍼레이터-롤(130)을 절연성 고분자 필름-롤(110) 상부에 위치시켜 접착층(30)을 이용하여 부착시킴으로써, 제1 세퍼레이터-롤(120)과 제2 세퍼레이터-롤(130) 사이에 절연성 고분자 필름-롤(110) 및 양극판들(20)이 배치되도록 한다. 이 과정에서, 양극판(20)의 돌출부(26)에서의 수납 공간(112)의 가장자리와의 간격이 양극판(20)의 다른 부분에서의 수납 공간(112)의 가장자리와의 간격보다 크게 되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 및 제2 세퍼레이터-롤(120)(130)의 상단은 양극판들(20)의 각각의 돌출부(26)를 노출시키고 그 하단은 필름-롤(110)의 하단과 대략 동일선상이 되도록 절연성 고분자 필름-롤(110)에 접착된다. 한편, 도 4에서 일점 쇄선은 후술할 가압, 접착 공정이 완료된 후에 각각의 포케팅 전극체를 얻기 위한 절단선(114)을 나타낸 것이다.
상기와 같은 방법에 의해, 저면의 제1 세퍼레이터-롤(120)/접착 성분이 도포된 절연성 고분자 필름-롤(110) 및 그 수납 공간(112)에 각각 수납된 다수의 양극판들(20)/상면의 제2 세퍼레이터-롤(130)의 순서로 적층된 띠 형상의 포케팅 전극체 롤(200)을 얻을 수 있다.
도 5는 도 4의 포케팅 전극체 롤을 압착하는 공정을 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 도 5의 포케팅 전극체 롤(200)은 한 쌍의 가압 롤러(202) 사이를 통과하면서 가압 및 융착된다. 이 과정에서, 절연성 고분자 필름-롤(110) 영역은 가압 롤러(202)에 의해 제1 및 제2 세퍼레이터-롤들(120)(130)의 표면에 강하게 접착되지만 양극판(20) 영역은 제1 및 제2 세퍼레이터-롤들(120)(130)의 표면에 접착되지 않고 변형 없이 그대로 통과한다.
바람직한 실시예에 있어서, 제1 및 제2 세퍼레이터-롤(120)(130)은 폴리 올레핀 재질의 다공성 고분자 필름으로서 통상 공극률이 25～60%, 두께가 10～30미크론인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 그 재질이 폴리 에틸렌인 경우에는 가열 및 융착을 위한 온도가 120℃ 이하, 폴리 프로필렌인 경우에는 약 150℃ 이하인 것이 바람직하다.
이러한 공정을 거친 후, 도 4의 절단선(114)을 따라 절단 또는 타발시키면 최종적으로 도 1 및 도 2에 도시된 포케팅 전극체(100)를 다수 개 마련할 수 있다. 부연 설명하면, 포케팅 전극체 롤(200)의 제1 및 제2 세퍼레이터-롤(120)(130) 및 절연성 고분자 필름-롤(110)은 개별 포케팅 전극체(100)의 세퍼레이터(10) 및 절연성 고분자 필름(30)이 되는 것이다. 이와 같은 방식으로 포케팅 전극체(100)를 제조하면 대량 생산이 가능하다.
다시, 도 2를 참조하면, 세퍼레이터(10)/양극판(20)/세퍼레이터(10)가 배치된 부분의 두께와 세퍼레이터(10)/접착층(32)이 형성된 절연성 고분자 필름(30)/세퍼레이터(10)가 배치된 부분의 두께의 차이가 실질적으로 없기 때문에, 포케팅 전극체(100)의 세퍼레이터(10) 부분 주름이 적게 생성된다.
도 6은 다수의 포케팅 전극체들과 다수의 음극판들이 서로 교대로 배치된 리튬 이차 전지용 전극 조립체의 분리 사시도이고, 도 7은 도 6의 결합 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 바람직한 실시예에 있어서, 리튬 이차 전지용 전극 조립체(300)는, 도 1 및 도 2를 통하여 전술한 포케팅 전극체(100)와, 음극 집전체(42)의 적어도 일면에 음극 활물질이 도포된 코팅 영역(44)과 음극 활물질이 코팅되지 않는 제2 돌출부(26)를 갖으며 포케팅 전극체(100)에 접촉되는 제2 전극체(40)(음극판)을 구비한다. 여기서, 제2 돌출부(46)는 포케팅 전극체(100)의 양극판(20)의 돌출부(26)와 대향되는 위치에 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 다수의 포케팅 전극체(100)와 제2 전극체(40)가 적층되는 경우, 최외곽의 제2 전극체(40)는 포케팅 전극체(100)와 대면하는 면의 집전체(42)에 활물질이 도포되며, 그 외의 제2 전극체들(40)은 집전체(42)의 양면에 활물질이 코팅된 구조이다.
또한, 포케팅 전극체(100)의 사이즈는 제2 전극체(40)의 사이즈보다 작지 않으며, 제2 전극체(40)의 음극 활물질 코팅 영역의 면적은 양극판(20)의 양극 활물질 코팅 영역의 면적보다 크다. 이것은, 음극판(40)과 양극판(20)의 각각의 활성면 간의 모서리 불일치를 방지하고 원활한 적층 정렬을 위해 바람직하다.
한편, 하나의 포케팅 전극체(100)와 하나의 음극판(40)을 접착시켜 전극 조립체(300)를 형성할 수도 있고, 본 실시예와 같이, 다수의 포케팅 전극체(100)와 다수의 제2 전극체(40)가 서로 교회되게 다수 회 적층되어 필요한 전지 용량을 발휘할 수 있는 전극 조립체(300)를 형성할 수도 있다. 이러한 전극 조립체(300)는 전해액과 함께 케이스(미도시)에 밀봉 수납되면 리튬 이차 전지가 된다.
한편, 다수의 포케팅 전극체(100)와 다수의 제2 전극체(40)가 서로 접촉되어 전극 조립체(300)를 형성된 후에는, 인용에 의해 그 전체 내용이 본 명세서에 합체되는, 한국등록특허 제10-0365824호에 개시된 바와 같은 방법에 의해, 적층틀(미도시)에서 정렬 및 적층된 후, 다수의 전극체들(40)(100)의 양극 돌출부들(26)과 음극 돌출부(46)은 각각 용접된다. 이어서, 용접된 양극 돌출부(26)와 음극 돌출부(46)는 각각 음극탭(미도시) 및 양극탭(미도시)에 연결된 후 전해액과 함께 케이스(미도시)에 밀봉됨으로써 리튬 이온 이차 전지를 완성하게 된다.
도 8은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 포케팅 전극체에 사용되는 절연성 고분자 필름-롤을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 9는 도 8의 절연성 고분자 필름-롤에 전극체가 배치된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 절연성 고분자 필름-롤(210)은 세퍼레이터(미도시)의 서로 대향되는 두 변(직사각형의 전극체의 상면과 하면에 각각 대응됨)의 테두리 영역에만 개재된다. 이러한 절연성 고분자 필름-롤(210) 역시 양면에 접착층(232)이 형성되는 것은 전술한 실시예와 동일하다. 그러나, 절연성 고분자 필름-롤(210)에는 전술한 실시예의 수납 공간(112)과 달리 간격이 주기적으로 변화하는 띠 형상의 수납 공간(212)이 마련된다. 그러나, 절연성 고분자 필름-롤(210)은 상부 필름-롤(210a)과 하부 필름-롤(210b)로 분리되어 있는 구조이다.
도 9를 참조하면, 일정한 폭을 가진 띠 형상의 세퍼레이터(미도시)를 양극판들(20)이 수납된 절연성 고분자 필름-롤(210)의 양면에 각각 위치시킨다. 양극판(20)의 돌출부(26)는 절연성 고분자 필름-롤(210)(상부 필름-롤(210a))을 벗어난 위치까지 돌출되도록 양극판(20)의 크기 또는 수납 공간(212)의 크기는 미리 조절된다. 도 9에서 세퍼레이터는 절연성 고분자 필름-롤(210)과 동일한 폭을 가지며, 절연성 고분자 필름-롤(210)의 길이 방향을 따라 놓이게 된다. 도 9의 일점 점선은 가압 및 접착 공정이 완료된 후에 각각의 포케팅 전극체를 얻기 위한 절단선(214)을 나타낸다.
이러한 과정에 의해 제조되는 결과물인 포케팅 전극체 롤에 있어서, 절연성 고분자 필름-롤(210)의 접착 부위는 양극판(20) 상,하측 변만을 둘러싸게 된다.
이하, 실시예들을 통해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예
절연성 고분자 필름으로 양면에 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 구비한 폴리에틸렌 필름(3층 구조)을 사용하고, 상기 절연성 고분자 필름의 양면에 메틸메타아크릴레이트 용액에 열중합 개시제로 과산화 벤조일(BPO)을 첨가(1중량%)하여 제조한 접착제를 도포하였다.
상기 제조된 절연성 고분자 필름으로부터 포케팅 전극체를 제조하는 방법은, 인용에 의해 그 전체 내용이 본 명세서에 합체되는 한국 특허등록 제10-0337707호에 개시되어 있다.
이 때, 양극 활물질로 LiCoO2 및 니켈-코발트-망간의 3성분계 금속을 포함하는 리튬 복합금속 산화물(Li(Ni-Co-Mn)O2)을 혼합하여 사용하였고, 음극 활물질로 인조흑연을 사용하였으며, 전해액으로는 에틸렌 카보네이트:에틸메틸카보네이트:디메틸카보네이트=25:35:40(v/v) 혼합용매의 1.1M LiPF6 용액에 비닐렌 카보네이트 2중량%를 첨가하여 사용하여, 한국 특허등록 제10-0337707호에 개시된 방법을 사용하여 코인형 리튬 이차전지를 제조하였다.
비교예
접착층으로 에틸렌비닐아세테이트를 절연성 고분자 필름 양면에 도포한 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법으로 코인형 리튬 이차전지를 제조하였다.
시험예
1. 용량측정
실시예 및 비교예의 전지에 대해 실온(약 25℃)에서 0.2C으로 충전 및 방전을 수행한 결과, 실시예 전지의 경우 최고 용량 약 540mAh, 최저 용량 약 510mAh의 용량을 나타내었으며, 비교예 전지는 최고 용량 약520mAh, 최저 용량 약 490mAh의 용량을 나타내어, 본 발명의 전지가 용량이 증가한 것을 확인하였다.
2. 율별 방전 특성
실시예 및 비교예의 전지에 대해 율별 방전 특성을 측정하였다. 충전조건은 정전류 조건(250mA)으로 4.2V까지 충전한 후, 다시 정전압 조건으로 20mA 가 될 때까지 충전을 수행하였다. 방전 조건은 0.2C, 0.5C, 1C, 2C의 전류로 3.0V가 될 때까지 방전을 수행하였다. 방전 효율은 0.2C의 방전용량을 100%로 기준하여 각 율별 용량의 방전효율을 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
0.2C 0.5C 1C 2C
실시예 100% 97% 94% 81%
비교예 100% 97% 91% 79%
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 전지가 종래의 비교예 전지와 동등하거나 다소 개선된 방전 효율 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
3. 접착력 평가
실시예 및 비교예의 전지에 사용된 세퍼레이터와 절연필름이 접착된 상태에서 인장강도를 2번 측정하여 접착력을 평가하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
인장강도(kg/cm2)
1차 측정 2차 측정
실시예 0.26 0.244
비교예 0.156 0.176
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 전지가 종래의 비교예 전지에 비하여 세퍼레이터와 절연필름 간의 접착력이 우수함을 확인할 수 있다.

Claims (11)

  1. 전극 활물질이 도포된 코팅 영역 및 상기 전극 활물질이 도포되지 않은 돌출부를 갖는 전극판; 상기 돌출부가 노출되도록 상기 전극판의 양면에 배치된 세퍼레이터; 및 상기 전극판과 소정 간격 이격된 상태에서 상기 세퍼레이터의 대향되는 테두리의 적어도 일 부분에 개재되고, 상기 세퍼레이터의 테두리를 접착시킬 수 있는 접착층을 가진 절연성 고분자 필름을 구비하는 포케팅 전극체에 있어서,
    상기 접착층은 아크릴계 모노머, 비닐계 모노머 및 스티렌 모노머로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 모노머 및 중합개시제를 포함하는 접착제로 형성되고,
    상기 절연성 고분자 필름은 다공성인 것을 특징으로 하는 포케팅 전극체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 고분자 필름은 폴리올레핀 수지 필름, 폴리에스테르 수지 필름, 폴리스티렌 수지 필름, 폴리이미드 필름, 폴리아마이드 필름, 플루오로카본수지필름, ABS필름, 폴리아크릴계 필름, 아세탈계 필름, 폴리카보네이트 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 적층 필름인 것을 특징으로 하는 포케팅 전극체.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 고분자 필름은 상기 세퍼레이터의 전체 테두리 영역에 개재된 것을 특징으로 하는 포케팅 전극체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 고분자 필름은 상기 세퍼레이터의 서로 대향되는 변의 테두리 영역에만 개재된 것을 특징으로 하는 포케팅 전극체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극판은 양극 활물질이 도포된 양극판인 것을 특징으로 하는 포케팅 전극체.
  7. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항의 포케팅 전극체; 및
    상기 전극판의 극성과 반대되는 극성을 가진 제2 전극 활물질이 도포된 코팅 영역과 상기 제2 전극 활물질이 코팅되지 않는 제2 돌출부를 가지며, 상기 포케팅 전극체에 접촉되도록 배치된 제2 전극체;를 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 포케팅 전극체와 상기 제2 전극체가 서로 교회되게 다수 적층된 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극 조립체.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 포케팅 전극체의 상기 전극판은 양극판이고, 상기 제2 전극체는 음극판인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 포케팅 전극체의 사이즈는 상기 음극판의 사이즈보다 작지 않으며, 상기 음극판의 음극 활물질 코팅 영역의 면적은 상기 양극판의 양극 활물질 코팅 영역의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극 조립체.
  11. 제7항의 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체와 함께 전해액을 밀봉 수납하는 케이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
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