KR101598854B1 - 율속특성이 향상된 전극 적층체 및 이를 포함하는 전지 - Google Patents

율속특성이 향상된 전극 적층체 및 이를 포함하는 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR101598854B1
KR101598854B1 KR1020130143841A KR20130143841A KR101598854B1 KR 101598854 B1 KR101598854 B1 KR 101598854B1 KR 1020130143841 A KR1020130143841 A KR 1020130143841A KR 20130143841 A KR20130143841 A KR 20130143841A KR 101598854 B1 KR101598854 B1 KR 101598854B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
separator
anode
active material
cathode
Prior art date
Application number
KR1020130143841A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150059996A (ko
Inventor
김현태
김동명
김기태
신주경
조래환
나희수
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020130143841A priority Critical patent/KR101598854B1/ko
Publication of KR20150059996A publication Critical patent/KR20150059996A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101598854B1 publication Critical patent/KR101598854B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • 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
    • 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
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은, 양극 집전체의 일면 또는 양면에 양극재 층이 형성되어 있는 하나 이상의 양극; 음극 집전체의 일면 또는 양면에 음극재 층이 형성되어 있는 하나 이상의 음극; 양극과 음극의 사이에 개재되고 일면 또는 양면이 저율 특성의 제 1 전극 활물질을 포함하는 제 1 전극재 층과 접합(laminate)되어 있는 하나 이상의 제 1 분리막; 및 양극과 음극의 사이에 개재되고 일면 또는 양면이 상기 제 1 전극 활물질에 비해상대적으로 고율 특성의 제 2 전극 활물질을 포함하는 제 2 전극재 층과 미접합 상태로 접촉(contact)되어 있는 하나 이상의 제 2 분리막; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.

Description

율속특성이 향상된 전극 적층체 및 이를 포함하는 전지 {Electrode Stack of Enhanced Rate Performance and Battery Comprising The Same}
본 발명은, 반복적인 충방전이 가능한 이차전지 및 이를 구성하는 전극 적층체에 관한 것이다.
IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 '유비쿼터스 사회'로 발전되고 있다.
이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 리튬 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다. 상기 리튬 이차전지는, 전지 케이스의 수납부에 전극 적층체와 전해질을 내장하고 상기 수납부의 외주면을 열융착함으로써 제작할 수 있다.
상기 전극 적층체는, 소정의 크기의 양극판, 분리막판, 음극판을, 양극판과 음극판 사이에 분리막판이 개재되도록 하나씩 순서대로 반복하여 적층한 스택형(적층형), 소정의 크기의 양극시트, 분리막시트, 음극시트를 양극시트와 음극시트의 사이에 분리막시트가 개재되도록 적층한 후, 분리막시트를 일방향으로 권취한 권취형(젤리-롤형), 소정의 개수의 스택형 전극 적층체들을 분리막 시트 상에 배열한 후, 분리막 시트를 절곡 또는 일방향으로 권취하여 소정의 개수의 전극 적층체들을 적층시킨 스택 앤 폴딩형(Stack ＆ Folding) 등으로 분류할 수 있다.
도 1에는, 종래의 스택 앤 폴딩형 전극 적층체의 모식적인 분해 사시도가 도시되어있다. 상기 스택 앤 폴딩형 전극 적층체(22)는, 양극 탭(11)을 구비한 양극, 음극 탭(12)을 구비한 음극, 분리막이 적층된 상태에서 접합(laminate)되어 있는 스택형 전극 적층체(21)들을 분리막 시트(30) 상에 배열한 후, 분리막 시트를 일방향으로 권취하여 스택형 전극 적층체(21)들을 적층시키므로, 스택형 전극 적층체(21)와 분리막 시트(30)의 적층계면에서의 계면저항이 스택형 전극 적층체(21) 내의 전극과 분리막의 적층계면에서의 계면저항에 비해 큰 문제가 있다.
본 발명은, 율특성을 향상된 이차전지와 이를 구성하는 전극 적층체를 제공함으로써상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 한다.
본 발명의 하나의 비제한적인 예에 따른 전극 적층체는,
양극 집전체의 일면 또는 양면에 양극재 층이 형성되어 있는 하나 이상의 양극;
음극 집전체의 일면 또는 양면에 음극재 층이 형성되어 있는 하나 이상의 음극;
양극과 음극의 사이에 개재되고 일면 또는 양면이 저율 특성의 제 1 전극 활물질을 포함하는 제 1 전극재 층과 접합(laminate)되어 있는 하나 이상의 제 1 분리막; 및
양극과 음극의 사이에 개재되고 일면 또는 양면이 상기 제 1 전극 활물질에 비해 상대적으로 고율 특성의 제 2 전극 활물질을 포함하는 제 2 전극재 층과 미접합 상태로 접촉(contact)되어 있는 하나 이상의 제 2 분리막;을 포함할 수 있다.
상기 전극 적층체는, 하기의 전극 적층체와 달리, 제 2 분리막과 미접합 상태에서 접촉하는 전극이, 일면에는 제 2 전극재 층이 형성되고, 타면에는, 제 1 전극재 층이 형성된 구조일 수 있다.
반면에, 하기의 전극 적층체는, 제 2 분리막과 미접합 상태에서 접촉하는 전극의 일면과 타면에 모두 제 2 전극재 층이 형성된 구조일 수 있다.
본 발명의 하나의 비제한적인 예에 따른 전극 적층체는,
양극 집전체의 일면 또는 양면에 양극재 층이 형성되어 있는 하나 이상의 양극;
음극 집전체의 일면 또는 양면에 음극재 층이 형성되어 있는 하나 이상의 음극;
양극과 음극의 사이에 개재되고 일면 또는 양면이 저율 특성의 제 1 전극 활물질을 포함하는 제 1 전극재 층 및 상기 제 1 전극 활물질에 비해 상대적으로 고율 특성의 제 2 전극 활물질을 포함하는 제 2 전극재 층과 접합(laminate)되어 있는 하나 이상의 제 1 분리막; 및
양극과 음극의 사이에 개재되고 일면 또는 양면이 상기 제 1 전극 활물질에 비해상대적으로 고율 특성의 제 2 전극 활물질을 포함하는 제 2 전극재 층과 미접합 상태로 접촉(contact)되어 있는 하나 이상의 제 2 분리막;을 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극 활물질 및 상기 제 2 전극 활물질은, 양극 활물질 또는 음극 활물질일 수 있다. 비제한적인 예에서, 상기 제 1 전극 활물질 및 상기 제 2 전극 활물질은, 양극 활물질일 수 있다.
상기 제 1 전극 활물질은, 양극 활물질로서, 층상구조의 리튬 전이금속 산화물, 스피넬 구조의 리튬전이금속 산화물, 올리빈 구조의 리튬 전이금속 인산화물 및 이들의 복합체로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로서, 상기 전이금속의 일부가 도펀트(dopant)로 비치환된 화합물일 수 있다.
또한, 상기 제 2 전극 활물질은, 양극 활물질로서, 층상구조의 리튬 전이금속 산화물, 스피넬 구조의 리튬전이금속 산화물, 올리빈 구조의 리튬 전이금속 인산화물 및 이들의 복합체로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로서, 상기 전이금속의 일부가 도펀트로 치환된 화합물일 수 있다. 이 때, 상기 도펀트는, Ni, Co, Mg, Ti, Sr, Zn, Ca, Cr, Si, Ga, Sn, P, V, Sb, Nb, Ta, Mo, W, Zr, Y 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소일 수 있다.
본 발명의 하나의 비제한적인 예에서, 상기 도펀트는, 전체 전이금속의 몰 함량을 기준으로 1 몰% 이상 내지 5 몰% 이하의 범위에서 전이금속의 일부를 치환할 수 있다.
도펀트의 치환량이 1 몰% 미만인 경우에는, 소망하는 율 특성 향상의 효과를 얻을 수 없고, 5 몰%를 초과하는 경우에는 용량이 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다.
비제한적인 예에서, 상기 제 1 전극 활물질은, 음극 활물질로서, 결정질 탄소계 물질, 실리콘 및 주석으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 이들의 혼합물 또는 이들의 합금일 수 있다.
비제한적인 예에서, 상기 제 2 전극 활물질은, 음극 활물질로서, 비정질 탄소계 물질, 리튬 티타늄 산화물, 실리콘 및 주석으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 전극 적층체는, 일면 또는 양면에 제 1 분리막이 접합(laminate)되어 있는 개량된 전극을 하나 이상 포함하고 있는 신규한 전극 적층체일 수 있다. 이 때, 양극, 제 1 분리막, 음극, 제 2 분리막은 각각, 일단과 타단이 서로 교차하지 않을 수 있다. 상기한 신규한 전극 적층체는, 양극, 제 1 분리막, 음극이 각각, 일단과 타단이 서로 교차하지 않고, 제 2 분리막이 전극 탭이 형성되지 않은 전극의 측면을 감싸고 있는 스택 앤 폴딩형 전극 적층체와 구별된다.
상기 개량된 전극은, 예를 들어, 제 1 분리막이 양극 또는 음극의 일면에, 접합되어 있는 구조로 구현될 수 있다. 또한, 제 1 분리막이 양극의 양면 또는 음극의 양면에, 접합되어 있는 구조로 구현될 수 있다. 또한, 양극과 음극의 사이에 제 1 분리막이 개재된 상태에서 양극, 제 1 분리막 및 음극이 서로 접합되어 있는 구조로 구현될 수 있다. 본 명세서에서, 양극과 음극의 사이에 제 1 분리막이 개재된 상태에서 양극, 제 1 분리막 및 음극이 서로 접합되어 있는 구현예를 전극군으로 정의할 수 있다.
상기 전극군은 최외측 전극들의 극성이 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 최외측 전극들의 극성이 동일한 경우, S형 전극군이라 칭할 수 있고, 최외측 전극군들의 극성이 서로 상이한 경우, D형 전극군이라 칭할 수 있다. 상기 최외측 전극들 중 하나 이상은 제 1 분리막들 사이에 개재된 상태로 제 1 분리막들과 접합되어 있을 수 있다.
또한, 상기 개량된 전극은, 양극 및 음극 중 어느 하나와 제 1 분리막을 포함하고, 양극 및 음극 중 어느 하나와 제 1 분리막이 서로 접합되어 있는 구조로 구현될 수 있다. 이를 전극소자로 정의할 수 있다. 상기 전극소자는 양극 및 음극 중 어느 하나가 제 1 분리막들 사이에 개재되고, 양극 및 음극 중 어느 하나가 제 1 분리막과 접합되어 있을 수 있다.
상기 전극, 개량된 전극, 제 1 분리막, 제 2 분리막, 전극군, 전극소자 등의 조합으로서, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극 적층체는, 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명은, 상기한 신규 전극 적층체와 스택 앤 폴딩형 전극 적층체가 전해질과 함께 전지 케이스에 내장되어 있는 이차전지를 제공할 수 있다. 상기 이차전지는, 리튬 이온 폴리머 전지, 리튬 이온 전지, 및 리튬 폴리머 전지로 이루어진 군에서 선택된 하나의 리튬 이차전지일 수 있고, 상기 전지 케이스는, 금속 캔 또는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 전지 케이스일 수 있다. 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지의 공지의 구조 및 구성요소는 본 명세서에 합체된다.
또한, 본 발명은, 상기한 이차전지를 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 동력원으로 사용하는 디바이스를 제공할 수 있다. 상기 디바이스는, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그 인 전기자동차 또는 전력 저장장치일 수 있다.
본 발명의 비제한적인 예에 따른 전극 적층체는, 종래의 스택 앤 폴딩형 전극 적층체와 달리, 스택형 전극 적층체와 분리막 시트의 적층계면에서의 계면저항과 스택형 전극 적층체를 구성하는 전극과 분리막의 적층계면에서의 계면저항의 차이를 최소화할 수 있으므로, 종래의 스택 앤 폴딩형 전극 적층체를 포함하는 이차전지에 비해 향상된 율속특성을 발휘할 수 있다.
도 1은 종래의 스택 앤 폴딩형 전극 적층체의 모식적인 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 비제한적인 예에 따른 전극 적층체의 모식적인 단면도이다;
도 3 내지 도 7은, 개량된 전극의 다양한 구현예들의 모식적인 단면도이다.
이하, 본 발명의 비제한적인 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 비제한적인 예에 따른 전극 적층체의 모식적인 단면도가 도시되어 있다.
도 2를 참고하면, 전극 적층체(400)은, 스택형 전극 적층체(310), 스택형 전극 적층체(320) 및 스택형 전극 적층체(330), 및 스택형 전극 적층체들 사이에 개재되고 스택형 전극 적층체들(310, 320, 330)의 측면을 감싸는 제 2 분리막(140)을 포함할 수 있다.
스택형 전극 적층체(310)은, 양극(110), 음극(120) 및 제 1 분리막(130)이, 양극(110)과 음극(120)의 사이에 제 1 분리막(130)이 개재한 상태에서 적층 및 접합되고, 최외측 전극으로 음극(120)이 적층된 구조일 수 있다.
스택형 전극 적층체(320)은, 양극(110), 음극(120) 및 제 1 분리막(130)이, 양극(110)과 음극(120)의 사이에 제 1 분리막(130)이 개재한 상태에서 적층 및 접합되고, 최외측 전극으로 양극(110)이 적층된 구조일 수 있다.
스택형 전극 적층체(330)은, 양극(110), 음극(120) 및 제 1 분리막(130)이, 양극(110)과 음극(120)의 사이에 제 1 분리막(130)이 개재한 상태에서 적층 및 접합되고, 최외측 전극으로 음극(120)이 적층된 구조일 수 있다.
전극 적층체(400)은, 양극(110), 음극(120), 제 1 분리막(130) 및 제 2 분리막(140)을 포함하고, 양극(110)과 음극(120)의 사이에 제 1 분리막(130) 및 제 2 분리막(140)이 개재되도록, 양극(110), 음극(120), 제 1 분리막(130) 및 제 2 분리막(140)이 적층되어 있고, 제 2 분리막은 양극(110), 음극(120)의 전극 탭 비형성 부위인 측면을 감싸고 있을 수 있다.
도 2의 A 영역을 참고하면, 제 2 분리막(140)을 사이에 두고 대면하는, 양극과 음극이 제 2 분리막(140)과 미접합 상태로 접촉하고 있다. 제 2 분리막(140)을 사이에 두고 서로 대면하는 양극과 음극은, 각각 양극 집전체(110E)의 양면에 제 2 양극재 층(112)가 형성되어 있고, 음극 집전체(120E)의 양면에 제 2 음극재 층(122)가 형성되어 있을 수 있다.
제 2 양극재 층(112)는 제 1 분리막(130)을 사이에 두고 제 1 음극재 층(121)과 대면하고 있고, 제 2 양극재 층(112), 제 1 분리막(130), 및 제 1 음극재 층(121)은 서로 접합되어 있다.
제 2 음극재 층(122)는 제 1 분리막(130)을 사이에 두고 제 1 양극재 층(111)과 대면하고 있고, 제 2 음극재 층(122), 제 1 분리막(130), 및 제 1 양극재 층(111)은 서로 접합되어 있다.
제 2 분리막(140)을 사이에 두고 서로 대면하는 양극과 음극은, 각각 양극 집전체(110E)의 일면에 제 2 양극재 층이 형성되고, 타면에 제 1 양극재 층이 형성될 수 있고, 음극 집전체(120E)의 일면에 제 2 음극재 층이 형성되고, 타면에 제 1 음극재 층이 형성될 수 있다.
양극 집전체의 타면에 형성되는 제 1 양극재 층과 음극 집전체의 타면에 형성되는 제 1 음극재 층은, 각각 제 1 분리막과 접합되어 있을 수 있다.
전극의 일면 또는 양면이 분리막과 접합되어 있는 구조의 개량된 전극은, 도 3 내지 도 7에서와 같은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 다만, 도 3 내지 도 7에 도시된 구조에만 한정되는 것은 아니다. 상기 개량된 전극은, 복수의 전극들 중 하나 이상이상일 수 있다.
도 3에는, 양극(110)의 일면에 제 1 분리막(130)이 접합되어 있는 구조의 제 1 구현예(210)이 모식적으로 도시되어 있다. 도 4에는, 양극(110)의 양면에 제 1 분리막(130)이 접합되어 있는 구조의 제 2 구현예(220)이 모식적으로 도시되어 있다. 도 5에는, 양극(110)과 음극(120)의 사이에 제 1 분리막(130)이 개재된 상태에서, 양극(110), 제 1 분리막(130), 음극(120)이 접합되어 있는 구조의 제 3 구현예(230)이 모식적으로 도시되어 있다. 도 6에는, 도 4의 제 3 구현예(230)의 최외측 전극들 중 하나의 전극(110)이 제 1 분리막들(130) 사이에 개재된 상태에서 제 1 분리막들(130)과 접합되어 있는 구조의 제 4 구현예(240)이 모식적으로 도시되어 있다. 도 7에는, 도 4의 제 3 구현예(230)의 최외측 전극들(110, 120)이 제 1 분리막들(130) 사이에 개재된 상태에서 분리막들(130)과 접합되어 있는 구조의 제 5 구현예(250)이 모식적으로 도시되어 있다. 이 때, 제 2 구현예(220)은 전극소자로 대체하여 칭할 수 있고, 제 3 구현예(230)은, 전극군으로 대체하여 칭할 수 있다.
전극 적층체(300)은, 복수의 양극들(110), 복수의 분리막들(130, 140), 복수의 음극들(120)과, 제 1 구현예(210), 제 2 구현예(220), 제 3 구현예(230), 제 4 구현예(240), 제 5 구현예(250)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 구현예의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (21)

  1. 양극 집전체의 일면 또는 양면에 양극재 층이 형성되어 있는 하나 이상의 양극;
    음극 집전체의 일면 또는 양면에 음극재 층이 형성되어 있는 하나 이상의 음극;
    양극과 음극의 사이에 개재되고 일면 또는 양면이 저율 특성의 제 1 전극 활물질을 포함하는 제 1 전극재 층과 접합(laminate)되어 있는 하나 이상의 제 1 분리막; 및
    양극과 음극의 사이에 개재되고 일면 또는 양면이 상기 제 1 전극 활물질에 비해상대적으로 고율 특성의 제 2 전극 활물질을 포함하는 제 2 전극재 층과 미접합 상태로 접촉(contact)되어 있는 하나 이상의 제 2 분리막;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
  2. 양극 집전체의 일면 또는 양면에 양극재 층이 형성되어 있는 하나 이상의 양극;
    음극 집전체의 일면 또는 양면에 음극재 층이 형성되어 있는 하나 이상의 음극;
    양극과 음극의 사이에 개재되고 일면 또는 양면이 저율 특성의 제 1 전극 활물질을 포함하는 제 1 전극재 층 및 상기 제 1 전극 활물질에 비해 상대적으로 고율 특성의 제 2 전극 활물질을 포함하는 제 2 전극재 층과 접합(laminate)되어 있는 하나 이상의 제 1 분리막; 및
    양극과 음극의 사이에 개재되고 일면 또는 양면이 상기 제 1 전극 활물질에 비해상대적으로 고율 특성의 제 2 전극 활물질을 포함하는 제 2 전극재 층과 미접합 상태로 접촉(contact)되어 있는 하나 이상의 제 2 분리막;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 활물질은, 층상구조의 리튬 전이금속 산화물, 스피넬 구조의 리튬전이금속 산화물, 올리빈 구조의 리튬 전이금속 인산화물 및 이들의 복합체로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고, 상기 전이금속의 일부가 도펀트(dopant)로 비치환된 것을 특징으로 하는 화합물이고,
    상기 제 2 전극 활물질은, 층상구조의 리튬 전이금속 산화물, 스피넬 구조의 리튬전이금속 산화물, 올리빈 구조의 리튬 전이금속 인산화물 및 이들의 복합체로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이고, 상기 전이금속의 일부가 도펀트로 치환된 것을 특징으로 하는 화합물인 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 도펀트는, Ni, Co, Mg, Ti, Sr, Zn, Ca, Cr, Si, Ga, Sn, P, V, Sb, Nb, Ta, Mo, W, Zr, Y 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소인 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 도펀트는, 전체 전이금속의 몰 함량을 기준으로 1 몰% 이상 내지 5 몰% 이하의 범위에서 전이금속의 일부를 치환하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 활물질은, 결정질 탄소계 물질, 실리콘 및 주석으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 이들의 혼합물 또는 이들의 합금인 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 전극 활물질은, 비정질 탄소계 물질, 리튬 티타늄 산화물, 실리콘 및 주석으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 적층체는, 하나 이상의 양극, 하나 이상의 음극, 및 하나 이상의 제 1 분리막을 포함하고, 양극과 음극의 사이에 제 1 분리막이 개재된 상태에서 양극, 제 1 분리막, 및 음극이 서로 접합되어 있는 전극군을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전극군은, 최외측 전극들의 극성이 서로 동일한 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 최외측 전극들 중 하나 이상은, 제 1 분리막들 사이에 개재된 상태로 제 1 분리막과 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 전극군은, 최외측 전극들의 극성이 서로 상이한 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 최외측 전극들 중 하나 이상은, 제 1 분리막들 사이에 개재된 상태로 제 1 분리막과 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 적층체는, 양극 및 음극 중 어느 하나와 제 1 분리막을 포함하고, 양극 및 음극 중 어느 하나와 제 1 분리막이 서로 접합되어 있는 전극소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전극소자는, 양극 및 음극 중 어느 하나가 제 1 분리막들 사이에 개재되고, 양극 및 음극 중 어느 하나가 제 1 분리막과 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 분리막은, 전극 탭 비형성 부위인 전극의 측면을 감싸고 있는 것을 특징으로 하는 전극 적층체.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 전극 적층체가 전해질과 함께 전지 케이스에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전지 케이스는, 금속 캔 또는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 전지 케이스인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 전지는, 리튬 이온 폴리머 전지, 리튬 이온 전지, 및 리튬 폴리머 전지로 이루어진 군에서 선택된 하나의 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  19. 제 16 항에 따른 이차전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  20. 제 19 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 디바이스는, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그 인 전기자동차 또는 전력 저장장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.
KR1020130143841A 2013-11-25 2013-11-25 율속특성이 향상된 전극 적층체 및 이를 포함하는 전지 KR101598854B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130143841A KR101598854B1 (ko) 2013-11-25 2013-11-25 율속특성이 향상된 전극 적층체 및 이를 포함하는 전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130143841A KR101598854B1 (ko) 2013-11-25 2013-11-25 율속특성이 향상된 전극 적층체 및 이를 포함하는 전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150059996A KR20150059996A (ko) 2015-06-03
KR101598854B1 true KR101598854B1 (ko) 2016-03-02

Family

ID=53504714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130143841A KR101598854B1 (ko) 2013-11-25 2013-11-25 율속특성이 향상된 전극 적층체 및 이를 포함하는 전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101598854B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102256302B1 (ko) 2017-03-09 2021-05-26 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 전지

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101168740B1 (ko) * 2008-04-18 2012-07-26 주식회사 엘지화학 출력 특성이 향상된 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR101326088B1 (ko) * 2010-09-17 2013-11-07 주식회사 엘지화학 양극 활물질 및 이를 이용한 리튬 이차전지

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150059996A (ko) 2015-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101395017B1 (ko) 단차를 갖는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스
KR101395016B1 (ko) 단차를 갖는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스
KR101575984B1 (ko) 전극탭 접합성이 우수한 전극 조립체, 이를 포함하는 전지셀, 디바이스 및 이의 제조방법
KR101379958B1 (ko) 전극 조립체, 전지셀, 전극 조립체의 제조방법 및 전지셀의 제조 방법
JP5697276B2 (ja) 新規な構造を有する電極組立体およびその製造方法
KR101590259B1 (ko) 전극 조립체, 이를 포함하는 전지 및 디바이스
KR20130118716A (ko) 전극 조립체, 이를 포함하는 전지셀 및 디바이스
KR20130133640A (ko) 코너부 형상이 다양한 단차를 갖는 전극 조립체, 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스
JP2014523629A (ja) 段差を有する電極組立体、それを含む電池セル、電池パック及びデバイス
KR101482385B1 (ko) 단면 음극을 포함하는 단차를 갖는 전극 조립체
KR101587858B1 (ko) 휘어진 형상의 전극 적층체 및 이를 포함하는 전지셀
KR101192092B1 (ko) 적층형 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이온 이차전지
KR101598854B1 (ko) 율속특성이 향상된 전극 적층체 및 이를 포함하는 전지
KR101631123B1 (ko) 율속특성이 향상된 전극 적층체 및 이를 포함하는 전지
KR101634759B1 (ko) 율속특성이 향상된 전극 적층체 및 이를 포함하는 전지
EP4044331A1 (en) Pouch-type secondary battery having increased energy density, and method for manufacturing same
JP2006134697A (ja) リチウムイオン二次電池
KR20170092288A (ko) 2종의 분리막을 사용한 전극조립체
KR101556088B1 (ko) 젤리-롤형 전극조립체

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190116

Year of fee payment: 4