KR101684325B1 - - Hybrid Stack Folding Typed Electrode Assembly and Secondary Battery Comprising the Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 스택-폴딩형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 상세하게는, 양극, 음극, 분리막을 포함하는 유닛셀들이 분리필름에 의해 권취되어 있는 구조의 스택-폴딩형 전극조립체로서, 둘 이상의 제 1 형 유닛셀들과 둘 이상의 제 2 형 유닛셀들을 포함하고, 제 1 형 유닛셀 및 제 2 형 유닛셀은 전극 배열 구조가 서로 다르며; 상기 제 1 형 유닛셀 및 제 2 형 유닛셀 중에서 선택되는 한 종류의 유닛셀은 음극 활물질로서 탄소계 물질을 포함하고, 나머지 종류의 유닛셀은 음극 활물질로서 규소계 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 스택-폴딩형 전극조립체에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a hybrid stack-folding type electrode assembly and a secondary battery including the same. More particularly, the present invention relates to a stack-folding type electrode assembly having a structure in which unit cells including an anode, a cathode, Type unit cells and two or more second type unit cells, wherein the first type unit cell and the second type unit cell have different electrode array structures; Wherein one kind of unit cell selected from the first type unit cell and the second type unit cell includes a carbon-based material as a negative electrode active material, and the remaining type of unit cell includes a silicon-based oxide as a negative electrode active material To a stack-folding type electrode assembly.

Description

하이브리드 스택-폴딩형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 {Hybrid Stack & Folding Typed Electrode Assembly and Secondary Battery Comprising the Same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a hybrid stack-folding type electrode assembly and a secondary battery including the hybrid stack-folding type electrode assembly.

본 발명은 하이브리드 스택-폴딩형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid stack-folding type electrode assembly and a secondary battery including the same.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices have increased, there has been a rapid increase in demand for secondary batteries as energy sources. Among such secondary batteries, lithium secondary batteries, which exhibit high energy density and operational potential, long cycle life, Batteries have been commercialized and widely used.

특히, 리튬 이차전지의 경우, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV)의 동력원으로서의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용 영역이 확대되고 있다.Particularly, in the case of a lithium secondary battery, the demand for an energy source is rapidly increasing due to an increase in technology development and demand for a mobile device. Recently, the use of a lithium secondary battery as a power source for an electric vehicle (EV) and a hybrid electric vehicle , And the area of use is also expanding for applications such as power assisted power supply through gridization.

전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV)의 동력원으로 사용되는 리튬 이차전지는 높은 에너지 밀도와 단시간에 큰 출력을 발휘할 수 있는 특성과 더불어, 대전류에 의한 충방전이 단시간에 반복되는 가혹한 조건 하에서 10년 이상 사용될 수 있어야 하므로, 기존의 소형 리튬 이차전지보다 월등히 우수한 안전성 및 장기 수명 특성이 필연적으로 요구된다.A lithium secondary battery used as a power source of an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) has a high energy density and a characteristic capable of exhibiting a large output in a short period of time, and also, under severe conditions, It is inevitably required to have safety and long-term life characteristics far superior to conventional small-sized lithium secondary batteries.

또한, 대용량 전력 저장장치로 사용되는 리튬 이차전지는 높은 에너지 밀도와 효율을 갖고 수명이 길어야 함은 물론, 고성능화 및 대용량화에 따른 시스템의 오작동 시 발화나 폭발사고는 대형사고로 연계되므로 안전성과 신뢰성을 확보하는 것이 특히 중요한 과제이다.In addition, a lithium secondary battery used as a large-capacity power storage device must have a high energy density and efficiency and a long lifetime. In addition, when malfunction of the system due to high performance and large capacity is caused, Is a particularly important task.

이와 관련하여, 종래의 리튬 이차전지의 음극은 음극 활물질로 구조적, 전기적 성질을 유지하면서 가역적인 리튬이온의 삽입(intercalation) 및 탈리가 가능한 탄소계 물질이 주로 사용되었다.In this regard, a negative electrode of a conventional lithium secondary battery is mainly composed of a carbonaceous material capable of intercalating and desorbing reversible lithium ions while maintaining structural and electrical properties as a negative electrode active material.

구체적으로, 상기 탄소계 물질은 표준 수소 전극 전위에 대해 약 -3V의 매우 낮은 방전 전위를 갖고, 흑연판 층(graphene layer)의 일축 배향성으로 인해 매우 가역적인 충방전 거동을 보이며, 그로 인해 우수한 전극 수명 특성(cycle life)을 보이며, 또한, Li 이온의 충전 시 전극전위가 0V Li/Li+로서 순수한 리튬 금속과 거의 유사한 전위를 나타낼 수 있기 때문에, 산화물계 양극과 전지를 구성할 때, 더 높은 에너지를 얻을 수 있다는 장점을 갖는다.Specifically, the carbon-based material has a very low discharge potential of about -3 V with respect to the standard hydrogen electrode potential and exhibits a highly reversible charge / discharge behavior due to the uniaxial orientation of the graphite plate layer (graphene layer) And when the Li-ion is charged, the electrode potential can exhibit a potential similar to that of a pure lithium metal as 0V Li / Li + . Therefore, when forming the battery with the oxide-based anode, Energy can be obtained.

그러나, 이러한 탄소계 물질로 이루어지는 음극은 이론적 최대 용량이 372 mAh/g으로 용량 증대에 한계가 있어 빠르게 변모하는 차세대 모바일 기기의 에너지원으로서의 충분한 역할을 감당하기는 어려운 실정이다.However, the negative electrode made of such a carbon-based material has a theoretical maximum capacity of 372 mAh / g, which makes it difficult to cope with a rapidly changing role as an energy source for a next-generation mobile device.

따라서, 상기한 문제점들을 해결하기 위해, 최근에는 종래의 탄소계 음극재에서 벗어나 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 알루미늄(Al)을 이용한 Li 합금계(alloy)반응에 의한 음극재에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.In order to solve the above-mentioned problems, recently, there has been proposed a method of manufacturing a semiconductor device by a Li alloy alloy reaction using silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn) There are many studies on anode materials.

이러한 합금계 음극재료중 하나인 실리콘의 경우에는 이론적 최대 용량이 약 3580 mAh/g으로서 흑연계 물질에 비해서 매우 큰 장점을 가지고 있으며 주석의 경우에도 990mAh/g으로 매우 큰 용량을 지니고 있다.In the case of silicon, which is one of these alloy cathode materials, the theoretical maximum capacity is about 3580 mAh / g, which is very large compared to graphite materials, and tin also has a very large capacity of 990 mAh / g.

그러나, 이러한 합금계 음극재료의 경우에는 충방전시 발생하는 큰 부피변화로 인하여 수명 특성이 현저히 낮기 때문에, 사용에 큰 제약을 가지고 있어서 제한된 용도에서만 사용이 가능한 실정이다.However, in the case of such an alloy-based negative electrode material, since the lifetime characteristic is remarkably low due to a large volume change occurring during charging and discharging, it is possible to use it only for limited use because it has a great restriction on use.

따라서, 상기 음극 활물질들이 갖는 문제들을 해결하고, 전지의 고용량화에 따라 안전성은 향상시키면서 에너지 밀도는 증가시킬 수 있는 이차전지의 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a secondary battery technology capable of solving the problems of the negative electrode active materials and increasing the energy density while improving safety with increasing capacity of the battery.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전극 배열 구조가 서로 다른 두 종류의 유닛셀들을 포함하는 스택-폴딩형 전극조립체에서, 한 종류의 유닛셀은 음극 활물질로서 탄소계 물질을 포함하고, 나머지 종류의 유닛셀은 음극 활물질로서 규소계 산화물을 포함하는 경우, 소망하는 효과를 달성할 수 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments and, as will be described later, in a stack-folding type electrode assembly including two types of unit cells having different electrode array structures, It has been confirmed that a desired effect can be achieved when the negative electrode active material includes a carbon-based material and the remaining types of unit cells include a silicon-based oxide as a negative electrode active material, thereby completing the present invention.

따라서, 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체는 양극, 음극, 분리막을 포함하는 유닛셀들이 분리필름에 의해 권취되어 있는 구조의 스택-폴딩형 전극조립체로서, Accordingly, the stack-folding type electrode assembly according to the present invention is a stack-folding type electrode assembly in which unit cells including an anode, a cathode, and a separator are wound by a separator film,

둘 이상의 제 1 형 유닛셀들과 둘 이상의 제 2 형 유닛셀들을 포함하고, 제 1 형 유닛셀 및 제 2 형 유닛셀은 전극 배열 구조가 서로 다르며;At least two first type unit cells and at least two second type unit cells, wherein the first type unit cells and the second type unit cells have different electrode array structures;

상기 제 1 형 유닛셀 및 제 2 형 유닛셀 중에서 선택되는 한 종류의 유닛셀은 음극 활물질로서 탄소계 물질을 포함하고, 나머지 종류의 유닛셀은 음극 활물질로서 규소계 산화물을 포함하는 것을 특징으로 한다.One kind of unit cell selected from the first type unit cell and the second type unit cell includes a carbon-based material as a negative electrode active material, and the remaining type unit cells include a silicon-based oxide as a negative electrode active material .

하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 형 유닛셀 및 제 2 형 유닛셀은 동일 극성의 전극이 유닛셀의 양단에 위치하는 구조의 바이셀일 수 있고, 더욱 구체적으로, 제 1 형 유닛셀은 양극이 유닛셀의 양단에 위치하는 구조의 바이셀이고, 제 2 형 유닛셀은 음극이 유닛셀의 양단에 위치하는 구조의 바이셀일 수 있다.In one specific example, the first type unit cell and the second type unit cell may be a bi-cell having a structure in which electrodes of the same polarity are located at both ends of the unit cell. More specifically, The second type unit cell may be a bi-cell having a structure in which the negative electrode is located at both ends of the unit cell.

하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 형 유닛셀은 음극 활물질로서 탄소계 물질을 포함하고, 제 2 형 유닛셀은 음극 활물질로서 규소계 산화물을 포함할 수 있으며, 그 반대로 제 2 형 유닛셀이 음극 활물질로서 탄소계 물질을 포함하고, 제 1 형 유닛셀이 음극 활물질로서 규소계 산화물을 포함할 수 있다.In one specific example, the first type unit cell includes a carbon-based material as an anode active material, the second type unit cell may include a silicon-based oxide as a negative electrode active material, and conversely, The first type unit cell may contain a silicon-based oxide as an anode active material, and the first type unit cell may include a silicon-based oxide as an active material.

하나의 구체적인 예에서, 상기 음극이 유닛셀의 양단에 위치하는 구조의 제 2 형 유닛셀의 총 개수가 양극이 유닛셀의 양단에 위치하는 구조의 제 1 형 유닛셀의 총 개수와 같거나, 그 보다 많을 수 있다.In one specific example, the total number of the second-type unit cells having the structure in which the cathodes are located at both ends of the unit cell is equal to or greater than the total number of the first-type unit cells having the structure in which the anode is located at both ends of the unit cell, It can be more than that.

한편, 하나의 구체적인 예에서, 상기 스택-폴딩형 전극조립체의 최외각에 위치하는 제 1 형 유닛셀 또는 제 2 형 유닛셀에서 유닛셀의 최외각 전극은 단면코팅 되어있을 수 있고, 이 때, 상기 단면코팅된 최외각 전극은 전극의 양면 중 외부로 향하는 면에 활물질이 코팅되어 있지 않을 수 있다.Meanwhile, in one specific example, the outermost electrode of the unit cell in the first type unit cell or the second type unit cell located at the outermost side of the stack-folding type electrode assembly may be coated with a single side, The outermost electrode coated with the cross-section may have no active material coated on the outwardly facing surface of the electrode on both sides.

경우에 따라서는, 상기 스택-폴딩형 전극조립체는 제 1 형 유닛셀 및 제 2 형 유닛셀 이외에 하나 이상의 제 3 형 유닛셀을 더 포함할 수 있고, 이 경우, 상기 제 3 형 유닛셀은 다른 극성의 전극이 유닛셀의 양단에 위치하는 구조의 풀셀일 수 있다.In some cases, the stack-folding type electrode assembly may further include one or more third-type unit cells other than the first-type unit cells and the second-type unit cells, and in this case, the third- And a polarity electrode may be positioned at both ends of the unit cell.

상기 제 3 형 유닛셀은 음극 활물질로서 탄소계 물질 또는 규소계 산화물을 포함할 수 있다.The third-type unit cell may include a carbon-based material or a silicon-based oxide as an anode active material.

하나의 구체적인 예에서, 양극은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 코발트계 산화물을 포함할 수 있고, 더욱 구체적으로 상기 리튬 코발트계 산화물은 LiCoO2일 수 있다.In one specific example, the anode may comprise a lithium cobalt-based oxide represented by the following formula (1), and more specifically, the lithium cobalt-based oxide may be LiCoO 2 .

Lix(Co(1-a)M a)O2-yAy (1)Li x (Co (1-a) M a ) O 2-y A y (1)

상기 식에서, In this formula,

M은 Ca, Zr, Mo, Fe, Cr, Ti, Zn, V, Al, 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이고, A는 F, S 및 N로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, 0.8≤x≤1.2, 0≤a≤0.2, 0≤y≤0.1이다.M is at least one element selected from the group consisting of Ca, Zr, Mo, Fe, Cr, Ti, Zn, V, Al and Mg; A is an element selected from the group consisting of F, S and N; X? 1.2, 0? A? 0.2, 0? Y?

하나의 구체적인 예에서, 상기 양극은 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 니켈-망간-코발트 산화물을 포함할 수 있고, 더욱 구체적으로 상기 리튬 니켈-망간-코발트 산화물은 LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, LiNi0.7Mn0.05Co0.25O2 및 LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In one specific example, the anode may comprise a lithium nickel-manganese-cobalt oxide represented by the following formula 2, and more specifically, the lithium nickel-manganese-cobalt oxide may include LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1 / 3 O 2 , LiNi 0.7 Mn 0.05 Co 0.25 O 2, and LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 .

Li1+x’Ni1-(a’+b+c)Mna’CobMc O2-yAy (2)Li 1 + x ' Ni 1- (a' + b + c) Mn a ' Co b M c O 2-y A y (2)

상기 식에서, In this formula,

M은 Ca, Zr, Mo, Fe, Cr, Ti, Zn, V, Al, 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이고, A는 F, S 및 N로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, -0.2≤x’≤0.2, 0≤y≤0.1, 0.05≤a’≤0.6, 0.1≤b≤0.4, 0≤c≤0.2, 및 a’+b+c<1이다.M is at least one element selected from the group consisting of Ca, Zr, Mo, Fe, Cr, Ti, Zn, V, Al and Mg; A is an element selected from the group consisting of F, S and N; 0? Y? 0.1, 0.05? A? 0.6, 0.1? B? 0.4, 0? C? 0.2, and a '+ b + c <1.

본 발명은 또한, 상기 스택-폴딩형 전극조립체를 포함하는 이차전지를 제공하고, 상기 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈을 제공하며, 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.The present invention also provides a secondary battery including the stack-folding type electrode assembly, wherein the secondary battery is provided as a unit battery, and the battery pack includes the battery module.

상기 전지팩은 고온 안정성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있고, 상기 디바이스의 구체적인 예로는, 컴퓨터, 휴대폰, 파워 툴(power tool) 등의 소형 디바이스와, 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등의 중대형 디바이스를 들 수 있다.The battery pack may be used as a power source for devices requiring high temperature stability, long cycle characteristics, and high rate characteristics. Examples of the battery pack include small devices such as a computer, a mobile phone, and a power tool, An electric vehicle including an electric vehicle (EV) powered by a motor, a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); An electric golf cart; Power storage systems, and the like.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체는, 전극 배열 구조가 서로 다른 두 종류의 유닛셀들을 포함하고, 상기 유닛셀들 중 한 종류의 유닛셀은 음극 활물질로서 탄소계 물질을 포함하며, 나머지 종류의 유닛셀은 음극 활물질로서 규소계 산화물을 포함함으로써, 높은 에너지 밀도를 발휘하면서도 고용량, 높은 사이클 안정성, 및 우수한 레이트 특성 등의 전반적인 전지 성능을 향상시킴과 동시에 전지의 안전성 또한 향상시킬 수 있는 효과가 있다. As described above, the stack-folding type electrode assembly according to the present invention includes two types of unit cells having different electrode arrangements, and one of the unit cells is a carbon-based material And the remaining types of unit cells include a silicon oxide as a negative electrode active material, thereby exhibiting high energy density and improving overall battery performance such as high capacity, high cycle stability, and excellent rate characteristics, There is an effect that can be improved.

도 1은 본 발명의 제 1 형 유닛셀의 형태를 나타내는 모식도이다;
도 2는 본 발명의 제 2 형 유닛셀의 형태를 나타내는 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 분리 필름 상에 유닛셀들을 배열하는 방식의 모식도이다;
도 4는 도 3을 권취한 상태의 스택-폴딩형 전극조립체의 모식도이다;
도 5는 전극의 양면 중 외부로 향하는 면에 활물질이 코팅되어 있지 않은 양극을 포함하는 제 1 형 유닛셀의 형태를 나타내는 모식도이다;
도 6은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 분리 필름 상에 유닛셀들을 배열하는 방식의 모식도이다;
도 7은 도 6을 권취한 상태의 스택-폴딩형 전극조립체의 모식도이다;
도 8 및 도 9는 본 발명의 제 3 형 유닛셀의 형태를 나타내는 모식도들이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a first type unit cell of the present invention; FIG.
2 is a schematic view showing a configuration of a second type unit cell of the present invention;
3 is a schematic diagram of a manner of arranging unit cells on a separation film according to one embodiment of the present invention;
Fig. 4 is a schematic diagram of a stack-folding type electrode assembly in which the Fig. 3 is wound; Fig.
5 is a schematic view showing the shape of a first type unit cell including an anode on both surfaces of which an active material is not coated on the outwardly facing surface;
6 is a schematic diagram of a manner of arranging unit cells on a separation film according to another embodiment of the present invention;
Fig. 7 is a schematic diagram of a stack-folding type electrode assembly in a state in which Fig. 6 is wound;
Figs. 8 and 9 are schematic diagrams showing the shape of a third type unit cell of the present invention. Fig.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체는 양극, 음극, 분리막을 포함하는 유닛셀들이 분리필름에 의해 권취되어 있는 구조의 스택-폴딩형 전극조립체로서, As described above, the stack-folding type electrode assembly according to the present invention is a stack-folding type electrode assembly in which unit cells including an anode, a cathode, and a separator are wound by a separation film,

둘 이상의 제 1 형 유닛셀들과 둘 이상의 제 2 형 유닛셀들을 포함하고, 제 1 형 유닛셀 및 제 2 형 유닛셀은 전극 배열 구조가 서로 다르며;At least two first type unit cells and at least two second type unit cells, wherein the first type unit cells and the second type unit cells have different electrode array structures;

상기 제 1 형 유닛셀 및 제 2 형 유닛셀 중에서 선택되는 한 종류의 유닛셀은 음극 활물질로서 탄소계 물질을 포함하고, 나머지 종류의 유닛셀은 음극 활물질로서 규소계 산화물을 포함하는 것을 특징으로 한다.One kind of unit cell selected from the first type unit cell and the second type unit cell includes a carbon-based material as a negative electrode active material, and the remaining type unit cells include a silicon-based oxide as a negative electrode active material .

따라서, 본 발명과 같이, 스택-폴딩형 전극조립체에서 전극 배열 구조가 서로 다른 두 종류의 유닛셀들을 사용하고 각각의 유닛셀들에 포함되는 음극 활물질을 달리하는 경우, 각각의 음극 활물질을 포함하는 음극 합제를 따로 제조하는 바, 그 특성에 맞게 최적의 조건을 설정하기 쉬울 뿐 아니라, 용량 측면에서 우수한 특성을 가지는 규소계 산화물과 이차전지의 수명 및 저장 특성이 우수한 탄소계 물질을 동시에 적용하여 높은 에너지 밀도를 발휘하면서도 고용량, 높은 사이클 안정성, 및 우수한 레이트 특성 등의 전반적인 전지 성능을 향상시킴과 동시에 전지의 안전성 또한 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다Therefore, when two types of unit cells having different electrode arrangements are used in the stack-folding type electrode assembly as in the present invention, and the negative electrode active material contained in each unit cell is different, It is easy to set optimum conditions to suit the characteristics of the negative electrode mixture, and it is also possible to apply a silicon-based oxide having excellent characteristics in terms of capacity and a carbon-based material having excellent lifetime and storage characteristics of the secondary battery, It is possible to improve the overall battery performance such as high capacity, high cycle stability, and excellent rate characteristics while exhibiting the energy density, and at the same time, improve the safety of the battery.

본 발명에 대해서는 이하에서 더욱 구체적으로 설명한다. The present invention will be described in more detail below.

하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 형 유닛셀 및 제 2 형 유닛셀은 동일 극성의 전극이 유닛셀의 양단에 위치하는 구조의 바이셀일 수 있고, 구체적으로, 제 1 형 유닛셀은 양극이 유닛셀의 양단에 위치하는 구조의 바이셀이고, 제 2 형 유닛셀은 음극이 유닛셀의 양단에 위치하는 구조의 바이셀일 수 있다.In one specific example, the first type unit cell and the second type unit cell may be a bi-cell having a structure in which electrodes of the same polarity are located at both ends of the unit cell. Specifically, The second type unit cell may be a bi-cell having a structure in which the negative electrode is located at both ends of the unit cell.

도 1 및 도 2에는 상기 두 종류의 바이셀 구조가 예시적으로 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 양극이 유닛셀의 양단에 위치하는 구조의 바이셀로서, 양극-분리막-음극-분리막-양극으로 이루어진 셀이 도시되어 있고, 도 2를 참조하면, 음극이 유닛셀의 양단에 위치하는 구조의 바이셀로서, 음극-분리막-양극-분리막-음극으로 이루어진 셀이 도시되어 있다.In Figs. 1 and 2, the two kinds of bi-cell structures are illustrated by way of example. Referring to FIG. 1, a cell including a positive electrode-separator-negative electrode-separator-positive electrode is shown as a bi-cell having a structure in which the positive electrode is located at both ends of the unit cell. A cell made up of a cathode-separator-anode-separator-cathode is shown as a bi-cell having a structure located at the center of the cell.

상기 바이셀들은 하나의 예시이며, 더 많은 적층 수의 바이셀들도 가능하다.The bi-cells are an example, and more bi-cells of a stack number are possible.

한편, 도 3 및 도 4에는 이러한 두 종류의 유닛셀들이 분리 필름 상에 배열되어 있는 모식도와, 이를 권취한 상태의 전극조립체가 도시되어 있다. 다만, 도 3의 배열 방식은 하나의 예일 뿐이며, 권취된 상태의 전극조립체에서 전체적으로 양극과 음극이 교번 배열되면 되므로, 이에 한정되는 것은 아니다.On the other hand, FIGS. 3 and 4 show a schematic view in which these two kinds of unit cells are arranged on a separation film, and an electrode assembly in a state in which the unit cells are wound. However, the arrangement method of FIG. 3 is only one example, and the positive electrode and the negative electrode may be alternately arranged in the wound electrode assembly, so the present invention is not limited thereto.

이 때, 상기 제 1 형 유닛셀은 음극 활물질로서 탄소계 물질을 포함하고, 제 2 형 유닛셀은 음극 활물질로서 규소계 산화물을 포함할 수 있으며, 그 반대로 제 2 형 유닛셀이 음극 활물질로서 탄소계 물질을 포함하고, 제 1 형 유닛셀이 음극 활물질로서 규소계 산화물을 포함할 수 있으며, 더욱 구체적으로, 상기 탄소계 물질은 흑연이고, 규소계 산화물은 SiO 일 수 있다.In this case, the first type unit cell may include a carbon-based material as a negative active material, the second type unit cell may include a silicon-based oxide as an anode active material, and the second type unit cell may include a carbon Based material, and the first type unit cell may contain a silicon-based oxide as an anode active material. More specifically, the carbon-based material may be graphite and the silicon-based oxide may be SiO.

또한, 일반적으로, 전지의 용량 낭비를 막기 위해서는 음극의 양이 양극의 양보다 많아야 하므로, 도 3에서 볼 수 있듯이, 음극이 유닛셀의 양단에 위치하는 구조의 제 2 형 유닛셀의 총 개수가 양극이 유닛셀의 양단에 위치하는 구조의 제 1 형 유닛셀보다 많을 수 있다.Generally, in order to prevent the waste of the capacity of the battery, the amount of the negative electrode must be greater than the amount of the positive electrode. Therefore, as shown in FIG. 3, the total number of the second type unit cells having the structure in which the negative electrode is located at both ends of the unit cell Type unit cell having the structure in which the anode is located at both ends of the unit cell.

한편, 하나의 구체적인 에에서, 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체의 최외각에 위치하는 제 1 형 유닛셀 또는 제 2 형 유닛셀에서 유닛셀의 최외각 전극은 단면코팅될 수 있고, 상세하게는, 전극의 양면 중 외부로 향하는 면에 활물질이 코팅되어 있지 않을 수 있다. On the other hand, in one embodiment, the outermost electrode of the unit cell in the first type unit cell or the second type unit cell located at the outermost position of the stack-folding type electrode assembly according to the present invention can be cross-sectional coated, , The active material may not be coated on the outwardly facing surfaces of both surfaces of the electrode.

상기와 같이 외부로 향하는 면에 활물질이 코팅되어 있지 않은 구성의 경우, 활물질이 코팅되어 있는 경우에 비해 침상 관통시 발열량을 감소시켜 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.In the case where the active material is not coated on the outwardly facing surface as described above, the amount of heat generated when the active material is coated can be reduced and the safety of the battery can be further improved.

이 때, 스택-폴딩형 전극조립체의 최외각에 위치하는 유닛셀은 제 1 형 유닛셀일 수도 있고, 제 2 형 유닛셀일 수도 있어 한정되지 아니하나, 상세하게는 제 1 형 유닛셀일 수 있다.At this time, the unit cell located at the outermost position of the stack-folding type electrode assembly may be the first type unit cell or the second type unit cell, and is not limited to it, specifically, it may be the first type unit cell.

도 5에는 하나의 예로서, 제 1 형 유닛셀을 이루는 양극 중 하나가 외부로 향하는 면에 활물질이 코팅되어 있지 않은 구조가 도시되어 있다.As an example in FIG. 5, there is shown a structure in which one of the positive electrodes forming the first type unit cell is coated with no active material on the outward facing surface.

또한, 도 6 및 도 7에는, 최외각 전극이 단면코팅된 제 1 형 유닛셀이 전극조립체의 최외각에 위치하도록 분리 필름 상에 배열되어 있는 모식도와, 이를 권취한 상태의 전극조립체가 도시되어 있다. 6 and 7 show a schematic view in which the first type unit cell having the outermost electrode coated with a single piece is arranged on a separation film so as to be located at an outermost position of the electrode assembly, and an electrode assembly in a state in which the first type unit cell is wound have.

도 6 및 도 7에서 볼 수 있듯이, 단면코팅된 유닛셀을 전극조립체의 최외각에 위치하도록 하기 위해서는, 권취의 시작점(맨 오른쪽)으로부터 가장 먼 곳에 위치하는 2개의 유닛셀을 단면코팅된 제 1 형 유닛셀이 되도록 배열하여야 하고(도 6 참조), 이렇게 배열된 분리필름을 권취의 시작점으로부터 유닛셀을 감싸도록 내측으로 꺾어서 권취하면 외부로 향하는 면에 활물질이 코팅되어 있지 않은 전극이 전극조립체의 최외각에 위치하게 된다(도 7 참조).As shown in FIGS. 6 and 7, in order to position the unit cell coated with the end face at the outermost position of the electrode assembly, two unit cells located farthest from the starting point (rightmost) (See Fig. 6). When the separating film thus arranged is folded inwardly so as to enclose the unit cell from the starting point of winding, the electrode having no coating of the active material on the outwardly facing surface is wound around the electrode assembly (See Fig. 7).

다만, 도 6의 배열 방식은 하나의 예일 뿐이며, 권취된 상태의 전극조립체에서 전체적으로 양극과 음극이 교번 배열되고, 외부로 향하는 면에 활물질이 코팅되어 있지 않은 전극이 전극조립체의 최외각에 위치하면 되므로, 이에 한정되는 것은 아니다.6 is an example only. When the electrode assembly in which the positive electrode and the negative electrode are alternately arranged in the wound electrode assembly and the electrode on which the active material is not coated on the outwardly facing surface is located at the outermost position of the electrode assembly The present invention is not limited thereto.

한편, 경우에 따라서는, 상기 스택-폴딩형 전극조립체는 제 1 형 유닛셀 및 제 2 형 유닛셀 이외에 하나 이상의 제 3 형 유닛셀을 더 포함할 수 있고, 이 경우, 상기 제 3 형 유닛셀은 다른 극성의 전극이 유닛셀의 양단에 위치하는 구조의 풀셀일 수 있다.In some cases, the stack-folding type electrode assembly may further include one or more third type unit cells in addition to the first type unit cells and the second type unit cells. In this case, May be a full cell having a structure in which electrodes of different polarities are located at both ends of the unit cell.

상기 풀셀은, 예를 들어, 도 8 및 도 9에서 도시된 바와 같이, 양극-분리막-음극 구조, 양극-분리막-음극-분리막-양극-분리막-음극 구조 등이 가능하고, 더 많은 적층 수의 풀셀도 가능함은 물론이다.The pull cell may be a positive electrode-separator-negative electrode structure, a positive electrode-separator-negative electrode-separator-positive electrode-separator-negative electrode structure, or the like, as shown in FIGS. 8 and 9, Of course, a full cell is also possible.

제 3 형 유닛셀은 음극 활물질로서 탄소계 물질 또는 규소계 산화물을 포함할 수 있으며, 중점을 두는 전지 특성에 맞게 선택할 수 있다.The third type unit cell may contain a carbon-based material or a silicon-based oxide as the negative electrode active material, and may be selected in accordance with the characteristics of the battery having the emphasis.

상기 제 3 형 유닛셀의 위치는 한정되지 아니하고, 제 1 형 유닛셀 및 제 2 형 유닛셀들의 사이에 위치할 수 있고, 전극조립체의 최외각에 위치할 수도 있다. The position of the third type unit cell is not limited and may be located between the first type unit cell and the second type unit cells and may be located at the outermost position of the electrode assembly.

한편, 하나의 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체에 포함되는 양극은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 코발트계 산화물을 포함할 수 있고, 더욱 구체적으로 상기 리튬 코발트계 산화물은 LiCoO2일 수 있다.Meanwhile, in one specific example, the anode included in the stack-folding type electrode assembly according to the present invention may include a lithium cobalt-based oxide represented by the following formula 1, and more specifically, the lithium cobalt-based oxide may be LiCoO 2 Lt; / RTI &gt;

Lix(Co(1-a)M a)O2-yAy (1)Li x (Co (1-a) M a ) O 2-y A y (1)

상기 식에서, In this formula,

M은 Ca, Zr, Mo, Fe, Cr, Ti, Zn, V, Al, 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이고,M is at least one element selected from the group consisting of Ca, Zr, Mo, Fe, Cr, Ti, Zn, V, Al,

A는 F, S 및 N로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며,A is an element selected from the group consisting of F, S and N,

0.8≤x≤1.2, 0≤a≤0.2, 0≤y≤0.1이다.0.8? X? 1.2, 0? A? 0.2, 0? Y?

상기 리튬 코발트계 산화물은 상세하게는, 단일상(monolithic) 구조로 이루어져 있을 수 있다. 이에 따라, 내부 공극(inner porosity)을 거의 갖고 있지 않으며, 입자의 크기가 커짐에 따라 결정 입자의 안정성이 향상되고, 이를 포함한 전지 제작이 용이해져 제조공정의 효율성을 높일 수 있다. The lithium cobalt oxide may be a monolithic structure. Accordingly, the inner porosity is hardly provided, and as the size of the particles increases, the stability of the crystal grains improves, and the manufacture of the battery including the same is facilitated, thereby improving the efficiency of the manufacturing process.

예를 들어, 상기 리튬 코발트계 산화물은 포테이토 형태(potato shaped)의 단일 입자로서, 그것의 D50가 10 ㎛ 이상, 상세하게는 15 ㎛ 이상일 수 있다.For example, the lithium cobalt-based oxide may be a potato shaped single particle, and its D50 may be 10 탆 or more, specifically 15 탆 or more.

또 하나의 구체적인 예에서, 상기 양극은 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 니켈-망간-코발트 산화물을 포함할 수 있고, 더욱 구체적으로 상기 리튬 니켈-망간-코발트 산화물은 LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, LiNi0.7Mn0.05Co0.25O2 및 LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In another specific example, the anode may include a lithium nickel-manganese-cobalt oxide represented by the following formula (2), and more specifically, the lithium nickel-manganese-cobalt oxide may include LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , LiNi 0.7 Mn 0.05 Co 0.25 O 2, and LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 .

Li1+x’Ni1-(a’+b+c)Mna’CobMc O2-yAy (2)Li 1 + x ' Ni 1- (a' + b + c) Mn a ' Co b M c O 2-y A y (2)

상기 식에서, In this formula,

M은 Ca, Zr, Mo, Fe, Cr, Ti, Zn, V, Al, 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이고,M is at least one element selected from the group consisting of Ca, Zr, Mo, Fe, Cr, Ti, Zn, V, Al,

A는 F, S 및 N로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며,A is an element selected from the group consisting of F, S and N,

-0.2≤x’≤0.2, 0≤y≤0.1, 0.05≤a’≤0.6, 0.1≤b≤0.4, 0≤c≤0.2, 및 a’+b+c<1이다. 0? X? 0.2, 0? Y? 0.1, 0.05? A? 0.6, 0.1? B? 0.4, 0? C? 0.2, and a '+ b + c <

상기 리튬 니켈-망간-코발트 산화물은 상세하게는, 응집상(agglomerated) 구조, 즉, 미소 분말들의 응집체 형태로 이루어져 있어서, 내부 공극을 가지고 있는 구조일 수 있다. 이러한 응집형 입자 구조는 전해액과 반응하는 표면적을 최대화시켜 고율의 레이트 특성을 발휘함과 동시에 양극의 가역 용량을 확장시킬 수 있다는 점에서 특징이 있다. Specifically, the lithium nickel-manganese-cobalt oxide may have an agglomerated structure, that is, in the form of agglomerates of fine powders, and thus may have a structure having internal voids. This type of agglomerated particle structure is characterized in that it can maximize the surface area reacted with the electrolytic solution to exhibit a high rate characteristic and can expand the reversible capacity of the anode.

예를 들어, 응집상 구조의 리튬 니켈-망간-코발트 산화물은 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 미소 입자들이 서로 응집되어 있으며, 그것의 D50은 10 ㎛ 이하, 상세하게는 8 ㎛ 이하, 더욱 상세하게는 4 내지 7 ㎛일 수 있다. 특히 상세하게는, 90% 이상이 1 내지 4 ㎛의 크기(D50)를 가진 미소 입자들의 응집체로서 구성될 수 있다.For example, the lithium nickel-manganese-cobalt oxide of the flocculated structure has fine particles of 1 탆 to 5 탆 coagulated with each other and has a D50 of 10 탆 or less, specifically 8 탆 or less, more specifically 4 To 7 [mu] m. More particularly, more than 90% can be constructed as agglomerates of fine particles having a size (D50) of 1 to 4 mu m.

한편, 상기 화학식 1 및 화학식 2에서, 리튬의 함량이 1.2몰을 초과하는 경우에는, 고전압(4.35V 이상) 사이클 동안에 안전성이 낮아질 수 있고, 0.8몰 미만인 경우에는 결정성이 충분하지 않으며 낮은 레이트 특성을 나타내고 가역 용량이 감소될 수 있는 바, 바람직하지 않다.When the content of lithium exceeds 1.2 mol, the safety may be lowered during a high voltage (4.35 V or more) cycle. When the content of lithium is less than 0.8 mol, the crystallinity is insufficient and the low rate characteristic And the reversible capacity can be reduced, which is not preferable.

이와 같이, 본 발명에 따라 리튬 코발트계 산화물 및 리튬 니켈-망간-코발트 산화물을 각각의 유닛셀에 적용하여 함께 사용하는 스택-폴딩형 전극조립체의 경우에는, 상기에서 언급한 혼합 사용의 문제점 없이, 용량 유지율이 매우 우수하고 소망하는 레이트 특성을 발휘할 수 있으며, 높은 에너지 밀도를 가지는 리튬 이차전지를 제조할 수 있다. As described above, in the stack-folding type electrode assembly in which the lithium cobalt oxide and the lithium nickel-manganese-cobalt oxide are applied to the respective unit cells according to the present invention, It is possible to manufacture a lithium secondary battery having a very high capacity density and a high capacity density.

한편, 본 발명에 따른 유닛셀들을 이루는 기본적인 구성, 즉, 양극, 음극, 분리막에 대해서는 이하에서 설명한다.The basic constitution of the unit cells according to the present invention, that is, an anode, a cathode and a separator will be described below.

상기 양극은 양극 집전체 상에, 상기 유닛셀들마다 선택되는 상기 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is prepared by applying a mixture of the positive electrode active material, the conductive material and the binder selected for each unit cell on the positive electrode collector, followed by drying and pressing, and if necessary, a filler is further added to the mixture .

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. The cathode current collector generally has a thickness of 3 to 500 mu m. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. Examples of the positive electrode current collector include stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, aluminum or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like may be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 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 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the cathode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, 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 fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component which assists in bonding of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

반면에, 상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.On the other hand, the negative electrode is manufactured by applying, drying and pressing an anode active material on an anode current collector, and may optionally further include a conductive material, a binder, a filler, and the like as described above.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples of the anode current collector include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, a surface of copper or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m, and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.

한편, 이러한 유닛셀들이 배열되어 권취되는 분리 필름은, 상기 분리막과 동일한 소재일 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.On the other hand, the separation film in which such unit cells are arranged and wound may or may not be the same material as the separation membrane.

본 발명은 또한, 상기 스택-폴딩형 전극조립체를 포함하는 이차전지를 제공하며, 상기 이차전지는 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체에 리튬염 함유 비수 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.The present invention also provides a secondary battery comprising the stack-folding type electrode assembly, wherein the secondary battery is formed by impregnating a stacked-folding type electrode assembly according to the present invention with a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt .

상기 리튬염 함유 비수 전해질은 비수 전해질과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 비수 전해질로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The lithium salt-containing nonaqueous electrolyte is composed of a nonaqueous electrolyte and a lithium salt. Examples of the nonaqueous electrolyte include nonaqueous organic solvents, organic solid electrolytes, inorganic solid electrolytes, and the like.

상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시푸란, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile , Nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, Tetrahydrofuran derivatives, ether, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, A polymer containing an ionic dissociation group and the like may be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.

상기 리튬염은 상기 비수 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a substance that is soluble in the nonaqueous electrolyte and includes, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylate lithium, lithium tetraphenylborate, and imide.

또한, 비수 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.The nonaqueous electrolyte may contain, for the purpose of improving charge / discharge characteristics, flame retardancy, etc., for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride and the like may be added have. In some cases, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability. In order to improve the high-temperature storage characteristics, carbon dioxide gas may be further added. FEC (Fluoro-Ethylene Carbonate, PRS (Propene sultone), and the like.

하나의 바람직한 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수 전해질을 제조할 수 있다.In a preferred embodiment, LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiN (SO 2 CF 3) 2 , such as a lithium salt, a highly dielectric solvent of DEC, DMC or EMC Fig solvent cyclic carbonate and a low viscosity of the EC or PC of And then adding it to a mixed solvent of linear carbonate to prepare a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte.

본 발명은 또한, 상기 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈을 제공하고, 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.The present invention also provides a battery module including the secondary battery as a unit cell, and a battery pack including the battery module.

상기 전지팩은 고온 안정성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있고, 상기 디바이스의 구체적인 예로는, 컴퓨터, 휴대폰, 파워 툴(power tool) 등의 소형 디바이스와, 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등의 중대형 디바이스를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
The battery pack may be used as a power source for devices requiring high temperature stability, long cycle characteristics, and high rate characteristics. Examples of the battery pack include small devices such as a computer, a mobile phone, and a power tool, A power tool powered by the motor; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); An electric golf cart; Power storage systems, and the like, but are not limited thereto.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (22)

양극, 음극, 분리막을 포함하는 유닛셀들이 분리필름에 의해 권취되어 있는 구조의 스택-폴딩형 전극조립체로서,
둘 이상의 제 1 형 유닛셀들과 둘 이상의 제 2 형 유닛셀들을 포함하고, 제 1 형 유닛셀 및 제 2 형 유닛셀은 전극 배열 구조가 서로 다르며;
상기 제 1 형 유닛셀 및 제 2 형 유닛셀 중에서 선택되는 한 종류의 유닛셀은 음극 활물질로서 탄소계 물질을 포함하고, 나머지 종류의 유닛셀은 음극 활물질로서 SiO를 포함하고,
상기 스택-폴딩형 전극조립체의 최외곽에 위치하는 제 1 형 유닛셀 또는 제 2 형 유닛셀에서 유닛셀의 최외곽 전극은 단면코팅 되어있으며,
상기 단면코팅된 최외곽 전극은 전극의 양면 중 외부로 향하는 면에 활물질이 코팅되어 있지 않고,
상기 제 1 형 유닛셀 및 제 2 형 유닛셀 이외에 하나 이상의 제 3 형 유닛셀을 더 포함하며,
상기 제 3 형 유닛셀은 다른 극성의 전극이 유닛셀의 양단에 위치하는 구조의 풀셀이고,
상기 제 3 형 유닛셀은 음극 활물질로서 탄소계 물질 또는 규소계 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 스택-폴딩형 전극조립체.
A stack-folding type electrode assembly having a structure in which unit cells including an anode, a cathode, and a separator are wound by a separator film,
At least two first type unit cells and at least two second type unit cells, wherein the first type unit cells and the second type unit cells have different electrode array structures;
One kind of unit cell selected from among the first type unit cell and the second type unit cell includes a carbon-based material as a negative active material, and the other type unit cell contains SiO as a negative active material,
The outermost electrodes of the unit cells in the first type unit cell or the second type unit cell located at the outermost part of the stack-folding type electrode assembly are coated on one side,
The outermost electrode having the cross-section coated thereon is not coated with an active material on the outwardly facing surface of both sides of the electrode,
Further comprising at least one third type unit cell in addition to the first type unit cell and the second type unit cell,
The third type unit cell is a full cell having a structure in which electrodes of different polarities are located at both ends of the unit cell,
Wherein the third type unit cell comprises a carbon-based material or a silicon-based oxide as a negative electrode active material.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 형 유닛셀 및 제 2 형 유닛셀은 동일 극성의 전극이 유닛셀의 양단에 위치하는 구조의 바이셀인 것을 특징으로 하는 스택-폴딩형 전극조립체.The stack-folding type electrode assembly according to claim 1, wherein the first type unit cell and the second type unit cell are bi-cells having electrodes of the same polarity positioned at both ends of the unit cell. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 형 유닛셀은 양극이 유닛셀의 양단에 위치하는 구조의 바이셀이고, 제 2 형 유닛셀은 음극이 유닛셀의 양단에 위치하는 구조의 바이셀인 것을 특징으로 하는 스택-폴딩형 전극조립체.The method of claim 2, wherein the first type unit cell is a bi-cell in which an anode is located at both ends of the unit cell, and the second type unit cell is a bi-cell in which a negative electrode is located at both ends of the unit cell Wherein the stacked electrode assembly is a stacked-type electrode assembly. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 형 유닛셀은 음극 활물질로서 탄소계 물질을 포함하고, 제 2 형 유닛셀은 음극 활물질로서 규소계 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 스택-폴딩형 전극조립체.The stack-folding type electrode assembly according to claim 3, wherein the first type unit cell includes a carbon-based material as an anode active material, and the second type unit cell includes a silicon-based oxide as a negative electrode active material. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 형 유닛셀은 음극 활물질로서 탄소계 물질을 포함하고, 제 1 형 유닛셀은 음극 활물질로서 규소계 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 스택-폴딩형 전극조립체.The stack-folding type electrode assembly according to claim 3, wherein the second type unit cell comprises a carbonaceous material as a negative electrode active material, and the first type unit cell comprises a silicon oxide as a negative electrode active material. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 형 유닛셀의 총 개수는 제 1 형 유닛셀의 총 개수와 같거나, 그 보다 많은 것을 특징으로 하는 스택-폴딩형 전극조립체.The stack-folding type electrode assembly according to claim 3, wherein the total number of the second type unit cells is equal to or greater than the total number of the first type unit cells. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 탄소계 물질은 흑연인 것을 특징으로 하는 스택-폴딩형 전극조립체.The stack-folding type electrode assembly according to claim 1, wherein the carbon-based material is graphite. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 양극은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 코발트계 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 스택-폴딩형 전극조립체:
Lix(Co(1-a)M a)O2-yAy (1)
상기 식에서,
M은 Ca, Zr, Mo, Fe, Cr, Ti, Zn, V, Al, 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이고,
A는 F, S 및 N로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며,
0.8≤x≤1.2, 0≤a≤0.2, 0≤y≤0.1이다.
The stack-folding type electrode assembly according to claim 1, wherein the anode comprises a lithium cobalt-based oxide represented by the following formula (1)
Li x (Co (1-a) M a ) O 2-y A y (1)
In this formula,
M is at least one element selected from the group consisting of Ca, Zr, Mo, Fe, Cr, Ti, Zn, V, Al,
A is an element selected from the group consisting of F, S and N,
0.8? X? 1.2, 0? A? 0.2, 0? Y?
제 14 항에 있어서, 상기 리튬 코발트계 산화물은 LiCoO2인 것을 특징으로 하는 스택-폴딩형 전극조립체.15. The method of claim 14 wherein the lithium cobalt oxide has a stack, characterized in that LiCoO 2 - folding type electrode assembly. 제 1 항에 있어서, 상기 양극은 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 니켈-망간-코발트 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 스택-폴딩형 전극조립체:
Li1+x’Ni1-(a’+b+c)Mna’CobMc O2-yAy (2)
상기 식에서,
M은 Ca, Zr, Mo, Fe, Cr, Ti, Zn, V, Al, 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이고,
A는 F, S 및 N로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며,
-0.2≤x’≤0.2, 0≤y≤0.1, 0.05≤a’≤0.6, 0.1≤b≤0.4, 0≤c≤0.2, 및 a’+b+c<1이다.
The stack-folding type electrode assembly according to claim 1, wherein the anode comprises a lithium nickel-manganese-cobalt oxide represented by the following formula (2)
Li 1 + x ' Ni 1- (a' + b + c) Mn a ' Co b M c O 2-y A y (2)
In this formula,
M is at least one element selected from the group consisting of Ca, Zr, Mo, Fe, Cr, Ti, Zn, V, Al,
A is an element selected from the group consisting of F, S and N,
0? X? 0.2, 0? Y? 0.1, 0.05? A? 0.6, 0.1? B? 0.4, 0? C? 0.2, and a '+ b + c <
제 16 항에 있어서, 상기 리튬 니켈-망간-코발트 산화물은 LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, LiNi0.7Mn0.05Co0.25O2 및 LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 스택-폴딩형 전극조립체.17. The method of claim 16, wherein the lithium nickel-manganese-cobalt oxide is selected from the group consisting of LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , LiNi 0.7 Mn 0.05 Co 0.25 O 2, and LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 &Lt; / RTI &gt; is selected from the group consisting of: 제 1 항 내지 제 6 항, 제 12 항 및 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 하나에 따른 스택-폴딩형 전극조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.A secondary battery comprising a stack-folding type electrode assembly according to any one of claims 1 to 6, 12 and 14 to 17. 제 18 항에 따른 이차전지를 단위전지로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈. The battery module according to claim 18, wherein the secondary battery comprises a unit cell. 제 19 항에 따른 전지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.A battery pack comprising the battery module according to claim 19. 제 19 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.A device comprising a battery pack according to claim 19. 제 21 항에 있어서, 상기 디바이스는 컴퓨터, 휴대폰, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle: EV), 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전기 이륜차, 전기 골프 카트, 또는 전력저장용 시스템인 것을 특징으로 하는 디바이스.22. The device of claim 21, wherein the device is a computer, a mobile phone, a power tool, an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle, a plug- Lt; / RTI &gt; system.
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