KR101750239B1 - Srs 분리막을 포함하는 전극조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 SRS 분리막을 포함하는 전극조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 전극조립체로서, 상기 분리막은 폭방향을 기준으로 양극 및 음극의 폭보다 양측으로 연장되어 있는 분리막 잉여부를 가지고 있으며, 상기 분리막 잉여부의 양측부의 일면 또는 양면에 분리막 수축 방지를 위해 분리막의 두께보다 두꺼운 코팅층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.

Description

SRS 분리막을 포함하는 전극조립체 {ELECTRODE ASSEMBLY WITH SRS COATED SEPARATOR}
본 발명은 SRS 분리막을 포함하는 전극조립체에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이 중, 전지의 고용량화로 인해 케이스의 대면적화 및 얇은 소재로의 가공이 많은 관심을 모으고 있고, 이에 따라, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1에는 종래의 실시예에 따른, 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 전극조립체의 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전극조립체(10)는 양극(11), 음극(12) 및 양극(11)과 음극(12) 사이에 개재되어 있는 분리막(30)으로 구성되어 있다. 분리막(30)은 양극(11) 및 음극(12) 크기에 대응하는 크기이며, 일반적으로 젤리-롤 전극조립체로 권취 전의 상태가 도시되어 있다.
이러한 이차전지에서 주요 연구 과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 예를 들어, 이차전지는 내부 단락, 허용된 전류 및 전압을 초과한 과충전 상태, 고온에의 노출, 낙하 또는 외부 충격에 의한 변형 등 전지의 비정상적인 작동 상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압에 의해 전지의 폭발이 초래될 수 있다.
전지가 고온에 노출되었을 때 발생되는 분리막의 수축 또는 파손으로 인한 내부단락은 매우 심각한 실정이고, 이에 대한 원인규명 및 대안에 대한 연구가 많이 행해지고 있다.
전지셀을 고온 상태로 보관하면 분리막 수축에 의한 내부 단락의 발생 가능성이 있으며, 또한, 분리막 수축에 의한 내부단락 발생시 발화 위험이 있으며, 이를 방지하기 위한 과도한 코팅은 전지셀의 용량 부족, 전지셀의 저항 증가 및 전지셀의 두께가 두꺼운 문제점이 발생된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지셀의 분리막이 고온 상태에서 분리막 수축에 의한 내부 단락의 발생 가능성이 있으므로 분리막 수축에 의한 내부단락 발생시 발화 위험을 방지하기 위한 것으로, 분리막이 폭방향을 기준으로 양극 및 음극의 폭보다 양측으로 연장되어 있는 분리막 잉여부에 분리막 수축 방지를 위해 코팅층이 형성되어 있으므로, 분리막 끝단에서의 수축을 억제하여 전지셀의 안전을 확보하면서 전지셀의 저항이나 두께가 증가하지 않는 분리막을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SRS 분리막을 포함하는 전극조립체는,
양극 및 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 전극조립체로서,
상기 분리막은 폭방향을 기준으로 양극 및 음극의 폭보다 양측으로 연장되어 있는 분리막 잉여부를 가지고 있으며,
상기 분리막 잉여부의 양측부의 일면 또는 양면에 분리막 수축 방지를 위해 분리막의 두께보다 두꺼운 코팅층이 형성되어 있는 구조로 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 SRS 분리막을 포함하는 전극조립체는, 분리막 끝단에서의 수축을 억제하여 전지셀의 안전을 확보하면서 전지셀의 저항이나 두께가 증가하지 않는 분리막을 제공하므로, 전지셀의 성능 및 품질을 향상시켜 안전성을 확보하는 효과를 제공한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 분리막 잉여부는 각각 분리막의 폭을 기준으로 5% 내지 12%의 크기일 수 있다.
이 경우에, 상기 코팅층은 일측의 분리막 잉여부의 폭을 기준으로 50% 내지 90%의 크기로 분리막 양면에 코팅될 수 있다.
여기서, 상기 분리막 잉여부의 양측부의 양면에 코팅층이 각각 형성되어 있고, 상기 양면의 코팅층들의 폭은 서로 다른 크기일 수 있다.
경우에 따라, 상기 분리막 잉여부의 양측부의 양면에 코팅층이 각각 형성되어 있고, 상기 양면의 코팅층들의 폭은 서로 동일할 수 있으며, 예를 들어, 상기 코팅층은 무기물 입자 및 바인더 고분자를 포함할 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 코팅층의 두께는 양극 및 음극의 두께보다 작은 크기일 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 코팅층의 두께는 양극의 두께의 30% 내지 99% 크기일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 코팅층은 습식 코팅 또는 건식 코팅에 의해 이루어질 수 있고, 예를 들어 상기 분리막은 SRS 분리막일 수 있다.
이 경우, 상기 SRS 분리막은 유/무기 복합 다공성 분리막일 수 있다.
한편, 하나의 구체적인 예에서, 상기 SRS 분리막은 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 활성층 성분으로 사용하여 제조될 수 있다.
상기 전극조립체는 권취형 구조, 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명은 전극조립체를 포함하는 리튬 이차전지 및 상기 리튬 이차전지를 단위셀로서 포함하고 있는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한, 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 컴퓨터, 휴대폰, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle: EV), 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전기 이륜차, 전기 골프 카트, 또는 전력저장용 시스템 등으로부터 선택되는 것일 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 SRS 분리막을 포함하는 전극조립체는, 분리막 끝단부에 분리막의 두께보다 두꺼운 코팅층이 형성되어 분리막의 수축을 억제하여 전지셀의 안전을 확보하면서 전지셀의 저항이나 전지셀의 두께가 증가하지 않도록 함으로써, 전지셀의 성능 및 품질을 향상시켜 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 실시예에 따른, 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 전극조립체의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 분리막에 잉여부가 형성되어 있는 전극조립체의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 사시도 및 일부 확대도이다;
도 4는 도 3의 A-A’의 단면도이다;
도 5는 본 발명의 도 3의 전극조립체의 단면도이다;
도 6은 도 5의 B-B’의 단면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 분리막에 잉여부가 형성되어 있는 전극조립체의 모식도이며, 도 3은 SRS 코팅층이 형성되어 있는 전극조립체의 사시도 및 일부 확대도이며, 도 4에는 도 3의 A-A’의 단면도가 도시되어 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 전극조립체(100)는 양극(111), 음극(112) 및 양극(111)과 음극(112) 사이에 코팅층들(141, 142)이 형성되어 있는 분리막(130)으로 구성되어 있다.
분리막(130)은 SRS 분리막으로서, 폭(W) 방향을 기준으로 양극(111) 및 음극(112)의 폭보다 양측으로 연장되어 있는 분리막 잉여부들(131, 132)을 가지고 있다.
분리막 잉여부들(131, 132)은 각각 분리막(130)의 전체 폭(W1)을 기준으로 10%의 크기의 폭들(W2, W3)로 형성되어 있다.
코팅층들(141, 142)은 분리막(130)의 양면에 형성되어 있고, 코팅층들(141, 142) 일면에는 양극(111), 음극(112) 이외에 코팅층들(143, 144, 145, 146)이 추가적으로 형성되어 있다.
코팅층들(141, 142, 143, 144, 145, 146)의 두께들(T1, T2, T3, T4)은 분리막(130)의 두께(T5)보다 상대적으로 두껍게 형성되어 분리막(130)의 수축을 방지한다.
상측 부위에 형성된 코팅층들(143, 144)의 폭들(W4, W5)는 상측의 분리막 잉여부(131)의 폭(W2)를 기준으로 80%의 크기로 서로 동일하게 형성되어 있으며, 상측 부위에 형성된 코팅층들(143, 144)의 폭들(W4, W5) 및 하측 부위에 형성된 코팅층들(145, 146)의 폭들(도시 생략)은 서로 동일하다.
상측 분리막 잉여부(131)에 추가 코팅된 코팅층들(143, 144)의 두께(T1, T2)는 양극(111) 및 음극(112)의 두께들(T11, T12)보다 작게 형성되어 있고, 코팅층(143)의 두께(T1)는 양극(111)의 두께(T11)의 80% 크기로 형성되어 있고, 코팅층(144)의 두께(T2)는 음극(112)의 두께(T12)의 80% 크기로 형성되어 있다.
코팅층들(143, 144)은 습식 코팅 또는 건식 코팅에 의해 이루어진다.
여기서, 코팅층들(143, 144)의 두께는 전지셀의 저항이나 두께가 증가하지 않도록, 양극(111) 및 음극(112)의 두께보다 작게 형성되어 있다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 단면도가 도시되어 있으며, 도 6에는 도 5의 B-B’의 단면도가 도시되어 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 전극조립체(200)는 양극(211), 음극(212) 및 양극(211)과 음극(212) 사이에 분리막(230)이 개재되어 있으며, 분리막 잉여부들(231, 232)의 양측 단부의 양면에는 코팅층들(243, 244, 245, 246)이 각각 형성되어 있다.
상측 부위에 형성된 코팅층들(243, 244)의 폭들(W6, W7)은 서로 다르게 형성되어 있고, 코팅층들(243, 244)의 두께들(T6, T7)도 서로 다르게 각각 형성되어 있다.
여기서, 전극조립체(200)는, 도 2의 전극조립체(100)와 같이 분리막(130)의 양면에 코팅층들(141, 142)이 형성되어 있다는 점을 제외하고 동일하다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (17)

  1. 양극 및 음극 사이에 SRS 분리막이 개재되어 있는 전극조립체로서,
    상기 분리막은 폭방향을 기준으로 양극 및 음극의 폭보다 양측으로 연장되어 있는 분리막 잉여부를 가지고 있으며,
    상기 분리막 잉여부의 양측부의 양면에 분리막 수축 방지를 위해 분리막의 두께보다 두꺼운 코팅층이 형성되어 있으며,
    상기 분리막 잉여부는 각각 분리막의 폭을 기준으로 5% 내지 12%의 크기로 구성되어 있고,
    상기 코팅층은 일측의 분리막 잉여부의 폭을 기준으로 50% 내지 90%의 크기로 분리막 양면에 코팅되어 있으며,
    상기 분리막 잉여부의 양측부의 양면에 형성된 코팅층들의 폭은, 서로 다르거나, 또는 서로 동일하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅층은 무기물 입자 및 바인더 고분자를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 코팅층의 두께는 양극 및 음극의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 코팅층의 두께는 양극의 두께의 30% 내지 99% 크기인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅층은 습식 코팅 또는 건식 코팅에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 SRS 분리막은 유/무기 복합 다공성 분리막인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 SRS 분리막은 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 활성층 성분으로 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 권취형 구조, 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  14. 제 13 항에 따른 전극조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  15. 제 14 항에 따른 리튬 이차전지를 단위셀로서 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 15 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 디바이스는 컴퓨터, 휴대폰, 웨어러블 전자기기, 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.
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