KR101805545B1 - 전극 조립체 및 이를 채용한 이차 전지 - Google Patents

전극 조립체 및 이를 채용한 이차 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR101805545B1
KR101805545B1 KR1020130136544A KR20130136544A KR101805545B1 KR 101805545 B1 KR101805545 B1 KR 101805545B1 KR 1020130136544 A KR1020130136544 A KR 1020130136544A KR 20130136544 A KR20130136544 A KR 20130136544A KR 101805545 B1 KR101805545 B1 KR 101805545B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cathode
anode
separator
electrode assembly
lithium ion
Prior art date
Application number
KR1020130136544A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150054290A (ko
Inventor
박영진
박도형
김기현
조광환
김상훈
김민한
송유미
강선호
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
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 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020130136544A priority Critical patent/KR101805545B1/ko
Priority to US14/531,734 priority patent/US20150132626A1/en
Publication of KR20150054290A publication Critical patent/KR20150054290A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101805545B1 publication Critical patent/KR101805545B1/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
    • 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
    • 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
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • 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
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562—Solid materials
    • 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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound 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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • 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
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • 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
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H01M50/434—Ceramics
    • 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
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H01M50/434—Ceramics
    • H01M50/437—Glass
    • 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
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H01M50/461—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes with adhesive layers between electrodes and separators
    • 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
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • 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
    • H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
    • 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
    • H01M2300/0088—Composites
    • H01M2300/0094—Composites in the form of layered products, e.g. coatings
    • 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

Abstract

전극 조립체 및 이를 채용한 이차 전지가 개시된다. 상기 전극 조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이, 상기 양극의 외면 및 상기 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 리튬 이온 전도체층을 배치하여 이차 전지의 열 안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

전극 조립체 및 이를 채용한 이차 전지{Electrode assembly and secondary battery using the electrode assembly}
전극 조립체 및 이를 채용한 이차 전지에 관한 것이다.
통상적으로 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 이차 전지는 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서 디지털 카메라, 모바일 기기, 노트북 컴퓨터 등의 소형 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 중·대형 전지 개발 또한 이루어지고 있는데, 특히 하이브리드, 플러그인, 전기자동차(HEV, PHEV, EV)를 통칭하는 xEV의 보급으로 고용량의 안전한 이차 전지의 개발이 진행 중이다.
이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지 등을 들 수 있다. 이 중에서, 리튬 이차 전지는 수 개를 직렬로 연결하여 고출력의 xEV용으로 사용될 수 있는데, 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성이 우수하여 사용이 증가되는 추세이다.
그러나, 전지의 에너지 밀도를 높이는 경우 안전성이 낮아질 수 있으며, 특히 리튬 이차 전지의 충전 시 음극에서 리튬 이온의 플레이팅(plating)으로 인한 덴드라이트(dendrite) 형성으로 세퍼레이터가 뚫리면서 내부 단락(internal short)이 발생할 수 있다. 이에 의하여 전지 내부에서 발열, 발화 또는 열폭주(thermal runaway) 등의 현상이 나타나면서 전지가 파열될 수도 있다. 따라서, 에너지 밀도를 높이는 것과 동시에 안전성을 확보하는 것이 매우 필요하다.
본 발명의 일 측면은 리튬 이온 전도체층을 배치하여 전지의 안전성을 확보할 수 있는 전극 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 상기 전극 조립체를 포함하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 복수의 전극 조립체를 구비하는 이차 전지에 관한 것으로, 전지의 에너지 밀도를 높이면서도 전지의 안전성을 확보할 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에서는,
양극 집전체 상에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극;
음극 집전체 상에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극; 및
상기 양극과 상기 음극 사이, 상기 양극의 외면 및 상기 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치되는 리튬 이온 전도체층;
을 포함하는 전극 조립체가 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 전극 조립체는 상기 양극, 상기 음극, 및 상기 리튬 이온 전도체층이 적층된 상태에서 권취되어 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 리튬 이온 전도체층이 상기 양극과 상기 음극 사이, 상기 양극의 외면 및 상기 음극의 외면 중 적어도 두 군데에 복수 개 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 세퍼레이터를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 리튬 이온 전도체층이 상기 양극과 상기 세퍼레이터 사이, 상기 음극과 상기 세퍼레이터 사이, 상기 양극의 외면 및 상기 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 리튬 이온 전도체층이 리튬 초이온 전도체(LISICON, Lithium Superionic conductor), 가넷(Garnet) 리튬 이온 전도체, 페로브스카이트(Perovskite) 리튬 이온 전도체, LIPON(Lithium phosphorus oxinitride) 리튬 이온 전도체, 나트륨 초이온 전도체(NASICON, Na Superionic conductor) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 황화물계 리튬 이온 전도체를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 양극 활물질이 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 니켈 복합 산화물, 하기 화학식 2로 표시되는 올리빈계 인산 화합물, 하기 화학식 3으로 표시되는 스피넬계 리튬 망간 산화물, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
[화학식 1]
Lia(NixM'y)O2
상기 식 중, M'은 Co, Mn, Fe, V, Cu, Cr, Al, Mg 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, 0.9 < a ≤ 1.1, 0 ≤ x < 0.6, 0.4 ≤ y ≤ 1, 및 x+y = 1이다. 여기에서 상기 M'은 선택적으로 Ca, Mg, Al, Ti, Sr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb 및 B로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 이종 원소로 치환 또는 도핑될 수 있다.
[화학식 2]
LiMPO4
상기 식 중, M은 Fe, Mn, Ni, Co 및 V 중 1종 이상의 원소이다.
[화학식 3]
Li1 + yMn2 -y- zMzO4 - xQx
상기 식 중, M은 Mg, Al, Ni, Co, Fe, Cr, Cu, B, Ca, Nb, Mo, Sr, Sb, W, B, Ti, V, Zr 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, Q는 N, F, S 및 Cl로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이며, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0.34 및 0 ≤ z ≤ 1이다.
일 실시예에 따르면, 상기 리튬 이온 전도체층의 두께가 5 nm 내지 500 ㎛일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 세퍼레이터가 무기물 또는 유기물로 코팅될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서는, 상기 전극 조립체를 포함하는 이차 전지가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에서는,
케이스;
상기 케이스 내부에 수용되며, 상기 케이스와 인접하게 배치되는 제 1 전극 조립체 및 제 2 전극 조립체; 및
상기 케이스 내부에 수용되며, 상기 제 1 전극 조립체 및 상기 제 2 전극 조립체 사이에 개재되는 제 3 전극 조립체;를 포함하며,
상기 제 3 전극 조립체의 에너지 밀도는 상기 제 1 전극 조립체 및 상기 제 2 전극 조립체의 에너지 밀도보다 높은 이차 전지가 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전극 조립체는 제 1 양극 집전체 상에 제 1 양극 활물질이 도포되어 형성된 제 1 양극; 제 1 음극 집전체 상에 제 1 음극 활물질이 도포되어 형성된 제 1 음극; 및 상기 제 1 양극과 상기 제 1 음극 사이, 상기 제 1 양극의 외면 및 상기 제 1 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치되는 제 1 리튬 이온 전도체층;을 포함하고,
상기 제 2 전극 조립체는 제 2 양극 집전체 상에 제 2 양극 활물질이 도포되어 형성된 제 2 양극; 제 2 음극 집전체 상에 제 2 음극 활물질이 도포되어 형성된 제 2 음극; 및 상기 제 2 양극과 상기 제 2 음극 사이, 상기 제 2 양극의 외면 및 상기 제 2 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치되는 제 2 리튬 이온 전도체층;을 포함하며,
상기 제 1 리튬 이온 전도체층과 상기 제 2 리튬 이온 전도체층은 각각 동일하거나 상이하며,
상기 제 3 전극 조립체는 제 3 양극 집전체 상에 제 3 양극 활물질이 도포되어 형성된 제 3 양극; 제 3 음극 집전체 상에 제 3 음극 활물질이 도포되어 형성된 제 3 음극; 및 상기 제 3 양극과 상기 제 3 음극 사이에 배치되는 제 3 세퍼레이터;를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전극 조립체는 상기 제 1 양극, 상기 제 2 음극, 및 상기 제 1 리튬 이온 전도체층이 적층된 상태에서 권취되어 형성되고,
상기 제 2 전극 조립체는 상기 제 2 양극, 상기 제 2 음극, 및 상기 제 2 리튬 이온 전도체층이 적층된 상태에서 권취되어 형성되며,
상기 제 3 전극 조립체는 상기 제 3 양극, 상기 제 3 세퍼레이터, 및 상기 제 3 음극이 적층된 상태에서 권취되어 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 전극 조립체는 상기 제 1 양극과 상기 제 1 음극 사이에 배치되는 제 1 세퍼레이터를 더 포함하고, 상기 제 2 전극 조립체는 상기 제 2 양극과 상기 제 2 음극 사이에 배치되는 제 2 세퍼레이터를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 리튬 이온 전도체층은 상기 제 1 양극과 상기 제 1 세퍼레이터 사이, 상기 제 1 음극과 상기 제 1 세퍼레이터 사이, 상기 제 1 양극의 외면 및 상기 제 1 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치되고, 상기 제 2 리튬 이온 전도체층은 상기 제 2 양극과 상기 제 2 세퍼레이터 사이, 상기 제 2 음극과 상기 제 2 세퍼레이터 사이, 상기 제 2 양극의 외면 및 상기 제 2 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 리튬 이온 전도체층이 리튬 초이온 전도체(LISICON, Lithium Superionic conductor), 가넷(Garnet) 리튬 이온 전도체, 페로브스카이트(Perovskite) 리튬 이온 전도체, LIPON(Lithium phosphorus oxinitride) 리튬 이온 전도체, 나트륨 초이온 전도체(NASICON, Na Superionic conductor) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 황화물계 리튬 이온 전도체를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 양극 활물질 및 제 2 양극 활물질이 각각 독립적으로 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 니켈 복합 산화물, 하기 화학식 2로 표시되는 올리빈계 인산 화합물, 하기 화학식 3으로 표시되는 스피넬계 리튬 망간 산화물, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 이차 전지일 수 있다:
[화학식 1]
Lia(NixM'y)O2
상기 식 중, M'은 Co, Mn, Fe, V, Cu, Cr, Al, Mg 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, 0.9 < a ≤ 1.1, 0 ≤ x < 0.6, 0.4 ≤ y ≤ 1, 및 x+y = 1이다. 여기에서 상기 M'은 선택적으로 Ca, Mg, Al, Ti, Sr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb 및 B로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 이종 원소로 치환 또는 도핑될 수 있다.
[화학식 2]
LiMPO4
상기 식 중, M은 Fe, Mn, Ni, Co 및 V 중 1종 이상의 원소이다.
[화학식 3]
Li1 + yMn2 -y- zMzO4 - xQx
상기 식 중, M은 Mg, Al, Ni, Co, Fe, Cr, Cu, B, Ca, Nb, Mo, Sr, Sb, W, B, Ti, V, Zr 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, Q는 N, F, S 및 Cl로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이며, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0.34 및 0 ≤ z ≤ 1이다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 3 양극 활물질이 하기 화학식 4로 표시되는 리튬 니켈 복합 산화물을 포함하는 이차 전지일 수 있다:
[화학식 4]
Lia(NixM'yM"z)O2
상기 식 중, M'은 Co, Mn, Ni, Al, Mg 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, M"은 Ca, Mg, Al, Ti, Sr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, B 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이며, 0.4 < a ≤ 1.3, 0.6 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0.4, 0 ≤ z ≤ 0.4 및 x+y+z = 1이다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 리튬 이온 전도체층 및 상기 제 2 리튬 이온 전도체층의 두께가 5 nm 내지 500 ㎛인 이차 전지일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 양극 집전체의 두께 및 상기 제 2 양극 집전체의 두께는, 각각 동일하거나 또는 상이하게, 상기 제 3 양극 집전체의 두께의 1 배 내지 2 배일 수 있고, 상기 제 1 음극 집전체의 두께 및 상기 제 2 음극 집전체의 두께는, 각각 동일하거나 또는 상이하게, 상기 제 3 음극 집전체의 두께의 1 배 내지 2 배일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 세퍼레이터의 두께 및 제 2 세퍼레이터의 두께는, 각각 동일하거나 또는 상이하게, 상기 제 3 세퍼레이터의 두께의 1 배 내지 2 배일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 세퍼레이터 또는 제 2 세퍼레이터는 무기물 또는 유기물로 코팅된 이차 전지일 수 있다.
일 구현예에 따른 상기 전극 조립체는 전해질 및 세퍼레이터의 역할을 동시에 수행할 수 있는 리튬 이온 전도체 층을 양극과 음극 사이, 양극의 외면 및 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치하여 내부 단락을 방지하고 안전성을 향상시킬 수 있다.
일 구현예에 따른 상기 이차 전지는 전해질 및 세퍼레이터의 역할을 동시에 수행할 수 있는 리튬 이온 전도체 층을 양극과 음극 사이, 양극의 외면 및 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치하여 내부 단락을 방지하고 안전성을 향상시킨 전극 조립체를 케이스와 인접하게 배치하고, 에너지 밀도가 높은 전극 조립체를 그 사이에 개재함으로써, 에너지 밀도를 높이면서 동시에 전극 내부 단락 시 열 방출 및 전류 분산을 유도할 수 있다.
도 1은 일반적인 젤리-롤 타입의 전극 조립체를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3a 내지 도 3b는 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4a 내지 도 4f는 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 한편, 하기에서 사용된 "/"는 상황에 따라 "및"으로 해석될 수도 있고 "또는"으로 해석될 수도 있다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 또는 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
일반적으로 전극 조립체는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 개재한 상태로 둥글게 권취한 젤리-롤(jelly-roll) 타입과 다수의 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 개재한 상태로 순차 적층한 스택 타입으로 구분된다. 그 중 젤리-롤 타입 전극 조립체가 구조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
도 1은 일반적인 젤리-롤 타입의 전극 조립체를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
상기 젤리-롤 타입 전극 조립체(100)는 구체적으로, 활물질이 도포되어 있는 양극(110)과 음극(120) 사이에 세퍼레이터(130)를 위치시키고, 상기 양극(110)의 외면 또는 음극(120)의 외면에 또 다른 세퍼레이터(130)를 위치시킨 상태에서, 수평 단면상 원형의 구조로 권취되어 제조된다.
상기 양극(110)은 양극 집전체(116) 상의 일부 영역에 양극 활물질이 도포되면서 형성된 코팅부(112), 및 양극 활물질이 도포되지 않은 무지부(114)를 포함할 수 있으며, 상기 음극(120)은 음극 집전체(126) 상의 일부 영역에 음극 활물질이 도포되면서 형성된 코팅부(122) 및 음극 활물질이 도포되지 않은 무지부(124)를 포함할 수 있다.
상기 세퍼레이터(130)는 양극(110)과 음극(120) 사이에 위치한 다공성의 구조를 가지는 고분자막으로, 상기의 다공성 구조로 인하여 충방전 중에 양극(110)과 음극(120) 사이에 이온이 통과할 수 있도록 하는 역할을 하며, 전지 단락에 의한 이상 전류, 급격한 내압, 온도 상승 및 발화를 방지할 수 있다. 또한, 젤리-롤 타입으로 권취하는 경우 양극(110)의 외면 또는 음극(120)의 외면에 세퍼레이터(130)를 더 포함하여 내부 단락을 방지할 수 있다.
그러나, 높은 공극율을 갖는 세퍼레이터는 그 특성상 기계적 물성이 낮아 전지 내부 또는 외부의 충격 등에 손상이 되기 쉬우며, 일단 세퍼레이터가 손상되는 경우 전지의 성능이 저하되고 내부 단락이 유발될 수 있다.
한편, 일 구현예에 따른 전극 조립체는 양극 집전체 상에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극; 음극 집전체 상에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극; 및 상기 양극과 상기 음극 사이, 상기 양극의 외면 및 상기 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치되는 리튬 이온 전도체층;을 포함한다. 상기 전극 조립체는 상기 양극, 상기 음극, 및 상기 리튬 이온 전도체층이 적층된 상태에서 권취되어 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체에서 상기 리튬 이온 전도체층은 충전 시 양극에서 음극으로, 방전 시 음극에서 양극으로 리튬 이온을 운반하는 이온 전도의 기능을 한다. 또한, 상기 리튬 이온 전도체층이 양극과 음극 사이에 배치되는 경우 양 전극의 접촉뿐 아니라, 전극으로부터 탈리되는 물질들이 통과하는 것을 방지할 수 있어서 세퍼레이터의 기능을 할 수 있다. 따라서, 상기 리튬 이온 전도체층이 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 경우에는 별도의 세퍼레이터를 사용하지 않을 수 있다. 더욱이, 이러한 리튬 이온 전도체층은 비교적 높은 리튬 이온 전도도를 갖기 때문에 양극과 음극 사이에 배치되는 경우 추가적인 액체 전해질 없이도 전극 조립체 구성이 가능하다. 상기 전극 조립체에서 상기 리튬 이온 전도체층을 같이 사용하면, 반복적인 충방전 사이클시 음극에 리튬 덴드라이트가 성장하여 양극에 접촉할 가능성을 줄일 수 있고, 덴드라이트가 형성되어 세퍼레이터 뚫림 현상이 일어나게 되더라도 연쇄적으로 열폭주를 유발하는 내부 단락은 미연에 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 4f를 참조하여, 일 구현예에 따른 전극 조립체에 대하여 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 전극 조립체는 양극 집전체 상에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극(210), 음극 집전체 상에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극(220), 및 상기 양극(210)과 음극(220) 사이에 배치되는 리튬 이온 전도체층(240)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 양극(210)의 외면 또는 음극(220)의 외면에 내부 단락 방지를 위하여 세퍼레이터(230)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 양극(210), 리튬 이온 전도체층(240), 음극(220), 및 세퍼레이터(230)가 순차적으로 적층된 상태에서 젤리-롤 타입으로 권취되어 전극 조립체가 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체에서 상기 리튬 이온 전도체층은 상기 양극과 상기 음극 사이, 상기 양극의 외면 및 상기 음극의 외면 중 적어도 두 군데에 복수 개 배치될 수 있다. 이 경우, 전지의 내부 및 외부적 요인에 의하여 발생하는 단락 등을 방지하여 전지의 안전성을 향상시키는 데 더욱 유리할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 일 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 상기 전극 조립체는 양극 집전체 상에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극(210), 음극 집전체 상에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극(220), 및 상기 양극(210)과 음극(220) 사이와 상기 음극(220)의 외면 두 군데에 각각 배치되는 리튬 이온 전도체층(240)을 포함할 수 있다. 이 경우, 양극(210), 리튬 이온 전도체층(240), 음극(220), 및 리튬 이온 전도체층(240)이 순차적으로 적층된 상태에서 젤리-롤 타입으로 권취되어 전극 조립체가 형성될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 전극 조립체는 양극 집전체 상에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극(210), 음극 집전체 상에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극(220), 및 양극(210)과 음극(220) 사이와 상기 양극(210)의 외면 두 군데에 각각 배치되는 리튬 이온 전도체층(240)을 포함할 수 있다. 이 경우, 리튬 이온 전도체층(240), 양극(210), 리튬 이온 전도체층(240), 및 음극(220)이 순차적으로 적층된 상태에서 젤리-롤 타입으로 권취되어 전극 조립체가 형성될 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체는 양극 집전체 상에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극, 음극 집전체 상에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극, 및 양극과 음극 사이, 양극의 외면 및 음극의 외면 세 군데에 각각 배치되는 리튬 이온 전도체층을 포함할 수 있다. 이 경우, 리튬 이온 전도체층, 양극, 리튬 이온 전도체층, 음극, 및 리튬 이온 전도체층이 순차적으로 적층된 상태에서 젤리-롤 타입으로 권취되어 전극 조립체가 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체는 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 세퍼레이터를 더 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체가 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 더 포함하는 경우, 상기 리튬 이온 전도체층은 양극과 세퍼레이터 사이, 음극과 세퍼레이터 사이, 양극의 외면 및 음극의 외면 중 적어도 한군데 배치될 수 있다. 상기 리튬 이온 전도체층이 양극과 세퍼레이터 사이 및/또는 음극과 세퍼레이터 사이에 배치되는 경우, 전지의 내부 또는 외부 요인에 의한 세퍼레이터의 손상 및 전극의 내부 단락을 줄일 수 있어 안전성을 높일 수 있다. 더욱이, 리튬 이온 전도체층이 음극과 세퍼레이터 사이에 배치되는 경우, 음극을 보호하는 역할을 할 수 있다. 따라서, 반복적인 충방전 사이클시 음극에 리튬 덴드라이트가 성장하여 양극에 접촉할 가능성을 줄일 수 있고, 덴드라이트가 형성되더라도 내부 단락을 야기시킬 정도의 세퍼레이터 뚫림을 미연에 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 4a 내지 도 4f는 일 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 상기 전극 조립체는 양극 집전체 상에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극(210), 음극 집전체 상에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극(220), 양극(210)과 음극(220) 사이에 배치되는 세퍼레이터(230), 및 양극(210)과 세퍼레이터(230) 사이에 배치되는 리튬 이온 전도체층(240)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 양극(210)의 외면 또는 음극(220)의 외면에 내부 단락 방지를 위하여 세퍼레이터(230)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 양극(210), 리튬 이온 전도체층(240), 세퍼레이터(230), 음극(220), 및 세퍼레이터(230)가 순차적으로 적층된 상태에서 젤리-롤 타입으로 권취되어 전극 조립체가 형성될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 상기 전극 조립체는 양극 집전체 상에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극(210), 음극 집전체 상에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극, 양극(210)과 음극(220) 사이에 배치되는 세퍼레이터(230), 및 음극(220)과 세퍼레이터(230) 사이에 배치되는 리튬 이온 전도체층(240)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 양극(210)의 외면 또는 음극(220)의 외면에 내부 단락 방지를 위하여 세퍼레이터(230)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 양극(210), 세퍼레이터(230), 리튬 이온 전도체층(240), 음극(220), 및 세퍼레이터(230)가 순차적으로 적층된 상태에서 젤리-롤 타입으로 권취되어 전극 조립체가 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체에서 상기 리튬 이온 전도체층은 상기 양극과 상기 세퍼레이터 사이, 상기 음극과 상기 세퍼레이터 사이, 상기 양극의 외면 및 상기 음극의 외면 중 적어도 두 군데에 복수 개 배치될 수 있다.
도 4c를 참조하면, 상기 전극 조립체는 양극 집전체 상에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극(210), 음극 집전체 상에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극(220), 양극(210)과 음극(220) 사이에 배치되는 세퍼레이터(230), 및 음극(210)과 세퍼레이터(230) 사이와 음극(220)의 외면 두 군데에 각각 배치되는 리튬 이온 전도체층(240)을 포함할 수 있다. 이 경우, 양극(210), 세퍼레이터(230), 리튬 이온 전도체층(240), 음극(220), 및 리튬 이온 전도체층(240)이 순차적으로 적층된 상태에서 젤리-롤 타입으로 권취되어 전극 조립체가 형성될 수 있다.
도 4d를 참조하면, 상기 전극 조립체는 양극 집전체 상에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극(210), 음극 집전체 상에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극(220), 양극(210)과 음극(220) 사이에 배치되는 세퍼레이터(230), 및 양극(210)과 세퍼레이터(230) 사이와 음극(220)과 세퍼레이터(230) 사이 두 군데에 각각 배치되는 리튬 이온 전도체층(240)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 양극(210)의 외면 또는 음극(220)의 외면에 내부 단락 방지를 위하여 세퍼레이터(230)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 양극(210), 리튬 이온 전도체층(240), 세퍼레이터(230), 리튬 이온 전도체층(240), 음극(220), 및 세퍼레이터(230)가 순차적으로 적층된 상태에서 젤리-롤 타입으로 권취되어 전극 조립체가 형성될 수 있다.
도 4e를 참조하면, 상기 전극 조립체는 양극 집전체 상에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극(210), 음극 집전체 상에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극(220), 양극(210)과 음극(220) 사이에 배치되는 세퍼레이터(230), 및 양극(210)과 세퍼레이터(230) 사이, 음극(220)과 세퍼레이터(230) 사이, 및 음극(220)의 외면 세 군데에 각각 배치되는 리튬 이온 전도체층(240)을 포함할 수 있다. 이 경우, 양극(210), 리튬 이온 전도체층(240), 세퍼레이터(230), 리튬 이온 전도체층(240), 음극(220), 및 리튬 이온 전도체층(240)이 순차적으로 적층된 상태에서 젤리-롤 타입으로 권취되어 전극 조립체가 형성될 수 있다. 상기 양극(210)의 외면 또는 음극(220)의 외면에 세퍼레이터(230)를 더 포함할 수 있다.
도 4f를 참조하면, 상기 전극 조립체는 양극 집전체 상에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극(210), 음극 집전체 상에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극(220), 양극(210)과 음극(220) 사이에 배치되는 세퍼레이터(230), 및 양극(210)과 세퍼레이터(230) 사이, 음극(220)과 세퍼레이터(230) 사이, 양극(210)의 외면 및 음극(220)의 외면 네 군데에 각각 배치되는 리튬 이온 전도체층(240)을 포함할 수 있다. 이 경우, 리튬 이온 전도체층(240), 양극(210), 리튬 이온 전도체층(240), 세퍼레이터(230), 리튬 이온 전도체층(240), 음극(220), 및 리튬 이온 전도체층(240)이 순차적으로 적층된 상태에서 젤리-롤 타입으로 권취되어 전극 조립체가 형성될 수 있다. 상기 양극(210)의 외면 또는 음극(220)의 외면에 세퍼레이터(230)를 더 포함할 수 있다.
상기 리튬 이온 전도체층은 세라믹계 리튬 이온 전도체 또는 폴리머계 리튬 이온 전도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬 이온 전도체층은 세라믹계 리튬 이온 전도체 중 황화물계 리튬 이온 전도체를 포함할 수 있고, 구체적으로 예를 들어, 리튬 초이온 전도체(LISICON, Lithium Superionic conductor), 가넷(Garnet) 리튬 이온 전도체, 페로브스카이트(Perovskite) 리튬 이온 전도체, LIPON(Lithium phosphorus oxinitride) 리튬 이온 전도체, 나트륨 초이온 전도체(NASICON, Na Superionic conductor) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 황화물계 리튬 이온 전도체를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들어, 상기 리튬 이온 전도체층은 리튬 초이온 전도체(LISICON)를 포함할 수 있다.
상기 리튬 초이온 전도체(LISICON)는 예를 들어, Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-SiS2-P2S5, Li2S-GeS2, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2, Li3PO4-Li2S-SiS2 등이 사용될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2가 사용될 수 있다.
상기 리튬 이온 전도체층은 리튬 이온 전도체를 포함하는 필름 형태일 수 있다. 다르게는, 리튬 이온 전도체층은 양극 또는 음극상에 리튬 이온 전도체를 코팅하여 형성될 수 있다. 상기 코팅은 졸-겔(sol-gel) 처리를 통한 도포 및 건조, 스퍼터링(sputtering), 스핀 코팅(spin coating), 화학 증착법(chemical vapor deposition process), PLD(pulse laser deposition) 등에 의해 이루어질 수 있다.
상기 리튬 이온 전도체층의 두께는 5 nm 내지 500 ㎛일 수 있다. 상기 범위에서 리튬 덴드라이트 형성으로 인한 찢김으로 단락이 일어나지 않을 정도의 기계적 강도를 가질 수 있고, 다른 구성 요소들이 차지할 수 있는 면적을 확보하여 일정 수준의 단위 부피당 전지의 용량을 나타낼 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 리튬 이온 전도체층의 두께는 1 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있고, 보다 구체적으로 예를 들어, 10 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전극 조립체 중 리튬 이온 전도체층이 복수 개 배치되는 경우 모두 동일한 종류 및 두께로 구성될 수 있고, 또는 각각 다른 종류 및 두께로 구성될 수도 있다.
상기 전극 조립체에서 상기 양극 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 니켈 복합 산화물, 하기 화학식 2로 표시되는 올리빈(olivine)계 인산 화합물, 하기 화학식 3으로 표시되는 스피넬계 리튬 망간 산화물, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
[화학식 1]
Lia(NixM'y)O2
상기 식 중, M'은 Co, Mn, Fe, V, Cu, Cr, Al, Mg 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, 0.9 < a ≤ 1.1, 0 ≤ x < 0.6, 0.4 ≤ y ≤ 1, 및 x+y = 1이다. 여기에서 상기 M'은 선택적으로 Ca, Mg, Al, Ti, Sr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb 및 B로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 이종 원소로 치환 또는 도핑될 수 있다.
[화학식 2]
LiMPO4
상기 식 중, M은 Fe, Mn, Ni, Co 및 V 중 1종 이상의 원소이다.
[화학식 3]
Li1 + yMn2 -y- zMzO4 - xQx
상기 식 중, M은 Mg, Al, Ni, Co, Fe, Cr, Cu, B, Ca, Nb, Mo, Sr, Sb, W, B, Ti, V, Zr 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, Q는 N, F, S 및 Cl로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이며, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0.34 및 0 ≤ z ≤ 1이다.
상기 리튬 니켈 복합 산화물이 상기 범위를 갖는 경우, 니켈 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에 비하여 우수한 열안정성을 가질 수 있다. 또한, 상기 올리빈계 인산 화합물은 올리빈 구조를 가져 결정 구조가 매우 안정하고 인과 산소가 공유결합을 하고 있어 고온에서도 산소를 방출하지 않아 화학적 안전성이 높다. 상기 스피넬계 리튬 망간 산화물 또한 입방정계(cubic system)의 스피넬 구조를 가져 열적 안전성이 우수하다. 따라서, 이들을 양극 활물질로 사용하는 경우 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 리튬 니켈 복합 산화물은 LiNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 올리빈계 인산 화합물은 LiFePO4를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 스피넬계 리튬 망간 산화물은 LiMn2O4를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체에서 상기 음극 활물질은 리튬의 흡장/방출이 가능한 화합물로서 당해 기술분야에서 음극 활물질로 사용가능한 것이라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 리튬 금속, 리튬 합금, 리튬과 합금이 가능한 금속 또는 상기 금속의 산화물, 전이금속 산화물, 탄소재, 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬과 합금이 가능한 금속 또는 상기 금속의 산화물은, 예를 들어, Si, SiOx(0<x<2), Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si은 아님), Sn, SnO2, Sn-Y(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님) 등을 들 수 있고, 또한 이들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 전이금속 산화물은, 예를 들어, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등일 수 있다.
상기 탄소재는, 예를 들어, 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연을 들 수 있고, 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있다.
상기 전극 조립체에서 상기 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 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 표면에 미세한 요철을 형성하여 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 집전체의 두께는 3 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있다. 상기 범위에서 충분한 기계적 강도를 가지고 있으면서도 내부 단락 시 열 방출 빛 전류 분산 효과를 기대할 수 있다. 예를 들어, 상기 양극 집전체의 두께는 10 ㎛ 내지 30 ㎛이고, 상기 음극 집전체의 두께는 6 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다.
상기 전극 조립체에서 상기 양극은 상술한 집전체 상에 양극 활물질이 도포되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 양극은 상기 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 포함하는 양극 슬러리 조성물을 도포하여 제조될 수 있다. 다르게는, 상기 양극 슬러리 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 집전체 상에 라미네이션되어 양극 합제층이 형성된 양극이 제조될 수 있다. 상기 양극은 상기에서 열거한 형태에 한정되는 것은 아니고 상기 형태 이외의 형태일 수 있다. 상기 도전재, 바인더 및 용매는 리튬 이차 전지에서 통상적으로 사용되는 것은 모두 다 사용 가능하며, 함량은 이차 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다.
상기 전극 조립체에서 상기 음극은 상술한 집전체 상에 상기 음극 활물질이 도포되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 음극은 상기 음극 집전체 상에 음극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매를 포함하는 음극 슬러리 조성물을 도포하여 제조될 수 있다. 다르게는, 상기 음극 슬러리 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 집전체 상에 라미네이션되어 음극 합제층이 형성된 음극이 제조될 수 있다. 상기 음극은 상기에서 열거한 형태에 한정되는 것은 아니고 상기 형태 이외의 형태일 수 있다. 상기 도전재, 바인더 및 용매는 리튬 이차 전지에서 통상적으로 사용되는 것은 모두 다 사용 가능하며, 함량은 이차 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다.
상기 양극과 상기 음극 사이에 배치될 수 있는 세퍼레이터는 리튬 이차 전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 사용될 수 있다. 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 적합하다. 예를 들어, 유리 섬유, 폴리에스테르, 테프론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 그 조합물 중에서 선택된 재질로서, 부직포 또는 직조 형태여도 무방하다. 상기 세퍼레이터는 기공 직경이 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다.
상기 세퍼레이터의 두께는 5 ㎛ 내지 300 ㎛일 수 있다. 상기 범위에서 단위 부피당 전지의 용량 감소를 최소화 하면서도 내부 단락에 의한 안전성을 확보할 수 있다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터의 두께는 8 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다.
추가적으로, 상기 세퍼레이터는 내부 단락 시 단락 면적 확대 방지 및 열흡수 특성을 개선하기 위하여 무기물 또는 유기물로 코팅될 수 있다. 상기 무기물로는, 예를 들어 BaTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2, SiC 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 또한, 상기 유기물로는, 예를 들어 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐아세테이트, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 폴리비닐아세테이트, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 시아노에틸풀루란, 시아노에틸폴리비닐알콜, 시아노에틸셀룰로오스, 시아노에틸수크로오스, 풀루란, 카르복실 메틸 셀룰로오스, 아크릴로니트릴스티렌부타디엔 공중합체, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.
상기 전극 조립체는 상기 음극 및 양극 사이에 배치되는 전해질을 포함할 수 있다. 상기 전해질은 비수계 전해질과 리튬염으로 이루어질 수 있다. 비수계 전해질로는 비수 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염, 비수 전해액, 유기 고체 전해질 및 무기 고체 전해질은 리튬 이차 전지에서 통상적으로 사용하는 것이면 모두 사용 가능하다.
본 발명의 다른 측면에 따른 이차 전지는, 전술한 전극 조립체를 포함한다. 상기 이차 전지에는 하나의 전술한 전극 조립체를 포함할 수도 있고, 2 개 이상의 전술한 전극 조립체를 포함할 수도 있다.
상기 이차 전지는, 예를 들어, 상기 이차 전지는 전술한 전극 조립체를 원통형 케이스에 내장한 후, 전해질을 주입하여 원통형 전지로 제조되거나, 또는 상기 전극 조립체를 원통형 구조로 압축하여 각형 전지 케이스에 내장한 후 전해질을 주입하여 각형 전지로 제조될 수 있다. 상기 이차 전지는 리튬 이차 전지일 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 이차 전지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 이차 전지(102)는 케이스(10)와 케이스(10) 내부에 수용된 복수의 전극 조립체를 포함한다. 상기 케이스(10)의 내부에는 적어도 3개의 전극 조립체가 수용된다. 상기 복수의 전극 조립체는 전해질(E)에 함침된다.
구체적으로, 상기 이차 전지는 케이스(10); 상기 케이스(10) 내부에 수용되며, 상기 케이스(10)와 인접하게 배치되는 제 1 전극 조립체(20) 및 제 2 전극 조립체(30); 및 상기 케이스(10) 내부에 수용되며, 상기 제 1 전극 조립체(20) 및 상기 제 2 전극 조립체(30) 사이에 개재되는 제 3 전극 조립체(40);를 포함하며, 상기 제 3 전극 조립체(40)의 에너지 밀도는 상기 제 1 전극 조립체(20) 및 상기 제 2 전극 조립체(30)의 에너지 밀도보다 높다.
상기 케이스는 기계적 강도를 유지하기 위한 금속성 소재를 포함하여, 각형, 원통형 등으로 제작될 수 있다. 또 다른 실시예로서, 상기 케이스는 폴리머와 같은 파우치 타입으로 제작될 수 있다.
일반적으로, 이차 전지가 고에너지 밀도의 전극 조립체로만 구성되는 경우, 전지 내부 또는 외부의 충격에 의하여 내부 단락이 발생하게 되면, 열 방출 및 전류 분산이 잘 되지 않아, 전지가 발화되거나 파열될 가능성이 높아진다.
그러나, 상기 이차 전지는 열 안전성이 우수한 제 1 및 제 2 전극 조립체를 케이스의 내측면과 인접하게 배치함으로써, 내부 단락이 발생할 때 이를 통한 열 방출 및 전류 분산을 유도할 수 있다. 열 안전성이 우수한 전극 조립체를 케이스의 내측면과 인접하게 배치하는 경우, 에너지 밀도가 높은 전극 조립체를 케이스의 내측면과 인접하게 배치하는 경우에 비하여 전극 조립체 내부에서 내부단락에 의해서 발열, 발화, 또는 열폭주까지 이어지는 연쇄반응을 효과적으로 막을 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 전극 조립체는 일종의 보호막 역할을 하는 리튬 이온 전도체층을 적어도 하나 구비하고, 추가적으로 구조적 안전성과 열안전성이 우수한 양극 활물질을 구비하거나, 또는 집전체 및/또는 세퍼레이터의 두께 등을 조절하여 열 안전성을 높일 수 있다.
상기 제 3 전극 조립체는 상기 제 1 및 제 2 전극 조립체보다 에너지 밀도가 높아 이차 전지의 용량에 기여할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 전극 조립체도 제 3 전극 조립체와 전기적으로 연결되어 이차 전지의 전체 용량을 형성한다. 상기의 구성으로 에너지 밀도를 높이면서 동시에 안전성이 우수한 이차 전지를 제조할 수 있다.
상기 제 1 전극 조립체는 제 1 양극 집전체 상에 제 1 양극 활물질이 도포되어 형성된 제 1 양극; 제 1 음극 집전체 상에 제 1 음극 활물질이 도포되어 형성된 제 1 음극; 및 상기 제 1 양극과 상기 제 1 음극 사이, 상기 제 1 양극의 외면 및 상기 제 1 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치되는 제 1 리튬 이온 전도체층;을 포함할 수 있고, 상기 제 2 전극 조립체는 제 2 양극 집전체 상에 제 2 양극 활물질이 도포되어 형성된 제 2 양극; 제 2 음극 집전체 상에 제 2 음극 활물질이 도포되어 형성된 제 2 음극; 및 상기 제 2 양극과 상기 제 2 음극 사이, 상기 제 2 양극의 외면 및 상기 제 2 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치되는 제 2 리튬 이온 전도체층;을 포함할 수 있으며, 상기 제 1 리튬 이온 전도체층과 상기 제 2 리튬 이온 전도체층은 각각 동일하거나 상이하며, 상기 제 3 전극 조립체는 제 3 양극 집전체 상에 제 3 양극 활물질이 도포되어 형성된 제 3 양극; 제 3 음극 집전체 상에 제 3 음극 활물질이 도포되어 형성된 제 3 음극; 및 상기 제 3 양극과 상기 제 3 음극 사이에 배치되는 제 3 세퍼레이터;를 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극 조립체는 상기 제 1 양극, 상기 제 1 음극, 및 상기 제 1 리튬 이온 전도체층이 적층된 상태에서 권취되어 형성될 수 있고, 상기 제 2 전극 조립체는 상기 제 2 양극, 상기 제 2 음극, 및 상기 제 2 리튬 이온 전도체층이 적층된 상태에서 권취되어 형성될 수 있으며, 상기 제 3 전극 조립체는 상기 제 3 양극, 상기 제 3 세퍼레이터, 및 상기 제 3 음극이 적층된 상태에서 권취되어 형성될 수 있다.
상기 이차 전지 중 제 1 및 제 2 전극 조립체는, 상기 도 2 내지 도 4f를 참조하여 설명된 전극 조립체와 같으며, 상기 리튬 이온 전도체층 또한 전술한 바와 같다.
따라서, 상기 제 1 및 제 2 전극 조립체는 각각의 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 더 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 제 1 전극 조립체는 상기 제 1 양극과 제 1 음극 사이에 세퍼레이터가 더 포함할 수 있고, 상기 제 2 전극 조립체는 상기 제 2 양극과 제 2 음극 사이에 배치되는 제 2 세퍼레이터를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 전극 조립체가 각각의 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 더 포함하는 경우, 상기 제 1 리튬 이온 전도체층은 제 1 양극과 제 1 세퍼레이터 사이, 제 1 음극과 제 1 세퍼레이터 사이, 제 1 양극의 외면 및 제 1 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치될 수 있고, 상기 제 2 리튬 이온 전도체층은 제 2 양극과 제 2 세퍼레이터 사이, 제 2 음극과 제 2 세퍼레이터 사이, 제 2 양극의 외면 및 제 2 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치될 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 전극 조립체는 내부 단락 방지를 위하여 양극의 외면 또는 음극의 외면에 배치되는 세퍼레이터를 추가적으로 더 포함할 수 있다.
상기 이차 전지에서 상기 제 1 양극 활물질 및 제 2 양극 활물질이 각각 독립적으로 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 니켈 복합 산화물, 하기 화학식 2로 표시되는 올리빈계 인산 화합물, 하기 화학식 3 으로 표시되는 스피넬계 리튬 망간 산화물, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
[화학식 1]
Lia(NixM'y)O2
상기 식 중, M'은 Co, Mn, Fe, V, Cu, Cr, Al, Mg 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, 0.9 < a ≤ 1.1, 0 ≤ x < 0.6, 0.4 ≤ y ≤ 1, 및 x+y = 1이다. 여기에서 상기 M'은 선택적으로 Ca, Mg, Al, Ti, Sr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb 및 B로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 이종 원소로 치환 또는 도핑될 수 있다.
[화학식 2]
LiMPO4
상기 식 중, M은 Fe, Mn, Ni, Co 및 V 중 1종 이상의 원소이다.
[화학식 3]
Li1+yMn2-y-zMzO4-xQx
상기 식 중, M은 Mg, Al, Ni, Co, Fe, Cr, Cu, B, Ca, Nb, Mo, Sr, Sb, W, B, Ti, V, Zr 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, Q는 N, F, S 및 Cl로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이며, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0.34 및 0 ≤ z ≤ 1이다.
전술한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 양극 활물질은 전지의 안전성을 향상시킬 수 있도록 구성된다.
반면에, 상기 이차 전지에서 상기 제 3 양극 활물질은 하기 화학식 4로 표시되는 리튬 니켈 복합 산화물을 포함할 수 있다:
[화학식 4]
Lia(NixM'yM"z)O2
상기 식 중, M'은 Co, Mn, Ni, Al, Mg 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, M"은 Ca, Mg, Al, Ti, Sr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, B 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이며, 0.4 < a ≤ 1.3, 0.6 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0.4, 0 ≤ z ≤ 0.4 및 x+y+z = 1이다.
예를 들어, 상기 제 3 양극 활물질은 LiNi0 .83Co0 .15Al0 .02O2 조성의 리튬 니켈 복합 산화물을 포함할 수 있다. 상기 리튬 니켈 복합 산화물 중 니켈의 함량은 상기 제 1 및 제 2 양극 활물질로 포함될 수 있는 리튬 니켈 복합 산화물 중 니켈의 함량보다 높을 수 있다.
상기 제 3 양극 활물질이 상기 제 1 및 제 2 양극 활물질보다 니켈 함량이 높은 리튬 니켈 복합 산화물을 포함하는 경우, 전기전도도가 높은 층상 구조를 이룰 수 있다. 이에 의하여, 고용량 및 에너지 밀도가 높은 전극 조립체가 구성될 수 있다.
따라서, 상기 제 1 및 제 2 양극 활물질과 제 3 양극 활물질의 조성을 달리하여, 에너지 밀도가 높으면서도 열적 안전성이 확보된 이차 전지의 제공이 가능하다.
상기 이차 전지에서 음극 활물질은 전술한 바와 같다.
상기 이차 전지에서 상기 집전체는 전술한 바와 같으며, 상기 제 1 양극 집전체의 두께 및 상기 제 2 양극 집전체의 두께는, 각각 동일하거나 또는 상이하게, 상기 제 3 양극 집전체의 두께의 1 배 내지 2 배일 수 있고, 상기 제 1 음극 집전체의 두께 및 상기 제 2 음극 집전체의 두께는, 각각 동일하거나 또는 상이하게, 상기 제 3 음극 집전체의 두께의 1 배 내지 2 배일 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 양극 집전체 및 상기 제 1 및 제 2 음극 집전체의 두께가 상기 범위를 갖도록 제 3 양극 집전체 및 제 3 음극 집전체보다 두껍게 형성되는 경우 열 방출 및 전류 분산 효과를 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 제 3 양극 집전체 및 제 3 음극 집전체의 두께가 상기 범위를 갖도록 하여 상기 제 1 및 제 2 전극 조립체에 비하여 상대적으로 다른 구성 요소들이 차지할 수 있는 면적을 증가시킴으로써 단위 부피당 전지의 용량을 증가시킬 수 있다.
상기 이차 전지에서 상기 양극 및 상기 음극의 제조 방법은 전술한 바와 같다.
상기 이차 전지에서 상기 세퍼레이터는 전술한 바와 같으며, 상기 제 1 세퍼레이터의 두께 및 제 2 세퍼레이터의 두께는, 각각 동일하거나 또는 상이하게, 상기 제 3 세퍼레이터의 두께의 1 배 내지 2 배일 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 세퍼레이터의 두께가 상기 범위를 갖도록 제 3 세퍼레이터보다 두껍게 형성되는 경우, 열이 발생하더라도 세퍼레이터가 녹는 것을 방지하여 양극 및 음극 간의 단락을 차단 또는 지연시킬 수 있다. 또한, 상기 제 3 세퍼레이터가 상기 범위를 갖도록 하여 상기 제 1 및 제 2 전극 조립체에 비하여 상대적으로 다른 구성 요소들이 차지할 수 있는 면적을 증가시킴으로써 단위 부피당 전지의 용량을 증가시킬 수 있다.
추가적으로, 상기 제 1 및 제 2 세퍼레이터는 내부 단락 시 단락 면적 확대 방지 및 열 흡수 특성을 개선하기 위하여 무기물 또는 유기물로 코팅될 수 있다. 상기 무기물 및 유기물은 전술한 바와 같다.
상기 이차 전지는 전극 조립체 중 음극 및 양극 사이에 배치되는 전해질 및 복수의 전극 조립체가 함침되는 전해질을 더 포함할 수 있다. 상기 전해질은 전술한 바와 같다.
상기 이차 전지의 상기 전극 조립체는 전술한 바와 같이 제조될 수 있고, 상기 이차 전지의 복수 개의 전극 조립체는 다음과 같이 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제 3 전극 조립체의 제 3 양극의 무지부는 제 1 전극 조립체의 제 1 양극의 무지부 및 제 2 전극 조립체의 제 2 양극의 무지부와 전기적으로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 상기 제 3 전극 조립체의 제 3 음극의 무지부는 제 1 전극 조립체의 제 1 음극의 무지부 및 제 2 전극 조립체의 제 2 음극의 무지부와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체는 권취된 상태에서 최외측에 위치하는 양극 탭이 전지 케이스에 직접 접속되고, 음극의 무지부에 음극 탭이 돌출된 형태로 핀(Pin)과 연결됨으로써 외부와의 전기적 연결을 위한 구조를 이룰 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 케이스 내부에 3 개의 전극 조립체가 배치된 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 이차 전지(104)는 상기 케이스(10)와 인접한 측, 즉 케이스(10)의 내측면과 인접하게 제 1 전극 조립체(20) 및 제 2 전극 조립체(30)가 배치되고, 이들 사이에 전극 조립체들(40, 50, 60)이 복수 개 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극 조립체(20) 및 상기 제 2 전극 조립체(30) 사이에는 제 3 전극 조립체(40), 제 4 전극 조립체(50), 제 5 전극 조립체(60) 등의 고에너지 밀도를 갖는 전극 조립체들이 배치될 수 있다. 상기 제 1 전극 조립체(20) 및 상기 제 2 전극 조립체(30) 사이에 배치된 전극 조립체들(40, 50, 60)은, 앞서 설명한 상기 제 3 전극 조립체(40)와 동일한 구조를 가질 수 있다.
상기 이차 전지는 리튬 이차 전지일 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 이차 전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 디바이스 전지 모듈에 단위 전지로도 사용될 수 있다.
상기 중대형 디바이스의 예로는 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 xEV; E-bike, E-scooter를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 전기 상용차; 또는 전력 저장용 시스템; 등을 들 수 있지만, 이들로서 한정되는 것은 아니다.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 예시적인 구현예들이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 기술적 사상을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1- 한 개의 전극 조립체를 갖는 2차 전지의 제조
1) 양극의 제조
양극 활물질 LiNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2 94 중량%, 도전재 Super P carbon black 3 중량% 및 바인더 PVDF 3 중량%를 용매 N-메틸피롤리돈 중에서 혼합하여 양극 슬러리 조성물을 제조하였다. 제조된 상기 슬러리 조성물을 두께가 15 ㎛인 알루미늄 집전체에 통상의 방법으로 코팅, 건조 및 압착하여 양극을 제조하였다.
2) 음극의 제조
음극 활물질 천연흑연 96 중량% 및 바인더 PVDF 4 중량%를 용매 N-메틸피롤리돈 중에서 혼합하여 음극 슬러리 조성물을 제조하였다. 제조된 상기 슬러리 조성물을 두께가 14 ㎛인 구리 집전체에 통상의 방법으로 코팅, 건조 및 압착하여 음극을 제조하였다.
3) 전극 조립체의 제조
폴리에틸렌(PE) 필름으로 이루어진 세퍼레이터, 리튬 이온 전도체층으로서 LISICON인 Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2 (오하라 사 제조)를 준비하였다. 그 다음, 상기 수득된 양극, 리튬 이온 전도체층, 세퍼레이터, 상기 수득된 음극 및 세퍼레이터를 순차적으로 적층한 후 젤리-롤 타입으로 권취하여 전극 조립체를 제조하였다.
4) 이차 전지의 제조
상기 제조된 전극 조립체를 각형 케이스에 내장하고 에틸렌카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 및 디메틸카보네이트(DMC)를 1:1:1의 부피비로 혼합한 용매에 1.3 M LiPF6의 리튬염이 첨가된 전해질을 주입하여 각형 리튬 이차 전지를 제조하였다. 상기 리튬 이차 전지의 에너지 밀도는 2500 mAh였다.
실시예 2- 한 개의 전극 조립체를 갖는 2차 전지의 제조
상기 수득된 양극, 상기 세퍼레이터, 상기 리튬 이온 전도체층, 상기 수득된 음극 및 세퍼레이터를 순차적으로 적층한 후 젤리-롤 타입으로 권취하여 전극 조립체를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 이차 전지를 제조하였다.
실시예 3- 한 개의 전극 조립체를 갖는 2차 전지의 제조
상기 수득된 양극, 상기 리튬 이온 전도체층, 상기 세퍼레이터, 상기 리튬 이온 전도체층, 상기 수득된 음극 및 상기 세퍼레이터를 순차적으로 적층한 후 젤리-롤 타입으로 권취하여 전극 조립체를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 이차 전지를 제조하였다.
실시예 4- 한 개의 전극 조립체를 갖는 2차 전지의 제조
상기 수득된 양극, 상기 리튬 이온 전도체층, 상기 세퍼레이터, 상기 리튬 이온 전도체층, 상기 수득된 음극, 상기 리튬 이온 전도체층 및 상기 세퍼레이터를 순차적으로 적층한 후 젤리-롤 타입으로 권취하여 전극 조립체를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 이차 전지를 제조하였다.
비교예 1- 한 개의 전극 조립체를 갖는 2차 전지의 제조
상기 리튬 이온 전도체층을 사용하지 않고, 상기 수득된 양극, 세퍼레이터, 상기 수득된 음극, 및 상기 세퍼레이터를 순차적으로 적층한 후 젤리-롤 타입으로 권취하여 전극 조립체를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 이차 전지를 제조하였다.
비교예 2- 한 개의 전극 조립체를 갖는 2차 전지의 제조
양극 활물질로서 LiNi0 .83Co0 .15Al0 .02O2 94 중량%을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 이차 전지를 제조하였다. 상기 리튬 이차 전지의 에너지 밀도는 2800 mAh였다.
실시예 5- 3개의 전극 조립체를 갖는 이차 전지의 제조
실시예 1에서 제조된 전극 조립체 2개를 케이스의 내측면과 인접하게 배치하고, 비교예 2에서 제조된 전극 조립체를 실시예 1에서 제조된 전극 조립체들 사이에 배치하여 각형 케이스에 내장한 후, 에틸렌카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 및 디메틸카보네이트(DMC)를 1:1:1의 부피비로 혼합한 용매에 1.3 M LiPF6 의 리튬염이 첨가된 전해질을 주입하여 각형 리튬 이차 전지를 제조하였다.
실시예 6- 3개의 전극 조립체를 갖는 이차 전지의 제조
실시예 2에서 제조된 전극 조립체 2개를 케이스의 내측면과 인접하게 배치하고, 비교예 2에서 제조된 전극 조립체를 실시예 2에서 제조된 전극 조립체들 사이에 배치하여 각형 케이스에 내장한 후, 에틸렌카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 및 디메틸카보네이트(DMC)를 1:1:1의 부피비로 혼합한 용매에 1.3 M LiPF6의 리튬염이 첨가된 전해질을 주입하여 각형 리튬 이차 전지를 제조하였다.
실시예 7- 3개의 전극 조립체를 갖는 이차 전지의 제조
실시예 3에서 제조된 전극 조립체 2개를 케이스의 내측면과 인접하게 배치하고, 비교예 2에서 제조된 전극 조립체를 실시예 3에서 제조된 전극 조립체들 사이에 배치하여 각형 케이스에 내장한 후, 에틸렌카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 및 디메틸카보네이트(DMC)를 1:1:1의 부피비로 혼합한 용매에 1.3 M LiPF6의 리튬염이 첨가된 전해질을 주입하여 각형 리튬 이차 전지를 제조하였다.
실시예 8- 3개의 전극 조립체를 갖는 이차 전지의 제조
실시예 4에서 제조된 전극 조립체 2개를 케이스의 내측면과 인접하게 배치하고, 비교예 2에서 제조된 전극 조립체를 실시예 4에서 제조된 전극 조립체들 사이에 배치하여 각형 케이스에 내장한 후, 에틸렌카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 및 디메틸카보네이트(DMC)를 1:1:1의 부피비로 혼합한 용매에 1.3 M LiPF6의 리튬염이 첨가된 전해질을 주입하여 각형 리튬 이차 전지를 제조하였다.
비교예 3- 3개의 전극 조립체를 갖는 이차 전지의 제조
비교예 1에서 제조된 전극 조립체 3개를 각형 케이스에 내장한 후, 에틸렌카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 및 디메틸카보네이트(DMC)를 1:1:1의 부피비로 혼합한 용매에 1.3 M LiPF6의 리튬염이 첨가된 전해질을 주입하여 각형 리튬 이차 전지를 제조하였다.
비교예 4- 3개의 전극 조립체를 갖는 이차 전지의 제조
비교예 2에서 제조된 전극 조립체 3개를 각형 케이스에 내장한 후, 에틸렌카보네이트(EC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 및 디메틸카보네이트(DMC)를 1:1:1의 부피비로 혼합한 용매에 1.3 M LiPF6의 리튬염이 첨가된 전해질을 주입하여 각형 리튬 이차 전지를 제조하였다.
평가예 : 관통 시험 및 압착 시험
상기 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 리튬 이차 전지의 관통 시험 및 압착 시험을 아래와 같이 실시하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
관통 시험은 내·외부 충격에 의해 내부 단락을 일으키는 경우를 모의한 시험이다. 상기 제조된 리튬 이차 전지를 표준 환경에서 충전(0.5 C로 4.2 V, 0.05 C cutoff) 후, 약 10분 이상 (72 시간까지 가능) 휴지 후, 직경 3 mm 못(nail)을 사용하여, 속도 60 mm/초로 전지의 중심부를 완전히 관통하여 실시하였다. 이를, 전지의 표면온도가 40℃ 이하가 될 때까지 유지하였다.
압착 시험은 전지가 폐기물 파쇄기에 압축되었을 때 전지의 안전성을 평가하는 항목으로서 전지가 외부 압력에 의해 내부 단락이 되었을 경우를 모의한 시험이다. 상기 제조된 원통형 리튬 이차 전지를 길이 방향에 평행하게 시험하였으며, 상기 제조된 리튬 이차 전지를 표준 환경에서 충전(0.5 C로 4.2 V, 0.05 C cutoff) 후, 약 10분 이상 (72 시간까지 가능) 휴지 후, 13 kN의 힘으로 압착한 후 1초 내에 압력을 해제한다. 이를, 전지의 표면온도가 40℃ 이하가 될 때까지 유지하였다.
관통 시험 결과 압착 시험 결과
실시예 1 Pass Pass
실시예 2 Pass Pass
실시예 3 Pass Pass
실시예 4 Pass Pass
실시예 5 Pass Pass
실시예 6 Pass Pass
실시예 7 Pass Pass
실시예 8 Pass Pass
비교예 1 Fail Fail
비교예 2 Fail Fail
비교예 3 Fail Fail
비교예 4 Fail Fail
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 리튬 이온 전도체층을 포함하는 전극 조립체를 사용하여 제조된 실시예 1 내지 실시예 8은 내부 단락이 발생하는 경우, 효과적인 열 방출과 전류 분산을 유도함을 확인할 수 있었다. 반면에, 리튬 이온 전도체층이 포함되지 않은 전극 조립체를 사용하여 제조된 비교예 1 및 비교예 2는 실시예 1 내지 실시예 4에 비하여 에너지 밀도는 높으나, 열 안전성은 좋지 않아 관통 시험 및 압착 시험에 통과할 수 없었다.
특히, 실시예 5 내지 8은 복수의 전극 조립체 사용 시 열 안전성이 높은 전극 조립체를 케이스에 인접하게 위치시키고, 그 사이에는 에너지 밀도 높은 전극 조립체를 위치시킴으로써 에너지 밀도를 높이면서도 열 안전성을 확보할 수 있었다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10: 케이스 20: 제 1 전극 조립체
30: 제 2 전극 조립체 40: 제 3 전극 조립체
50: 제 4 전극 조립체 60: 제 5 전극 조립체
100: 전극 조립체 102, 104: 이차 전지
110: 양극 112: 코팅부
114: 무지부 116: 양극 집전체
120: 음극 122: 코팅부
124: 무지부 126: 음극 집전체
130: 세퍼레이터 210: 양극
218: 양극탭 220: 음극
228: 음극탭 230: 세퍼레이터
240: 리튬 이온 전도체층 E: 전해질

Claims (24)

  1. 양극 집전체 상에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극;
    음극 집전체 상에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극; 및
    상기 양극과 상기 음극 사이, 상기 양극의 외면 및 상기 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치되는 리튬 이온 전도체층;
    을 포함하고,
    상기 리튬 이온 전도체층이 리튬 초이온 전도체(LISICON, Lithium Superionic conductor)를 포함하고,
    상기 리튬 초이온 전도체(LISICON)는 Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-SiS2-P2S5, Li2S-GeS2, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2 및 Li3PO4-Li2S-SiS2 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 전극 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상기 양극, 상기 음극, 및 상기 리튬 이온 전도체층이 적층된 상태에서 권취되어 형성된 전극 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 리튬 이온 전도체층이 상기 양극과 상기 음극 사이, 상기 양극의 외면 및 상기 음극의 외면 중 적어도 두 군데에 복수 개 배치되는 전극 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되는 세퍼레이터를 더 포함하는 전극 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 리튬 이온 전도체층이 상기 양극과 상기 세퍼레이터 사이, 상기 음극과 상기 세퍼레이터 사이, 상기 양극의 외면 및 상기 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치되는 전극 조립체.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 양극 활물질이 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 니켈 복합 산화물, 하기 화학식 2로 표시되는 올리빈계 인산 화합물, 하기 화학식 3으로 표시되는 스피넬계 리튬 망간 산화물, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 전극 조립체:
    [화학식 1]
    Lia(NixM'y)O2
    상기 식 중, M'은 Co, Mn, Fe, V, Cu, Cr, Al, Mg 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, 0.9 < a ≤ 1.1, 0 ≤ x < 0.6, 0.4 ≤ y ≤ 1, 및 x+y = 1이다. 여기에서 상기 M'은 선택적으로 Ca, Mg, Al, Ti, Sr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb 및 B로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 이종 원소로 치환 또는 도핑된다.
    [화학식 2]
    LiMPO4
    상기 식 중, M은 Fe, Mn, Ni, Co 및 V 중 1종 이상의 원소이다.
    [화학식 3]
    Li1+yMn2-y-zMzO4-xQx
    상기 식 중, M은 Mg, Al, Ni, Co, Fe, Cr, Cu, B, Ca, Nb, Mo, Sr, Sb, W, B, Ti, V, Zr 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, Q는 N, F, S 및 Cl로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이며, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0.34 및 0 ≤ z ≤ 1이다.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 리튬 이온 전도체층의 두께가 5 nm 내지 500 ㎛인 전극 조립체.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 세퍼레이터가 무기물 또는 유기물로 코팅된 전극 조립체.
  10. 제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 전극 조립체를 포함하는 이차 전지.
  11. 케이스;
    상기 케이스 내부에 수용되며, 상기 케이스와 인접하게 배치되는 제 1 전극 조립체 및 제 2 전극 조립체; 및
    상기 케이스 내부에 수용되며, 상기 제 1 전극 조립체 및 상기 제 2 전극 조립체 사이에 개재되는 제 3 전극 조립체;를 포함하며,
    상기 제 3 전극 조립체의 에너지 밀도는 상기 제 1 전극 조립체 및 상기 제 2 전극 조립체의 에너지 밀도보다 높고,
    상기 제 1 전극 조립체는 제 1 양극 집전체 상에 제 1 양극 활물질이 도포되어 형성된 제 1 양극; 제 1 음극 집전체 상에 제 1 음극 활물질이 도포되어 형성된 제 1 음극; 및 상기 제 1 양극과 상기 제 1 음극 사이, 상기 제 1 양극의 외면 및 상기 제 1 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치되는 제 1 리튬 이온 전도체층;을 포함하고,
    상기 제 2 전극 조립체는 제 2 양극 집전체 상에 제 2 양극 활물질이 도포되어 형성된 제 2 양극; 제 2 음극 집전체 상에 제 2 음극 활물질이 도포되어 형성된 제 2 음극; 및 상기 제 2 양극과 상기 제 2 음극 사이, 상기 제 2 양극의 외면 및 상기 제 2 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치되는 제 2 리튬 이온 전도체층;을 포함하며,
    상기 제 1 리튬 이온 전도체층과 상기 제 2 리튬 이온 전도체층은 각각 동일하거나 또는 상이하며,
    상기 제 3 전극 조립체는 제 3 양극 집전체 상에 제 3 양극 활물질이 도포되어 형성된 제 3 양극; 제 3 음극 집전체 상에 제 3 음극 활물질이 도포되어 형성된 제 3 음극; 및 상기 제 3 양극과 상기 제 3 음극 사이에 배치되는 제 3 세퍼레이터;를 포함하고,
    상기 제 1 리튬 이온 전도체층 및 제 2 리튬 전도체층이 각각 리튬 초이온 전도체(LISICON, Lithium Superionic conductor), 페로브스카이트(Perovskite) 리튬 이온 전도체, LIPON(Lithium phosphorus oxinitride) 리튬 이온 전도체, 나트륨 초이온 전도체(NASICON, Na Superionic conductor) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 황화물계 리튬 이온 전도체를 포함하는 이차 전지.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제 1 전극 조립체는 상기 제 1 양극, 상기 제 1 음극, 및 상기 제 1 리튬 이온 전도체층이 적층된 상태에서 권취되어 형성되고,
    상기 제 2 전극 조립체는 상기 제 2 양극, 상기 제 2 음극, 및 상기 제 2 리튬 이온 전도체층이 적층된 상태에서 권취되어 형성되며,
    상기 제 3 전극 조립체는 상기 제 3 양극, 상기 제 3 세퍼레이터, 및 상기 제 3 음극이 적층된 상태에서 권취되어 형성된 이차 전지.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제 1 전극 조립체는 상기 제 1 양극과 상기 제 1 음극 사이에 배치되는 제 1 세퍼레이터를 더 포함하고, 상기 제 2 전극 조립체는 상기 제 2 양극과 상기 제 2 음극 사이에 배치되는 제 2 세퍼레이터를 더 포함하는 이차 전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제 1 리튬 이온 전도체층은 상기 제 1 양극과 상기 제 1 세퍼레이터 사이, 상기 제 1 음극과 상기 제 1 세퍼레이터 사이, 상기 제 1 양극의 외면 및 상기 제 1 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치되고, 상기 제 2 리튬 이온 전도체층은 상기 제 2 양극과 상기 제 2 세퍼레이터 사이, 상기 제 2 음극과 상기 제 2 세퍼레이터 사이, 상기 제 2 양극의 외면 및 상기 제 2 음극의 외면 중 적어도 한 군데에 배치되는 이차 전지.
  16. 삭제
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제 1 양극 활물질 및 상기 제 2 양극 활물질이 각각 독립적으로 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 니켈 복합 산화물, 하기 화학식 2로 표시되는 올리빈계 인산 화합물, 하기 화학식 3으로 표시되는 스피넬계 리튬 망간 산화물, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 이차 전지:
    [화학식 1]
    Lia(NixM'y)O2
    상기 식 중, M'은 Co, Mn, Fe, V, Cu, Cr, Al, Mg 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, 0.9 < a ≤ 1.1, 0 ≤ x < 0.6, 0.4 ≤ y ≤ 1, 및 x+y = 1이다. 여기에서 상기 M'은 선택적으로 Ca, Mg, Al, Ti, Sr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb 및 B로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 이종 원소로 치환 또는 도핑된다.
    [화학식 2]
    LiMPO4
    상기 식 중, M은 Fe, Mn, Ni, Co 및 V 중 1종 이상의 원소이다.
    [화학식 3]
    Li1+yMn2-y-zMzO4-xQx
    상기 식 중, M은 Mg, Al, Ni, Co, Fe, Cr, Cu, B, Ca, Nb, Mo, Sr, Sb, W, B, Ti, V, Zr 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, Q는 N, F, S 및 Cl로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이며, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0.34 및 0 ≤ z ≤ 1이다.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 제 3 양극 활물질이 하기 화학식 4로 표시되는 리튬 니켈 복합 산화물을 포함하는 이차 전지:
    [화학식 4]
    Lia(NixM'yM"z)O2
    상기 식 중, M'은 Co, Mn, Ni, Al, Mg 및 Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이고, M"은 Ca, Mg, Al, Ti, Sr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, B 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소이며, 0.4 < a ≤ 1.3, 0.6 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 0.4, 0 ≤ z ≤ 0.4 및 x+y+z = 1이다.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 제 1 리튬 이온 전도체층 및 상기 제 2 리튬 이온 전도체층의 두께가 5 nm 내지 500 ㎛인 이차 전지.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 제 1 양극 집전체의 두께 및 상기 제 2 양극 집전체의 두께는, 각각 동일하거나 또는 상이하게, 상기 제 3 양극 집전체의 두께의 1 배 내지 2 배이고, 상기 제 1 음극 집전체의 두께 및 상기 제 2 음극 집전체의 두께는, 각각 동일하거나 또는 상이하게, 상기 제 3 음극 집전체의 두께의 1 배 내지 2 배인 이차 전지.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 제 1 세퍼레이터의 두께 및 상기 제 2 세퍼레이터의 두께는, 각각 동일하거나 또는 상이하게, 상기 제 3 세퍼레이터의 두께의 1 배 내지 2 배인 이차 전지.
  22. 제14항에 있어서,
    상기 제 1 세퍼레이터 또는 제 2 세퍼레이터는 무기물 또는 유기물로 코팅된 이차 전지.
  23. 삭제
  24. 제11항에 있어서,
    상기 리튬 초이온 전도체(LISICON)는 Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-SiS2-P2S5, Li2S-GeS2, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2 및 Li3PO4-Li2S-SiS2 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 이차 전지.
KR1020130136544A 2013-11-11 2013-11-11 전극 조립체 및 이를 채용한 이차 전지 KR101805545B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130136544A KR101805545B1 (ko) 2013-11-11 2013-11-11 전극 조립체 및 이를 채용한 이차 전지
US14/531,734 US20150132626A1 (en) 2013-11-11 2014-11-03 Electrode assembly and secondary battery using the electrode assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130136544A KR101805545B1 (ko) 2013-11-11 2013-11-11 전극 조립체 및 이를 채용한 이차 전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150054290A KR20150054290A (ko) 2015-05-20
KR101805545B1 true KR101805545B1 (ko) 2017-12-07

Family

ID=53044058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130136544A KR101805545B1 (ko) 2013-11-11 2013-11-11 전극 조립체 및 이를 채용한 이차 전지

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20150132626A1 (ko)
KR (1) KR101805545B1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102307909B1 (ko) 2015-05-08 2021-10-01 삼성에스디아이 주식회사 리튬 전지
KR101790890B1 (ko) * 2016-09-23 2017-10-26 주식회사 엘지화학 Li 리치 안티페로브스카이트 코팅 LCO계 리튬 복합체, 이의 제조방법, 이를 포함하는 양극 활물질 및 리튬 이차 전지
KR102279002B1 (ko) 2018-11-29 2021-07-20 주식회사 엘지에너지솔루션 전극조립체
JP7380463B2 (ja) * 2020-07-15 2023-11-15 トヨタ自動車株式会社 非水電解質二次電池
CN115832608B (zh) * 2023-02-22 2023-07-04 东营昆宇电源科技有限公司 一种mof凝胶电解质隔膜及其制备方法和钠离子电池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010073978A1 (ja) 2008-12-26 2010-07-01 独立行政法人産業技術総合研究所 リチウム二次電池
JP2011113655A (ja) 2009-11-24 2011-06-09 Toyota Central R&D Labs Inc リチウム二次電池
JP2011159528A (ja) * 2010-02-02 2011-08-18 Toyota Central R&D Labs Inc リチウム二次電池及びリチウム二次電池用電極
JP2013077527A (ja) 2011-09-30 2013-04-25 Gs Yuasa Corp 蓄電素子

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010030197A1 (de) * 2010-06-17 2011-12-22 Sb Limotive Company Ltd. Lithium-Ionen-Zelle
US9249522B2 (en) * 2010-12-05 2016-02-02 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Electrophoretic deposition of thin film batteries
JP6065367B2 (ja) * 2011-06-07 2017-01-25 ソニー株式会社 非水電解質電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010073978A1 (ja) 2008-12-26 2010-07-01 独立行政法人産業技術総合研究所 リチウム二次電池
JP2011113655A (ja) 2009-11-24 2011-06-09 Toyota Central R&D Labs Inc リチウム二次電池
JP2011159528A (ja) * 2010-02-02 2011-08-18 Toyota Central R&D Labs Inc リチウム二次電池及びリチウム二次電池用電極
JP2013077527A (ja) 2011-09-30 2013-04-25 Gs Yuasa Corp 蓄電素子

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150054290A (ko) 2015-05-20
US20150132626A1 (en) 2015-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6332483B2 (ja) セパレータおよび電池
US9786891B2 (en) Electrode assembly and lithium secondary battery comprising the same
KR101089135B1 (ko) 고출력 리튬 이차 전지
KR101308677B1 (ko) 리튬 이차전지
KR101843577B1 (ko) 비수 전해질 2차 전지 및 그 제조 방법
KR102284480B1 (ko) 유무기 복합 전해질, 이를 포함하는 전극-전해질 접합체 및 리튬이차전지, 및 상기 전극-전해질 접합체의 제조방법
KR101479631B1 (ko) 정극 합제 및 비수 전해질 전지
US20110052987A1 (en) Battery separator and nonaqueous electrolyte battery
KR102600124B1 (ko) 절연필름을 포함하는 전극 조립체, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR102307909B1 (ko) 리튬 전지
KR102390657B1 (ko) 절연필름을 포함하는 전극 조립체, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101805545B1 (ko) 전극 조립체 및 이를 채용한 이차 전지
KR20100051353A (ko) 중첩 전기화학소자
US20210043941A1 (en) Battery
US20210210789A1 (en) Secondary battery
KR102363963B1 (ko) 리튬 이차전지
KR101708883B1 (ko) 전기화학소자용 세퍼레이터 및 그를 포함하는 전기화학소자
KR20210109382A (ko) 탭 상에 형성된 절연필름을 포함하는 전극 조립체, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2019208806A1 (ja) 電池
US11929485B2 (en) Secondary battery
WO2020059874A1 (ja) 二次電池
KR102172154B1 (ko) 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 이차전지
US20240047828A1 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
KR101582365B1 (ko) 안전성이 향상된 이차전지
KR102268082B1 (ko) 리튬 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
E90F Notification of reason for final refusal
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)