KR102106109B1 - 리튬이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체 1개; 및 상기 전극조립체를 포함하는 전지케이스;를 포함하고, 상기 전지케이스가 전극조립체를 수납한 상태로 절첩 혹은 권취되어 있는 리튬이차전지에 관한 것으로, 우수한 전해액 함침성을 갖고 단락 위험이 제거 또는 감소되고, 필요한 규격마다 전지 구성요소를 별도로 설계, 재단하여 제조하지 않아도 되며 전극조립체의 전류집전체로부터 연장된 복수개의 호일을 수렴하여 용접 등의 처리를 할 필요 또한 없게 된다. 또한, 필요로 하는 전지 규격이 달라지더라도 설비라인을 가능한 한 그대로 유지하거나 최소한의 설비라인만을 변경하면서 리튬이차전지를 제조할 수 있기 때문에 시간적 및 경제적 이점이 있다.

Description

리튬이차전지 {Lithium secondary battery}
본 발명은 리튬이차전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 시트(sheet) 형태의 대면적 전극조립체가 전지케이스에 수납된 상태에서 절첩 혹은 권취되어 있는 리튬이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되며, 이차전지를 구성하는 양극/세퍼레이터/음극 구조의 전극조립체의 구조에 따라서는 크게 젤리-롤형(권취형)과 스택형(적층형)으로 구분되기도 한다.
젤리-롤형 전극조립체는, 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 세퍼레이터를 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아 제조된다. 젤리-롤형 전극조립체는 원통형 전지에는 적합하다. 그러나, 이러한 젤리-롤형 전극조립체는 각형 또는 파우치형 전지에 적용함에 있어서는 권심 쪽으로 갈수록 전해액 함침성이 낮고, 필요로 하는 전지의 크기나 디자인이 변할 때마다 각형 혹은 파우치 외장재를 다시 설계하고 이에 대한 설비라인을 새로 준비해야 하는 문제점이 있었다.
스택형(stacked type) 전극조립체 혹은 스택-폴딩형(stack-folded type) 전극조립체는 다수의 양극 및 음극 단위체들을 순차적으로 적층한 구조를 포함한다. 이러한 전극조립체는 각형의 형태를 얻기가 용이한 장점이 있지만, 제조과정이 복잡하고, 특히 전지의 크기나 디자인이 변할 때마다 음극, 양극, 세퍼레이터를 비롯한 전지 구성요소의 설계 및 재단을 변경하여야 하고, 충격이 가해졌을 때 전극이 밀려서 단락이 유발되는 단점이 있다. 뿐만 아니라, 스택형 전극조립체 혹은 스택-폴딩형 전극조립체는 복수개의 전극조립체를 포함하여 형성되기 때문에, 전극조립체의 전류집전체 각각에서 연장된 복수개의 호일(foil)을 한 곳으로 수렴시켜 용접 등의 처리를 하고 이를 전극 리드에 연결시켜 제조된다. 이를 위해, 복수개의 호일이 수렴되어 전극 리드에 연결되는 공간이 파우치형 전지 케이스에 필요하게 된다. 그런데, 상기 연결된 호일들이 한 방향으로 꺽이면서 모여있기 때문에, 스택-폴딩형 전극조립체를 고정시킬 수 없어, 전지가 낙하하는 등의 충격이 발생하였을 때 파우치형 전지케이스 내에 수납되어 있는 전극조립체는 좌우로 밀리는 현상이 나타나게 되고, 그 결과 전극조립체와, 이로부터 연장된 호일의 접촉 혹은 전극조립체와 전극 리드의 접촉으로 인해 단락이 발생하는 문제점이 있다.
리튬이차전지가 채용되는 제품, 예컨대, 전기차(EV), 하이브리드 전기차(HEV), 노트북, 타블렛PC, 휴대폰 등이 디자인이 다양화됨에 따라, 리튬이차전지가 적재되는 공간의 크기나 디자인도 다양화해지는 경향이 있다. 이러한 경향에 부응하기 위해서는, 리튬이차전지의 규격을 경제적인 방식으로 신속하게 변화시킬 수 있어야 한다. 그러나, 현 기술에서는, 필요한 전지의 디자인이나 크기가 달라질 때마다 전지 구성요소를 다시 설계하고 재단하고 새로운 설비라인을 준비해서 제조하여야 하고, 이 때문에 엄청난 시간과 자본이 필요한 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서 해결하고자 하는 일 과제는 전해액 함침성에 대한 문제를 갖지 않는, 연속된 시트 형태의 전극조립체로부터 형성된 리튬이차전지를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 제조 공정을 보다 간소화한 리튬이차전지의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 필요로 하는 전지 규격이 달라지더라도 설비라인을 가능한 한 그대로 유지하면서 제조될 수 있는 리튬이차전지 및 그의 제조방법을 제공하고자 한다.
그 밖에, 본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 전지케이스 내에서의 전극조립체 유동가능성이 적어, 단락 가능성이 없거나 혹은 최소화된 리튬이차전지를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태에서는, 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체 1개; 및 상기 전극조립체를 포함하는 전지케이스;를 포함하고, 상기 전지케이스가 전극조립체를 수납한 상태로 절첩 혹은 권취되어 있는 리튬이차전지가 제공된다.
상기 전극조립체는 각각 1매의 연속된 시트 형태를 갖는 음극, 세퍼레이터 및 양극이 순차적으로 적층되어 형성된 것일 수 있다.
상기 전지케이스에는 시트(sheet) 형태의 전극조립체가 수납되어 있을 수 있다.
상기 절첩이 지그재그 형태 혹은 일방향으로 이루어져 있을 수 있다.
상기 양극, 음극 또는 이들 모두는 절첩 예정 부위에 마킹이 형성되어 있을 수 있다.
상기 양극, 음극 또는 이들 모두의 절첩 예정 부위는 무지부이거나 보다 얇은 두께로 활물질층이 형성되어 있을 수 있다.
상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하여 이루어진 라미네이트 시트일 수 있다.
상기 전극조립체의 양극 집전체와 음극 집전체 각각으로부터 연장된 호일이 각각 1개씩 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, (S1) 양극, 음극, 세퍼레이터를 각각 준비하여 전극조립체를 제조하는 단계; (S2) 상기 전극조립체를 전지케이스에 수납하는 단계; 및 (S3) 상기 전지케이스를 밀봉한 후에 절첩 혹은 권취하는 단계;를 포함하는 리튬이차전지의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전술한 리튬이차전지를 하나 이상 포함하고 있는 전지팩이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전술한 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스가 제공된다.
상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 리튬이차전지는 절첩 혹은 권취와 상관없이 우수한 전해액 함침성을 갖는다.
또한, 필요한 리튬이차전지 규격이 다양하더라도 이러한 규격 차이를 절첩 혹은 권취에 의해 해결할 수 있게 되므로, 종래와 같이 필요한 규격에 따라 전지 구성요소를 별도로 설계, 재단하여 제조하지 않아도 된다. 또한, 각각의 전극조립체로부터 연장된 전류집전체 호일 복수개를 수렴하여 용접 등의 처리를 할 필요 또한 없다. 따라서, 제조 공정이 단순화되는 이점을 갖는다.
또한, 전술한 바와 같이, 리튬이차전지가 적용되는 제품마다 전지 구성요소를 설계, 재단하여 제조할 필요가 없게 되므로, 필요로 하는 전지 규격이 달라지더라도 설비라인을 가능한 한 그대로 유지하거나 최소한의 설비라인만을 변경하면서 리튬이차전지를 제조할 수 있는 시간적 및 경제적 이점이 있다.
그 밖에, 전극조립체로부터 연장된 복수개의 전류집전체 호일을 하나로 수렴시켜 용접 등의 처리를 할 필요가 없으므로 또는 2매 정도의 호일을 용접할 필요가 있는 경우라도 이를 위해 확보되어야 하는 공간이 크지 않아, 전지케이스 내에서의 전극조립체 유동 가능성이 감소하게 되고, 그게 따라 단락의 가능성 역시 감소하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 리튬이차전지 전극조립체와, 상기 전극조립체가 수납되는 전지케이스를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 도 2c 각각은 리드 연장 부위를 달리하는 본 발명의 리튬이차전지 양태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3a와 도 3b 각각은 절첩된 형태를 갖는 본 발명의 리튬이차전지 양태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4a와 도 4b 각각은 권취된 형태를 갖는 본 발명의 리튬이차전지 양태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 제시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체 1개; 및 상기 전극조립체를 포함하는 전지케이스;를 포함하고, 상기 전지케이스가 전극조립체를 수납한 상태로 절첩 혹은 권취되어 있는 리튬이차전지가 제공된다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 전극조립체는 각각 1매의 연속된 시트 형태를 갖는 음극, 세퍼레이터 및 양극이 순차적으로 적층되어 형성된 것일 수 있다.
본원 명세서에서 "시트 형태"라 함은 양극, 음극, 세퍼레이터 또는 이들을 포함하여 이루어진 전극조립체가 연속된 1장의 형태로 형성되어 있으며, 절첩 혹은 권취되지 않은 상태임을 의미한다. 또한, 전극조립체에 또 다른 전극조립체가 적층되어 있는 경우에도 "시트 형태"가 아닌 것으로 이해한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 음극(110), 세퍼레이터(120) 및 양극(130)을 포함하여 이루어진 시트 형태의 전극조립체(100)는 전지케이스(200)의 수납 공간(210)에 수납된다. 상기 전지케이스(200)는 전극조립체(100)가 들어가는데 필요한 공간과 리드 구비에 필요한 공간을 제외한 부분이 밀봉(220)된 형태일 수 있다.
전극조립체가 수납된 전지 케이스로부터 전극 리드가 연장되는 위치는 본 발명에서 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 여러 위치로부터 리드가 연장될 수 있다. 예컨대, 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이 전지케이스(200)의 양 단부로부터 전극 리드(111, 112)가 연장되거나 혹은 전지케이스(200)의 일 방향으로부터 전극 리드(111, 112)가 연장될 수 있다.
전극조립체가 수납된 전지케이스로부터 전극 리드가 연장되도록 하고 비수 전해액을 주앱한 후에 전지케이스를 밀봉한다.
밀봉된 전지케이스는 필요한 전지 규격 혹은 전지 디자인에 따라 절첩 혹은 권취될 수 있다. 절첩 혹은 권취의 횟수 혹은 이로부터 형성되는 전지 규격은 필요에 따라 조정될 수 있으며, 본 발명에서 특별히 제한되지 않는다. 또한, 절첩이나 권취의 방식 또한 본 발명의 목적에 부합한다면 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 일 방향으로 혹은 지그재그 방식으로 절첩될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라 절첩 혹은 권취되고 있는 리튬이차전지가 도 3a 내지 도 3d에 도시되어 있다. 도 3a에 도시된 양태에서, 전극조립체(도시되지 않음)가 수납된 전지케이스(200)는 일방향으로 절첩되고 있다. 이 경우, 전극 리드는 도 2c에 도시된 바와 같이, 전지 케이스의 일 방향으로부터 연장되게 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 3b에 도시된 양태에서, 전극조립체(도시되지 않음)가 수납된 전지케이스(200)가 지그재그 형태로 절첩되고 있다. 이 경우, 전극 리드는 도 2a 또는 도 2b에 도시된 바와 같이 연장된 형태를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 도 3c와 도 3d에 도시된 각각의 양태에서, 전극조립체(도시되지 않음)가 수납된 전지케이스(200)가 일 방향으로 권취되고 있다.
상기 절첩에 의한 활물질 탈리를 감소시키기 위해, 양극 및/또는 음극의 절첩 예정 부위에, 절첩이 보다 용이하게 이루어지도록 하는 마킹(marking)을 미리 형성시킬 수 있다. 상기 마킹의 비제한적인 예로는, 절첩 예정 부위를 따라 천공된 복수개의 구멍 혹은 노치(notch)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 절첩에 의한 활물질 탈리를 감소시키고 또한 절첩에 의한 부피 증가를 방지하기 위해, 양극 및/또는 음극의 절첩 예정 부위에 활물질 코팅을 하지 않거나, 즉, 무지부 상태로 두거나 혹은 활물질 두께가 보다 얇게 형성되도록 코팅할 수 있다.
본 발명의 리튬이차전지 구성요소를 하기에서 보다 상세히 설명한다.
양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.
상기 양극 활물질은, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + xMn2 - xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2 -xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
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.
상기 음극은, 음극 집전체 상에 음극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 음극 활물질로는 예를 들어, 리튬 티타늄 산화물(LTO); 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4 및 Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료; 티타늄 산화물 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
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.
상기 양극과 음극 각각에 형성된 활물질층에는 활물질 이외에 당업계에서 통상적으로 사용되는 첨가제, 예컨대, 도전재, 바인더, 충진제가 더 포함될 수 있다.
상기 양극 활물질 및 음극 활물질은 하나의 집전체의 일면 혹은 양면에 패턴 코팅될 수 있으며, 이때 코터 (coater) 헤드의 형태에 따라 슬릿 다이 방식, 3롤 리버스 (콤마 롤) 방식, 셔터 방식 등을 이용할 수 있다.
상기 양극과 음극 양 단부에는 활물질이 코팅되어 있지 않은 무지부가 형성되어 있을 수 있고, 이들은 각각 양극 리드와 음극 리드에 연결될 수 있다.
세퍼레이터는 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 세퍼레이터의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ㎛ ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ㎛ ~ 300 ㎛이다. 이러한 세퍼레이터로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있다.
상기 세퍼레이터는 내열성 향상을 위해 엔지니어링 플라스틱 소재를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 세퍼레이터는 다공성 고분자 기재의 적어도 일면에 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물로부터 형성된 다공성 코팅층이 형성되어 있을 수 있고, 상기 다공성 코팅층에는 무기물 입자들 사이에 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)이 형성되어 있고, 상기 인터스티셜 볼륨은 기공으로 작용할 수 있다.
상기 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 개재되어 조립된 전극조립체는 전지케이스에 수납될 수 있으며, 이어서 비수 전해액이 전지케이스 내에 주액된 후에 전지케이스가 밀봉되고, 이어서 전지케이스는 권취 또는 절첩될 수 있다.
본 발명의 일 양태에서 전지케이스는 얇은 두께를 갖는 시트 형태의 전극조립체를 수납하므로, 종래 파우치형 전지케이스와 달리 벌키(bulky)한 수납 공간을 필요로 하지 않게 된다.
본 발명의 일 양태에 따른 전지케이스는 여러 층으로 이루어진 라미네이트 시트로부터 형성될 수 있으며, 예를 들어, 수지층과 금속층을 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 전지케이스는 우수한 내구성의 수지 외층, 차단성의 금속층, 및 열용융성의 수지 실란트층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있고, 상기 수지 실란트층이 상호 열융착되는 형태일 수 있다.
상기 수지 외층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 외측 수지층의 고분자 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름이 사용될 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 차단성 금속층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 예를 들어, 알루미늄이 사용될 수 있다.
상기 수지 실란트층은, 예를 들어, 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 사용될 수 있으며, 하나의 구체적인 예에서 무연신 폴리프로필렌(CPP)이 사용될 수 있다.
전해액은 리튬염과 같은 전해질; 및 유기 용매;를 포함하여 이루어지고, 또한, 당업계에서 통상적으로 사용되는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
하나의 구체적인 일 양태에서, 비수 전해액에 사용되는 유기 용매는 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 에테르계 용매, 케톤계 용매, 알코올계 용매, 비양성자성 용매 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 카보네이트계 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 에틸메틸 카보네이트(EMC) 등의 선형 카보네이트; 및 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC), 비닐렌 카보네이트 등의 환형 카보네이트가 사용될 수 있으며, 상기 에테르계 용매로는 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있으며, 상기 비양성자성 용매로는 R-CN (R은 C2-C20의 직쇄상, 분지상, 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합, 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류(예를 들면 아세토니트릴 등), 디메틸포름아미드 등의 아미드류, 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류, 설포란(sulfolane)류, 에틸렌 설파이트, 프로필렌 설파이트 등의 설파이트류, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄 등의 알콕시에탄류, 디메틸설폭사이드 등의 설폭사이드류 등이 사용될 수 있다.
상기 유기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있다.
상기 비수 전해액에는 유기 용매와 함께, 비수 전해액의 또 다른 구성 성분인 리튬염이 포함될 수 있다. 상기 리튬염은, 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 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 리튬이차전지의 제조방법이 제공된다.
보다 구체적으로, 상기 제조방법은, (S1) 양극, 음극, 세퍼레이터를 각각 준비하여 전극조립체를 제조하는 단계; (S2) 상기 전극조립체를 전지케이스에 수납하는 단계; 및 (S3) 상기 전지케이스를 밀봉한 후에 절첩 혹은 권취하는 단계;를 포함할 수 있다. 필요에 따라, (S2) 단계 후에 비수 전해액을 전지케이스에 주액하는 단계가 더 포함될 수 있다.
상기 제조방법에서 사용되는 양극, 음극, 세퍼레이터, 전지케이스 및 전해액에 관한 설명은 전술한 내용을 참조한다.
또한, 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 리튬이차전지를 하나 이상 포함하고 있는 전지팩이 제공된다.
상기 전지팩은 구조적 안정성 등을 고려할 때, 장시간의 수명과 우수한 내구성이 요구되는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치 등의 디바이스에 바람직하게 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스는 구체적으로, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치 일 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.

Claims (12)

  1. 양극 전류집전체 상에 양극 활물질층이 형성된 것인 양극, 음극 전류집전체 상에 음극 활물질층이 형성된 것인 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체 1개; 상기 전극조립체를 포함하는 전지케이스; 및 상기 전지케이스에 주액된 비수 전해액;으로 이루어지고,
    상기 전극조립체는 각각 1매의 연속된 시트 형태를 갖는 음극, 세퍼레이터 및 양극이 순차적으로 적층되어 형성된 것이며,
    상기 양극과 음극 양 단부 외에는 무지부가 형성되어 있지 않고,
    상기 전극조립체의 양극 전류집전체와 음극 전류집전체 각각으로부터 연장된 호일이 각각 1개씩 형성되어 있고, 상기 호일에 전극 리드가 연결되며,
    상기 전지케이스의 양 단부로부터 상기 전극 리드가 연장되되, 상기 전지케이스가 권취되는 방향과 수직되는 방향의 양 단부로부터 상기 전극 리드가 연장되고,
    상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하여 이루어진 라미네이트 시트이고,
    상기 전지케이스가 시트 형태의 전극조립체를 수납하고 상기 전해액이 주액된 후에 밀봉된 상태로 권취되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. (S1) 양극 전류집전체 상에 양극 활물질층이 형성된 것인 양극, 음극 전류집전체 상에 음극 활물질층이 형성된 것인 음극, 및 세퍼레이터를 각각 준비하여 전극조립체 1개를 제조하는 단계;
    (S2) 상기 전극조립체를 전지케이스에 수납하는 단계; 및
    (S3) 상기 전지케이스를 밀봉한 후에 권취하는 단계;를 포함하는 것인 제 1 항에 기재된 리튬이차전지의 제조방법.
  10. 제 1 항에 따른 리튬이차전지를 하나 이상 포함하고 있는 전지팩.
  11. 제 10 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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