KR102118548B1 - 권취형 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 권취형 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것으로, 구체적으로는 양극, 음극, 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막, 및 상기 분리막 상에 형성된 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 분리막의 권취 시작점에서 말단부까지의 가로 길이를 기준으로 1/10 내지 3/10 지점에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 권취형 전극 조립체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 권취형 전극 조립체는, 분리막의 권취 시작점에서 말단부까지의 가로 길이를 기준으로 1/10 내지 3/10 지점에 코팅층을 포함하기 때문에, 외부 충격 시 코어부어 응력이 집중되어 분리막이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 상기 분리막의 손상으로 인해 쇼트가 발생하는 것을 막을 수 있는 효과가 있다.

Description

권취형 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지{JELLY-ROLL TYPE ELECTRODE ASSEMBLY AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 권취형 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 충방전이 가능한 전기화학 셀의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전기화학 셀에 대한 많은 연구가 수행되고 있다. 그러한 전기화학 셀의 대표적인 예로는 이차 전지를 들 수 있다.
이차 전지 중, 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 전지와 파우치형 전지에 대한 수요가 높고, 재료면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지와 같은 이차 전지에 대한 수요가 높다.
일반적으로 이차 전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 전극 조립체를 적층하거나 권취한 상태로 알루미늄 캔 또는 라미네이트 시트의 전지케이스에 내장한 다음 전해액을 주입하거나 함침시키는 것으로 구성되어 있다.
이러한 이차 전지에서 주요 연구 과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 예를 들어, 이차 전지는 내부 쇼트, 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.
특히, 권취형 전극 조립체는 코어부에 응력이 집중될 수 있기 때문에 외부 충격 시 코어부의 분리막이 손상되어 쇼트가 발생할 수 있다. 이에, 외부 충격에 도 분리막의 손상을 줄일 수 있는 권취형 전극 조립체의 개발이 요구된다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0065049호
본 발명의 해결하고자 하는 제1 기술적 과제는, 권취형 전극 조립체의 코어부의 분리막에, 코팅층을 제공함으로써 외부 충격에 쇼트되지 않는 권취형 전극 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 제2 기술적 과제는, 상기 권취형 전극 조립체를 포함하는 이차 전지, 전지 모듈 및 전지 팩을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 양극, 음극, 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막, 및 상기 분리막 상에 형성된 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 분리막의 권취 시작점에서 말단부까지의 가로 길이를 기준으로 1/10 내지 3/10 지점에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 권취형 전극 조립체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 권취형 전극 조립체를 포함하는 이차 전지, 전지 모듈 및 전지 팩을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 양극, 음극, 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막, 및 상기 분리막 상에 형성된 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 분리막의 권취 시작점에서 말단부까지의 가로 길이를 기준으로 1/10 내지 3/10 지점에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 권취형 전극 조립체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 권취형 전극 조립체를 포함하는 이차 전지, 전지 모듈 및 전지 팩을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 권취형 전극 조립체의 분리막 및 상기 분리막 상에 형성된 코팅층 및 양극 또는 음극을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 비교예의 임팩트 실험 후 육안으로 관찰한 결과를 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 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.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 권취형 전극 조립체는 양극, 음극, 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막, 및 상기 분리막 상에 형성된 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 분리막의 권취 시작점에서 말단부까지의 가로 길이를 기준으로 1/10 내지 3/10 지점에 형성되어 있는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 권취형 전극 조립체의 일례를 도 1의 모식도에 나타내었으며, 이하, 도 1을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
상기 권취형 전극 조립체란, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막이 적층된 전극 조립체를, 소용돌이 형태로 말아 감은 전극 조립체를 의미할 수 있다. 이때, 상기 전극 조립체를 말아서 감기 시작하는 부위인 코어부는 곡률 반경이 가장 크고, 뒤이어 감기는 전극 조립체의 나머지 부분으로 인해 응력이 집중될 수 있다. 따라서, 상기 권취형 전극 조립체를 포함하는 이차 전지가 외부에서 충격을 받는 경우, 가장 먼저 상기 코어부의 분리막이 손상되어 양극과 음극간의 쇼트가 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 권취형 전극 조립체는, 상기 분리막의 권취 시작점에서 말단부까지의 가로 길이를 기준으로 1/10 내지 3/10 지점에 코팅층을 포함하기 때문에, 외부 충격 시 코어부에 응력이 집중되어 분리막이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 상기 분리막의 손상으로 인해 쇼트가 발생하는 것을 막을 수 있는 효과가 있다.
이때, 상기 코어부란, 상기 전극 조립체를 권취하였을 때, 권취 시작점부터 말단부까지의 가로 길이를 기준으로 권취 시작점부터 3/10 지점을 의미한다. 상기 코어부에는 응력이 집중될 수 있고 이를 막기 위해 상기 코어부 내에 코팅층이 구비될 수 있다.
이때, 상기 코팅층은 상기 분리막의 권취 시작점에서 말단부까지의 가로 길이를 기준으로 1/10 내지 3/10 지점에 형성되어 있을 수 있고, 상기 코어부가 상기 분리막의 권취 시작점부터 3/10 지점을 의미하므로, 상기 코팅층이 형성된 지점은 권취형 전극 조립체 상의 코어부임을 알 수 있다.
만약, 상기 코팅층이 분리막의 권취 시작점에서 말단부까지의 가로 길이를 기준으로 1/10 미만의 지점에 형성되는 경우에는 권취형 전극 조립체의 권취 중심에 위치한 센터 핀의 위치에 코팅층이 존재할 수 있어, 센터 핀의 삽입 시 공간 확보에 문제가 될 수도 있고, 상기 부위에는 양극 및 음극이 존재하지 않으므로 분리막 파단으로 인한 쇼트의 문제가 발생할 수 없는 지점이므로 불필요한 코팅층의 형성일 수 있으며, 3/10 초과의 지점에 형성되는 경우에는 코어부가 아닌 지점에 형성되는 것이어서 불필요한 비용 낭비 또는 전극의 부피가 커지는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 코팅층은 분리막의 세로 길이에 대하여 1/5 내지 4/5 지점에 형성되어 있는 것일 수 있다. 구체적으로는, 2/5 내지 3/5 지점에는 코팅층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이차 전지의 안전성 테스트 중, 임팩트 테스트(impact test)는 금속 재질의 원통형의 바(직경 15.8mm)를 이차 전지와 수직 방향으로 교차하는 모양으로 올려놓고, 높이 61cm or 66cm 에서 특정한 중량을 가진 물체를 자유낙하 시켜 충격을 원형통 바를 통해 이차 전지에 전달시키는 안전성 평가이다.
상기 임팩트 테스트에서, 원통형의 바를 이차 전지의 가운데 부분에 위치시키기 때문에, 자유낙하 하는 물체에 의해 이차 전지에 충격이 가해지는 경우 그 충격의 영향을 받는 부위는 이차 전지의 분리막의 세로 부분의 가운데에 위치하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서와 같이 코팅층을 분리막의 세로 길이의 가운데 지점에 형성시키는 경우, 가운데에 집중적으로 충격이 가해지는 것을 다공성의 코팅층이 흡수하여주어 분리막의 파손을 방지하고, 결국 임팩트 테스트에서 우수한 결과를 나타낼 수 있다.
상기 양극 또는 음극 중 1 이상은 상기 코팅층과 접촉할 수 있다. 종래의 권취형 전극 조립체에 있어서, 충격을 받는 경우 코어부의 분리막이 파괴되어 양극의 집전체 또는 활물질 층과 음극의 집전체 또는 활물질 층이 서로 맞닿아 쇼트가 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 상기 양극 또는 음극 중 1 이상이 상기 코팅층과 접촉하고 있고 상기 코팅층이 형성되어 있는 분리막은 파손되지 않으므로, 결국, 상기 양극 또는 음극에 인접한 분리막의 파손으로 인해 쇼트가 일어나지 않을 수 있다.
상기 코팅층은 직사각형의 형태일 수 있고, 상기 코팅층은 분리막의 가로 길이에 대하여 5 % 내지 20 %의 가로 길이를 가질 수 있다. 또한, 상기 코팅층은 분리막의 세로 길이에 대하여 20 % 내지 60 %의 세로 길이를 가질 수 있다.
만약, 상기 범위 미만의 직사각형 형태를 가진 코팅층의 경우에는 분리막의 파손 부위를 모두 커버할 수 없는 문제가 발생할 수 있고, 상기 범위 초과의 경우에는 코어부가 아닌 부분에도 코팅부가 형성될 가능성이 있어서, 불필요한 비용 낭비 또는 전극의 부피가 커지는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 코팅층의 재질은 폴리 프로필렌 또는 폴리 에틸렌일 수 있다.
상기 코팅층의 재질이 폴리 프로필렌 또는 폴리 에틸렌인 경우에, 분리막과의 밀착력이 우수할 뿐만 아니라, 분리막의 역할을 수행함과 동시에 분리막의 파손을 막을 수 있다.
상기 코팅층의 기공도는 25 % 내지 50 %일 수 있다. 상기 코팅층은 기공이 형성되어 있는 다공성 코팅층일 수 있고, 상기 기공으로 인해 코팅층이 충격을 유연하게 흡수할 수 있다. 상기 기공도가 25 % 미만이거나 50 % 초과인 경우에는 분리막 상의 코팅층이 충격을 제대로 흡수하지 못하고 코팅층도 파손되는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 코팅층은, 분리막의 일면 또는 양면에 형성될 수 있다.
상기 코팅층과 분리막의 두께비는 1~2:1 일 수 있다. 상기 분리막의 두께는 10 내지 20 ㎛일 수 있고, 상기 코팅층의 두께는 10 내지 40 ㎛일 수 있다.
만약, 상기 코팅층 및 분리막의 두께비가 1:1 미만인 경우에는 분리막 상의 코팅층이 충격을 제대로 흡수하지 못하는 문제점이 발생할 수 있고, 2: 1 초과인 경우에는 전극 조립체의 권취가 원형으로 수행되지 못하고 타원형으로 수행되어 코어부의 비대칭이 발생할 수 있으며, 상기 비대칭으로 인해 권취형 전극 조립체의 직경이 증가하는 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 상기 분리막은, 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체 및 에틸렌-메타크릴레이트 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 기재; 폴리아미드이미드, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드 및 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어진 군에서 선택된 고분자로 제조한 다공성 고분자 기재; 또는 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 형성된 다공성 기재; 또는 다공성 고분자 기재의 적어도 일면상에 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 형성된 다공성 코팅층을 구비한 세퍼레이터일 수 있다.
상기 양극은 양극 활물질 입자, 도전재 및 바인더를 포함하는 양극 합제를 유기 용매에 혼합하여 만들어진 슬러리를 양극 집전체 상에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조될 수 있다. 상기 음극은 상기 음극 활물질 입자, 도전재 및 바인더를 포함하는 음극 합제를 유기 용매에 혼합하여 만들어진 슬러리를 음극 집전체 상에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.
상기 양극 활물질은 특별히 한정되지 않지만, 구체적으로 리튬 전이금속 산화물을 사용할 수 있다. 상기 리튬 전이금속 산화물로는, 예를 들면, LiCoO2 등의 LiㆍCo계 복합 산화물, LiNixCoyMnzO2 등의 LiㆍNiㆍCoㆍMn계 복합 산화물, LiNiO2 등의 LiㆍNi계 복합 산화물, LiMn2O4 등의 LiㆍMn계 복합 산화물 등을 들 수 있고, 이들을 단독 또는 복수 개 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 음극에 사용되는 음극 활물질로는 통상적으로 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 탄소재, 리튬 금속, 규소 또는 주석 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 탄소재를 사용할 수 있는데, 탄소재로는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.
상기 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더로는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 폴리 아크릴산 (poly acrylic acid) 및 이들의 수소를 Li, Na 또는 Ca 등으로 치환된 고분자, 또는 다양한 공중합체 등의 다양한 종류의 바인더 고분자가 사용될 수 있다.
상기 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, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 나노 튜브 등의 도전성 튜브; 플루오로카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 권취형 전극 조립체 및 전해액을 포함하는 이차 전지를 제공한다. 상기 이차 전지는, 분리막이 코팅층을 포함하므로 파괴 시에 코어부에 응력이 집중되어 쇼트가 일어나는 것을 막을 수 있다.
상기 전해액은 비수계 유기용매와 금속염을 포함할 수 있다.
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, 테트라히드록시 프랑(franc), 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.
상기 금속염은 리튬염을 사용할 수 있고, 상기 리튬염은 상기 비수 전해액에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 이차 전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공한다. 상기 전지 모듈 및 전지 팩은 충격이 우수한 안정성을 갖는 상기 이차 전지를 포함하므로, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 및 전력 저장용 시스템으로 이루어진 군에서 선택되는 중대형 디바이스의 전원으로 이용될 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
<실시예>
단계 1: 분리막의 제조
폴리아미드이미드(polyamideimide, PAI)와 폴리비닐 알코올(PVA)을 약 80:20의 중량부 비율로 혼합한 후, 이 혼합물을 극성 용매로서 디메틸포름아미드(dimethyl formamide, DMF)에 약 1:10의 중량부 비율로 용해시켜 고분자 용액을 형성시켰다. 상기 형성된 고분자 용액을 유리판 위에 캐스팅한 후, 약 100 ℃의 오븐 내에 넣고, 약 30분 동안 건조시켜 고분자 필름을 수득하였다. 이후, 상기 고분자 필름을 물에 침지함으로써 폴리비닐 알코올(PVA)을 추출하여 기공도 20 %, 두께 20 ㎛의 다공성 분리막을 수득하였다.
단계 2: 코팅층의 제조
폴리프로필렌과 폴리비닐 알코올(PVA)을 약 50:50의 중량부 비율로 혼합한 후, 이 혼합물을 극성 용매로서 디메틸포름아미드(dimethyl formamide, DMF)에 약 1:10의 중량부 비율로 용해시켜 고분자 용액을 형성시켰다. 상기 형성된 고분자 용액을 유리판 위에 캐스팅한 후, 약 100 ℃의 오븐 내에 넣고, 약 30분 동안 건조시켜 고분자 필름을 수득하였다. 이후, 상기 고분자 필름을 물에 침지함으로써 폴리비닐 알코올(PVA)을 추출하여 기공도 20 %, 두께 10 ㎛의 코팅층을 수득하였다.
상기 단계 1의 다공성 분리막을 가로 70 cm, 세로 7 cm로 재단하고, 상기 코팅층을 가로 14 cm, 세로 1.4 cm 재단한 뒤, 상기 다공성 분리막의 권취 시작점에서 말단부까지의 가로길이를 기준으로 1/10 내지 3/10 지점, 세로 길이를 기준으로 2/5 내지 3/5 지점에 상기 코팅층을 열융착 방식으로 접착시켜, 분리막 상에 코팅층을 형성하였다.
단계 3: 음극 활물질로 탄소 분말, 바인더로 폴리 비닐리덴 디플루오리드, 도전재로 카본 블랙을 각각 96 중량%, 3 중량%, 1 중량%로 하여 용제인 N-메틸-2 피롤리돈에 첨가하여 음극 슬러리 제조하였다. 상기 음극 슬러리를 두께가 10 ㎛인 음극 집전체인 구리 박막에 도포, 건조를 통하여 음극을 제조한 후 롤 프레스를 실시하였다. 양극 활물질로 리튬 코발트 복합산화물 92 중량%, 도전재로 카본 블랙 4 중량%, 바인더로 PVDF 4 중량%를 용제인 N-메틸-2 피롤리돈에 첨가하여 양극 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 슬러리를 두께가 20 ㎛인 양극 집전체의 알루미늄 박막에 도포, 건조를 통하여 양극을 제조한 후 롤 프레스를 실시하였다.
단계 4: 상기 단계 3에서 제조된 양극, 음극 및 단계 2에서 제조된 코팅층이 형성된 분리막을 순차적으로 쌓은 후, 이를 권취하여 조립하였다. 이때, 상기 양극 및 음극은 분리막의 권취 시작점으로부터 0.5/10 지점에 위치하여 함께 권취되었다.
상기 권취형 전극 조립체에 전해액 (에틸렌카보네이트(EC)/에틸메틸카보네이트(EMC) = 1 / 2 (부피비), 리튬 헥사 플로로 포스페이트 (LiPF6 1몰)을 주입하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.
<비교예>
상기 실시예의 단계 2의 코팅층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일하게 수행하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.
<실험예 1> 임팩트 실험
상기 리튬 이차 전지를 4.4 V까지 충전한 뒤, 충전된 전지 위에 직경 15.8 mm의 봉을 이차 전지와 수직 방향으로 교차하도록 이차 전지의 중심부에 올려 놓은 뒤, 봉 위로 0.6 m의 높이에서 9 kg의 물체를 낙하시킨 후 전지의 상태를 확인하고, 그 결과를 표 1 및 도 2에 나타내었다.
실시예 비교예
발화/폭발/쇼트 발생 여부 미발생 5/10 ea 발화
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 이차 전지는 발화/폭발/쇼트가 모두 발생하지 않았고, 반면에 도 2에 나타낸 바와 같이 비교예는 분리막에 파손이 발생하여 쇼트 및 이에 따른 이차 전지의 발화가 발생한 것을 알 수 있다.
이를 통해, 분리막의 코어부에 다공성 코팅층을 형성한 본 발명의 경우, 임팩트 실험에서 우수한 안전성을 나타냄을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 이하의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (12)

  1. 양극, 음극, 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막, 및 상기 분리막 상에 형성된 코팅층을 포함하고,
    상기 분리막은 다공성 고분자 기재의 적어도 일면상에 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 형성된 다공성 코팅층을 구비한 세퍼레이터이며,
    상기 코팅층은 분리막의 권취 시작점에서 말단부까지의 가로 길이를 기준으로 1/10 내지 3/10 지점에 형성되어 있고,
    상기 코팅층의 재질은 폴리 프로필렌 또는 폴리 에틸렌인 것을 특징으로 하는 권취형 전극 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양극 또는 음극 중 1 이상은 상기 코팅층과 접촉하는 것을 특징으로 하는 권취형 전극 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 분리막의 가로 길이에 대하여 5 % 내지 20 %의 가로 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 권취형 전극 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 분리막의 세로 길이에 대하여 20 % 내지 60 %의 세로 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 권취형 전극 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 분리막의 세로 길이에 대하여 1/5 내지 4/5 지점에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 권취형 전극 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층과 분리막의 두께비는 1~2:1인 것을 특징으로 하는 권취형 전극 조립체.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층의 기공도는 25 % 내지 50 %인 것을 특징으로 하는 권취형 전극 조립체.
  9. 제1항의 권취형 전극 조립체 및 전해액을 포함하는 이차 전지.
  10. 제9항의 이차 전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈.
  11. 제10항의 전지 모듈을 포함하며, 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 중대형 디바이스가 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 및 전력 저장용 시스템으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 전지 팩.
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