KR102196118B1 - 경도 향상을 위한 접착층을 포함하고 있는 전극조립체 및 그것을 포함하는 리튬 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 양면 중 적어도 일면에 전극활물질이 도포되어 있는 둘 이상의 전극들 및 상기 전극들 사이에 개재되는 분리막을 포함하고 있고, 상기 분리막 일면 또는 양면에는 아크릴계 수지를 포함하는 접착층이 코팅되어 있으며, 상기 분리막의 접착층은 아크릴계 수지의 유리전이온도(Tg) 이상의 온도에서 전극 계면에 가압되어 전극과 분리막이 서로 결착되어 있는 전극 분리막 복합체를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체를 제공한다.

Description

경도 향상을 위한 접착층을 포함하고 있는 전극조립체 및 그것을 포함하는 리튬 이차전지 {Electrode Assembly Having Bonding Layer For Improving Hardness and Lithium Secondary Battery Comprising the Same}
본 발명은 경도 향상을 위한 접착층을 포함하고 있는 전극조립체 및 그것을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지나 청정에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.
현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.
최근에는 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고 사이클 수명이 길며 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해져 왔고, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
한편, 충방전시 전극의 팽창 및 수축으로 인해 유발되는 응력이 전극조립체 내부에 축적되게 되고, 그러한 응력 축적이 일정한 한계를 넘어서면 전극조립체의 변형이 발생하게 되기 때문에, 이로 인해 전극과 분리막이 분리되어 간극이 생기는 것을 방지하기 위해 전극과 분리막 사이의 소정 이상의 접착력이 요구되고, 또한 전극조립체의 변형을 방지하기 위한 소정 이상의 경도가 요구되고 있다.
또한, 리튬 이차전지의 분리막으로서 그 제조비용의 절감을 위해 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 소재의 분리막이 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 고분자 분리막은 기계적 강도가 약하다는 단점으로 인해 분리막과 전극을 결합하는 제조 과정에서 외부 충격으로 인해 분리막이 파단될 수 있는 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 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 분리막 일면 또는 양면에 아크릴계 수지를 포함하는 접착층이 코팅되어 있고, 상기 접착층이 아크릴계 수지의 유리전이온도(Tg) 이상의 온도에서 전극 계면에 가압되어 전극과 분리막이 서로 결착되어 있는 전극 분리막 복합체를 형성할 경우, 전극과 분리막의 결착력이 향상되고, 분리막의 기계적 강도 향상되어 충방전시 전극의 팽창 및 수축으로 인해 유발되는 전극조립체의 변형을 효과적으로 방지할 수 있는 바, 전지의 안정성 및 내구성이 우수한 리튬 이차전지용 전극조립체를 제공할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체는,
양면 중 적어도 일면에 전극활물질이 도포되어 있는 둘 이상의 전극들 및 상기 전극들 사이에 개재되는 분리막을 포함하고 있고,
상기 분리막 일면 또는 양면에는 아크릴계 수지를 포함하는 접착층이 코팅되어 있으며,
상기 분리막의 접착층은 아크릴계 수지의 유리전이온도(Tg) 이상의 온도에서 전극 계면에 가압되어 전극과 분리막이 서로 결착되어 있는 전극 분리막 복합체를 형성하고 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 분리막에 코팅된 접착층을 유리전이온도(Tg)까지 가온함에 따라 접착층의 일부가 용융되는 바, 용융된 접착층을 전극 계면에 가압할 경우, 전극 계면과의 접착력을 발휘하여 전극과 분리막이 서로 결착되도록 할 수 있고, 이후 유리전이온도(Tg) 미만의 온도에서 용융된 접착층을 경화되어 용융 이전의 접착층이 갖는 경도 보다 더 높은 강도를 가질 수 있어 강성 높은 전극 분리막 복합체를 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체는, 분리막 일면 또는 양면에 아크릴계 수지를 포함하는 접착층이 코팅되어 있고, 상기 접착층이 아크릴계 수지의 유리전이온도(Tg) 이상의 온도에서 전극 계면에 가압되어 전극과 분리막이 서로 결착되어 있는 전극 분리막 복합체를 형성함으로써, 전극과 분리막의 결착력이 향상되고, 분리막의 기계적 강도 향상되어 충방전시 전극의 팽창 및 수축으로 인해 유발되는 전극조립체의 변형을 효과적으로 방지할 수 있는 바, 전지의 안정성 및 내구성이 우수해지는 효과를 발휘한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체는 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있는 스택(stack)형 전극조립체, 또는 긴 분리 필름 상에 양극, 음극, 분리막을 포함하는 유닛셀들을 위치시킨 상태에서 권취한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체, 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 접합되어 있는 라미네이션-스택형 전극조립체일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 접착층의 두께는 전극과 분리막 간의 접착력과 전극 분리막 복합체의 경도를 얼마의 크기로 설정하는 바에 따라 결정될 수 있고, 상세하게는, 0.5 마이크로미터 내지 50 마이크로미터일 수 있으며, 또는 0.5 마이크로미터 내지 1.0 마이크로미터일 수 있고, 더욱 상세하게는 1.0 마이크로미터 내지 20 마이크로미터일 수 있다. 여기서, 접착층의 두께가 0.5 마이크로미터 미만일 경우, 발명이 요하는 접착력 및 경도를 발휘할 수 없고, 반대로 50 마이크로미터 이상일 경우, 이온 전도성이 떨어져 전지의 성능이 저하될 수 있다.
또한, 상기 접착층의 코팅 면적은 분리막 일면의 전체 면적의 50% 내지 100%일 수 있고, 100% 미만일 경우, 상기 접착층은 분리막 상에 평면상으로 복수의 스트립 형상들이 반복적으로 형성되어 있는 패턴, 또는 평면상으로 복수의 아일랜드 형상들이 등간격으로 형성되어 있는 패턴으로 코팅될 수 있다. 이러한 접착층의 패턴 코팅은, 분리막과 전극 사이에 접착층이 존재하는 면적과 비존재하는 면적을 갖게 하는 바, 비존재하는 면적에서는 이온 전도성이 저하되지 않아 일정 수준 전지의 성능을 보장하면서, 접착층이 존재하는 면적에서 전극과 분리막의 접착력을 향상시키고 강성을 높일 수 있는 효과를 동시에 발휘할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 접착층이 전극 계면에 가압되는 가압력은 580 kg·f/m2 내지 780 kg·f/m2일 수 있고, 상세하게는 640 kg·f/m2 내지 720 kg·f/m2일 수 있으며, 더욱 상세하게는 680 kg·f/m2일 수 있다. 이때, 가압력이 580 kg·f/m2 미만일 경우 접착층이 본 발명이 요구하는 전극과 분리막 간의 접착력 및 경도를 나타내지 못할 수 있고, 780 kg·f/m2를 초과할 경우 전극 내지 분리막의 손상이 발생할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 아크릴계 수지는 유리전이온도가 섭씨 60도 내지 섭씨 100도일 수 있고, 상기 아크릴계 수지의 유리전이온도(Tg) 이상의 온도는 Tg 내지 Tg 보다 10℃ 높은 온도 범위일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 아크릴계 수지는 단량체, 올리고머, 저분자량의 고분자 중의 적어도 하나 이상을 포함하고 있고, 상기 단량체, 올리고머, 또는 저분자량의 고분자의 혼합물이 중합되어 접착층을 형성할 수 있으며, 구체적으로, 상기 단량체 또는 올리고머는 아크릴레이트계, 또는 아크릴산 유도체일 수 있고, 상기 단량체는 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 프로필(메타) 아크릴레이트, 이소프로필(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 헵틸아크릴레이트, 이소옥틸아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 이소데실아크릴레이트, 및 라우릴(메타)아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있고, 상기 고분자는 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 또는 우레탄 아크릴레이트일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 접착층은 무기물 필러를 포함할 수 있고, 상기 무기물 필러의 함량은 아크릴계 수지의 전체 중량에 대해 0.1 중량% 내지 30 중량%일 수 있으며, 함량이 30 중량%를 초과할 경우, 접착층의 접착력이 저하될 수 있고, 반대로 무기물 필러의 함량이 0.1 중량% 이하일 경우 무기물 필러의 첨가에 따른 경도 향상 효과를 발휘하기 어렵다.
또한, 상기 무기물 필러는 예를 들면, Al2O3, ZnO, ZnS, SiO2, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, Y2O3, TiO2, Sb2O3, BaTiO3, SrTiO3, SiC 및 Si3N4로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
또한, 상기 필러의 평균 입경(D50)은 접착층의 두께를 기준으로 10 내지 80%의 크기일 수 있고, 상기 평균 입경이 10% 미만일 경우 너무 미세한 입자로 필러가 형성되어 있어, 제조시 취급이 어려울 수 있고, 80%를 초과할 경우, 전극 계면에 접착층의 가열 압착시에 결착을 방해할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 리튬 이차전지용 전극조립체를 제조하는 방법을 제공한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체를 제조하는 방법은,
(a) 분리막의 일면에 아크릴계 수지를 포함하는 접착층을 형성시키는 과정;
(b) 상기 전극과 분리막의 접착층이 서로 대면하도록 배열하는 과정;
(c) 상기 분리막의 접착층을 아크릴계 수지의 유리전이온도 이상의 온도에서 전극 계면에 열 프레스(heat press) 공정을 통해 가압하는 과정; 및
(d) 결착된 전극 분리막 복합체를 유리전이온도 미만의 온도에서 경화하는 과정;
을 포함할 수 있다.
그러나, 반드시 상기 (a) 과정 및 (b) 과정의 순차적으로 수행하는 것만으로 본 발명이 제한되는 것은 아니며, 상기 (b) 과정이 (a) 과정보다 먼저 수행될 수 있고, 이러한 제조방법 역시 본 발명의 범주에 포함될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 아크릴계 수지는 유리전이온도가 섭씨 60도 내지 섭씨 100도일 수 있고, 또한, 상기 (c) 과정에서 분리막의 접착층이 전극 계면에 가압되는 가압력은 580 kg·f/m2 내지 780 kg·f/m2일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 접착층의 (a) 과정의 코팅 두께는 (c) 과정의 가압 공정 이후의 접착층의 두께에 190% 내지 210%로 설정할 수 있다.
또한, 상기 제조방법에서,
(e) 상기 (d) 과정의 분리막의 접착층이 코팅되어 있지 않은 일면에 아크릴계 수지를 포함하는 접착층을 형성시키는 과정;
(f) 상기 전극과 반대 극성을 가진 전극을 (e) 과정에서 형성시킨 분리막의 접착층과 서로 대면하도록 배치하는 과정;
(g) 상기 분리막의 접착층을 아크릴계 수지의 유리전이온도 이상의 온도에서 반대 극성을 가진 전극 계면에 열 프레스(heat press) 공정을 통해 가압하는 과정; 및
(h) 상기 (g) 과정에서 결착된 전극 분리막 복합체를 유리전이온도 미만의 온도에서 경화하는 과정;
을 더 포함할 수 있다.
본 발명은, 또한 상기 리튬 이차전지용 전극조립체를 포함하고 있는 전지셀을 제공할 수 있다.
이러한 전지셀의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
본 발명은, 또한 상기 전지셀을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩 제공한다.
이러한 전지팩의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
본 발명은, 또한 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다. 구체적으로, 상기 디바이스는 예를 들어, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 웨어러블 전자기기, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체는, 분리막 일면 또는 양면에 아크릴계 수지를 포함하는 접착층이 코팅되어 있고, 상기 접착층이 아크릴계 수지의 유리전이온도(Tg) 이상의 온도에서 전극 계면에 가압되어 전극과 분리막이 서로 결착되어 있는 전극 분리막 복합체를 형성함으로써, 전극과 분리막의 결착력이 향상되고, 분리막의 기계적 강도 향상되어 충방전시 전극의 팽창 및 수축으로 인해 유발되는 전극조립체의 변형을 효과적으로 방지할 수 있는 바, 전지의 안정성 및 내구성이 우수한 리튬 이차전지용 전극조립체를 제공할 있는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체를 나타낸 모시적인 측면도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체의 전극 분리막 복합체를 나타낸 모식적인 측면도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 분리막 복합체를 열 압착하기 이전의 구조를 나타낸 모식적인 측면도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체의 분리막 양면에 전극 분리막 복합체가 형성된 구조를 나타낸 모식적인 측면도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체의 전극 분리막 복합체를 나타낸 모식적인 측면도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다;
도 8은 본 발명의 실험예1의 결과를 나타낸 그래프이다.
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 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체를 나타낸 측면도가 모시적으로 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체의 전극 분리막 복합체를 나타낸 측면도가 모시적으로 도시되어 있다.
도 1을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체(100)는 양극합제(114)가 집전체(112) 양면에 도포된 양극(110)과 음극합제(124)가 집전체(122) 양면에 도포된 음극(120)이 분리막(130)을 사이에 두고 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있는 스택(stack)형 전극조립체(100)이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체(100)의전극 분리막 복합체(200)는 일면에 전극활물질이 도포되어 있는 양극(110), 분리막(130), 및 이러한 리튬 이차전지용 전극조립체(100)의 분리막(130)의 일면에 코팅되어 있는 아크릴계 수지를 포함하는 접착층(140)을 포함하고 있다. 이러한 접착층(140)은 아크릴계 수지의 유리전이온도(Tg) 이상의 온도에서 양극(110) 계면에 가압되어 양극(110)과 분리막(130)이 서로 결착되어 있는 전극 분리막 복합체 (200)를 형성하고 있다.
이때, 접착층(140)의 두께(T1)는 0.5 마이크로미터 내지 50 마이크로미터이며, 또한, 접착층(140)의 코팅 면적은 분리막(130) 일면의 전체 면적은 100%이다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 분리막 복합체를 열 압착하기 이전의 구조를 나타낸 측면도가 모식적으로 나타나있다.
도 2와 도 3을 함께 참조하면, 전극 분리막 복합체(200)를 열 압착하여 형성되기 이전의 접착층(140)의 코팅 두께(T3)는 가압 공정 이후의 접착층(140)의 두께(T1)에 190% 내지 210%이다.
도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체의 분리막(130) 양면에 전극 분리막 복합체(210)가 형성된 구조를 나타낸 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 도 3의 전극 분리막 복합체(210)의 분리막(130)의 접착층(140)이 형성되지 않은 일면에 아크릴계 수지를 포함하는 접착층(141)을 코팅하여 형성시키고, 형성된 접착층(141)을 아크릴계 수지의 유리전이온도(Tg) 이상의 온도에서 전극 계면에 가압하여 음극(120)과 분리막(130)이 서로 결착되어 있는 전극 분리막 복합체(210)가 형성되어 있다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체의 전극 분리막 복합체(300)를 나타낸 측면도가 모식적으로 나타나 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체(도시하지 않음)의 전극 분리막 복합체(300)는 접착층(340)에 무기물 필러(350)를 포함하고 있고, 이러한 무기물 필러(230)로 Al2O3을 사용하였고, 무기물 필러(350)의 함량은 아크릴계 수지의 전체 중량에 대해 0.1 중량% 내지 30 중량%이다.
또한, 무기물 필러(350)의 평균 입경(D50)은 접착층(140)의 두께(T1)를 기준으로 30% 내지 50%의 크기이다.
도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체를 제조하는 방법을 나타낸 순서도가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체를 제조하는 방법(500)은,
분리막(130)의 일면에 아크릴계 수지를 포함하는 접착층(140)을 형성시키는 (a) 과정(510);
전극과 분리막(130)의 접착층(140)이 서로 대면하도록 배열하는 (b) 과정(520);
분리막(130)의 접착층(140)을 아크릴계 수지의 유리전이온도 이상의 온도에서 전극 계면에 열 프레스(heat press) 공정을 통해 가압하는 (c) 과정(530); 및
결착된 전극 분리막 복합체(200)를 유리전이온도 미만의 온도에서 경화하는 (d) 과정(540);
을 포함하고 있다.
여기서, 분리막(130)에 코팅된 접착층(140)을 유리전이온도(Tg)까지 가온함에 따라 접착층(140)의 일부가 용융되는 바, 용융된 접착층(140)을 전극 계면에 가압할 경우, 전극 계면과의 접착력을 발휘하여 전극과 분리막(130)이 서로 결착되도록 할 수 있고, 이후 유리전이온도(Tg) 미만의 온도에서 용융된 접착층(140)을 경화되어 용융 이전의 접착층(140)이 갖는 경도 보다 더 높은 강도를 가질 수 있어 강성 높은 전극 분리막 복합체(200)를 형성한다.
아크릴계 수지의 유리전이온도는 섭씨 60도 내지 섭씨 100도이다. 또한, (c) 과정(530)에서 분리막(130)의 접착층(140)이 전극 계면에 가압되는 가압력은 580 kg·f/m2 내지 780 kg·f/m2로 설정하였다.
접착층(140)의 (a) 과정(510)의 코팅 두께는 (c) 과정(530)의 가압 공정 이후의 접착층(140)의 두께에 190% 내지 210%로 설정하였다.
도 6에는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체를 제조하는 방법을 나타낸 순서도가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 도 5의 제조방법에서,
(d) 과정(540)의 분리막(130)의 접착층(140)이 코팅되어 있지 않은 일면에 아크릴계 수지를 포함하는 접착층(140)을 형성시키는 (e) 과정(610);
전극과 반대 극성을 가진 전극을 (e) 과정에서 형성시킨 분리막(130)의 접착층(140)과 서로 대면하도록 배치하는 (f) 과정(620);
분리막(130)의 접착층(140)을 아크릴계 수지의 유리전이온도 이상의 온도에서 반대 극성을 가진 전극 계면에 열 프레스(heat press) 공정을 통해 가압하는 (g) 과정(630); 및
(g) 과정에서 결착된 전극 분리막 복합체(200)를 유리전이온도 미만의 온도에서 경화하는 (h) 과정(640);
을 더 포함하고 있다.
이하의 실시예, 비교예 및 실험예에서 본 발명의 내용을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1>
(전극의 제조)
양극은, NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)를 분산매로 사용하고, 활물질인 LiCoO2(96g), 아세틸렌 블랙(2g) 및 PVDF 바인더(2g)를 혼합하여 슬러리를 제조한 후 알루미늄 호일에 150 마이크로미터의 두께로 코팅하여 건조한 후 압착하여 양극을 제조하였다.
(전극 분리막 복합체 제조)
무기물 입자 Al2O3을 7 ㎛의 두께의 폴리에틸렌 분리막의 일면에 도포한 후, 아크릴계 수지를 접착층의 두께가 0.5 ㎛이 되도록 도포하여 코팅된 분리막을 제조한다. 준비된 양극의 일면과 코팅된 분리막의 접착층이 서로 대면하도록 배치한 다음, 유리전이온도인 섭씨 80도로 가열된 롤러로 압착하여 전극과 분리막을 결착시킨다.
<실시예 2> (전극 분리막 복합체 제조)
아크릴계 수지를 접착층의 두께가 1.0 ㎛이 되도록 도포한 것을 제외하고, 실시예 1의 제조방법에 따라 제조되었다.
<비교예 1> (전극 분리막 복합체 제조)
아크릴계 수지를 도포하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1의 제조방법에 따라 제조되었다.
<비교예 2> (전극 분리막 복합체 제조)
아크릴계 수지를 접착층의 두께가 2.0 ㎛이 되도록 도포한 것을 제외하고, 실시예 1의 제조방법에 따라 제조되었다.
<실험예 1> (전극 분리막 복합체의 강도 측정 시험)
Texture Analyser(3pint bending) 분석 장비를 사용하여 실시예들 및 비교예들의 전극분리막 복합체의 강도를 측정하였고, 그 결과를 하기 도 8과 표 1에 나타내었다.
강도 (비교예 1 대비 강도, %)
비교예 1 100%
실시예 1 112%
실시예 2 138%
비교예 2 193%
상기 표 1의 결과에서처럼, 본원의 실시예 1 및 2는 접착층이 형성되지 않은 비교예 1에 비해 높은 강도를 나타내었고, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체는 분리막의 기계적 강도 향상되어 충방전시 전극의 팽창 및 수축으로 인해 유발되는 전극조립체의 변형을 효과적으로 방지할 수 있는 것을 예상할 수 있다. 반면에, 비교예 2는 실시예 1 및 2에 비해 강도가 월등히 높지만, 접착층의 두께가 너무 두꺼워 접착층이 전지의 충방전 성능에 저항으로 작용하기 때문에 적절하지 못하다.
앞서 설명하였듯이, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체는, 분리막 일면 또는 양면에 아크릴계 수지를 포함하는 접착층이 코팅되어 있고, 상기 접착층이 아크릴계 수지의 유리전이온도(Tg) 이상의 온도에서 전극 계면에 가압되어 전극과 분리막이 서로 결착되어 있는 전극 분리막 복합체를 형성함으로써, 전극과 분리막의 결착력이 향상되고, 분리막의 기계적 강도 향상되어 충방전시 전극의 팽창 및 수축으로 인해 유발되는 전극조립체의 변형을 효과적으로 방지할 수 있는 바, 전지의 안정성 및 내구성이 우수한 리튬 이차전지용 전극조립체를 제공할 있는 효과를 발휘한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (23)

  1. 양면 중 적어도 일면에 전극활물질이 도포되어 있는 둘 이상의 전극들 및 상기 전극들 사이에 개재되는 분리막을 포함하고 있고,
    상기 분리막 일면 또는 양면에는 무기물 필러와 아크릴계 수지를 포함하는 접착층이 코팅되어 있으며,
    상기 분리막의 접착층은 아크릴계 수지의 유리전이 온도(Tg)인 섭씨 60도 내지 섭씨 100도 내지 이보다 10℃ 높은 온도에서 전극 계면에 가압되어 전극과 분리막이 서로 결착되어 있는 전극 분리막 복합체를 형성하고 있으며,
    상기 아크릴계 수지는 단량체, 올리고머, 저분자량의 고분자 중의 적어도 하나 이상을 포함하고 있고, 상기 단량체, 올리고머, 또는 저분자량의 고분자의 혼합물이 중합되어 접착층을 형성하고 있고,
    상기 단량체 또는 올리고머는 아크릴레이트계, 또는 아크릴산 유도체이고, 상기 고분자는 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 또는 우레탄 아크릴레이트이며,
    상기 접착층의 두께는 0.5 마이크로미터 내지 1.0 마이크로미터이고,
    상기 접착층의 코팅 면적은 분리막 일면의 전체 면적의 50% 내지 100%이며,
    상기 접착층은 분리막 상에 평면상으로 복수의 스트립 형상들이 반복적으로 형성되어 있는 패턴, 또는 평면상으로 복수의 아일랜드 형상들이 등간격으로 형성되어 있는 패턴으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있는 스택(stack)형 전극조립체, 또는 긴 분리 필름 상에 양극, 음극, 분리막을 포함하는 유닛셀들을 위치시킨 상태에서 권취한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체, 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 접합되어 있는 라미네이션-스택형 전극조립체인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 접착층이 전극 계면에 가압되는 가압력은 580 kg·f/m2 내지 780 kg·f/m2인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 무기물 필러의 함량은 아크릴계 수지의 전체 중량에 대해 0.1 중량% 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 무기물 필러는 Al2O3, ZnO, ZnS, SiO2, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, Y2O3, TiO2, Sb2O3, BaTiO3, SrTiO3, SiC 및 Si3N4로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 필러의 평균 입경(D50)은 접착층의 두께를 기준으로 10 내지 80%의 크기인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체.
  16. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항, 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 하나에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체를 제조하는 방법으로서,
    (a) 분리막의 일면에 아크릴계 수지를 포함하는 접착층을 형성시키는 과정;
    (b) 상기 전극과 분리막의 접착층이 서로 대면하도록 배열하는 과정;
    (c) 상기 분리막의 접착층을 아크릴계 수지의 유리전이온도 이상의 온도에서 전극 계면에 열 프레스(heat press) 공정을 통해 가압하는 과정; 및
    (d) 결착된 전극 분리막 복합체를 유리전이온도 미만의 온도에서 경화하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 아크릴계 수지는 유리전이온도가 섭씨 60도 내지 섭씨 100도인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 (c) 과정에서 분리막의 접착층이 전극 계면에 가압되는 가압력은 580 kg·f/m2 내지 780 kg·f/m2인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 접착층의 (a) 과정의 코팅 두께는 (c) 과정의 가압 공정 이후의 접착층의 두께에 190% 내지 210%로 설정하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    (e) 상기 (d) 과정의 분리막의 접착층이 코팅되어 있지 않은 일면에 아크릴계 수지를 포함하는 접착층을 형성시키는 과정;
    (f) 상기 전극과 반대 극성을 가진 전극을 (e) 과정에서 형성시킨 분리막의 접착층과 서로 대면하도록 배치하는 과정;
    (g) 상기 분리막의 접착층을 아크릴계 수지의 유리전이온도 이상의 온도에서 반대 극성을 가진 전극 계면에 열 프레스(heat press) 공정을 통해 가압하는 과정; 및
    (h) 상기 (g) 과정에서 결착된 전극 분리막 복합체를 유리전이온도 미만의 온도에서 경화하는 과정;
    을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  21. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항, 제 13항 내지 제 15 항 중 어느 하나에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  22. 제 21 항에 따른 전지셀을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  23. 제 22 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 모바일 디바이스.
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