KR102248305B1 - 원통형 젤리롤에 사용되는 스트립형 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지 - Google Patents

원통형 젤리롤에 사용되는 스트립형 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스트립형 전극조립체가, 코어부에 중공이 형성되도록 원통형으로 권취되어 있는 원통형 젤리롤에 사용되는 스트립형 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로, 스트립형 전극 집전체; 상기 스트립형 전극 집전체의 적어도 일면에 형성된 제1 전극 활물질층; 및 상기 제1 전극 활물질층 상에 형성된 제2 전극 활물질층을 포함하고, 상기 제2 전극 활물질층은, 상기 제1 전극 활물질층의 길이방향의 일측 표면의 일부가 외부로 노출되도록, 상기 제1 전극 활물질층이 형성되어 있는 길이보다 짧은 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 스트립형 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.

Description

원통형 젤리롤에 사용되는 스트립형 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지{Strip-type electrode using in a cylindrical jelly roll and lithium secondary battery including the same}
본 발명은 원통형 젤리롤에 사용되는 스트립형 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지는 전지 케이스의 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.
또한, 전지 케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 스트립형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류된다. 그 중 젤리롤형 전극조립체는 제조가 가장 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
이러한 젤리롤 전극조립체는, 스트립형의 양극, 스트립형의 분리막 및 스트립형의 음극이 적층된 구조를 포함하는 스트립형의 전극조립체가 원통형 등으로 권취되어 있다.
한편, 최근 고용량 특성이 요구됨에 따라 고로딩의 전극제조가 필요한 상황인데, 이러한 원통형 전지의 고로딩 전극 적용시, 코어부에서 전극 코팅층에 크랙(crack)이 발생하게 되어 문제가 발생하고 있다.
본 발명은 원통형 젤리롤의 코어부의 전극 코팅층에 발생할 수 있는 크랙을 개선하는 동시에 리튬 이차전지의 성능 저하를 방지할 수 있는 스트립형 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 스트립형 전극조립체가, 코어부에 중공이 형성되도록 원통형으로 권취되어 있는 원통형 젤리롤에 사용되는 스트립형 전극에 관한 것으로, 스트립형 전극 집전체; 상기 스트립형 전극 집전체의 적어도 일면에 형성된 제1 전극 활물질층; 및 상기 제1 전극 활물질층 상에 형성된 제2 전극 활물질층을 포함하고, 상기 제2 전극 활물질층은, 상기 제1 전극 활물질층의 길이방향의 일측 표면의 일부가 외부로 노출되도록, 상기 제1 전극 활물질층이 형성되어 있는 길이보다 짧은 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 스트립형 전극이 제공된다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 상기 제1 양태에서 상기 스트립형 전극 집전체의 길이방향의 일측 표면의 일부가 외부로 노출되도록, 상기 스트립형 전극 집전체의 길이보다 짧은 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 스트립형 전극이 제공된다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 상기 제1 양태 또는 제2 양태에서 상기 제1 전극 활물질층과 상기 제2 전극 활물질층의 두께는 1:9 내지 7:3의 비율로 형성된 것을 특징으로 하는 스트립형 전극이 제공된다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 상기 제1 내지 제3 양태중 어느 하나의 양태에서 상기 제1 전극 활물질층과 상기 제2 전극 활물질층의 두께는 3:7 내지 6:4의 비율로 형성된 것을 특징으로 하는 스트립형 전극이 제공된다.
본 발명의 제5 양태에 따르면, 스트립형 전극조립체가, 코어부에 중공이 형성되도록 원통형으로 권취되어 있는 원통형 젤리롤을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로, 상기 스트립형 전극조립체는, 스트립형 양극, 스트립형 세퍼레이터 및 스트립형 음극이 차례대로 적층되어 있는 구조이고, 상기 스트립형 양극 또는 상기 스트립형 음극은, 상기 제1 양태 내지 제4 양태중 어느 하나의 양태에 기재된 스트립형 전극인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지가 제공된다.
본 발명의 제6 양태에 따르면, 상기 제5 양태에서 상기 원통형 젤리롤은, 상기 제1 전극 활물질층이 노출되어 있는 상기 스트립형 전극조립체의 일측 부분이 상기 원통형 젤리롤의 코어부에 위치하도록 권취되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지가 제공된다.
본 발명의 제7 양태에 따르면, 상기 제5 양태 또는 제6 양태에서 상기 리튬 이차전지는, 상기 원통형 젤리롤의 상기 코어부에 삽입되어 있는 센터핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지가 제공된다.
본 발명의 제8 양태에 따르면, 상기 제5 양태 내지 제7 양태 중 어느 하나의 양태에서 상기 제1 전극 활물질층이 외부로 노출되어 있는 표면의 길이는, 상기 센터핀 둘레 길이의 1배 내지 3배인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지가 제공된다.
본 발명의 제9 양태에 따르면, 상기 제5 양태 내지 제8 양태 중 어느 하나의 양태에서 상기 제1 전극 활물질층과 상기 제2 전극 활물질층 각각이 바인더를 함유하고, 상기 제1 전극 활물질층에 함유된 바인더와 상기 제2 전극 활물질층에 함유된 바인더가 90:10 내지 60:40 중량비의 범위로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지가 제공된다.
본 발명의 제10 양태에 따르면, 상기 제5 양태 내지 제9 양태 중 어느 하나의 양태에서 상기 스트립형 전극이 스트립형 양극인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지가 제공된다.
본 발명의 스트립형 전극은 형성 면적이 서로 상이한 적어도 2층의 전극 활물질층로 형성되어 있고, 원통형 젤리롤의 코어부에 위치하는 스트립형 전극 부위, 예컨대, 센터핀 둘레를 1 내지 3회 권취하고 있는 스트립형 전극 부위가 보다 얇은 두께로 형성되어 있으므로, 원통형 젤리롤의 코어부에서의 로딩량과 압연율이 감소될 수 있으며, 궁극적으로는 원통형 젤리롤의 코어부에 위치한 스트립형 전극에서 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 스트립형 전극은 상대적으로 얇은 두께로 형성된 부분을 제외한 부위는 고로딩에 의해 상대적으로 두꺼운 두께로 형성되므로, 고용량 특성의 이차전지가 요구되는 최근 니즈에 부합할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시양태에 따르면, 고로딩 형태의 스트립형 전극에서 전극집전체와 전극활물질층 간에 우수한 결착력을 나타내는 동시에 리튬이차전지의 전기전도도는 우수하게 유지될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 하나의 전극 활물질층이 형성되어 있는 스트립형 전극의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 하나의 전극 활물질층이 형성되어 있는 스트립형 전극의 상면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 층의 전극 활물질층이 형성되어 있는 스트립형 전극의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 층의 전극 활물질층이 형성되어 있는 스트립형 전극의 상면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세 층의 전극 활물질층이 형성되어 있는 스트립형 전극의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세 층의 전극 활물질층이 형성되어 있는 스트립형 전극의 상면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 실시예와 도면에 도시된 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.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 전극 활물질층이 형성되어 있는 스트립형 전극의 단면 및 상면을 각각 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 균일한 두께를 갖는 단일 전극 활물질층(12)이 스트립형 전극 집전체(11)상에 형성되어 있다. 이러한 스트립형 전극(10)으로 추후 원통형 젤리롤을 제조하게 되면, 원통형 젤리롤의 코어부에 해당하는 부분의 전극 활물질층에서 크랙이 발생할 수 있다. 이러한 문제점은 전극 활물질층의 두께가 더 두꺼운 고로딩 전극일 경우 더 심화되는 경향이 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 층의 전극 활물질층이 형성되어 있는 스트립형 전극의 단면 및 상면을 각각 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 스트립형 전극(100)은, 스트립형 전극조립체가, 코어부에 중공이 형성되도록 원통형으로 권취되어 있는 원통형 젤리롤에 사용되는 스트립형 전극(100)에 관한 것으로, 스트립형 전극 집전체(110); 상기 스트립형 전극 집전체(110)의 적어도 일면에 형성된 제1 전극 활물질층(120); 및 상기 제1 전극 활물질층(120) 상에 형성된 제2 전극 활물질층(130)을 포함하고, 상기 제2 전극 활물질층(130)은, 상기 제1 전극 활물질층(120)의 길이방향의 일측 표면의 일부가 외부로 노출되도록, 상기 제1 전극 활물질층(120)이 형성되어 있는 길이보다 짧은 길이로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 형성 면적이 서로 상이한 2층의 전극 활물질층이 형성되어 있기 때문에, 원통형 젤리롤의 코어부에 위치하는 스트립형 전극 부위의 전극 활물질층의 코팅 두께를 얇게 형성시킬 수 있고, 이로써, 원통형 젤리롤의 코어부에서의 로딩량과 압연율을 감소시켜, 코어부에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서 상기 제1 전극 활물질층(120)은, 상기 스트립형 전극 집전체(110)의 길이방향의 일측 표면의 일부가 외부로 노출되도록, 상기 스트립형 전극 집전체(110)의 길이보다 짧은 길이로 형성된 것일 수 있다. 외부로 노출된 상기 스트립형 전극 집전체(110)의 표면에는, 추후 전극탭이 부착되어 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시양태에서 상기 제1 전극 활물질층(120)과 상기 제2 전극 활물질층(130)의 두께는, 1:9 내지 7:3 또는 3:7 내지 6:4의 비율로 형성될 수 있다. 상기 제1 전극 활물질층의 두께가 상기 비율 미만으로 너무 얇게 형성되는 경우, 전극 활물질층의 코팅 공정성이 저하될 수 있는 문제가 있고, 상기 제1 전극 활물질층의 두께가 상기 비율을 초과하여 너무 두껍게 형성되는 경우, 상기 원통형 젤리롤 코어부에서의 크랙 개선 효과가 저하될 수 있어 바람직하지 않다.
한편, 상기 제1 전극 활물질층 및 상기 제2 전극 활물질층의 총 두께는 일반적인 전극 활물질층의 두께와 유사할 수 있고, 더욱 구체적으로 전극 활물질층의 총 두께는 10 내지 300 ㎛일 수 있다.
그리고, 상기 스트립형 전극은, 양극 또는 음극일 수 있으며, 활물질이 고로딩되는 전극에서 특히 바람직하다. 상기 활물질이 고로딩되는 전극은 양극일 수 있다.
이때, 상기 전극조립체를 이루는 양극, 음극 및 분리막은 통상적인 방법으로 제조되어 리튬 이차전지 제조 시 사용되던 것들이 모두 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서 양극은 양극 집전체 상에, 단차를 형성하도록 제1 양극 활물질층과 제2 양극 활물질층을 형성하여 제조할 수 있다. 즉, 양극활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 제1 양극 활물질층을 위한 슬러리 및 양극활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 제1 양극 활물질층을 위한 제2 양극 활물질층을 위한 슬러리를 각각 준비하고, 상기 제1 양극 활물질층을 위한 슬러리를 전극집전체에 코팅한 후, 건조 및 압연하고, 제1 전극 활물질층이 형성되어 있는 길이보다 짧은 길이가 되도록 제2 양극 활물질층을 위한 슬러리를 제1 양극 활물질층 상에 코팅하고, 건조 및 압연하여 양극을 제작한다.
상기 양극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 양극 활물질은 하기 화학식 1로 표시되는 리튬 전이금속 산화물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Li(NiaCobMnc)O2
상기 화학식 1에서,
0.55≤a≤0.9, 0.05≤b≤0.22, 0.05≤c≤0.23이고, a+b+c=1이다.
이러한 양극활물질은 그 대표적인 예로 Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2, Li(Ni0.7Mn0.15Co0.15)O2, 또는 Li(Ni0.8Mn0.1Co0.1)O2를 들 수 있다.
또한, 상기 양극 활물질은 상기 화학식 1로 표시되는 리튬 전이금속 산화물 외에도 필요에 따라 리튬-망간계 산화물(예를 들면, LiMnO2, LiMn2O4 등), 리튬-코발트계 산화물(예를 들면, LiCoO2 등), 리튬-니켈계 산화물(예를 들면, LiNiO2 등), 리튬-니켈-망간계 산화물(예를 들면, LiNi1 - YMnYO2(여기에서, 0<Y<1), LiMn2 - zNizO4(여기에서, 0＜Z＜2) 등), 리튬-니켈-코발트계 산화물(예를 들면, LiNi1 - Y1CoY1O2(여기에서, 0<Y1<1) 등), 리튬-망간-코발트계 산화물(예를 들면, LiCo1 - Y2MnY2O2(여기에서, 0<Y2<1), LiMn2 - z1Coz1O4(여기에서, 0＜Z1＜2) 등), 또는 리튬-니켈-코발트-전이금속(M) 산화물(예를 들면, Li(Nip2Coq2Mnr3MS2)O2(여기에서, M은 Al, Fe, V, Cr, Ti, Ta, Mg 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되고, p2, q2, r3 및 s2는 각각 독립적인 원소들의 원자분율로서, 0＜p2＜1, 0＜q2＜1, 0＜r3＜1, 0＜s2＜1, p2+q2+r3+s2=1이다)) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물을 더 포함할 수 있다.
이러한 양극 활물질은 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, 또는 리튬 니켈코발트알루미늄 산화물(예를 들면, Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2 등) 등일 수 있다.
상기 양극 활물질은 양극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99 중량%, 구체적으로 93 중량% 내지 98 중량%로 포함될 수 있다. 이때, 양극 활물질 함량이 80 중량% 이하인 경우 에너지 밀도가 낮아져 용량이 저하될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따르면, 제1 양극 활물질층에 함유된 바인더 함량과 제2 양극 활물질층에 함유된 바인더 함량은 90:10 내지 60:40의 중량비일 수 있다. 양극을 제작하기 위해 양극 슬러리를 전류집전체에 코팅하고, 건조하는 과정에서 바인더가 위치 이동할 수 있으며, 일례로, 양극 슬러리 하부, 즉, 집전체에 인접하게 분포하는 바인더는 양극 표면, 즉, 집전체와 멀어지는 방향으로 이동할 수 있다. 그 결과, 양극 집전체와 양극 활물질층을 결착시키는 위치에서의 바인더 함량이 감소하게 되어, 양극 활물질층과 양극집전체간의 접착력이 저하될 수 있다. 이러한 문제점은 활물질층이 두꺼운 두께로 형성되는 고로딩 양극의 경우에 특히 심하게 발생하게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시양태에 따르면, 제1 양극 활물질층에 상대적으로 다량의 바인더를 포함할 수 있다. 다만, 길이 방향으로 노출된 제1 양극 활물질층에서는 제2 양극 활물질층이 존재하지 않아, 바인더 이동이 상대적으로 제한되므로, 다량의 바인더는 그대로 제1 양극 활물질층에 유지되게 존재한다. 그 결과, 길이 방향으로 노출된 제1 양극 활물질층에서 바인더가 전기 저항으로 작용하여 전지의 전기전도도를 감소시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에 따르면, 양극집전체와 양극 활물질층이 바람직한 정도로 결착력을 가지면서 제1 양극 활물질층의 전기 저항이 과도하게 증가하지 않도록 상기 제1 양극 활물질층과 제2 양극 활물질층 각각에 함유된 바인더 함량을 90:10 내지 60:40 중량비의 범위로 할 수 있다.
상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 또는 서멀 블랙 등의 탄소 분말; 결정구조가 매우 발달된 천연 흑연, 인조흑연, 또는 그라파이트 등의 흑연 분말; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가될 수 있다.
상기 도전재는 아세틸렌 블랙 계열인 쉐브론 케미칼 컴퍼니(Chevron Chemical Company)나 덴카 블랙(Denka Singapore Private Limited), 걸프 오일 컴퍼니(Gulf Oil Company) 제품 등), 케첸 블랙(Ketjenblack), EC 계열(아르막 컴퍼니(Armak Company) 제품), 불칸(Vulcan) XC-72(캐보트 컴퍼니(Cabot Company) 제품) 및 수퍼(Super) P(Timcal 사 제품) 등의 명칭으로 시판되고 있는 것을 사용할 수도 있다.
상기 용매는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 등의 유기용매를 포함할 수 있으며, 상기 양극 활물질 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 양극 슬러리 중의 고형분 농도가 10 중량% 내지 70 중량%, 바람직하게 20 중량% 내지 60 중량%가 되도록 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서 음극은 음극 집전체 상에, 단차를 형성하도록 제1 음극 활물질층과 제2 음극 활물질층을 형성하여 제조할 수 있다. 즉, 음극활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 제1 음극 활물질층을 위한 슬러리 및 음극활물질, 바인더, 도전재 및 용매 등을 포함하는 제1 음극 활물질층을 위한 제2 음극 활물질층을 위한 슬러리를 각각 준비하고, 상기 제1 음극 활물질층을 위한 슬러리를 전극집전체에 코팅한 후, 건조 및 압연하고, 제1 전극 활물질층이 형성되어 있는 길이보다 짧은 길이가 되도록 제2 음극 활물질층을 위한 슬러리를 제1 음극 활물질층 상에 코팅하고, 건조 및 압연하여 음극을 제작한다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 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.
또한, 상기 음극활물질은 리튬 금속, 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 탄소 물질, 금속 또는 이들 금속과 리튬의 합금, 금속 복합 산화물, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 및 전이 금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 탄소 물질로는, 리튬 이온 이차전지에서 일반적으로 사용되는 탄소계 음극 활물질이라면 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 인편상(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 금속 또는 이들 금속과 리튬의 합금으로는 Cu, Ni, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속 또는 이들 금속과 리튬의 합금이 사용될 수 있다.
상기 금속 복합 산화물로는 PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5, LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), 및 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) 로 이루어진 군에서 선택되는 것이 사용될 수 있다.
상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질로는 Si, SiOx(0 < x < 2), Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님), Sn, SnO2, Sn-Y(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 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, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 바인더는 도전재, 활물질 및 집전체 간의 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 음극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가될 수 있다.　이러한 바인더의 예로는, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따르면, 제1 음극 활물질층에 함유된 바인더 함량과 제2 음극 활물질층에 함유된 바인더 함량은 90:10 내지 60:40의 중량비일 수 있다. 양극과 마찬가지로 음극에서도, 음극을 제작하기 위해 음극 슬러리를 전류집전체에 코팅하고, 건조하는 과정에서 바인더가 위치 이동할 수 있으며, 일례로, 음극 슬러리 하부, 즉, 집전체에 인접하게 분포하는 바인더는 음극 표면, 즉, 집전체와 멀어지는 방향으로 이동할 수 있다. 그 결과, 음극 집전체와 음극 활물질층을 결착시키는 위치에서의 바인더 함량이 감소하게 되어, 음극 활물질층과 음극집전체간의 접착력이 저하될 수 있다. 이러한 문제점은 활물질층이 두꺼운 두께로 형성되는 고로딩 음극의 경우에 특히 심하게 발생하게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시양태에 따르면, 제1 음극 활물질층에 상대적으로 다량의 바인더를 포함할 수 있다. 다만, 길이 방향으로 노출된 제1 음극 활물질층에서는 제2 음극 활물질층이 존재하지 않아, 바인더 이동이 상대적으로 제한되므로, 다량의 바인더는 그대로 제1 음극 활물질층에 유지되게 존재한다. 그 결과, 길이 방향으로 노출된 제1 음극 활물질층에서 바인더가 전기 저항으로 작용하여 전지의 전기전도도를 감소시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에 따르면, 음극집전체와 음극 활물질층이 바람직한 정도로 결착력을 가지면서 제1 음극 활물질층의 전기 저항이 과도하게 증가하지 않도록 상기 제1 음극 활물질층과 제2 음극 활물질층 각각에 함유된 바인더 함량을 90:10 내지 60:40 중량비의 범위로 할 수 있다.
상기 도전재는 음극 활물질의 도전성을 더욱 향상시키기 위한 성분으로서, 음극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%로 첨가될 수 있다.　이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 또는 서멀 블랙 등의 탄소 분말; 결정구조가 매우 발달된 천연 흑연, 인조흑연, 또는 그라파이트 등의 흑연 분말; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 용매는 물 또는 NMP, 알코올 등의 유기용매를 포함할 수 있으며, 상기 음극 활물질 및 선택적으로 바인더 및 도전재 등을 포함할 때 바람직한 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 음극 슬러리 중의 고형분 농도가 50 중량% 내지 75 중량%, 바람직하게 50 중량% 내지 65 중량%가 되도록 포함될 수 있다.
또한, 분리막으로는 종래에 분리막으로 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전이 금속 산화물로는 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등을 들 수 있다.
상기 음극 활물질은 음극 슬러리 중 고형분의 전체 중량을 기준으로 80 중량% 내지 99 중량%로 포함될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극 활물질층과 상기 제2 전극 활물질층은 동일한 성분으로 이루어진 것일 수도 있고, 다른 성분으로 이루어진 것일 수도 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 바와 같이 2개의 전극 활물질층이 아닌, 3개 이상의 전극 활물질층으로 형성될 수도 있다. 권심 부재인 센터핀의 곡률에 따라, 크랙 개선 효과가 저하되지 않는 범위 내에서, 형성길이가 다른 적절한 복수개의 전극 활물질층을 선택하여 적용할 수 있다. 이 경우, 상기 복수개의 전극 활물질층의 총 두께는 일반적인 전극 활물질층의 두께와 유사할 수 있고, 더욱 구체적으로 전극 활물질층의 총 두께는 10 내지 300 ㎛일 수 있다.
일 예로, 도 5 및 도 6을 참조하면, 스트립형 전극 집전체(110)에서부터 차례대로 3개의 전극 활물질층(120, 130, 140)이 형성되어 있는데, 최외곽에 형성되어 있는 제3 전극 활물질층(140)은, 그 내부에 형성되어 있는 제2 전극 활물질층(130)이 형성되어 있는 길이보다 짧은 길이로 형성되어 있다. 이 경우에도, 원통형 젤리롤의 코어부에 위치하는 스트립형 전극 부위의 전극 활물질층의 코팅 두께를 비교적 얇게 형성시킬 수 있기 때문에, 코어부에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 스트립형 전극조립체가, 코어부에 중공이 형성되도록 원통형으로 권취되어 있는 원통형 젤리롤을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로, 상기 스트립형 전극조립체는, 스트립형 양극, 스트립형 세퍼레이터 및 스트립형 음극이 차례대로 적층되어 있는 구조이고, 상기 스트립형 양극 또는 상기 스트립형 음극은, 전술한 본 발명의 스트립형 전극인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 원통형 젤리롤은, 상기 제1 전극 활물질층이 노출되어 있는 상기 스트립형 전극조립체의 일측 부분이 상기 원통형 젤리롤의 코어부에 위치하도록 권취되어 있는 것을 특징으로 한다.
이로써, 원통형 젤리롤의 코어부에서의 로딩량과 압연율을 감소시켜, 코어부에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 나아가 리튬 이차전지의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 상기 원통형 젤리롤의 양극에는 양극 탭이 부착되어 통상적으로 전지 캔의 상단부에 위치하여, 전지 캔을 밀봉하는 캡 조립체에 접속되고, 음극에는 음극 탭이 부착되어 전지 캔의 하단부에 접속된다.
한편, 상기 리튬 이차전지는, 상기 원통형 젤리롤의 상기 코어부에 삽입되어 있는 센터핀을 더 포함할 수 있다. 상기 센터핀의 직경은 특별히 한정되지 않으며, 일 실시양태에서 0.5 ~ 5.0 mm의 직경을 갖는 센터핀을 고려할 수 있다.
이때, 상기 제1 전극 활물질층이 외부로 노출되어 있는 표면의 길이는, 상기 센터핀 둘레 길이의 1배 내지 3배일 수 있다. 본원 명세서에서 '센터핀 둘레 길이'라 함은 센터핀이 원기둥 형태를 갖는다고 할 때 상기 원기둥을 수평방향으로 절단하였을 때 상기 원기둥 단면을 구성하는 원의 원주길이를 의미하는 것으로 이해한다. 상기 제1 전극 활물질층이 외부로 노출되어 있는 표면의 길이가 상기 센터핀 둘레 길이의 1배 미만인 경우, 제1 전극 활물질층만이 형성된 전극 부분의 길이가 과하게 짧아지게 되어, 이러한 전극 부분이 상기 센터핀을 충분히 감싸지 못하게 되고, 제2 전극 활물질층까지 형성된 전극 부분이 상기 센터핀을 감싸며 코어부에 위치하게 되므로, 코어부에서의 크랙 개선효과를 충분히 달성할 수 없다. 그리고, 상기 제1 전극 활물질층이 외부로 노출되어 있는 표면의 길이가 센터핀의 둘레 길이의 3배를 초과하는 경우, 단위 면적당 용량이 낮은 부분, 즉, 제1 전극 활물질층만이 형성된 전극 부분의 길이가 과하게 길어지게 되어, 전지 용량이 감소하게 될 우려가 있으므로 바람직하지 않다.
한편, 상기 전지 캔의 내부에는 상기 원통형 젤리롤과 전해액이 수용된다.
본 발명에서 사용될 수 있는 전해액은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+을 포함하고, B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, (CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤 (γ-부티로락톤) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 상기 전해액 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전지 조립 전 또는 전지 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 명확하고 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예 1
제1 양극 활물질층을 위한 슬러리의 제조
양극 활물질로서 LiNi0 . 6Co0 . 2Mn0 .2 (LG 화학, HN601A), 도전재로서 카본블랙 (Denka, SB50L), 고분자 바인더로서 PVdF (Kureha, KF 7200)를 중량 기준으로 94:3:2.7의 조성비로 준비하였다. N-메틸 피롤리돈 용매에 PVDF를 용해시켜서 바인더 용액을 형성하고, 여기에 활물질 입자와 도전재를 상기 바인더 용액에 투입하고, 일반적으로 사용되는 분산기(homogenizer)로 3,000 rpm에서 50 분간 분산시킴으로써 제1 양극 활물질 슬러리를 제조하였다.
제2 양극 활물질층을 위한 슬러리의 제조
양극 활물질로서 LiNi0 . 6Co0 . 2Mn0 .2 (LG 화학, HN601A), 도전재로서 카본블랙(Denka, SB50L), 고분자 바인더로서 PVdF (Kureha, KF 7200)를 중량 기준으로 96:3:0.3의 조성비로 준비하였다. N-메틸 피롤리돈 용매에 PVDF를 용해시켜서 바인더 용액을 형성하고, 여기에 활물질 입자와 도전재를 상기 바인더 용액에 투입하고, 일반적으로 사용되는 분산기(homogenizer)로 3,000 rpm에서 50 분간 분산시킴으로써 제2 전극 활물질 슬러리를 제조하였다.
슬러리의 코팅
제1 양극 활물질층을 위한 슬러리를, 17㎛의 두께를 갖는 알루미늄 호일 일면에 330 mg/25cm2의 로딩량으로 도포하여 제1 양극 활물질층을 형성시켰다. 이어서 제2 양극 활물질층을 위한 슬러리를, 상기 제1 양극 활물질층 위에 330 mg/25cm2의 로딩량으로 도포하되, 권심 부재인 센터핀을 2회 권취할 수 있는 길이만큼 제1 전극 활물질층(120)이 노출되도록, 상기 제1 전극 활물질층(120) 부분을 제외하고 제2 양극 활물질층을 위한 슬러리를 코팅하고, 건조 및 압연하여 양극을 제작하였다. 형성된 제1 전극 활물질층과 제2 전극 활물질층은 5:5의 두께비로 형성되었으며, 제1 양극 활물질층에 함유된 바인더 비율과 제2 양극 활물질층에 함유된 바인더 비율은 중량 기준으로 9:1 이었다.
실시예 2
실시예 1에서 제조한 제1 양극 슬러리의 조성을 양극 활물질, 도전재, 바인더 94.75:3:2.25 중량기준으로 제조하고, 제2 양극 슬러리의 조성을 양극 활물질, 도전재, 바인더 96.25:3:0.75 중량 기준으로 제조함으로써 제1 양극 활물질층에 포함된 바인더 : 제2 양극 활물질층에 포함된 바인더의 비율을 75:25 (중량 기준)로 변경시키는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 양극을 제작하였다.
실시예 3
실시예 1에서 제조한 제1 양극 슬러리의 조성을 양극 활물질, 도전재, 바인더 96.2:3:1.8 중량기준으로 제조하고, 제2 양극 슬러리의 조성을 양극 활물질, 도전재, 바인더 95.8:3:1.2 중량 기준으로 제조함으로써 제1 양극 활물질층에 포함된 바인더 : 제2 양극 활물질층에 포함된 바인더의 비율을 60:40 (중량 기준)로 변경시키는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 양극을 제작하였다.
비교예 1
실시예 1에서 제조한 제1 양극 슬러리의 조성을 양극 활물질, 도전재, 바인더 95.2:3:1.5 중량기준으로 제조하고, 제2 양극 슬러리의 조성을 양극 활물질, 도전재, 바인더 95.8:3:1.5 중량 기준으로 제조함으로써 제1 양극 활물질층에 포함된 바인더 : 제2 양극 활물질층에 포함된 바인더의 비율을 50:50 (중량 기준)로 변경시키는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 양극을 제작하였다.
비교예 2
실시예 1에서 제1 전극 활물질층(120)이 센터핀에 0.7회 권취할 수 있는 길이만큼만 노출되도록 하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 양극을 제작하였다.
비교예 3
양극 슬러리의 조성을 양극 활물질, 도전재, 바인더 95.2:3:1.5 중량 기준으로 제조하고 17 ㎛의 두께를 갖는 알루미늄 호일 일면에 660 mg/25 cm2의 로딩량으로 슬러리 도포하고 이를 건조 및 압연하여 양극을 제작하였다.
양극 접착력 시험
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 양극을 15 x 150 mm로 타발한 후, 타발한 양극 코팅면을 슬라이드 글라스 위에 양면 테이프로 부착하여 시편을 제조하였다. 제조된 시편을 UTM (Universal Test Machine) 접착력 측정기를 사용하여, 180°각도로 벗겨낼 때의 힘을 측정하였으며, 측정된 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
양극 크랙 시험
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 양극을 2 mm 직경의 봉에 와인딩하여, 와인딩 코어부에서의 양극 활물질층 표면에서 전극 크랙 혹은 단선 형성 여부를 육안으로 관찰하고, 측정된 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 양극 활물질층 표면에서 크랙 혹은 단선이 단 하나라도 발견되는 경우 크랙이 발생된 것으로 판단하고, 크랙이 전혀 발생하지 않은 경우에 크랙이 발생하지 않은 것으로 판단하였다.
전체 바인더 함량 중 제1 활물질층 바인더의 비율 전체 바인더 함량 중 제2 활물질층 바인더의 비율 제1 전극활물질층
노출 길이
(센터핀 권취 횟수)		 전극접착력
(gf/20mm)		 크랙 여부
(2 mm 직경의 봉 기준)
실시예 1 90 10 2 29 x
실시예 2 75 25 2 22 x
실시예 3 60 40 2 12 x
비교예 1 50 50 2 8 o
비교예 2 90 10 0.7 27 o
비교예 3 100 - (없음) -(없음) 7 o
상기 실시예1 내지 실시예3에서 나타난 결과와 같이, 제1 전극 활물질층의 노출된 표면이 센터핀을 권취할 수 있는 길이가 길 경우, 코어부 크랙이 발생하지 않았으며, 상기 비교예 1에 예시된 바와 같이 센터 핀을 권취할 수 있는 길이가 길어도 제1 양극 활물질층과 제2 양극 활물질층 각각에 함유된 바인더의 양이 동일한 경우에는 전극 슬러리 건조 과정에서 바인더가 양극 표면으로 이동하게 되며, 그 결과, 제1 양극 활물질층의 바인더 비율이 낮아지게 되어, 전극 집전체와의 접착력을 저하시키는 결과를 초래하여, 궁극적으로는 길이 방향으로 노출된 제1 양극 활물질층에 있는 양극 활물질 입자가 쉽게 탈리되는 문제점이 발생하게 된다.
또한, 비교예 3과 같이 1종의 전극 슬러리로 고로딩 전극을 형성할 경우, 건조과정에서 전극 표면으로의 바인더 이동으로 인하여 바인더 분포가 불균일해져, 전극 접착력이 저하되며, 와인딩시 두꺼운 전극이 직경이 얇은 센터핀에 와인딩되면서 코어부에서 전극 크랙이 발생한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10, 100: 스트립형 전극
11, 110: 스트립형 전극 집전체
12: 단일 전극 활물질층
120: 제1 전극 활물질층
130: 제2 전극 활물질층
140: 제3 전극 활물질층

Claims (10)

  1. 스트립형 전극조립체가, 코어부에 중공이 형성되도록 원통형으로 권취되어 있는 원통형 젤리롤을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로,
    상기 리튬 이차전지는 상기 원통형 젤리롤의 상기 코어부에 센터핀이 삽입되어 있고,
    상기 스트립형 전극조립체는, 스트립형 양극, 스트립형 세퍼레이터 및 스트립형 음극이 차례대로 적층되어 있는 구조이고,
    상기 스트립형 양극 또는 상기 스트립형 음극은,
    스트립형 전극 집전체;
    상기 스트립형 전극 집전체의 적어도 일면에 형성된 제1 전극 활물질층; 및
    상기 제1 전극 활물질층 상에 형성된 제2 전극 활물질층을 포함하고,
    상기 제2 전극 활물질층은, 상기 센터핀의 둘레 길이의 1배 내지 3배의 길이로 상기 제1 전극 활물질층의 길이방향의 일측 표면의 일부가 외부로 노출되도록, 상기 제1 전극 활물질층이 형성되어 있는 길이보다 짧은 길이로 형성되고,
    상기 제1 전극 활물질층과 상기 제2 전극 활물질층 각각이 바인더를 함유하고, 상기 제1 전극 활물질층에 함유된 바인더와 상기 제2 전극 활물질층에 함유된 바인더가 90:10 내지 60:40 중량비의 범위로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 활물질층은 상기 스트립형 전극 집전체의 길이방향의 일측 표면의 일부가 외부로 노출되도록, 상기 스트립형 전극 집전체의 길이보다 짧은 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 활물질층과 상기 제2 전극 활물질층의 두께는 1:9 내지 7:3의 비율로 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 활물질층과 상기 제2 전극 활물질층의 두께는 3:7 내지 6:4의 비율로 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 젤리롤은, 상기 제1 전극 활물질층이 노출되어 있는 상기 스트립형 전극조립체의 일측 부분이 상기 원통형 젤리롤의 코어부에 위치하도록 권취되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 스트립형 전극이 스트립형 양극인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
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