KR102254354B1 - 코로나 표면 처리된 분리막을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

코로나 표면 처리된 분리막을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR102254354B1
KR102254354B1 KR1020170009870A KR20170009870A KR102254354B1 KR 102254354 B1 KR102254354 B1 KR 102254354B1 KR 1020170009870 A KR1020170009870 A KR 1020170009870A KR 20170009870 A KR20170009870 A KR 20170009870A KR 102254354 B1 KR102254354 B1 KR 102254354B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode assembly
separator
cell
type
surface treatment
Prior art date
Application number
KR1020170009870A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180086364A (ko
Inventor
이영훈
박찬기
이진규
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020170009870A priority Critical patent/KR102254354B1/ko
Publication of KR20180086364A publication Critical patent/KR20180086364A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102254354B1 publication Critical patent/KR102254354B1/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
    • 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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0459—Cells or batteries with folded separator between plate-like 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
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • 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
    • H01M50/411—Organic material
    • 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
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • 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
    • H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • 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
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • 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
    • H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • 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
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491—Porosity
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

본 발명은 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 단위셀들을 포함하는 전극조립체로,
상기 단위셀의 분리막은 코로나 표면 처리에 의한 코팅이 형성된 코팅부와 코팅이 형성되지 않은 미코팅부를 포함하고 있고;
상기 단위셀은 A형 바이셀과 C형 바이셀을 포함하며;
상기 C형 바이셀의 분리막들과 A형 바이셀 내의 분리막들 중의 적어도 일부 분리막들은, 바이셀들이 적층 배열된 상태에서, 각각 코팅부와 미코팅부가 서로 교번 배열되어 있고, 적어도 하나의 전극을 사이에 두고 서로 대면하는 구조인 것을 특징으로 하는 전극조립체에 관한 것이다.

Description

코로나 표면 처리된 분리막을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 {Electrode Assembly Comprising Corona Surface-treated Separator and Secondary Battery Containing the Same}
본 발명은 코로나 표면 처리된 분리막을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
리튬 이차전지는 양극 활물질로 LiCoO2 등의 금속 산화물과 음극 활물질로 탄소 재료를 사용하며, 음극과 양극 사이에 다공성 분리막을 넣고, LiPF6 등의 리튬염을 포함하는 비수성 전해액을 넣어서 제조하게 된다. 충전 시에는 양극 활물질의 리튬 이온이 방출되어 음극의 탄소층으로 삽입되고, 방전시에는 반대로 음극 탄소층의 리튬 이온이 방출되어 양극 활물질로 삽입되며, 이때 비수성 전해액은 음극과 양극 사이에서 리튬 이온을 이동시키는 매질 역할을 한다. 이러한 리튬 이차전지는 양극의 리튬 이온이 음극으로 삽입(intercalation)되고 탈리(deintercalation)되는 과정을 반복하면서 충방전이 진행된다.
상기 다공성 분리막과 전극간의 접착력을 높이기 위해 분리막의 일면 또는 양면에 코로나 표면 처리가 수행된다. 그러나, 상기 코로나 처리가 균일하지 않으면, 분리막이 전극에 원활하게 접착되지 않아, 리튬이온과 음극간의 거리가 멀어지므로 전지셀의 충방전 기능이 다소 저하될 수 있다. 특히, 전극의 면적이 넓어질수록 코로나 표면 처리가 균일하게 되기 어려우므로, 이를 보완하기 위해 모든 분리막의 특정 구역만을 코로나 표면 처리하는, 이른바 패턴 라미네이션이 수행되고 있다.
그러나, 상기 패턴 라미네이션의 경우, 전극과 접하는 모든 분리막의 특정 구역만 코로나 표면 처리가 되므로, 분리막 중에서도 코로나 표면 처리된 부분에서만 기포 또는 전해액이 빈번하게 트랩되는 문제점이 있었다.
따라서, 분리막의 기계적, 화학적 안정성을 확보하면서, 코팅성이 개선된 분리막의 제조방법에 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, 단위셀 내의 적어도 일부 분리막들이, 각각 코팅부와 미코팅부가 서로 교번 배열되어 있고, 적어도 하나의 전극을 사이에 두고 서로 대면하는 구조를 가지는 전극조립체의 경우, 소망하는 효과를 달성할 수 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 이차전지용 전극조립체는,
양극 및 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 단위셀들을 포함하는 전극조립체로,
상기 단위셀의 분리막은 코로나 표면 처리에 의한 코팅이 형성된 코팅부와 코팅이 형성되지 않은 미코팅부를 포함하고 있고;
상기 단위셀은 A형 바이셀과 C형 바이셀을 포함하며;
상기 C형 바이셀의 분리막들과 A형 바이셀 내의 분리막들 중의 적어도 일부 분리막들은, 바이셀들이 적층 배열된 상태에서, 각각 코팅부와 미코팅부가 서로 교번 배열되어 있고, 적어도 하나의 전극을 사이에 두고 서로 대면하는 구조인 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 전극조립체는, C형 바이셀에 있는 분리막들의 코로나 표면 처리 패턴과 A형 바이셀에 있는 분리막들의 코로나 표면 처리 패턴을 서로 교번하게 하여, 코로나 표면 처리된 분리막 사이에 트랩된 전해액을 코로나 표면 처리되지 않은 분리막 쪽으로 유동시킬 수 있으므로, 패턴 라미네이션 시 전해액 또는 기포가 트랩되는 현상을 방지할 수 있다.
상기 전극조립체는 단위셀을 적층하는 구조라면 어느 구조에나 적용 가능하나, 그 중의 한 예로 스택형 구조, 스택-폴딩형 구조, 또는 라미네이션-스택형 구조로 이루어질 수 있다.
상기 동일한 단위셀 내에 개재된 분리막들은 코팅부의 형상이 서로 동일할 수 있다. 이와 같이 조립하는 경우, 한 단위셀 내에서 사용되는 분리막이 동일하기 때문에, 전극조립체를 제조할 때 공정 시간이 상대적으로 단축되어 생산성이 향상될 수 있다.
한편, 상기 단위셀 내에 개재된 분리막들은 코팅부의 모양이 상이하고 단위셀 내에서 서로 대면하도록 제조될 수 있다. 즉, 한 단위셀 내에서도 코팅부 형상이 서로 교번되어 적층될 수 있도록, 패턴이 상이한 분리막 2장을 단위셀 내에서 함께 사용하는 것도 가능하다.
상기 코로나 표면 처리에 의한 코팅은 분리막의 전체 면적의 30% 내지 70% 범위일 수 있다. 만약, 상기 코로나 표면 처리에 의한 코팅이 분리막의 전체 면적 대비 30% 미만인 경우, 전극과의 접착에 필요한 면적이 부족하여 충분한 접착성을 확보하지 못할 수 있다. 또한, 상기 코로나 표면 처리에 의한 코팅이 분리막의 전체 면적의 70%를 초과하는 경우, 코로나 표면 처리되지 않은 분리막의 면적이 작아져, 전해액의 유동이 적어지므로, 트랩이 더욱 빈번하게 발생할 수 있다.
상기 코팅부는 분리막에서 규칙적인 패턴을 형성하고 있을 수 있다. 상기 패턴의 종류는 크게 제한되지 않으나, 도트형(dot), 다각형(polygon), 띠형(stripe) 및 격자형(grid)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 패턴으로 이루어지는 것이 바람직하며, 전극조립체의 생산성과 전해액의 내부 유동을 위해 띠형 패턴으로 형성되는 것이 가장 바람직하다.
이와 함께, 상기 분리막 내 패턴의 반복 횟수는 1회 내지 4회가 바람직하다. 패턴의 반복 횟수가 0회이면 종래의 패턴 라미네이션된 분리막과 차별점을 갖지 못하며, 패턴의 반복 횟수가 4회를 초과하는 경우 분리막 내의 코팅부 패턴이 과도하게 세밀해지므로, 패턴에 따른 코로나 처리 수행이 어려울 수 있다.
상기 분리막 기재의 재료는, 폴리올레핀 계열 또는 폴리에스테르 계열에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어질 수 있고, 상세하게는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 폴리펜텐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 형성될 수 있다. 상기 기재된 재료 외에도 내열성이 높은 고분자를 이용하여 분리막을 제조할 수 있음은 물론이다.
상기 코로나 표면 처리는 이오나이저(ionizer)를 사용하여 분리막 기재의 표면을 대전시키는 것일 수 있다.
이 경우에, 상기 코로나 표면 처리의 방전 범위는 1.0 kV 내지 2.0 kV일 수 있고, 상세하게는 1.3 kV 내지 1.6 kV 일 수 있다. 상기 코로나 표면 처리의 방전 범위가 1.0 kV 미만인 경우, 상기 분리막 기재의 전 영역에 코로나 효과를 균일하게 적용하기 어려우며, 2.0 kV을 초과하는 경우, 세밀한 패턴으로 코로나 처리를 진행하는 데 있어서 방전기의 작동이 용이하지 않을 수 있는 바, 상기 범위 내로 방전되는 것이 가장 바람직하다.
상기 코로나 표면 처리의 방전량은 30 W·min/m2 내지 300 W·min/m2 일 수 있다.
상기 코로나 표면 처리는 상기 표면 처리 시간은 분리막의 물성을 저하하지 않는 것이면 특별히 제한되는 것은 아니나, 10초 내지 300초 동안 수행될 수 있고, 상세하게는 30초 내지 120초 동안 수행될 수 있다.
상기 코로나 표면 처리가 10초 미만으로 수행되는 경우, 소망하는 효과를 달성하기 어려우므로 바람직하지 않고, 일정 시간 이후부터는 표면처리가 이루어지지 않으므로, 표면처리 시간이 지나치게 긴 경우에는 생산성 측면에서도 바람직하지 않다.
상기 분리막은 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 SRS 분리막은 폴리올레핀 계열 또는 폴리에스테르 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 활성층 성분으로 사용하여 제조될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀을 제공한다.
상기 전지셀의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온(Li-ion) 이차전지, 리튬 폴리머(Li-polymer) 이차전지, 또는 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 이차전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
본 발명의 리튬 이차전지에서, 상기 양극은, 상기 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 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, Li2MnO3, 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 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 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, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다.
다만, 본 발명에 따른 전극조립체는 고 유연성을 가지는 바, 형태 변형 과정에서 합제층이 탈리되지 않도록, 전극 합제 전체 중량 대비 바인더의 함량이 적어도 3 중량% 이상인 것이 바람직하다.
이러한 바인더의 예로는, 전술한 바와 같이, 폴리불화비닐리덴(PVdF), 폴리비닐알코올(PVA), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 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, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등이 사용될 수 있다.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
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 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 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.
또한, 비수 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 전원으로서 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는, 예를 들어, 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter), 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장용 시스템일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체와 전지셀은, C형 바이셀에 있는 분리막들의 코로나 표면 처리 패턴과 A형 바이셀에 있는 분리막들의 코로나 표면 처리 패턴을 서로 교번하게 하여, 코로나 표면 처리된 분리막 사이에 트랩된 전해액을 코로나 표면 처리되지 않은 분리막 쪽으로 유동시킬 수 있으므로, 패턴 라미네이션 시 전해액이 트랩되는 현상을 방지하고, 전극조립체의 두께 또한 균일하게 유지할 수 있다.
도 1은 일반적인 이차전지의 전극조립체를 모식적으로 나타낸 정면도이다;
도 2는 도 1의 전극조립체를 모식적으로 나타낸 측면도이다;
도 3은 종래의 패턴 라미네이션 처리된 분리막을 모식적으로 나타낸 평면도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체를 모식적으로 나타낸 측면도이다;
도 5는 도 4에 사용된 분리막을 모식적으로 나타낸 평면도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체를 모식적으로 나타낸 측면도이다; 및
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막을 모식적으로 나타낸 평면도이다.
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 일반적인 이차전지의 전극조립체의 정면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 전극조립체의 측면도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 3에는 종래의 패턴 라미네이션 처리된 분리막의 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전극조립체(100)는 음극(101)-분리막(103)-양극(102)-분리막(103)-음극(101) 구조의 단위셀들(110, 130)과 양극(102)-분리막(103)-음극(101)-분리막(103)-양극(102) 구조의 단위셀(120)의 조합으로 이루어져 있고, 전극조립체(100)의 각 단위셀들(110, 120, 130)의 사이에 개재되어 있는 분리필름(140)은, 전극 단자가 형성되어 있지 않은 단위셀들(110, 120, 130)의 각각의 측면을 감싸고 있다.
이러한 전극조립체(100)는 분리필름(140) 상에 각 단위셀들(110, 120, 130)을 배열하고 분리필름(140)을 권취하여 제작되며, 따라서, 전극조립체(100)는 총 5개의 음극(101), 4개의 양극(102), 9개의 분리막(103) 및 1개의 분리필름(140)으로 구성되어 있다.
도 1과 함께 도 3을 참조하면, 분리막(103)에는, 각 전극들(101, 102)과 분리막들(103)과의 접착력을 유지할 수 있도록 분리막에 코로나 표면 처리(104)가 수행되어 있고, 전극조립체 내에 존재하는 모든 분리막들은 표면 처리 패턴이 동일하다.
도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 측면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 5에는 도 4에 사용된 분리막의 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2와 비교하여 도 4 및 도 5를 참조하면, 전극조립체(200)는 단위셀의 종류에 따라 코로나 표면 처리의 모양이 상이한 분리막을 사용하고 있다.
구체적으로, C형 바이셀(210, 230)의 분리막(212, 214)의 경우, 띠형 패턴이 형성될 수 있도록, 각 분리막들의 면이 3등분 되게끔 수평 방향으로 면적을 구획한 후, 가운데 구역을 제외한 부분들(206)에 코로나 표면 처리가 수행되어 있다.
A형 바이셀(220) 역시, C형 바이셀 내 분리막의 코팅부와 A형 바이셀 내 분리막의 코팅부가 서로 교번되게 하기 위해, 전극과 맞닿는 분리막 면에서 수평 방향으로 3등분된 구역 중 가운데 영역(205)에만 코로나 표면 처리가 수행된 분리막(222, 224)을 사용한다.
한편, 분리막의 코팅부 형상은, 동일한 종류의 바이셀에 개재되는 경우 모두 동일한 패턴으로 처리되어 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극조립체의 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 4와 비교하여 도 6을 참조하면, 전극조립체(300)는, 각 단위셀 내에 개재된 분리막들이 직접적으로 접착되는 전극의 종류에 따라 상이한 코팅부 패턴을 가지고 있는 점에서, 도 4에 개시된 전극조립체(200)와 차이가 있다.
다만, 본 전극조립체의 경우, 전극에 따라 코로나 처리 위치가 상이한 패턴을 가지는 분리막이 배치되는 동시에, 바이셀의 종류에 따라 코팅부와 미코팅부가 교번된 방식 또한 차이가 나도록 조립되어 있다.
구체적으로, C형 바이셀(310, 330)의 경우, 음극판(311)과 대응되는 분리막(312)은, 분리막 면이 수평 방향으로 3등분된 구역 중 가운데 구역을 제외한 부분이 코로나 표면 처리된 반면, 양극판(313)은 가운데 구역이 코로나 처리된 분리막(314)과 접하고 있어, 한 개의 바이셀 내에서도 분리막들의 표면 처리가 서로 교번되도록 분리막이 배치되어 있다.
A형 바이셀(320) 또한, C형 바이셀과 마찬가지로, 양극판(321)에 대응되는 분리막(322)은 음극판(323)과 함께 사용되는 분리막(324)과 서로 교번되는 패턴을 지니고 있다.
한편, 도 6의 전극조립체에서는 전극에 따라 분리막의 패턴이 교번되어 배치되어 있으나, 2장의 분리막의 교번된 패턴 자체가 변경된 것은 아니므로, 도 5에 개시된 분리막을 도 6에서도 사용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패턴 라미네이션 처리된 분리막의 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 도 4와 도 6의 전극조립체에서 사용할 수 있도록 분리막 면적이 수평 방향으로 구획되어 7등분되어 있고, 상기 분리막(410, 420)이 교번되어 조립될 수 있도록 띠형 패턴이 코로나 처리되어 있다.
도 5와 비교하여 도 7을 참조하면, 분리막(410, 420)의 전체적인 패턴은 분리막(212, 214)와 동일한 구조를 이루고 있으나, 분리막에서 구획된 코팅부의 각 면적이 상대적으로 적어졌고, 분리막 1장 내 코팅부의 개수 또한 도 5 대비 다수개가 분포되어 있으므로, 적층 공정 시 발생한 기포 또는 전해액의 트랩을 더욱 방지할 수 있는 점에서 차이가 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (14)

  1. 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 단위셀들을 포함하는 전극조립체로,
    상기 단위셀의 분리막은 코로나 표면 처리에 의한 코팅이 형성된 코팅부와 코팅이 형성되지 않은 미코팅부를 포함하고 있고;
    상기 단위셀은 A형 바이셀과 C형 바이셀을 포함하며;
    상기 C형 바이셀의 분리막들과 A형 바이셀의 분리막들은, 바이셀들이 적층 배열된 상태에서, 각각 코팅부와 미코팅부가 서로 교번 배열되어 있고, 적어도 하나의 전극을 사이에 두고 서로 대면하는 구조이고,
    A형 바이셀의 분리막들에 형성된 코팅부는 형상이 동일하고,
    C형 바이셀의 분리막들에 형성된 코팅부는 형상이 동일하고,
    C형 바이셀 내의 분리막의 코팅부와 A형 바이셀 내의 분리막에 형성된 코팅부는 서로 교번 배열된 구조인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 스택형 구조, 또는 스택-폴딩형 구조, 또는 라미네이션-스택형 구조인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 코로나 표면 처리에 의한 코팅은 분리막의 전체 면적의 30% 내지 70% 범위인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅부는 분리막에서 규칙적인 패턴을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 패턴은, 도트형(dot), 다각형(polygon), 띠형(stripe) 및 격자형(grid)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 패턴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 분리막 기재는 폴리올레핀 계열 또는 폴리에스테르 계열에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 코로나 표면 처리는 이오나이저(ionizer)를 사용하여 분리막 기재의 표면을 대전시키는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 코로나 표면 처리의 방전 범위는 1.0 kV 내지 2.0 kV인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 코로나 표면 처리의 방전량은 30 W·min/m2 내지 300 W·min/m2 인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 코로나 표면 처리는 10초 내지 300초 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 코로나 표면 처리는 30초 내지 120초 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 분리막은 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
KR1020170009870A 2017-01-20 2017-01-20 코로나 표면 처리된 분리막을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 KR102254354B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170009870A KR102254354B1 (ko) 2017-01-20 2017-01-20 코로나 표면 처리된 분리막을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170009870A KR102254354B1 (ko) 2017-01-20 2017-01-20 코로나 표면 처리된 분리막을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180086364A KR20180086364A (ko) 2018-07-31
KR102254354B1 true KR102254354B1 (ko) 2021-05-24

Family

ID=63078210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170009870A KR102254354B1 (ko) 2017-01-20 2017-01-20 코로나 표면 처리된 분리막을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102254354B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240082749A (ko) * 2022-12-02 2024-06-11 주식회사 엘지에너지솔루션 표면 처리된 분리막을 포함하는 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 전극 조립체의 제조방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101361675B1 (ko) * 2011-03-31 2014-02-12 주식회사 엘지화학 전극조립체의 제조방법 및 이를 이용하여 생산되는 전극조립체
KR102392086B1 (ko) * 2012-04-10 2022-04-28 캘리포니아 인스티튜트 오브 테크놀로지 전기화학 시스템들용 신규 세퍼레이터들
KR20160117295A (ko) * 2015-03-30 2016-10-10 주식회사 엘지화학 분리막 기재를 대전시키는 분리막의 제조방법 및 이로부터 제조되는 분리막
KR20160126343A (ko) * 2015-04-23 2016-11-02 주식회사 엘지화학 전극 결착성 및 전해액 젖음성이 우수한 전기화학소자용 분리막 및 이를 포함하는 전기화학소자

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180086364A (ko) 2018-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3633768B1 (en) Lithium secondary battery
US8383262B2 (en) Stacking-type secondary battery providing two or more operation voltages
KR102096817B1 (ko) 노칭부를 포함하는 전극 시트를 이용하여 전극판을 제조하는 방법
KR102079929B1 (ko) 균일한 품질을 가지는 전극들의 제조 방법 및 이를 포함하는 전극조립체 제조 방법
KR102248104B1 (ko) 열전도 촉진용 실링 테이프를 포함하는 전지셀
KR102232542B1 (ko) 전해액의 추가 공급이 가능한 이중 실링부 구조를 포함하는 전지셀
KR102170893B1 (ko) 이차전지 제조용 전극 건조 오븐
US20150340700A1 (en) Battery cell of irregular structure
US20160133940A1 (en) Electrode for secondary battery and lithium secondary battery including the same
KR102198496B1 (ko) 전기 용량 증대와 용접 기능성 향상이 동시에 구현 가능한 전극의 제조 방법
KR102082467B1 (ko) 집전체 중심 부위에 높은 활물질 로딩량을 가지는 전극을 포함하는 전극조립체
US11043663B2 (en) Method for manufacturing high-loading electrode
KR102011679B1 (ko) 양면에 활물질의 로딩량이 상이한 전극판을 포함하는 전극조립체
CN111801837A (zh) 包括具有绝缘层的电极的堆叠型电极组件和包括该堆叠型电极组件的锂二次电池
KR102025564B1 (ko) 전지 소자들 사이에 개재되어 있는 단위셀을 포함하는 전극조립체
KR102075398B1 (ko) 절연부재를 포함하는 원통형 전지셀의 제조방법
KR102098154B1 (ko) 3차원 망상 구조의 전극 집전체를 포함하는 전극
KR102070907B1 (ko) 충방전 시 발생하는 가스를 수용할 수 있는 잉여부를 포함하는 전지셀
KR102026292B1 (ko) 활물질 로딩량의 구배를 가진 전극을 포함하는 전극조립체
KR102029716B1 (ko) 요철부를 포함하는 가압 장치
KR102160572B1 (ko) 리튬이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬이차전지
KR102254354B1 (ko) 코로나 표면 처리된 분리막을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
US20140363714A1 (en) Lithium secondary battery with excellent performance
KR102246628B1 (ko) 압연 속도 조절을 통한 이차전지용 전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 전극
KR102050250B1 (ko) 제조 공정성이 향상된 이차전지용 전극

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right