KR20070087857A - 리튬 이차전지 - Google Patents

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KR20070087857A
KR20070087857A KR1020050134541A KR20050134541A KR20070087857A KR 20070087857 A KR20070087857 A KR 20070087857A KR 1020050134541 A KR1020050134541 A KR 1020050134541A KR 20050134541 A KR20050134541 A KR 20050134541A KR 20070087857 A KR20070087857 A KR 20070087857A
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lithium secondary
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홍승준
장석균
김중석
남상봉
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 활물질의 탈리 등을 방지하기 위해 부착하는 라미네이션(lamination) 테이프의 재질을 전해액에 친한 재질로 변경하거나, 기존의 라미네이션 필름에 전해액에 친한 성분을 코팅하여, 전해액의 함침성이 향상된 리튬 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이차전지, 라미네이션 테이프, 함침성

Description

리튬 이차전지{Lithium rechargeable battery}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 사시도
도 2는 도 1의 A-A 단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체의 사시도
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 양극판의 단면도
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양극판의 단면도
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 라미네이션 테이프의 평면도
도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 라미네이션 테이프의 평면도
도 5c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 라미네이션 테이프의 평면도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 - 원통형 리튬 이차전지 200 - 전극 조립체
210 - 양극판 212 - 양극 집전체
213 - 양극 무지부 214 - 양극 활물질층
215 - 양극 탭 216, 217 - 라미네이션 테이프
218 - 코팅층 220 - 음극판
225 - 음극탭 230 - 세퍼레이터
300 - 캔 400 - 캡 조립체
본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 활물질의 탈리 등을 방지하기 위해 부착하는 라미네이션(lamination) 테이프의 재질을 전해액에 친한 재질로 변경하거나, 기존의 라미네이션 필름에 전해액에 친한 성분을 코팅하여, 전해액의 함침성이 향상된 리튬 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 예를 들면 니켈 카드뮴전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
이차 전지의 재료로 많이 사용되는 리튬은 원소 자체의 원자량이 작아 단위 질량당 전기 용량이 큰 전지를 제조하기에 적합한 재료이다. 한편, 리튬은 수분과 격렬하게 반응하므로 리튬계 전지에서는 비수성 전해질을 사용하게 된다. 이 경우, 물의 전기분해 전압에 영향을 받지 않으므로 리튬계 전지에서는 3 내지 4 볼트(Ｖ) 정도의 기전력을 발생시킬 수 있다는 장점이 있다.
리튬 이온 이차 전지에서 사용되는 비수성 전해질은 크게 액상 전해질과 고 상 전해질이 있다. 액상 전해질은 리튬염을 유기 용매에 해리시킨 것이다. 유기 용매로는 대개 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 또는 다른 알킬기 함유 카보네이트나 유사한 유기 화합물이 사용될 수 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 상기 리튬 이차전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
통상적으로, 상기 리튬 이차 전지는 양극 활물질이 코팅된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅된 음극 전극판 및 상기 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온(Li-ion)의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스와, 상기 케이스 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 이루어져 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 하기와 같이 제조된다.
우선, 상기 양극 활물질이 코팅되며 양극 탭이 연결된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅되며, 음극 탭이 연결된 음극 전극판 및 세퍼레이터를 적층한 후, 이를 권취하여 전극 조립체를 제조한다. 그런 다음, 상기 전극 조립체를 상기 케이스에 수용하여 상기 전극 조립체가 이탈하지 않도록 한 후, 원통형 리튬 이차전지의 경우 상기 케이스에 전해액을 주입한 후 밀봉하고, 각형 리튬 이차전지의 경우 캡조 립체로 상기 케이스를 밀봉한 후 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지를 완성한다.
상기 양극 전극판과 음극 전극판은 전극 활물질이 도포되어 있는 활물질부와, 전극 집전체 만으로 이루어진 전극 무지부를 구비한다. 활물질부와 전극 무지부의 경계 부분은 활물질의 부착력이 떨어져 활물질이 탈리할 가능성이 높다. 활물질이 탈리되면 세퍼레이터를 파괴하여 내부 쇼트가 발생할 수 있다. 따라서, 활물질부와 전극 무지부의 경계 부분에는 활물질의 탈리를 방지하기 위하여 라미네이션 테이프를 부착한다.
그러나, 상기 라미네이션 테이프는 전해액에 친하지 않은 재질로 이루어져 있어, 전해액의 충분한 함침을 방해한다. 더구나, 전지가 고용량화됨에 따라 전극 조립체 내부의 고밀도화로 인하여, 전해액의 함침은 더욱 어렵게 된다. 따라서, 전극 조립체의 내부에 부착된 라미네이션 테이프의 재질을 변경하거나, 전해액에 친한 물질을 코팅하여, 전해액의 함침성을 향상시킬 필요성이 대두된다.
본 발명은 상술한 종래의 리튬 이차전지의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 전해액에 친하지 않은 기존의 라미네이션 테이프 대신 전해액에 친한 재질로 형성된 라미네이션 테이프를 사용하거나, 기존의 라미네이션 테이프의 표면에 전해액에 친한 물질을 코팅함으로써, 전해액의 함침성이 향상된 리튬 이차전지를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에서의 리튬 이차전지는, 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와 양극 집전체만으로 이루어진 양극 무지부를 구비하는 양극 전극판과, 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 음극 집전체만으로 이루어진 음극 무지부를 구비하는 음극 전극판, 상기 활물질부와 전극 무지부의 경계 부분에 부착된 라미네이션 테이프, 상기 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 개재 되어 있는 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하여 이루어지는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 라미네이션 테이프의 재질은, 전해액에 대한 젖음성과 퍼짐성이 있어 전해액에 친한 물질인 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 전해액에 친한 물질은 고분자 물질일 수도 있다. 이 때, 상기 고분자 물질은 폴리비닐디플루라이드(PVdF)일 수 있다. 이 경우, 상기 폴리비닐디플루라이드(PVdF)는 PVdF 761, PVdF 2801, 상기 PVdF 761과 상기 PVdF 2801의 혼합물 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 고분자 물질은 에스테르(ester) 기, 히드록시(hydroxyl) 기, 카르복시(carboxylic) 기 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 라미네이션 테이프에는 복수개의 홀이 형성될 수 있다. 이 때, 상기 홀의 형상은 원형, 삼각형, 사각형 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서의 리튬 이차전지는, 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와 양극 집전체만으로 이루어진 양극 무지부를 구비하는 양극 전극판과, 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 음극 집전체만으로 이루어진 음극 무지부를 구비하는 음극 전극판, 상기 활물질부와 전극 무지부의 경계 부분에 부착된 라미네 이션 테이프, 상기 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 개재 되어 있는 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하여 이루어지는 리튬 이차전지에 있어서,상기 라미네이션 테이프는 표면이, 전해액에 대한 젖음성과 퍼짐성이 있어 전해액에 친한 물질로 코팅된 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 라미네이션 테이프의 재질은 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있다.
또한, 상기 전해액에 친한 물질은 고분자 물질일 수도 있다. 이 때, 상기 고분자 물질은 폴리비닐디플루라이드(PVdF)일 수 있다. 이 경우, 상기 폴리비닐디플루라이드(PVdF)는 PVdF 761, PVdF 2801, 상기 PVdF 761과 상기 PVdF 2801의 혼합물 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 고분자 물질은 에스테르(ester) 기, 히드록시(hydroxyl) 기, 카르복시(carboxylic) 기 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액에 친한 물질은 계면 활성제일 수 있다. 이 경우, 상기 계면 활성제는 BRIJ®일 수도 있다.
또한, 상기 라미네이션 테이프에는 복수개의 홀이 형성될 수도 있다. 이 때, 상기 홀의 형상은 원형, 삼각형, 사각형 중 어느 하나일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이차전지의 사시도이도, 도 2은 도 1의 A-A 단면도이다. 다만, 여기서는 편의상 원통형 리튬 이차전지로 설명을 전개하였으나, 각형 및 파우치형 리튬 이차전지의 경우에도 본 발명이 적용될 수 있음은 물론이다.
원통형 리튬 이차전지(100)는, 도 1 및 도 2을 참조하면, 전극 조립체(200)와, 상기 전극 조립체(200)와 전해액을 수용하는 원통형 캔(300)과, 상기 원통형 캔(300) 상부에 조립되어 상기 원통형 캔(300)을 밀봉하며 상기 전극 조립체(200)에서 발생되는 전류를 외부 장치로 흐르게 하는 캡 조립체(400)를 포함하여 형성된다.
상기 전극 조립체(200)는, 도 2 및 도 3을 참조하면, 양극 집전체의 표면에 양극 활물질층이 코팅된 양극판(210)과 음극 집전체의 표면에 음극 활물질층이 코팅된 음극판(220)과 상기 양극판(210) 및 음극판(220) 사이에 위치하여 상기 양극판(210)과 음극판(220)을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터(230)가 젤리-롤 형상으로 권취되어 형성된다.
도 4a는 전해액에 친한 재질로 형성된 라미네이션 테이프가 부착된 양극판의 단면도이고, 도 4b는 전해액에 친한 물질로 코팅층(218)을 형성한 라미네이션 테이프가 부착된 양극판의 단면도이다.
상기 양극판(210)은, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체(212)와, 그 양면에 코팅된 양극 활물질층(214)을 포함하고 있다. 상기 양극활물질로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiMnO2 등의 리튬산화물이 사용되고 있다. 상기 양극판(210)의 양 말단에는 양극 활물질층(214)이 형성되지 않은 양극 집전체 영역, 즉 양극 무지부(213)가 형성된다. 상기 양극 무지부(213)의 일단에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 형성되며, 전극 조립체(200)의 상부로 일정 길이 돌출되는 양극 탭(215)이 접합되어 있다.
상기 양극판(210)의 양극 활물질층(214)과 양극 무지부(213)의 경계 부위에 라미네이션 테이프(216, 217)가 부착된다. 도 4a, 도 4b에서는 편의상 양극판(210)에 라미네이션 테이프(216, 217)가 부착된 형상만 도시하였으나, 음극판(220)의 경우에도 마찬가지로 음극 활물질층과 음극 무지부의 경계 부위에 라미네이션 테이프가 부착될 수 있다.
전극판에서 전극 활물질층과 전극 무지부의 경계 부분은 전극 집전체에 붙어 있는 활물질이 탈락하기 쉬운 부분이어서 내부 쇼트의 위험이 있다. 이러한 내부 쇼트를 방지하기 위해 라미네이션 테이프가 부착된다. 라미네이션 필름은 전해질 등과 화학반응을 일으키지 않고 리튬 이온을 선택적으로 통과시킬 수 있는 재질이라면 어떤 것이라도 무방하며, 통상적으로 세퍼레이터의 재질과 동일한 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀계 수지가 사용된다.
폴리에틸렌은 밀도가 작아 가볍고, 분자 배열이 충분하지 않아 잘 늘어나며, 인장강도는 약간 작지만 내충격성은 크다. 따라서 가공하기 쉽고 사용하기 쉽다. 또한 CH2만으로 구성되기 때문에 전기 절연성이 우수하며, 탄소(C) 사슬을 중심으로 하여 대칭성이기 때문에 고주파 절연재료로도 우수하다. 폴리프로필렌은 이소택 틱(isotactic) 구조를 가지며, 메틸기가 같은 방향으로 정연하게 배열되어 있다. 성형하기 전에는 결정도(結晶度)가 크지만 성형한 후에는 저하된다.
그러나, 이들 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등은 비수성 전해액과 친화력이 좋지 않다. 이것은 비수성 전해액의 분자들과 상기 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 재질의 표면에 있는 분자들간의 표면에너지(surface energy) 차이가 커서 상호 분자간의 결합이 용이하지 않기 때문이다. 따라서, 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 제조된 절연판에 전해액이 묻으면 표면장력에 의해 전해액이 대략 구형으로 뭉치게 되어, 젖음성과 퍼짐성이 현저히 떨어진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전해액과의 친화력이 좋지 않은 기존의 라미네이션 테이프의 재질을 전해액에 친한 물질로 개질하거나, 기존의 라미네이션 테이프의 표면에 전해액에 친한 물질을 코팅하여 전해액의 함침성을 향상시켰다. 전해액에 친한 물질로는 고분자 물질 중에 폴리비닐디플루라이드(이하, PVdF라 한다)가 있다. PVdF는 -CH2-CF2-가 반복된 구조로서, 전극 활물질을 집전체에 코팅할 때 바인더(binder)로 사용되는 불소(F) 수지의 일종이다. 불소(F) 수지의 주쇄는 C-C결합으로 이루어지는 폴리올레핀과 같은 결합인데, 폴리올레핀의 수소의 일부 또는 전부가 불소원자(F)로 대치된 구조를 가지는 합성수지이다.
전해액의 함침성에 관한 실험 결과, PVdF 중에서 특히 비수전해액에 대한 퍼짐성과 젖음성이 좋은 것은 PVdF 761과 PVdF 2801이다. 따라서, 절연판의 코팅물질로서의 PVdF로는 상기 PVdF 761, 상기 PVdF 2801, 상기 PVdF 761과 상기 PVdF 2801의 혼합물 중 어느 하나로 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 전해액의 젖음성과 퍼짐성을 향상시키기 위해 라미네이션 테이프의 재질 또는 코팅층의 재질을 PVdF로 할 수도 있고, 상기 PVdF 대신 친수성 원자단인 에스테르(ester)기(基) 또는 히드록시(hydroxyl) 기 또는 카르복시(carboxylic) 기를 포함하는 고분자 물질을 사용할 수도 있다.
에스테르 기는 RCOOR'로 표시되는 지방족 화합물을 이루는 원자단으로서, 에스테르는 알코올 또는 페놀이 유기산 또는 무기산과 반응하여 물(H2O)을 잃고 축합하여 생긴 화합물을 말한다. 특히, 황산에스테르, 질산에스테르 등의 무기산에스테르는 유기 용매로 사용된다. 카르복시 기는 RCOOH로 표시되는 지방족 화합물을 이루는 원자단으로서, 카르복시산에는 아세트산(CH3COOH), 벤조산(C6H5COOH) 등이 있다. 히드록시 기는 ROH로 표시되는 원자단으로, 벤젠의 수소원자 1개와 히드록시 기가 치환한 화합물이 페놀(C6H5OH)이다.
상기 에스테르 기, 카르복시 기, 히드록시 기가 포함된 고분자 물질은 비수전해액과의 친화력이 좋으므로, 라미네이션 테이프의 재질이나 코팅층의 재질로 에스테르 기 등이 포함된 고분자 물질을 사용하면 전해액의 젖음성과 퍼짐성이 향상된다. 그 결과, 전해액의 함침성이 향상되게 된다.
단, 이 경우 라미네이션 테이프 또는 코팅층이 스웰링(swelling) 하지 않아야 한다. 스웰링은 고체 내에 기체가 발생함에 따라 고체가 부풀게 되는 현상으로, 원자로 안에서 조사(照射)를 받는 고체 재료의 일부 성분원소가 핵반응에 의해서 기체 원소로 바뀌고 그것이 모여 기포를 이루기 때문에 재료가 부풀게 되는 것이 대표적인 예이다. 이러한 기체 원소의 예를 들면, 우라늄 및 그 화합물의 핵분열 때 생기는 크세논(Xe), 크립톤(Kr)을 비롯하여, 베릴륨과 중성자와의 반응 때 생기는 헬륨(He), 철/니켈 등과 중성자 또는 입자와의 반응 때 생기는 수소 원자(H) 등이 있다. 스웰링의 방지 대책으로는 이들 기체 원소와 결합하기 쉬운 원소를 더해서 기체원소가 모이기 힘들게 하는 방법과, 다른 상(相)을 만들어 잘게 분산하는 원소를 가해 그 개재상(介在相)이 기포의 발생점이 되거나 기포를 포착하는 것을 이용하는 방법 등이 있다.
에스테르 기, 카르복시 기, 히드록시 기 중 어느 하나를 포함하는 고분자 물질이 비수성 전해액을 흡수하고, 과충전 등의 원인에 의해 스웰링이 일어나면, 라미네이션 테이프가 부풀어 전극 조립체를 변형시키게 된다. 따라서, 상기 전해액에 친한 고분자 물질을 라미네이션 테이프의 재질로 사용할 때에는 스웰링이 일어나지 않도록 대책을 강구하거나 스웰링이 발생하지 않는 재료를 사용하여야 한다. 또한, 라미네이션 테이프의 표면에 전해액에 친한 고분자 물질을 코팅할 때에는 얇게 코팅할 필요가 있다.
상기 라미네이션 테이프의 표면에는 계면활성제를 코팅할 수도 있다.
계면활성제(surfactant)란 친수기(親水基)와 친유기(親油基)를 동시에 가지고 있어 물의 표면장력을 저하시키고 물질간의 침투, 분산, 유화, 기포 등의 작용을 하는 물질로서, 대표적인 기능으로 세탁물에 물이 잘 스며들게 하고 섬유에 부착되어 있는 기름과 잘 섞여 세탁물의 때를 제거하는 작용을 한다. 계면활성제는 크게 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 비이온 계면활성제, 양성 계면활성제로 분류할 수 있으며 음이온 계면활성제가 주로 합성세제에 이용되고 있다.
물에 계면활성제를 용해시킬 경우, 친유부가 음전하(-)로 이온해리하는 것이음이온 계면활성제이고, 친유부가 양전하(+)로 이온해리하는 것이 양이온 계면활성제이다. 또한, 물의 수소이온 농도에 따라 양전하(+)로도 음전하(-)로도 해리하는 것이 양성 계면활성제이며, 이온해리하지 않는 것이 비이온 계면활성제이다.
BRIJ®는 수용액에서 이온으로 해리하는 기를 가지고 있지 않는 비이온 계면활성제의 일종으로서 -OH기를 갖고 있다. 비교적 친수성은 작지만 분자내에 에스테르(ester), 에테르(ether) 결합을 갖고 있어 친유성이 우수하다. 다만, 상기 BRIJ®는 본 발명에 적용할 수 있는 계면활성제의 일례로서, 여기서 계면활성제의 종류를 한정하는 것은 아니다.
계면활성제가 비수성 전해액과 접하게 되면 계면활성제의 구성 분자 중 친유기가 비수성 전해액 분자들의 표면에 들러붙게 된다. 따라서 계면활성제와 비수성 전해액과의 계면 면적이 넓어지고 전해액의 표면장력을 감소시키게 된다. 그 결과, 전해액의 젖음성과 퍼짐성이 향상된다.
이와 같이, 라미네이션 테이프의 표면을 전해액과 친한 고분자 물질로 코팅하거나 계면활성제로 코팅해 주면 라미네이션 테이프의 표면이 전해액에 배타적이지 않게 되므로, 전해액의 침강 속도 및 전해액의 함침 속도를 높일 수 있다. 이와 같은 표면 개질을 위한 코팅층은 1㎛이내의 두께에서도 충분한 효과를 발휘하며, 거의 단일층(monolayer) 정도 만으로도 충분한 효과를 볼 수 있다.
또한, 라미네이션 테이프에는 복수개의 홀이 형성될 수 있다. 도 5a, 도 5b, 도 5c는 복수개의 홀(260, 270, 280)이 형성된 라미네이션 테이프(216)의 평면도이 다. 상기 홀(260, 270, 280)의 형상은 원형, 삼각형, 사각형 중의 하나로 형성될 수 있으며, 여기서 홀의 형상을 한정하는 것은 아니다. 상기 홀(260, 270, 280)을 형성한 이유는, 라미네이션 테이프(216)가 양극 활물질층(214)의 일부를 덮게 됨에 따라, 전해액이 양극 활물질층(214)과 접할 수 있는 면적이 감소하게 되기 때문이다. 따라서 라미네이션 테이프(216)에 홀(260, 270, 280)을 형성함으로써, 전해액과 양극 활물질층(214)이 접촉할 수 있는 표면적을 넓힐 수 있다.
상기 홀(260, 270, 280)은 라미네이션 테이프(216) 중에서 양극 활물질층(214)이 코팅되어 있는 부분에 부착되는 부분에만 형성하는 것이 좋다. 라미네이션 테이프(216) 중 양극 무지부(213)에 부착되는 부분에 형성된 홀은 별도로 수행하는 기능이 없고, 오히려 라미네이션 테이프(216)의 접착력만 약화시키게 되기 때문이다. 도 5a, 도 5b, 도 5c를 참조하면, 라미네이션 테이프(216)에 도시된 점선은 양극 무지부(213)와 양극 활물질층(214)의 경계부분을 나타낸다. 따라서, 상기 라미네이션 테이프(216)에서 홀(260, 270, 280)이 형성되지 않은 좌측면은 양극 무지부(213)를 덮게 되고, 홀(260, 270, 280)이 형성된 우측면은 양극 활물질층(214)를 덮게 된다.
상기 음극판(220)은 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극 집전체와, 그 양면에 코팅된 음극 활물질층을 포함하고 있다. 상기 음극판(220)의 양 말단은 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체 영역, 즉 음극 무지부가 형성된다. 상기 음극 무지부의 일단에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 형성되며, 전극 조립체(200)의 하부로 일정 길이 돌출된 음극 탭(225) 이 접합되어 있다. 더불어 상기 전극 조립체(200)의 상부 및 하부에는 각각 캡 조립체(400) 또는 원통형 캔(300)과의 접촉을 방지하기 위한 절연판(241, 245)이 더 포함되어 형성될 수 있다.
상기 원통형 캔(300)은, 도 2를 참조하면, 상기 원통형 전극 조립체(200)가 수용될 수 있는 소정 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통형 측면판(310)과 상기 원통형 측면판(310)의 하부를 밀폐하는 하면판(320)을 포함하여 형성되면, 상기 원통형 측면판(310)의 상부는 상기 전극 조립체(200)를 삽입하기 위하여 개구되어 있다. 상기 원통형 캔(300)의 하면판(320) 중앙에 상기 전극 조립체(200)의 음극 탭(225)이 접합됨으로써, 상기 원통형 캔(300) 자체는 음극 역할을 수행하게 된다. 또한, 상기 원통형 캔(300)은 일반적으로 알루미늄(Al), 철(Fe) 또는 이들의 합금으로 형성된다. 더불어 상기 원통형 캔(300)은 상부의 개구에 결합되는 상기 캡 조립체(400)의 상부를 압박하도록 상단에서 내부로 휘어진 크림핑(crimping) 부(330)가 형성된다. 또한, 상기 원통형 캔(300)은 상기 크림핑 부(330)로부터 하방으로 상기 캡 조립체(400)의 두께에 대응되는 거리만큼 이격된 위치에 상기 캡 조립체(400)의 하부를 압박하도록 안쪽으로 움푹 파인 비딩(beading) 부(340)가 더 형성되어 있다.
상기 캡 조립체(400)는, 도 2를 참조하면, 안전 밴트(410)와 전류차단수단(420)과 이차보호소자(480) 및 캡 업(490)을 포함하여 형성된다. 상기 안전 밴트(410)는 판상으로 중앙에 하부로 돌출되는 돌출부가 형성되어 상기 캡 조립체(400)의 하부에 위치하며, 이차전지의 내부에서 발생한 압력에 의하여 돌출부가 상부 방 향으로 변형하게 된다. 상기 안전 밴트(410)의 하면 소정 위치에는 전극 조립체(200)의 양극판(210) 및 음극판(220) 중에서 한 전극판 예를 들어, 양극판(210)에서 인출한 양극 탭(215)이 용접되어 상기 안전 밴트(410)와 전극 조립체(200)의 양극판(210)이 전기적으로 연결된다. 여기서 양극판(210) 및 음극판(220) 중 나머지 전극판, 예를 들어 음극은 탭 혹은 직접 접촉 방식에 의해 캔(300)과 전기적으로 연결된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지에 의하면, 라미네이션 테이프의 재질을 전해액에 친한 물질로 개질하거나, 기존의 라미네이션 테이프의 표면에 전해액에 친한 물질을 코팅하여 전해액에 대한 젖음성과 퍼짐성을 향상시켜, 젤리-롤 형태로 제조된 전극조립체에서 타부분보다 압력이 높은 권심부에 전해액이 원활하게 함침되도록 함으로써 전체 공정시간 중에서 많은 부분을 차지하는 함침 공정시간을 줄일 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (17)

  1. 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와 양극 집전체만으로 이루어진 양극 무지부를 구비하는 양극 전극판과, 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 음극 집전체만으로 이루어진 음극 무지부를 구비하는 음극 전극판,
    상기 활물질부와 전극 무지부의 경계 부분에 부착된 라미네이션 테이프, 상기 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 개재 되어 있는 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체,
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하여 이루어지는 리튬 이차전지에 있어서,
    상기 라미네이션 테이프의 재질은, 전해액에 대한 젖음성과 퍼짐성이 있어 전해액에 친한 물질인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전해액에 친한 물질은 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 폴리비닐디플루라이드(PVdF)인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 폴리비닐디플루라이드(PVdF)는 PVdF 761, PVdF 2801, 상기 PVdF 761과 상기 PVdF 2801의 혼합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 에스테르(ester) 기, 히드록시(hydroxyl) 기, 카르복시(carboxylic) 기 중 어느 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 라미네이션 테이프에는 복수개의 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 홀의 형상은 원형, 삼각형, 사각형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  8. 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와 양극 집전체만으로 이루어진 양극 무지부를 구비하는 양극 전극판과, 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 음극 집전 체만으로 이루어진 음극 무지부를 구비하는 음극 전극판,
    상기 활물질부와 전극 무지부의 경계 부분에 부착된 라미네이션 테이프, 상기 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 개재 되어 있는 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체,
    상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스의 상단 개구부를 밀봉하는 캡 조립체를 포함하여 이루어지는 리튬 이차전지에 있어서,
    상기 라미네이션 테이프는 표면이, 전해액에 대한 젖음성과 퍼짐성이 있어 전해액에 친한 물질로 코팅된 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 라미네이션 테이프의 재질은 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 전해액에 친한 물질은 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 폴리비닐디플루라이드(PVdF)인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 폴리비닐디플루라이드(PVdF)는 PVdF 761, PVdF 2801, 상기 PVdF 761과 상기 PVdF 2801의 혼합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 에스테르(ester) 기, 히드록시(hydroxyl) 기, 카르복시(carboxylic) 기 중 어느 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 전해액에 친한 물질은 계면 활성제인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 계면 활성제는 BRIJ®인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  16. 제 8항에 있어서,
    상기 라미네이션 테이프에는 복수개의 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 홀의 형상은 원형, 삼각형, 사각형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
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