KR20110100573A - 이차 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

적층 전극들 및 상기 적층 전극들의 적어도 하나의 말단에 위치하는 적어도 하나의 최외곽 전극을 포함하는 전극 어셈블리, 그리고 상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스를 포함하고, 상기 적어도 하나의 최외곽 전극은 비활물질을 포함하는 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

이차 전지 및 그 제조 방법{SECONDARY BATTERY AND METHOD OF FABRICATING OF THE SECONDARY BATTERY}
본 기재는 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전지는 내부에 들어 있는 화학 물질의 전기 화학적 산화 환원 반응시 발생하는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치로, 전지 내부의 에너지가 모두 소모되면 폐기하여야 하는 일차 전지와 여러 번 충전할 수 있는 이차 전지로 나눌 수 있다. 이 중 이차 전지는 화학 에너지와 전기 에너지의 가역적 상호 변환을 이용하여 여러 번 충방전하여 사용할 수 있다.
한편, 최근 첨단 전자산업의 발달로 전자 장비의 소형화 및 경량화가 가능하게 됨에 따라 휴대용 전자 기기의 사용이 증대되고 있다. 이러한 휴대용 전자 기기의 전원으로 높은 에너지 밀도를 가진 전지의 필요성이 증대되어 리튬 이차 전지의 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 이들 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하는 전극 어셈블리와 상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스를 포함한다.
전극 어셈블리는 양극, 세퍼레이터 및 음극이 복수 개 적층되어 있는 적층형 전극 어셈블리일 수 있다.
적층형 전극 어셈블리의 경우 전극의 최외곽 부분에서 비정상적인 반응이 일어나 전지의 성능을 저하시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면은 전지 성능을 개선할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 적층 전극들 및 상기 적층 전극들의 적어도 하나의 말단에 위치하는 적어도 하나의 최외곽 전극을 포함하는 전극 어셈블리, 그리고 상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스를 포함하고, 상기 적어도 하나의 최외곽 전극은 비활물질을 포함하는 이차 전지를 제공한다.
다른 구현예에 따르면, 적층 전극들 및 상기 적층 전극들 중 적어도 하나의 말단에 위치하는 최외곽 전극을 포함하는 전극 어셈블리를 제공하는 단계, 그리고 케이스에 상기 전극 어셈블리를 수용하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 최외곽 전극은 비활물질을 포함하는 이차 전지의 제조 방법을 제공한다.
상기 적어도 하나의 최외곽 전극은 전기화학적 반응을 일으키지 않는 무기 물질, 유기 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 최외곽 전극은 다공성 무기 물질을 포함할 수 있다.
상기 다공성 무기 물질은 카본블랙, 그래파이트, 실리카겔, 지르코니아, 알루미나, 제오라이트, 세라믹 파우더 및 규소질화물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 최외곽 전극은 다공성 유기 물질을 포함할 수 있다.
상기 다공성 유기 물질은 플루오로폴리머, 플루오로엘라스토머, 퍼플루오로엘라스토머, 엘라스토메릭 비스페놀 A 에폭시 비닐에스테르, 비닐에스테르 수지, (메타)아크릴레이트 노볼락-(메타)아크릴레이트에폭시 비닐에스테르, 히드록실-말단 폴리부타디엔 수지, 퍼퓨릴 알코올 수지, 파릴렌, 폴리아미드, 폴리이미드 및 폴리페닐렌 설파이드에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 최외곽 전극은 집전체, 그리고 상기 집전체의 일면에 형성되고 비활물질을 포함하는 비활물질 층을 포함할 수 있고, 상기 비활물질 층은 상기 케이스에 접촉할 수 있다.
상기 적어도 하나의 최외곽 전극은 상기 집전체의 다른 일면에 형성되어 있는 활물질 층을 더 포함할 수 있다.
상기 비활물질 층은 상기 전극 어셈블리의 하부 또는 상부 중 하나에 위치할 수 있다.
상기 비활물질 층은 상기 전극 어셈블리의 하부 및 상부에 위치할 수 있다.
상기 적층 전극들은 교대로 적층되어 있는 복수의 양극들 및 음극들, 그리고
상기 각 양극 및 상기 각 음극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함할 수 있다.
상기 양극은 코발트, 망간, 니켈 및 리튬 중 적어도 하나를 포함하는 산화물을 포함하는 양극 활물질을 포함할 수 있다.
상기 음극은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질 및 전이 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 음극 활물질을 포함할 수 있다.
전극 어셈블리의 최외곽 부분에서 전기화학적 부반응에 의한 전지의 이상 현상을 방지할 수 있어서 전지의 신뢰성을 개선할 수 있고, 전극의 활물질이 케이스와 직접적으로 접촉되는 것을 방지하여 전지의 안전성 또한 개선할 수 있다.
또한 비활물질 층이 전해액을 함습할 수 있어서 전극의 수축 및 팽창시 전지에 전해액을 보충해주는 역할을 하여 전지의 장기 신뢰성을 개선할 수 있다.
또한 전극 어셈블리의 최외곽에 활물질 층을 도포하는 경우 공정시 최외곽 층에 위치한 활물질의 말림 현상에 의해 공정성이 저하될 수 있는데, 본 구현예에 따라 최외곽 층에 비활물질 층을 포함함으로써 공정성을 개선할 수 있다.
또한 비활물질 층이 전극 어셈블리의 외형을 고정시킴으로써 외부 힘에 의해 전극이 휘어지거나 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 이차 전지의 부분 절개 사시도이고,
도 2는 도 1의 'A' 부분을 확대하여 도시한 일 예의 단면도이고,
도 3은 도 1의 'A' 부분을 확대하여 도시한 다른 예의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 '위에' 있다고 할 때, 이는 다른 부분 '바로 위에' 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 '바로 위에' 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
그러면 도 1 및 도 2를 참고하여 일 구현예에 따른 이차 전지를 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 이차 전지의 부분 절개 사시도이고, 도 2는 도 1의 'A' 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
먼저 도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 이차 전지는 전극 어셈블리(100), 상기 전극 어셈블리(100)를 수용하는 케이스(300) 및 상기 전극 어셈블리(100)에 연결되며 케이스(300)의 외부로 인출되는 전극 단자(410, 420)를 포함한다.
케이스(300)는 전극 어셈블리(100)를 수납하기 위한 내부 공간을 가지며 상기 내부 공간을 중심으로 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)를 포함한다. 상부 케이스(310) 및 하부 케이스(320)는 예컨대 라미네이트 시트로 제조될 수 있으며 전해액이 함침된 상태의 전극 어셈블리(100)을 내부 공간에 수용한 후 가장자리가 열 융착에 의해 일체로 접합되어 전극 어셈블리(100)을 밀폐시킬 수 있다. 케이스(300)의 형상과 재질 등은 다양하게 변형될 수 있다.
전극 단자(410, 420)는 양극(20)에 연결되는 양극 단자(410)와 음극(30)에 연결되는 음극 단자(420)를 포함한다. 도면에서는 양극 단자(410)와 음극 단자(420)가 케이스(300)의 양쪽으로 나뉘어 인출되는 경우를 예시적으로 도시하였지만, 이에 한정되지 않고 어느 한쪽으로 인출될 수도 있다.
도 2를 참고하면, 전극 어셈블리(100)는 적층되어 있는 복수의 전극을 포함하고, 상기 복수의 전극은 적층 위치에 따라 최상 및 최하에 위치하는 전극들(이하 '최외곽 전극'이라 한다)과 두 개의 최외곽 전극 사이에 적층되어 있는 전극들(이하 '적층 전극'이라 한다)을 포함한다.
이 때 적층 전극과 최외곽 전극의 구조가 다르다.
먼저 적층 전극에 대하여 설명한다.
적층 전극은 양극(20) 및 음극(30)이 교대로 적층되어 있는 복수의 전극을 포함하고, 양극(20)과 음극(30) 사이에는 세퍼레이터(40)가 개재되어 있다. 도면에서는 양극(20), 세퍼레이트(40) 및 음극(30)의 순서로 적층된 예를 예시적으로 보였지만, 양극(20)이 음극(30)으로 대체되고 음극(30)이 양극(20)으로 대체될 수 있다. 또한 도면에서는 양극(20), 세퍼레이트(40) 및 음극(30)이 2개 적층된 구조를 예시적으로 보였지만, 이에 한정되지 않고 더 많은 수의 양극(20), 세퍼레이트(40) 및 음극(30)이 적층되어 있을 수 있다.
양극(20)은 집전체(21) 및 집전체(21)의 양면에 형성되어 있는 양극 활물질 층(22a, 22b)을 포함한다.
집전체(21)는 금속 박이거나 메쉬(mesh)와 같은 그물 모양의 판일 수 있고, 예컨대 알루미늄(Al)으로 만들어질 수 있다.
양극 활물질 층(22a, 22b)은 집전체(21)의 양면에 형성되어 있으며 각 양극 활물질 층(22a, 22b)의 두께는 약 10um 내지 10mm 일 수 있다.
양극 활물질 층(22a, 22b)은 양극 활물질, 바인더 및 도전재를 포함한다.
양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물을 포함한다. 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상을 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는 하기 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다. LiaA1 -bBbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1 - bBbO2 - cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2 - bBbO4 - cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1 -b- cCobBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b-cCobBcO2-αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cCobBcO2 -αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1 -b- cMnbBcO2 -αFα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbBcO2-αF2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5, 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiIO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3(0 ≤ f ≤ 2); LiFePO4
상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; D는 O, F, S, P 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; E는 Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; F는 F, S, P 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; Q는 Ti, Mo, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; I는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 금속 섬유 등을 사용할 수 있고, 또한 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 재료를 1종 또는 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
음극(30)은 집전체(31) 및 집전체(31)의 양면에 형성되어 있는 음극 활물질 층(32a, 32b)을 포함한다.
집전체(31)로는 금속 박이거나 메쉬와 같은 그물 모양일 수 있으며, 예컨대 구리, 니켈, 스테인레스강, 티타늄, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있다.
음극 활물질 층(32a, 32b)은 집전체(31)의 양면에 형성되어 있으며 각 음극 활물질 층(32a, 32b)의 두께는 약 10um 내지 10mm 일 수 있다.
음극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 또는 전이 금속 산화물을 포함한다.
상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질로는 탄소 물질로서, 리튬 이온 이차 전지에서 일반적으로 사용되는 탄소계 음극 활물질은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 린편상(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 리튬 금속의 합금으로는 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 합금이 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 전이 금속 산화물로는 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등을 들 수 있다.
바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.
세퍼레이터(40)는 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있다.
다음, 최외곽 전극(50)에 대하여 설명한다.
최외곽 전극(50)은 양극일 수도 있고 음극일 수도 있다.
최외곽 전극(50)은 집전체(51), 집전체(51)의 일면에 형성되어 있는 활물질 층(52), 그리고 집전체(51)의 다른 일면에 형성되어 있는 비활물질 층(55)을 포함한다. 활물질 층(52)은 적층 전극 측에 위치하고, 비활물질 층(55)은 전극 어셈블리(100)의 최외곽 층을 이룬다.
최외곽 전극(50)이 양극인 경우, 집전체(51) 및 활물질 층(52)은 전술한 양극(20)의 집전체(21) 및 양극 활물질 층(22a, 22b)의 내용과 동일하다.
최외곽 전극(50)이 음극인 경우, 집전체(51) 및 활물질 층(52)은 전술한 음극(30)의 집전체(31) 및 음극 활물질 층(32a, 32b)의 내용과 동일하다.
비활물질 층(55)은 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 어셈블리(100)의 하부 및 상부의 최외곽 층을 이룬다. 그러나 이에 한정되지 않고 도 3에 도시된 바와 같이, 비활물질 층(55)은 전극 어셈블리(100)의 하부 및 상부 중 어느 하나에만 위치할 수도 있다.
비활물질 층(55)은 전기화학반응을 일으키지 않는 무기 물질, 유기 물질 또는 이들의 조합으로 만들어진 비활물질을 포함하고, 여기서 비활물질은 전술한 활물질과 상반되는 용어이다.
비활물질 층은 다공성 무기 물질로 만들어질 수 있다. 다공성 무기 물질은 예컨대 카본블랙(carbon black), 흑연(graphite), 실리카겔(silica gel), 지르코니아(zirconia), 알루미나(alumina), 제오라이트(zeolite), 질화규소(silicon nitride)와 같은 세라믹 파우더 등을 포함할 수 있다.
비활물질 층은 다공성 유기 물질로 만들어질 수 있다. 다공성 유기 물질은 예컨대 플루오로폴리머, 플루오로엘라스토머 및 퍼플루오로엘라스토머와 같은 불소 함유 고분자; 엘라스토메릭 비스페놀 A 에폭시 비닐에스테르(elastomeric bisphenol A Epoxy Vinylester); 비닐에스테르 레진(Vinylester Resin); (메타)아크릴레이트 노볼락-(메타)아크릴레이트에폭시 비닐에스테르((meth)acrylated Novolak-(meth)acrylated Epoxy Vinylester); 히드록시 말단 폴리부타디엔 레진(hydroxyl-terminated polybutadiene Resin); 퍼퓨릴 알코올 레진(Furfuryl Alcohol Resin); 파릴렌(parylene); 폴리아미드(polyamide); 폴리이미드(polyimide); 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene Sulphide) 등을 들 수 있다.
비활물질 층(55)은 활물질 층(52)과 거의 동일한 두께를 가질 수 있으며, 예컨대 약 10um 내지 10mm 의 두께를 가질 수 있다.
이와 같이 본 구현예에서는 적층형 전극 어셈블리의 최외곽 층으로서 비활물질 층을 포함함으로써 전극 어셈블리의 최외곽 부분에서 전기화학적 부반응에 의한 전지의 이상 현상을 방지할 수 있어서 전지의 신뢰성을 개선할 수 있고, 전극의 활물질이 케이스와 직접적으로 접촉되는 것을 방지하여 전지의 안전성 또한 개선할 수 있다.
또한 비활물질 층이 전해액을 함습할 수 있어서 전극의 수축 및 팽창시 전지에 전해액을 보충해주는 역할을 하여 전지의 장기 신뢰성을 개선할 수 있다.
또한 전극 어셈블리의 최외곽에 활물질 층을 도포하는 경우 공정시 최외곽 층에 위치한 활물질의 말림 현상에 의해 공정성이 저하될 수 있는데, 본 구현예에 따라 최외곽 층에 비활물질 층을 포함함으로써 공정성을 개선할 수 있다.
또한 비활물질 층이 전극 어셈블리의 외형을 고정시킴으로써 외부 힘에 의해 전극이 휘어지거나 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또는 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
20: 양극 30: 양극
40: 세퍼레이터 21, 31, 51: 집전체
22a, 22b: 양극 활물질 층 32a, 32b: 음극 활물질 층
50: 최외곽 전지 52: 활물질 층
55: 비활물질 층
100: 전극 어셈블리 300: 케이스
310: 상부 케이스 320: 하부 케이스
410: 양극 단자 420: 음극 단자

Claims (22)

  1. 적층 전극들 및 상기 적층 전극들의 적어도 하나의 말단에 위치하는 적어도 하나의 최외곽 전극을 포함하는 전극 어셈블리, 그리고
    상기 전극 어셈블리를 수용하는 케이스
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 최외곽 전극은 비활물질을 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 적어도 하나의 최외곽 전극은 전기화학적 반응을 일으키지 않는 무기 물질, 유기 물질 또는 이들의 조합을 포함하는 이차 전지.
  3. 제1항에서,
    상기 적어도 하나의 최외곽 전극은 다공성 무기 물질을 포함하는 이차 전지.
  4. 제3항에서,
    상기 다공성 무기 물질은 카본블랙, 그래파이트, 실리카겔, 지르코니아, 알루미나, 제오라이트, 세라믹 파우더 및 규소질화물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 이차 전지.
  5. 제1항에서,
    상기 적어도 하나의 최외곽 전극은 다공성 유기 물질을 포함하는 이차 전지.
  6. 제5항에서,
    상기 다공성 유기 물질은 플루오로폴리머, 플루오로엘라스토머, 퍼플루오로엘라스토머, 엘라스토메릭 비스페놀 A 에폭시 비닐에스테르, 비닐에스테르 수지, (메타)아크릴레이트 노볼락-(메타)아크릴레이트에폭시 비닐에스테르, 히드록실-말단 폴리부타디엔 수지, 퍼퓨릴 알코올 수지, 파릴렌, 폴리아미드, 폴리이미드 및 폴리페닐렌 설파이드에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 이차 전지.
  7. 제1항에서,
    상기 적어도 하나의 최외곽 전극은
    집전체, 그리고
    상기 집전체의 일면에 형성되고 비활물질을 포함하는 비활물질 층
    을 포함하고,
    상기 비활물질 층은 상기 케이스에 접촉하고 있는 이차 전지.
  8. 제7항에서,
    상기 적어도 하나의 최외곽 전극은 상기 집전체의 다른 일면에 형성되어 있는 활물질 층을 더 포함하는 이차 전지.
  9. 제7항에서,
    상기 비활물질 층은 상기 전극 어셈블리의 하부 또는 상부 중 하나에 위치하는 이차 전지.
  10. 제7항에서,
    상기 비활물질 층은 상기 전극 어셈블리의 하부 및 상부에 위치하는 이차 전지.
  11. 제1항에서,
    상기 적층 전극들은
    교대로 적층되어 있는 복수의 양극들 및 음극들, 그리고
    상기 각 양극 및 상기 각 음극 사이에 위치하는 세퍼레이터
    를 포함하는 이차 전지.
  12. 제11항에서,
    상기 양극은 코발트, 망간, 니켈 및 리튬 중 적어도 하나를 포함하는 산화물을 포함하는 양극 활물질을 포함하는 이차 전지.
  13. 제11항에서,
    상기 음극은
    리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질 및 전이 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 음극 활물질을 포함하는 이차 전지.
  14. 적층 전극들 및 상기 적층 전극들 중 적어도 하나의 말단에 위치하는 최외곽 전극을 포함하는 전극 어셈블리를 제공하는 단계, 그리고
    케이스에 상기 전극 어셈블리를 수용하는 단계
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 최외곽 전극은 비활물질을 포함하는 이차 전지의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 적어도 하나의 최외곽 전극은 전기화학적 반응을 일으키지 않는 무기 물질, 유기 물질 또는 이들의 조합을 포함하는 이차 전지의 제조 방법.
  16. 제14항에서,
    상기 적어도 하나의 최외곽 전극은 다공성 무기 물질을 포함하는 이차 전지의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 다공성 무기 물질은 카본블랙, 그래파이트, 실리카겔, 지르코니아, 알루미나, 제오라이트, 세라믹 파우더 및 규소질화물 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 이차 전지의 제조 방법.
  18. 제14항에서,
    상기 적어도 하나의 최외곽 전극은 다공성 유기 물질을 포함하는 이차 전지의 제조 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 다공성 유기 물질은 플루오로폴리머, 플루오로엘라스토머, 퍼플루오로엘라스토머, 엘라스토메릭 비스페놀 A 에폭시 비닐에스테르, 비닐에스테르 수지, (메타)아크릴레이트 노볼락-(메타)아크릴레이트에폭시 비닐에스테르, 히드록실-말단 폴리부타디엔 수지, 퍼퓨릴 알코올 수지, 파릴렌, 폴리아미드, 폴리이미드 및 폴리페닐렌 설파이드에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 이차 전지의 제조 방법.
  20. 제14항에서,
    상기 적어도 하나의 최외곽 전극은
    집전체, 그리고
    상기 집전체의 일면에 형성되고 비활물질을 포함하는 비활물질 층
    을 포함하고,
    상기 비활물질 층은 상기 케이스에 접촉하고 있는 이차 전지.
  21. 제14항에서,
    상기 적어도 하나의 최외곽 전극은 상기 집전체의 다른 일면에 위치하는 활물질 층을 더 포함하는 이차 전지의 제조 방법.
  22. 제14항에서,
    상기 비활물질 층은 상기 전극 어셈블리의 하부 또는 상부에 위치하는 이차 전지의 제조 방법.
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