KR20140065049A - 생산성이 향상된 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

생산성이 향상된 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태로 권취한 전극조립체가 전지케이스의 내부에 장착되어 있고, 상기 분리막의 일면 또는 양면에는 바인더층(binder layer) 또는 바인더-무기물 혼합층이 비연속적으로 코팅된 코팅부들이 형성되어 있으며, 상기 전극조립체의 권취 중심에는 바인더층 또는 바인더-무기물 혼합층이 코팅되지 않은 분리막 만이 권취되어 있는 분리막 권취부가 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

생산성이 향상된 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 {Electrode Assembly of Excellent Productivity and Battery Cell Comprising the Same}
본 발명은 생산성이 향상된 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전극 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태로 권취한 전극조립체가 전지케이스의 내부에 장착되어 있고, 상기 분리막의 일면 또는 양면에는 바인더층 또는 바인더-무기물 혼합층이 비연속적으로 코팅된 코팅부들이 형성되어 있으며, 상기 전극조립체의 권취 중심에는 바인더층 또는 바인더-무기물 혼합층이 코팅되지 않은 분리막 만이 권취되어 있는 분리막 권취부가 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 충방전이 가능한 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되어 가고 있으며, 향후에는 지금보다 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 및 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 스택/폴딩형 전극조립체로 구분된다. 그 중, 젤리-롤형(권취형) 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
이러한 젤리-롤형 전극조립체는 양극 활물질이 알루미늄 호일에 도포되어 있는 양극 시트와 음극 활물질이 구리 호일에 도포되어 있는 음극 시트 사이에 분리막을 개재한 후 둥글게 권취하여 제조하게 된다. 상기 권취는 권심(mandrel)에 분리막을 우선 감은 후 양극 시트와 음극 시트를 함께 감는 과정으로 수행하게 된다.
일반적인 젤리-롤형 전극조립체는, 전지 케이스의 전극 단자에 전기적 접속을 위한 전극 탭을 부착하기 위해 전극 활물질을 포함하는 전극 합제의 도포 개시점이 서로 다른 일면 코팅 부위를 갖게 된다. 이 경우, 전지의 충방전이 진행되는 과정에서 발생되는 전극 활물질의 팽창 및 수축으로 인해 전극 활물질의 도포 여부에 따라 전극의 일면 코팅 부위에 유발되는 응력의 불균형이 발생하고, 그러한 응력의 불균형이 일정한 한계를 넘어서면, 호일에 균열이 유발되어, 전지의 성능이 급격히 저하되고, 경우에 따라서는 단전, 내부 단락 등 전지의 안전성이 위협받게 되는 문제점을 초래한다.
특히 이러한 현상은 젤리-롤형 전극조립체의 권취 과정에서 굴곡률이 다른 부분보다 상대적으로 큰 부분에서 빈번하게 발생한다.
또한, 권취 과정 종료 후 귄취된 젤리-롤을 권심으로부터 취출하는 과정에서, 젤리-롤 중심부가 이탈되거나, 젤리-롤과 권심이 고착되는 일이 발생한다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 목적은 분리막의 일면 또는 양면에 바인더층 또는 바인더-무기물 혼합층이 비연속적으로 코팅된 코팅부들을 형성하고, 전극조립체의 권취 중심에 바인더층 또는 바인더-무기물 혼합층이 코팅되지 않은 분리막 만이 권취되어 있는 구조를 전지셀에 적용함으로써, 충방전시 빈번하게 발생하는 응력의 불균형으로 인한 전극의 균열뿐만 아니라, 이에 의한 내부단락 및 전지의 용량 감소를 방지함으로써, 전지의 성능을 유지하면서 안전성을 한층 더 향상시킬 수 있는 전지셀을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 특정 구조의 전극조립체를 전지셀에 적용함으로써, 재료비를 절감하고, 전극조립체의 제조를 위한 권취 후 취출 과정에서 불량 발생을 감소시켜 생산 효율성을 향상시킬 수 있는 구조의 전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은, 전극 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태로 권취한 전극조립체가 전지케이스의 내부에 장착되어 있고,
상기 분리막의 일면 또는 양면에는 바인더층(binder layer) 또는 바인더-무기물 혼합층이 비연속적으로 코팅된 코팅부들이 형성되어 있으며,
상기 전극조립체의 권취 중심에는 바인더층 또는 바인더-무기물 혼합층이 코팅되지 않은 분리막 만이 권취되어 있는 분리막 권취부가 위치하는 구조로 이루어져 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은, 분리막의 일면 또는 양면에 바인더층(binder layer) 또는 바인더-무기물 혼합층이 비연속적으로 코팅된 코팅부들을 형성하고, 전극조립체의 권취 중심에 바인더층 또는 바인더-무기물 혼합층이 코팅되지 않은 분리막 만이 권취되어 있는 구조를 전지셀에 적용함으로써, 충방전시 빈번하게 발생하는 응력의 불균형으로 인한 전극의 균열을 방지하고, 바이더층 또는 바인더-무기물 혼합층 코팅 면적을 줄여 재료비 절감 효과를 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 권취 종료된 전극조립체(젤리-롤)을 불량 발생 없이 권심으로부터 안전하게 취출할 수 있어서 향상된 생산 효율성을 달성할 수 있다.
하나의 구체적인 예로서, 상기 전극조립체는 수평 단면 상으로 장축 길이가 단축 길이의 1.5 내지 30배인 구조로 이루어져 있고, 상기 코팅부들이 형성되어 있지 않은 분리막의 부위는 전극조립체의 권취 과정에서 단축 부위에 위치하는 구조일 수 있다.
이러한 구조의 전극조립체를 수납하는 전지케이스의 구체적인 예로는, 각형의 금속 캔 또는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스를 들 수 있다. 더욱 구체적인 예로서, 상기 각형의 금속 캔은, 원통형 또는 각형 캔 및 상기 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡을 포함하는 구조일 수 있다. 그 중에서도 단축 부위에서 굴곡률이 큰 각형 캔에 기반한 전지케이스가 더욱 바람직할 수 있다.
또 다른 구체적인 예로서, 상기 코팅부들은 분리막 상에 일정한 간격으로 패턴 배열되어 있는 구조일 수 있으며, 상기 코팅부들이 형성되어 있지 않은 분리막의 부위는 전극조립체의 권취 과정에서 굴곡률이 다른 부분보다 상대적으로 큰 부분에 위치하는 구조일 수 있다.
따라서, 이러한 구조의 전극조립체는, 충방전시 빈번하게 발생하는 응력의 불균형으로 인한 전극의 균열뿐만 아니라, 이에 의한 단전, 내부단락, 전지의 용량 감소 등을 방지할 수 있다.
또 다른 구체적인 예로서, 상기 코팅부들의 총 코팅 길이는 음극에 도포된 전극 활물질의 코팅 길이 대비 100 내지 150 % 의 길이일 수 있다.
앞서 정의한 바와 같이, 분리막의 일면 또는 양면에서 코팅부에는 바인더층(binder layer) 또는 바인더-무기물 혼합층이 비연속적으로 코팅되어 있다.
이러한 분리막의 코팅부는, 예를 들어, 폴리올레핀 계열 분리막 기재 상에 무기물 입자 또는 무기물 입자 및 바인더 고분자를 코팅하여 제조되며, 이때 분리막 기재 자체에 포함된 기공 구조와 더불어 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)에 의해 형성된 균일한 기공 구조를 갖는다.
이러한 코팅부를 포함하는 분리막을 사용하는 경우, 통상적인 분리막을 사용한 경우에 비해, 화성 공정(Formation)시의 스웰링(swelling)에 따른 전지 두께의 증가를 억제할 수 있고, 코팅부에 바인더가 포함되어 있는 경우에는, 바인더 고분자 성분으로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용하는 경우 전해질로도 동시에 사용될 수 있다.
또한, 코팅부와 폴리올레핀 계열 분리막 기재 모두에 균일한 기공 구조가 다수 형성되어 있으며, 이러한 기공을 통해 리튬 이온의 원활한 이동이 이루어지고, 다량의 전해액이 채워져 높은 함침율을 나타낼 수 있으므로, 전지의 성능 향상을 함께 도모할 수 있다.
더욱이, 코팅부를 포함하는 분리막은 무기물 입자의 내열성으로 인해 고온 열수축이 발생하지 않으므로, 전기화학 소자에서 고온, 과충전, 외부 충격 등의 내부 또는 외부 요인으로 인한 과도한 조건에 의해 전지 내부에서 분리막이 파열되더라도, 양측 전극들이 완전히 단락되기 어려우며, 만약 단락이 발생하더라도 단락된 영역이 크게 확대되는 것이 억제되어 전지의 안전성 향상이 도모될 수 있다.
상기 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는 경우, 전기화학 소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있으므로, 가능한 이온 전도도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기물 입자가 높은 밀도를 갖는 경우, 코팅시 분산시키는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 전지 제조시 무게 증가의 문제점도 있으므로, 가능한 밀도가 작은 것이 바람직하다. 또한, 유전율이 높은 무기물인 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.
이러한 이유들로 인해, 상기 무기물 입자는 유전율 상수가 5 이상, 바람직하게는 10 이상인 고유전율 무기물 입자, 압전성(piezoelectricity)을 갖는 무기물 입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자 또는 이들의 혼합체가 바람직하다.
상기 바인더는 통상적인 고분자가 사용될 수 있으며, 특히, 유리 전이 온도(Tg)가 가능한 낮은 것을 사용할 수 있고, 상세하게는 -200 내지 200℃ 범위일 수 있다. 이는 최종필름의 유연성 및 탄성 등과 같은 기계적 물성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 상기 고분자는 무기물 입자와 입자 사이, 무기물 입자들과 분리막 기재의 표면 및 분리막 중 기공부 일부를 연결 및 안정하게 고정시켜주는 바인더 역할을 충실히 수행함으로써, 최종 제조되는 분리막의 기계적 물성 저하를 방지한다.
또한, 상기 바인더 고분자는 이온 전도 능력을 반드시 가질 필요는 없으나, 이온 전도 능력을 갖는 고분자를 사용할 경우 전기 화학 소자의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 바인더 고분자는 가능한 유전율 상수가 높은 것이 바람직하다.
사용 가능한 바인더 고분자의 예로는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-cotrichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트(celluloseacetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트(cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(cyanoethylsucrose), 풀루란(pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose), 아크리로니트릴스티렌부타디엔 공중합체(acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer), 폴리이미드(polyimide) 또는 이들의 혼합체 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상술한 특성을 포함하는 물질이라면 어느 재료라도 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
하나의 구체적인 예로서, 상기 바인더층 또는 바인더-무기물 혼합층은, 가시광선, 또는 적외선, 또는 자외선 파장 영역에서 색상을 발현하도록 염료 또는 안료를 더 포함할 수 있다.
따라서, 바인더층 또는 바인더-무기물 혼합층으로 이루어진 코팅부는 코팅되지 않은 부분과 육안 또는 카메라 판독 장치에 의해 식별 가능하다.
이러한 특성의 코팅부는, 전극조립체가 권취되는 과정에서 카메라 판독 장치를 구비한 제어장치에 의해 특정한 부위에 위치하도록 제어될 수 있다. 구체적으로, 코팅부들이 형성되어 있지 않은 부위는 전극조립체의 굴곡률이 다른 부분보다 상대적으로 큰 부분에 위치하도록 제어될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전극조립체는, 비연속적으로 코팅된 코팅부들을 전극조립체의 일정부위에 위치하도록 정확하게 제어되어 제조될 수 있으므로, 제품 불량 발생을 감소하도록 하여 생산 효율성을 향상시킬 수 있다.
상기 염료 또는 안료의 첨가량은 색상의 발현이 가능한 정도라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 코팅부의 전체 중량을 기준으로 0.01 내지 10%, 상세하게는 0.02 내지 5%일 수 있다.
상기 조건의 파장 영역에서 색상을 발현할 수 있는 물질들은 당업자에 의해 용이하게 선택 또는 입수 가능하므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
상기 전극조립체의 권취 중심에 위치한 분리막 권취부는, 예를 들어, 분리막 만이 1 내지 10회 권취되어 있는 구조일 수 있다. 앞서 상술한 바와 같이, 분리막 권취부는 바인더층 또는 바인더-무기불 혼합층이 코팅되어 있지 않은 분리막의 권취 부위이다. 따라서, 권취 종료된 젤리-롤은 권심과 고착될 가능성이 현저히 줄어들게 되어, 권심으로부터 젤리-롤을 취출하는 과정에서 전극조립체의 중심부가 이탈하거나 하는 등의 불량 발생률이 현저히 줄어들게 된다.
본 발명에 따른 전지셀은, 상기와 같은 젤리-롤형 전극 조립체를 원통형 케이스에 수납하여 제조하거나, 또는 타원형의 젤리-롤형 전극조립체를 각형 케이스 또는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 수납하여 제조할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 전지셀은 상기와 같은 젤리-롤형 전극조립체가 전지케이스에 장착되어 있는 것이라면 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 이차전지일 수 있다.
리튬 이차전지를 포함하여 이차전지의 구성, 구조, 제조방법 등은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하므로, 이들에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 구체적으로, 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치 등 일 수 있지만, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.
상기와 같은 디바이스 내지 장치들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 분리막의 일면 또는 양면에 비연속적으로 코팅된 코팅부들을 형성하고 전극조립체의 권취 중심에 분리막 만이 권취되어 있는 구조를 전지셀에 적용함으로써, 충방전 응력의 불균형으로 인한 전극의 균열을 방지하고, 재료비 절감 효과를 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 권취 종료된 전극조립체(젤리-롤)을 불량 발생 없이 권심으로부터 안전하게 취출할 수 있어서 향상된 생산 효율성을 달성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 권취 구조를 나타내는 모식도이다;
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 분리막의 측면 모식도들이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 권취 구조를 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 2 및 도 3에는 본 발명에 따른 분리막의 측면 모식도들이 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 젤리-롤형 전극조립체는 양극 활물질이 집전체의 양면에 도포된 양극(30), 음극 활물질이 집전체의 양면에 도포된 음극(10), 및 양극(30)과 음극(10) 사이에 개재되는 분리막(20)이 권취되어 있는 구조로 이루어져 있다.
분리막(20)은 바인더층 또는 바인더-무기물 혼합층(22)이 코팅된 코팅부(22a)와, 이러한 바인더층 또는 바인더-무기물 혼합층(22)이 코팅되지 않은 비코팅부(21a)로 구성되어 있다. 비코팅부(21a)는 전극조립체의 굴곡률이 다른 부분보다 상대적으로 큰 부위(42, 43)에 위치하고, 굴곡률이 다른 부분보다 상대적으로 작은 나머지 부위에 코팅부(22a)가 위치한다.
따라서, 이러한 구조의 전극조립체는, 충방전시 빈번하게 발생하는 응력의 불균형을 완충할 수 있는 구조이므로, 충방전시 발생하는 응력의 불균형으로 인한 전극의 균열을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 바인더층 또는 바인더-무기물 혼합층(22)은 육안으로도 식별이 가능한 염료를 포함하고 있으므로, 코팅부(22a)와 비코팅부(21a)를 전극조립체의 원하는 부위에 정확히 위치시킬 수 있다. 색 판별 또는 음영 식별 등이 가능한 카메라 장비가 장착된 제어장치를 통해, 코팅부(22a) 및 비코팅부(21a)의 위치를 보다 정확하게 제어할 수 있음은 물론이다.
한편, 전극조립체의 권취 중심(41)에는 바인더층 또는 바인더-무기물 혼합층이 코팅되지 않은 비코팅부(21a) 만이 2 내지 3 회 권취되어 있다.
따라서, 권취 종료 후 권심으로부터 젤리-롤을 용이하게 취출할 수 있으므로, 취출 과정에서 전극조립체의 권취 중심(41)이 이탈하는 등의 불량 발생을 미연에 방지할 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 분리막은 분리막 시트(21)의 양측 표면 상에 바인더층 또는 바인더-무기물 혼합층(22)이 비연속적으로 코팅되어 있다. 또한, 비연속적인 코팅부들(22a)은 각각의 사이에 일정 간격을 두고 있으며, 전체적으로 하나의 패턴(pattern)을 형성하고 있다.
이러한 패턴은, 앞서 설명한 바와 같이, 코팅부(22a)와 비코팅부(21a)가 전극조립체 권취 과정에서 의도하는 부위에 위치할 수 있도록 미리 설정된 패턴 구조이다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막의 측면 모식도가 도시되어 있다. 구체적으로, 도 3에 도시된 분리막은, 도 2에 도시된 분리막과는 달리 분리막 시트(21)의 한쪽 표면 상에만 바인더층 또는 바인더-무기물 혼합층(22)이 비연속적으로 코팅되어 있다. 분리막 시트(21)의 한쪽 표면 상에만 바인더층 또는 바인더-무기물 혼합층(22)이 형성된 점을 제외하고, 도 3에 도시된 분리막은 도 2에 도시된 분리막의 구조와 동일하다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 분리막은, 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 코팅부(22a)와 비코팅부(21a)를 포함하는 패턴 구조로 형성되어 있다. 따라서, 종래의 분리막 구조에 비해 분리막 코팅부에 소요되는 바인더 양을 절감할 수 있다. 또한, 권취 종료된 젤리-롤을 불량 발생 없이 권심으로부터 안전하게 취출할 수 있으므로, 향상된 생산 효율성을 더불어 달성할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (10)

  1. 전극 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태로 권취한 전극조립체가 전지케이스의 내부에 장착되어 있고,
    상기 분리막의 일면 또는 양면에는 바인더층(binder layer) 또는 바인더-무기물 혼합층이 비연속적으로 코팅된 코팅부들이 형성되어 있으며,
    상기 전극조립체의 권취 중심에는 바인더층 또는 바인더-무기물 혼합층이 코팅되지 않은 분리막 만이 권취되어 있는 분리막 권취부가 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 각형의 금속 캔 또는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅부들은 분리막 상에 일정한 간격으로 패턴 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅부들이 형성되어 있지 않은 분리막의 부위는 전극조립체의 권취 과정에서 굴곡률이 다른 부분보다 상대적으로 큰 부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅부들의 총 코팅 길이는 음극에 도포된 전극 활물질의 코팅 길이 대비 100 내지 150 % 의 길이인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 수평 단면 상으로 장축 길이가 단축 길이의 1.5 내지 30배인 구조로 이루어져 있고, 상기 코팅부들이 형성되어 있지 않은 분리막의 부위는 전극조립체의 권취 과정에서 단축 부위에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 무기물은 (a) 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자, (b) 압전성(piezoelectricity)을 갖는 무기물 입자 및 (c) 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-cotrichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트(celluloseacetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트(cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(cyanoethylsucrose), 풀루란(pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose), 아크리로니트릴스티렌부타디엔 공중합체(acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer) 및 폴리이미드(polyimide)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 바인더층 또는 바인더-무기물 혼합층은, 가시광선, 또는 적외선, 또는 자외선 파장 영역에서 색상을 발현하도록 염료 또는 안료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체의 권취 중심에 위치한 분리막 권취부는 분리막 만이 1 내지 10회 권취되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
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WO2019112343A1 (ko) * 2017-12-06 2019-06-13 주식회사 엘지화학 압전 소자를 내장하는 원통형 이차전지
US11362377B2 (en) 2017-12-06 2022-06-14 Lg Energy Solution, Ltd. Cylindrical secondary battery having piezoelectric element disposed therein
CN115312977A (zh) * 2022-08-19 2022-11-08 厦门海辰储能科技股份有限公司 卷绕电芯及其制备方法、电池模组、电池包和用电设备
WO2024049222A1 (ko) * 2022-08-31 2024-03-07 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170038297A (ko) 2015-09-30 2017-04-07 주식회사 엘지화학 권취형 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
WO2019112343A1 (ko) * 2017-12-06 2019-06-13 주식회사 엘지화학 압전 소자를 내장하는 원통형 이차전지
US11362377B2 (en) 2017-12-06 2022-06-14 Lg Energy Solution, Ltd. Cylindrical secondary battery having piezoelectric element disposed therein
CN115312977A (zh) * 2022-08-19 2022-11-08 厦门海辰储能科技股份有限公司 卷绕电芯及其制备方法、电池模组、电池包和用电设备
CN115312977B (zh) * 2022-08-19 2023-09-22 厦门海辰储能科技股份有限公司 卷绕电芯及其制备方法、电池模组、电池包和用电设备
WO2024049222A1 (ko) * 2022-08-31 2024-03-07 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지

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