KR20150028537A - Stack and Folding-Typed Electrode Assembly Having Improved Electrolyte Wetting Property and Method of Preparation of the Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전해액 함침성이 향상된 전극조립체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 분리 필름 상에 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 유닛셀들을 위치시킨 상태에서 권취한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체로서, 상기 분리 필름과 유닛셀은 상호 간의 계면이 부분적으로 밀착된 구조의 부분 라미네이션(partial lamination)의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 스택-폴딩형 전극조립체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode assembly having improved electrolyte impregnability and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a stack-folding type electrode assembly having a structure in which unit cells including an anode, a cathode, Wherein the separation film and the unit cell are in the form of a partial lamination of a structure in which the interface between the separation film and the unit cell is partially in close contact with each other, and a method of manufacturing the same.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV)의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있어, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.As technology development and demand for mobile devices have increased, the demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing. In recent years, the use of secondary batteries as a power source for electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV) Among such secondary batteries, there is a high demand for lithium secondary batteries having high energy density, high discharge voltage and output stability.
이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류 되기도 하며, 대표적으로는, 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, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 유닛셀들, 예를 들어, 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.The secondary battery may be classified according to how the electrode assembly having the anode / separator / cathode structure is formed. Typically, the jelly-roll (cathode) structure is a structure in which the anode and the cathode of the long sheet type are wound with the separator interposed therebetween (Stacked) electrode assembly in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, a stacked (stacked) electrode assembly in which a predetermined unit of positive and negative electrodes are stacked A stack-folding type electrode assembly in which stacked unit cells, for example, Bi-cells or full cells are wound, can be mentioned.
이러한 종래의 전극조립체중 젤리-롤형 전극조립체는 긴 시트형의 양극과 음극을 밀집된 상태로 권취하여 단면상으로 원통형 또는 타원형의 구조로 만들게 되므로, 충방전시 전극의 팽창 및 수축으로 인해 유발되는 응력이 전극조립체 내부에 축적되게 되고, 그러한 응력 축적이 일정한 한계를 넘어서면 전극조립체의 변형이 발생하게 되며, 상기 전극조립체의 변형으로 전극간의 간격이 불균일해져 전지의 성능이 급격히 저하되고 내부 단락으로 인해 전지의 안전성이 위협을 받게 되는 문제를 초래한다. Since the conventional jelly-roll type electrode assembly in the electrode assembly body is formed into a cylindrical or elliptical structure by winding a long sheet-like anode and a cathode in a densified state, the stress caused by the expansion and contraction of the electrode during charging / When the stress accumulation exceeds a certain limit, deformation of the electrode assembly occurs. As a result of the deformation of the electrode assembly, the intervals between the electrodes become uneven, so that the performance of the battery drastically deteriorates. As a result, Resulting in a safety threat.
또한, 긴 시트형의 양극과 음극을 권취하여야 하므로, 양극과 음극의 간격을 일정하게 유지하면서 빠르게 권취하는 것이 어려우므로 생산성이 저하되는 문제점도 갖고 있다. Further, since the long sheet-like positive electrode and the negative electrode are required to be wound, it is difficult to rapidly wind the positive electrode and the negative electrode while maintaining a constant distance between the positive electrode and the negative electrode.
한편, 스택형 전극조립체는 다수의 양극 및 음극 단위체들을 순차적으로 적층하여야 하므로 단위체의 제조를 위한 극판의 전달 공정이 별도로 필요하고 순차적인 적층 공정에 많은 시간과 노력이 요구되므로 생산성이 낮다는 문제점을 갖고 있다. On the other hand, since the stacked electrode assembly requires a plurality of anode and cathode unit members to be sequentially stacked, a process of transferring the electrode plate for manufacturing the unit pieces is separately required, and a time and effort are required for the sequential stacking process, I have.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여 상기 젤리 롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀 또는 풀셀들을 긴 길이의 연속적인 분리막 시트를 이용하여 권취한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체가 개발되었다.In order to solve these problems, an electrode assembly having a progressive structure of a jelly roll type and a stack type is proposed. The bipolar cell or the full cell, which are laminated with a predetermined unit of anode and cathode through a separator, A stack-folding type electrode assembly having a structure in which a sheet is wound up has been developed.
도 1 내지 도 4에는 이러한 스택-폴딩형 전극조립체에서 유닛셀로서 사용될 수 있는 하나의 예시적인 바이셀 및 풀셀들의 모식도를 개시하였다.Figs. 1-4 disclose a schematic diagram of one exemplary bi-cell and pull-cell that can be used as a unit cell in such a stack-folding electrode assembly.
한편, 상기와 같은 전극조립체들을 포함하는 이차전지가 고용량 및 고에너지 밀도를 갖고 긴 수명을 유지하기 위해서는 전지 내부에 개재된 전극조립체가 전해액에 완전히 함침되어 전극들 간의 전극반응이 활발히 일어날 수 있도록 하여야 하며, 전극조립체가 전해액에 불완전하게 함침되는 경우에는 전극간의 반응이 원활하지 못하여 저항이 높아지고 출력특성 및 전지의 용량이 급격히 떨어지며, 이로 인하여 전지 성능 저하, 수명 단축 현상이 나타나는 것은 물론, 높은 저항의 발현으로 전지의 열화 또는 폭발 현상이 일어날 수 있는 위험에 노출되게 된다.Meanwhile, in order for the secondary battery including the above-mentioned electrode assemblies to have a high capacity and a high energy density and to maintain a long lifetime, the electrode assembly disposed inside the battery is completely impregnated with the electrolyte solution so that the electrode reaction between the electrodes can be actively performed When the electrode assembly is imperfectly impregnated with the electrolyte solution, the reaction between the electrodes is not smooth, resulting in an increase in resistance and an abrupt drop in the output characteristics and the capacity of the battery. As a result, The battery is exposed to the risk of deterioration or explosion of the battery.
따라서, 이차전지의 성능을 개선하고 안전성을 향상시키기 위하여 전극조립체의 전해액 함침성을 높이기 위한 여러 방법에 대한 연구가 계속적으로 진행되고 있으며, 전해액 함침성을 개선할 수 있는 원인을 찾아 이를 개선하기 위한 시도가 계속되고 있다.Therefore, in order to improve the performance of the secondary battery and improve the safety, various methods for improving the electrolyte impregnability of the electrode assembly have been continuously carried out, and the causes of improvement in the electrolyte impregnability have been investigated Attempts are continuing.
특히, 상기한 바와 같은 스택-폴딩형 전극조립체는 상기와 같이 젤리-롤형 또는 스택형 전극조립체의 단점을 해소할 수 있으나, 상대적으로 내부의 풀셀 또는 바이셀에 대한 전해액의 함침성이 낮거나 전해액의 함침 속도가 느린 단점이 있다. 또한, 고온 또는 과충전과 같은 비상시에 전해액이 기화되거나 전극조립체의 내부에 가스가 발생하는 경우, 기화 전해액 또는 가스가 여러 겹이 중첩 권취된 분리막 시트로 인하여 외부로 용이하게 배출되기 어렵기 때문에 전지의 팽창 현상이 상대적으로 높을 수 밖에 없다.Particularly, the stack-folding type electrode assembly as described above can solve the disadvantages of the jelly-roll type or stacked type electrode assembly as described above. However, when the impregnation property of the electrolytic solution relative to the inner pull cell or the bi- Has a disadvantage that the impregnation speed is slow. Further, when the electrolyte is vaporized in an emergency such as high temperature or overcharge, or gas is generated inside the electrode assembly, it is difficult for the vaporized electrolyte or gas to be easily discharged to the outside due to the separation membrane sheet The expansion phenomenon is relatively high.
이와 관련하여. 도 5에는 통상적인 스택-폴딩형 전극조립체의 유닛셀과 분리 필름의 라미네이션 공정(100)을 모식적으로 도시하였다.In this regard. FIG. 5 schematically shows a
도 5를 참조하면, 분리 필름(111) 상에 위치시킨 유닛셀들(110)은 히터(120)에 의해 가열된 후, 원통형의 가압 롤(130)에 의해 전체적으로 라미네이션 된다. 그러나, 이와 같이 분리 필름(111)과 유닛셀들(110)을 전체적으로 라미네이션 하게 되면 전극 사이, 전극과 분리막 사이의 밀착도가 높아져 전해액이 침투되거나 가스 발생시 가스가 방출되기 더욱 어렵게 되고, 결과적으로, 이를 포함하는 이차전지의 고용량, 고출력 및 고에너지 밀도를 실현하기 어려울 뿐만 아니라 전지의 안전성 측면에서도 불안한 문제가 있다.Referring to FIG. 5, the
또한, 최근에는 디바이스 또는 장치가 대형화 됨에 따라 전지의 용량 및 크기 면에서 더욱 큰 전지가 지속적인 요구 사항이 되고 있으나, 이와 같이 하는 경우 전해액 함침성의 문제는 더욱 커진다. 즉, 전해액이 침투할 부피는 감소하고 면적은 넓어짐에 따라, 전해액이 전지 내부까지 들어가지 못하고, 외부에 국부적으로만 존재할 가능성이 높게 된다. 이렇게 제조된 전지는 전지 내부에서 부분적으로 전해액의 양이 충분하지 않게 되어 전지 용량 및 성능이 크게 감소하게 된다In recent years, as a device or a device becomes larger, a battery which is larger in capacity and size of a battery becomes a continuous requirement. However, in this case, the problem of electrolyte impregnability becomes even greater. That is, as the volume to be infiltrated by the electrolyte decreases and the area becomes wider, the possibility that the electrolyte does not reach the inside of the battery and exists only locally on the outside becomes high. The battery thus produced has a disadvantage in that the amount of the electrolytic solution partially becomes insufficient in the inside of the battery, so that the capacity and performance of the battery are greatly reduced
이러한 문제를 해결하고자, 전해액 함침성 향상을 위해 높은 온도에서 전해액을 주입하거나, 또는 가압 또는 감압 상태에서 전해액을 주입하는 등의 방법이 이용되고 있으나, 분리막이 열에 의해 수축되어 내부 단락을 일으키는 등의 문제점이 계속해서 발생하였다.In order to solve this problem, an electrolyte solution is injected at a high temperature or an electrolyte solution is injected under a pressure or a reduced pressure in order to improve the impregnability of the electrolyte solution. However, the membrane is shrunk by heat to cause an internal short circuit The problem continued to arise.
따라서, 스택-폴딩형 이차전지에서 전해액에 대한 함침성을 증가시켜 전지의 성능을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technique for improving the performance of the battery by increasing the impregnation property of the electrolyte in the stack-folding type secondary battery.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 스택-폴딩형 전극조립체의 분리 필름과 유닛셀의 상호 계면을 부분적으로 라미네이션 시켜 부분적으로 밀착된 구조의 전극조립체를 제조하는 경우, 전극조립체의 전해액 함침성이 향상되고 내부 가스 발생시 가스의 방출이 원활하게 이루어짐을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments and have found that when the electrode assembly of the stacked-folding type electrode assembly is partially manufactured by partially laminating the interface between the separation film and the unit cell, It was confirmed that the electrolyte impregnation performance of the assembly was improved and the gas was smoothly discharged at the time of the generation of the internal gas, thereby completing the present invention.
따라서, 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체는, 분리 필름 상에 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 유닛셀들을 위치시킨 상태에서 권취한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체로서, 상기 분리 필름과 유닛셀은 상호 간의 계면이 부분적으로 밀착된 구조의 부분 라미네이션(partial lamination)의 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.Accordingly, the stack-folding type electrode assembly according to the present invention is a stack-folding type electrode assembly having a structure in which unit cells including an anode, a cathode, and a separator are placed on a separation film, The cells are characterized in that they are in the form of a partial lamination of a structure in which the interfaces between the cells are partially in close contact with each other.
본 출원의 발명자들은, 상기 스택-폴딩형 전극조립체의 전해액 함침성이 낮은 원인 중의 하나로 유닛셀들과 분리 필름 간의 결착력이 문제가 됨을 인식하고, 심도있는 연구를 거듭한 끝에, 부분 라미네이션에 의해 분리 필름과 유닛셀 사이의 계면에 밀착되지 않은 부분을 형성함으로써, 전해액 유통을 위한 전해액 유로를 형성시키는 경우, 전해액 함침성이 크게 향상됨을 밝혀내었다.The inventors of the present application have recognized that the adhesion force between the unit cells and the separating film is a problem as one of the causes of low electrolyte impregnability of the stack-folding type electrode assembly, and after intensive research, they have been separated by partial lamination It has been found that when the electrolyte flow path for electrolyte flow is formed by forming a portion that is not in close contact with the interface between the film and the unit cell, the electrolyte impregnability is greatly improved.
따라서, 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체는, 분리 필름과 유닛셀을 부분 라미네이션 시킴에 따라 라미네이션에 의해 밀착되지 않은 분리 필름과 유닛셀 사이의 계면에 전해액 유통을 위한 전해액 유로가 형성될 수 있다. Therefore, according to the stack-folding type electrode assembly of the present invention, since the separation film and the unit cell are partially laminated, an electrolyte flow path for electrolyte flow can be formed at the interface between the separation film and the unit cell, have.
상기 전해액 유로는 전해액이 용이하게 침투되고, 내부 가스의 발생시 외부로의 가스 방출을 원활하게 하기 위해, 예를 들어, 일측 단부 또는 양측 단부들이 분리 필름과 유닛셀의 계면 외측으로 연통되는 스트립(strip)형상일 수 있다.For example, the electrolyte flow path may be formed by a strip having one side end or both side ends communicating with the outside of the interface between the separating film and the unit cell so as to facilitate the discharge of the gas to the outside when the electrolyte is easily permeated, ) Shape.
이러한 전해액 유로는, 전해액 함침이 용이하게 이루어질 수 있는 형상이라면 다양하게 적용 가능하고, 그 형상은 특별히 한정되지 아니하나, 하나의 구체적인 예에서, 둘 이상의 전해액 유로들이 서로 평행하게 형성되거나, 상호 교차하며 형성되거나, 방사상(radial shape)으로 형성될 수 있다. The shape of the electrolytic solution flow path is not particularly limited as long as it is a shape that can easily be impregnated with the electrolytic solution. In one specific example, two or more electrolyte flow paths are formed parallel to each other, Or may be formed in a radial shape.
상기 전해액 유로를 형성시키기 위한 부분 라미네이션은 분리 필름 상에 위치한 유닛셀들에 대하여, 예를 들어, 가압 롤 또는 가압 지그를 사용하여 이루어질 수 있다. 이 때, 부분 라미네이션은 소망하는 전해액 유로의 형상을 고려하여 이루어지는 바, 상기 전해액 유로의 형상이 다양할 수 있는 것과 마찬가지로 그 형상에는 한정이 없고, 예를 들어, 평면상으로 원형 또는 다각형의 형상으로 이루어질 수 있다.Partial lamination for forming the electrolyte flow path may be performed using unit pressure cells, for example, a pressure roll or a pressure jig, placed on the separation film. In this case, the partial lamination is carried out in consideration of the shape of the desired electrolyte flow path, and the shape of the electrolyte flow path is not limited as long as the shape of the electrolyte flow path may be varied. For example, the shape may be circular or polygonal Lt; / RTI >
한편, 상기에서 언급한 바와 같이, 전해액의 함침성을 향상시키고 내부 가스의 방출을 원활하게 하기 위해서 부분 라미네이션을 행하는 경우에도, 분리 필름과 유닛셀 사이는 내부 저항의 증가를 억제하고 전지 공정의 효율성 등을 높이기 위하여, 소정 강도 이상의 결착력이 필요하다.On the other hand, as described above, even when the partial lamination is performed in order to improve the impregnability of the electrolyte solution and smooth the discharge of the internal gas, the increase of the internal resistance between the separation film and the unit cell is suppressed, An adhesion force of a predetermined strength or more is required.
따라서, 하나의 구체적인 예에서, 상기 부분 라미네이션에 의해 밀착되지 않은 분리 필름과 유닛셀 사이의 계면적은 분리막과 유닛셀의 전체 계면적의 10 내지 90%일 수 있고, 더욱 상세하게는 30 내지 80%일 수 있다.Thus, in one specific example, the interface between the separation film and the unit cell that is not contacted by the partial lamination may be between 10 and 90% of the total system area of the separator and the unit cell, more specifically between 30 and 80% Lt; / RTI >
90%를 초과하여 분리 필름과 유닛셀이 밀착되지 않는 경우에는 이차전지의 충방전이 반복되는 과정에서 분리 필름과 유닛셀이 분리되어 내부 저항이 증가할 수 있고, 밀착되지 않은 분리 필름과 유닛셀 사이의 계면적이 10% 미만인 경우에는 전해액 함침성 향상, 내부 가스 방출의 용이성이라는 본 발명에 따른 효과를 발휘하기 어려운 바 바람직하지 않다.When the separation film and the unit cell are not in close contact with each other, the separation film and the unit cell are separated from each other during the repeated charging and discharging of the secondary battery, so that the internal resistance can be increased. Is less than 10%, it is difficult to exhibit the effects of the present invention, such as improvement in electrolyte impregnability and easiness in releasing internal gas, which is not preferable.
상기와 같이 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체를 사용하는 경우에는 전해액 함침성이 향상되는 바, 대용량 대면적의 전극조립체의 사용이 가능하고, 따라서, 상기 스택-폴딩형 전극조립체는 전극조립체의 두께(mm)에 대한 전극조립체의 상하를 이루는 일면의 면적(mm2)의 비율이 5 이상일 수 있고, 상세하게는 10 이상 50 이하일 수 있다.When the stack-folding type electrode assembly according to the present invention is used as described above, the impregnability of the electrolyte solution is improved, so that it is possible to use an electrode assembly having a large capacity and a large area, (Mm 2 ) of the upper and lower surfaces of the electrode assembly with respect to the thickness (mm) of the electrode assembly may be 5 or more, and more specifically 10 or more and 50 or less.
이 때, 상기 스택-폴딩형 전극조립체를 이루는 세 방향의 축에 있어서, 바이셀 및/또는 풀셀들을 포함하는 적층방향의 길이가 전극조립체의 두께(mm)가 되고, 다른 두 축 방향의 길이의 곱이 전극조립체의 상하를 이루는 일면의 면적(mm2)이 된다.In this case, in the three-axis direction constituting the stack-folding type electrode assembly, the length in the stacking direction including the bi-cell and / or the pull cells is the thickness (mm) of the electrode assembly, (Mm < 2 >) of the upper surface and the lower surface of the electrode assembly.
일반적으로, 상기와 같은 대용량, 대면적의 전지를 제조하는 경우에는 전해액이 침투할 부피는 감소하고 면적은 넓어짐에 따라 전해액이 전지 내부까지 들어가지 못하고 외부에 국부적으로만 존재할 가능성이 높게 되고, 전지 내부에서 부분적으로 전해액의 양이 충분하지 않게 되어 전지 용량 및 성능이 크게 감소하는 문제가 있지만, 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체를 사용하는 경우에는 전해액 함침성 문제를 해결할 수 있으므로 대면적 전극조립체의 사용이 가능하다.Generally, when a large-capacity, large-area battery is manufactured as described above, as the volume of the electrolyte to be infiltrated decreases and the area becomes wider, the possibility that the electrolyte does not reach the inside of the battery, There is a problem in that the capacity and performance of the battery are greatly reduced because the amount of the electrolyte partially becomes insufficient in the interior of the electrode assembly. However, when the stack-folding type electrode assembly according to the present invention is used, Assembly is possible.
본 발명은 또한, 상기 스택-폴딩형 전극조립체의 제조방법을 제공하는바, 이하에서는 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체의 제조방법의 설명을 통해 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명한다.The present invention further provides a method of manufacturing the stack-folding type electrode assembly, and a method of manufacturing the stack-folding type electrode assembly according to the present invention will be described in detail below.
상기 스택-폴딩형 전극조립체를 제조하는 방법은,The method of fabricating the stack-folding type electrode assembly includes:
양극, 음극, 분리막을 포함하는 유닛셀들을 제조하는 과정;A process of manufacturing unit cells including an anode, a cathode, and a separator;
분리 필름 상에 상기 유닛셀들을 위치시키는 과정; Positioning the unit cells on a separation film;
상기 분리 필름 상에 위치한 유닛셀들을 가압 롤을 사용하여 연속적으로 부분 라미네이션 하는 과정, 또는 상기 분리 필름 상에 위치한 유닛셀들을 가압 지그를 사용하여 부분 라미네이션 하는 과정; 및Partially laminating the unit cells positioned on the separation film continuously using a pressure roll, or partially laminating unit cells positioned on the separation film using a pressing jig; And
부분 라미네이션 된 분리 필름과 유닛셀들을 권취하는 과정;Winding the partially laminated separation film and the unit cells;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.And a control unit.
이 때, 상기 가압 롤 또는 가압 지그는 유닛셀에 접하는 외면에 부분 라미네이션을 위한 그루브들이 형성되어 있을 수 있다.At this time, the pressing roll or the pressing jig may have grooves for partial lamination formed on the outer surface in contact with the unit cell.
경우에 따라서는, 상기 분리 필름 상에 유닛셀들을 위치시키는 과정 이후에 유닛셀들을 히터로 가열하는 과정을 추가로 포함할 수 있다.In some cases, the unit cells may be heated by a heater after the unit cells are positioned on the separation film.
도 6 및 도 7에는 본 발명의 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체의 유닛셀과 분리 필름의 라미네이션 공정들(200, 300)이 모식적으로 도시되어 있다.FIGS. 6 and 7 schematically show
먼저 도 6을 참조하면, 분리 필름(211) 상에 위치시킨 유닛셀들(210)은 히터(220)에 의해 가열된 후, 가압 롤(230)에 의해 부분적으로 라미네이션 된다.6, the
가압 롤(230)에는 유닛셀에 접하는 외면에 부분 라미네이션을 위한 그루브가 형성되어 있어, 라미네이션을 마친 유닛셀들(210')은 가압 롤(230)의 돌출된 부위에 의해 분리 필름과 밀착된 계면(210'-1)과 만입된 부위에 의해 밀착되지 않은 계면(210'-2)을 포함하게 된다. 설명의 편의를 위하여, 도 6에서는 계면(210'-1)과 계면(210'-2)을 외부에서도 볼 수 있도록 표현하였다. 이 때, 부분 라미네이션의 형상은 가압 롤(230)의 형상에 의해 평행하게 형성되는 바, 양측 단부들이 분리 필름과 유닛셀의 계면 외측으로 연통되는 스트립 형상의 전해액 유로 다수 개가 서로 평행하게 형성되어 있는 구조가 만들어진다.The laminated unit cells 210 'have grooves for partial lamination formed on the outer surface of the
도 7을 참조하면, 분리 필름(311) 상에 위치시킨 유닛셀들(310)은 히터(320)에 의해 가열된 후, 가압 지그(330)에 의해 부분적으로 라미네이션 된다.Referring to Fig. 7, the
가압 지그(330)에는 유닛셀에 접하는 외면에 부분 라미네이션을 위한 그루브가 원형 형상으로 형성되어 있어, 라미네이션을 마친 유닛셀들(310')은 가압 지그(330)의 돌출된 부위에 의해 분리 필름과 밀착된 계면(310'-1)과 만입된 부위에 의해 밀착되지 않은 계면(310'-2)을 포함하게 된다. 설명의 편의를 위하여, 앞서와 마찬가지로, 도 7에서는 계면(310'-1)과 계면(310'-2)을 외부에서도 볼 수 있도록 표현하였다.In the
이 때, 부분 라미네이션의 형상은 가압 지그(330)의 형상에 의해 원형으로 형성된다.At this time, the shape of the partial lamination is formed into a circular shape by the shape of the
본 발명의 이해를 돕기 위하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 부분 라미네이션 형상 등은 이에 한정되지 아니하고 다양할 수 있으며, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. Although the present invention has been described with reference to the drawings for the purpose of facilitating the understanding of the present invention, the partial lamination shape and the like are not limited thereto but may vary and the scope of the present invention is not limited thereto.
이와 같이 분리 필름과 유닛셀들을 부분적으로 라미네이션 하게 되면 밀착되지 않은 계면에는 전해액 유로가 형성되어 이를 통하여 전극조립체의 중심부까지 전해액의 침투가 용이하게 되므로 유닛셀들의 양극과 음극 사이로 리튬 이온의 이동이 원활하게 되고, 이로 인해 이차전지의 수명특성, 상온, 저온의 출력특성과 같은 전지 성능이 향상될 수 있다. 또한, 이러한 전해액 유로를 통하여 전지의 충방전 과정에서 발생하는 가스의 방출을 원활하게 방출할 수 있으므로 전지의 안전성도 향상될 수 있다.When the separation film and the unit cells are partially laminated, the electrolyte flow path is formed at the non-adhered interface so that the electrolyte can easily permeate to the center of the electrode assembly. Therefore, the lithium ions move smoothly between the anode and the cathode of the unit cells Thus, battery performance such as lifetime characteristics, room temperature, and low temperature output characteristics of the secondary battery can be improved. In addition, the discharge of the gas generated during the charging / discharging process of the battery through the electrolyte flow path can be smoothly discharged, so that the safety of the battery can be improved.
상기 유닛셀들은 바이셀 또는 풀셀일 수 있고, 바이셀과 풀셀이 함께 사용될 수도 있다. 상기 종래기술에서 설명한 바와 같이, 바이셀은 같은 종류의 전극이 셀이 양측에 위치하는 스택형 구조로 이루어져 있으며, 예를 들어, 양극-분리막-음극-분리막-양극 또는 음극-분리막-양극-분리막-음극으로 이루어진 셀이다. 풀셀은 다른 종류의 전극이 셀의 양측에 위치하는 스택형 구조로 이루어져 있으며, 예를 들어, 양극-분리막-음극으로 이루어진 셀이다.The unit cells may be a bi-cell or a full cell, and a bi-cell and a full cell may be used together. As described in the above-mentioned prior art, the bi-cell has a stacked structure in which cells of the same kind are located on both sides, for example, a positive electrode-separator-negative electrode-separator-positive electrode or a negative electrode- - a cell made up of cathodes. A pull cell is a stacked structure in which different kinds of electrodes are located on both sides of the cell, and is, for example, a cell made of a cathode-separator-cathode.
풀셀을 사용하여 전극조립체를 구성하기 위해서는, 분리 필름이 개재된 상태에서 양극과 음극이 서로 대면하도록 다수의 풀셀들을 적층하여야 하며, 바이셀을 사용하여 전극조립체를 구성하기 위해서는, 분리필름이 개재된 상태에서 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 바이셀과 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 바이셀이 서로 대면하도록 다수의 바이셀들을 적층하여야 한다.In order to construct an electrode assembly using a pull cell, a plurality of pull cells must be stacked so that the anode and the cathode face each other with the separation film interposed therebetween. In order to construct the electrode assembly using the bi- A plurality of bi-cells must be stacked such that the bi-cells of the anode / separator / cathode / separator / anode structure and the bi-cells of the cathode / separator / anode / separator / cathode structure face each other.
이 때, 상기 양극, 음극, 및 분리막을 포함하는 적층체, 즉 유닛셀들은 전체적으로 라미네이션 될 수 있다. 유닛셀과 분리 필름이 부분 라미네이션 되는 것과는 다르게, 유닛셀들은 각각이 한정된 외주면을 가지고 있으므로 전해액의 함침 및 가스 배출이 용이하고, 내부 저항 증가의 억제 및 전지 제조 공정의 효율성을 높이기 위하여 전체적으로 라미네이션 됨이 바람직하다.At this time, the stack including the anode, the cathode, and the separator, that is, the unit cells, can be laminated as a whole. Unlike the partial lamination of the unit cell and the separation film, the unit cells each have a limited outer circumferential surface, so that the electrolyte is entirely laminated in order to facilitate impregnation and gas discharge of the electrolyte, increase in internal resistance, desirable.
상기 분리 필름은 포함되는 다수의 유닛셀을 감쌀 수 있는 단위 길이를 갖고, 단위 길이 마다 내측으로 꺾여서 중앙의 유닛셀로부터 시작되어 최외각의 유닛셀까지 연속하여 각각의 유닛셀들을 감싸도록 한다.The separation film has a unit length that can cover a plurality of unit cells included therein. The separation film is bent inward for each unit length, and starts from the center unit cell to surround each unit cell continuously from the center to the outermost unit cell.
여기서, 상기 분리 필름의 말단 실링은 열융착 또는 접착필름에 의해 실링될 수 있다. 상기 유닛셀의 권취시 사용되는 분리 필름으로는 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리 필름의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 마이크로미터이다.Here, the end sealing of the separation film may be sealed by heat sealing or an adhesive film. As the separation film used for winding the unit cell, an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separation film is generally 0.01 to 10 micrometers, and the thickness is generally 5 to 300 micrometers.
이러한 분리 필름으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포; 크라프트지 등이 사용된다. 현재 시판중인 대표적인 예로 셀가드 계열(Celgard TM2400, 2300(Hoechest Celanese Corp. 제품), 폴리프로필렌 분리막(Ube Industries Ltd. 제품 또는 Pall RAI사 제품), 폴리에틸렌 계열(Tonen 또는 Entek) 등이 있다. Such separation films include, for example, olefin-based polymers such as polypropylene, which is chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like; Kraft paper and the like are used. Representative examples currently on the market include Celgard TM 2400, 2300 (from Hoechest Celanese Corp.), polypropylene separator (from Ube Industries Ltd. or Pall RAI), and polyethylene series (from Tonen or Entek).
경우에 따라서는, 전지의 안정성을 높이기 위하여 상기 분리 필름 상에 겔 폴리머 전해질이 코팅될 수도 있다. 이러한 겔 폴리머 중 대표적인 예로는, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐리덴플루라이드, 폴리아크릴로니트릴 등을 들 수 있다.In some cases, a gel polymer electrolyte may be coated on the separation film to improve the stability of the cell. Representative examples of such a gel polymer include polyethylene oxide, polyvinylidene fluoride, and polyacrylonitrile.
상기 양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The anode is prepared by applying a mixture of a cathode active material, a conductive material and a binder on a cathode current collector, followed by drying and pressing. If necessary, a filler may be further added to the mixture.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. The cathode current collector generally has a thickness of 3 to 500 mu m. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. Examples of the positive electrode current collector include stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, aluminum or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like may be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.
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, LiMn2O3, 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; LiNixMn2-xO4로 표현되는 스피넬 구조의 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; The formula Li 1 + x Mn 2 - x O 4 (Where x is 0 to 0.33), lithium manganese oxides such as LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 and LiMnO 2 ; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; A Ni-site type lithium nickel oxide expressed by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, x = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); A lithium manganese composite oxide having a spinel structure represented by LiNi x Mn 2-x O 4 ; LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like. However, the present invention is not limited to these.
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.The conductive material is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the cathode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.
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. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 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.The binder is a component which assists in bonding of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.
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.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.
상기 음극은 음극 집전체 상에 상기 음극 활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.The negative electrode is prepared by coating, drying and pressing the negative electrode active material on the negative electrode current collector, and may optionally further include a conductive material, a binder, a filler, and the like as described above.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 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.The negative electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples of the anode current collector include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, a surface of copper or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.
상기 음극 활물질은, 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 등을 사용할 수 있다.The negative electrode active material may include, for example, carbon such as non-graphitized carbon or graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1 ), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1 - x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal complex oxides such as Al, B, P, Si,
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.
본 발명은 또한, 상기 스택-폴딩형 전극조립체를 포함하는 이차전지를 제공한다.The present invention also provides a secondary battery including the stack-folding type electrode assembly.
상기 이차전지는 상세하게는 리튬 이차전지일 수 있으며, 상기 리튬 이차전지는 상기 전극조립체에 리튬염 함유 비수 전해액이 함침되어 있는 구조일 수 있다.The secondary battery may be a lithium secondary battery, and the lithium secondary battery may have a structure in which the nonaqueous electrolyte solution containing a lithium salt is impregnated in the electrode assembly.
상기 리튬염 함유 비수 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있고, 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The nonaqueous electrolytic solution containing a lithium salt is composed of a nonaqueous electrolyte and a lithium salt. Nonaqueous organic solvents, organic solid electrolytes, inorganic solid electrolytes, and the like are used as the nonaqueous electrolytic solution, but the present invention is not limited thereto.
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.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate Nonionic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.
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 중합제 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, A polymer containing an ionic dissociation group and the like may be used.
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.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3
또한, 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.For the purpose of improving the charge / discharge characteristics and the flame retardancy, the electrolytic solution is preferably mixed with an organic solvent such as pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, . In some cases, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability. In order to improve the high-temperature storage characteristics, carbon dioxide gas may be further added. FEC (Fluoro-Ethylene Carbonate, PRS (Propene sultone), and the like.
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 전해액을 제조할 수 있다.In one specific example, LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiN (SO 2 CF 3) 2 , such as a lithium salt, a highly dielectric solvent of DEC, DMC or EMC Fig solvent cyclic carbonate and a low viscosity of the EC or PC of To a mixed solvent of linear carbonate to prepare a nonaqueous electrolyte solution containing a lithium salt.
본 발명은 또한, 상기 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈을 제공하고, 상기 전지모듈을 포함하는 디바이스를 제공한다.The present invention also provides a battery module including the secondary battery as a unit cell, and provides the device including the battery module.
상기 디바이스의 구체적인 예로는 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the device include a power tool which is powered by an electric motor and moves; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); An electric golf cart; And a power storage system, but the present invention is not limited thereto.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체는 분리 필름과 유닛셀이 부분 라미네이션 되어 이들 상호 간의 계면이 부분적으로 말착된 구조를 가짐으로써, 전해액의 유통을 위한 전해액 유로를 마련하여 전해액에 대한 함침성 및 함침속도를 현저히 개선시키고, 이에 의해 수명특성, 출력특성 및 용량 등의 전지 성능을 향상시키는 효과가 있다.As described above, the stack-folding type electrode assembly according to the present invention has a structure in which the separation film and the unit cell are partially laminated and the interface between the separation film and the unit cell is partially abutted, thereby providing an electrolyte flow path for circulating the electrolyte The impregnating property and the impregnation speed for the electrolytic solution are remarkably improved, thereby improving the cell performance such as lifetime characteristics, output characteristics and capacity.
또한, 고온 및 과충전 등에 의해 기화된 전해액 및 가스 등의 가스 방출을 원활하게 함으로써 전지의 안전성을 향상시키는 효과가 있다.In addition, there is an effect that the safety of the battery is improved by smoothly discharging gas such as electrolytic solution and gas vaporized by high temperature and overcharge.
도 1 및 도 2는 스택-폴딩형 전극조립체의 유닛셀로서 사용될 수 있는 하나의 예시적인 풀셀의 모식도이다;
도 3 및 도 4는 스택-폴딩형 전극조립체의 유닛셀로서 사용될 수 있는 하나의 예시적인 바이셀의 모식도이다;
도 5는 종래 기술에 따라 스택-폴딩형 전극조립체의 유닛셀과 분리 필름을 라미네이션 하는 공정을 나타낸 모식도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따라 스택-폴딩형 전극조립체의 유닛셀과 분리 필름을 라미네이션 하는 공정을 나타낸 모식도이다;
도 7은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따라 스택-폴딩형 전극조립체의 유닛셀과 분리 필름을 라미네이션 하는 공정을 나타낸 모식도이다;Figures 1 and 2 are schematic diagrams of one exemplary pull cell that may be used as a unit cell of a stack-folding electrode assembly;
Figures 3 and 4 are schematic diagrams of one exemplary bi-cell that can be used as a unit cell of a stack-folding type electrode assembly;
5 is a schematic view showing a process of laminating a unit cell and a separation film of a stack-folding type electrode assembly according to the prior art;
6 is a schematic view showing a process of laminating a unit cell and a separation film of a stack-folding type electrode assembly according to one embodiment of the present invention;
7 is a schematic view showing a process of laminating a unit cell and a separation film of a stack-folding type electrode assembly according to another embodiment of the present invention;
이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples. However, the following Examples are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
<실시예 1>≪ Example 1 >
음극 활물질(Graphite), 도전재(Denka black), 바인더(PVdF)를 90: 5: 5의 중량비로 NMP에 넣고 믹싱하여 음극 합제를 제조하고, 20 ㎛ 두께의 구리 호일에 상기 음극 합제를 코팅한 후 압연 및 건조하여 음극을 제조하였다.Negative electrode active material (Graphite), conductive material (Denka black) and binder (PVdF) were mixed in NMP at a weight ratio of 90: 5: 5 and mixed to prepare a negative electrode material mixture. The negative electrode material mixture was coated on a 20 탆 thick copper foil Rolled and dried to prepare a negative electrode.
또한, 양극으로는 LiMn2O4와 Li1 /3Ni1 /3Mn1 /3Co1 /3O2를 양극 활물질로 사용하고 도전재(Denka black), 바인더(PVdF)를 각각 90: 5: 5의 중량비로 NMP에 넣고 믹싱한 후 20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일에 상기 양극 합제를 코팅하고, 압연 및 건조하여 양극을 제조하였다.The anode in the LiMn 2 O 4 and Li 1/3 Ni 1/3
이렇게 제조된 음극과 양극에 분리막(두께: 20 ㎛)을 개재하여 양극/분리막/음극/분리막/양극의 적층 구조를 가진 다수의 바이셀들(도 3)과 음극/분리막/양극/분리막/음극의 적층 구조를 가진 다수의 바이셀들(도 4)을 제조하였다. A plurality of bi-cells (FIG. 3) having a stacked structure of a positive electrode / separator / negative electrode / separator / positive electrode and a negative electrode / separator / positive electrode / separator / negative electrode (Fig. 4) having a stacked structure of a plurality of bi-cells.
상기 권취시 이들의 적층 계면에서 양극과 음극이 서로 대면하도록 긴 길이의 연속적인 분리 필름 상에 배열하고, 상기 분리 필름과 바이셀들 상호 간의 계면이 부분적으로 밀착되도록 그루브를 갖는 가압 롤을 사용하여 부분 라미네이션 하였다. 이 때, 부분 라미네이션에 의해 밀착되지 않은 분리 필름과 유닛셀 사이의 계면적은 분리막과 유닛셀의 전체 계면적의 40 내지 60% 정도 였다.A pressing roll having grooves arranged in such a manner that the positive electrode and the negative electrode face each other in the lamination interface on the continuous long separation film and the interface between the separation film and the bi- Partially laminated. At this time, the interface between the separation film and the unit cell which were not closely adhered by the partial lamination was about 40 to 60% of the total system area of the separation membrane and the unit cell.
이를 권취하여 스택-폴딩형 전극조립체를 제조하고, 이를 파우치형 전지케이스에 수납한 후, 에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 및 에틸 메틸 카보네이트가 부피비를 기준으로 1: 1: 1로 혼합되어 있고, 리튬염으로 1 M의 LiPF6를 포함하고 있는 리튬 비수계 전해액을 주입한 다음, 밀봉하여 리튬 이차전지를 조립하였다.
A stack-folding type electrode assembly was manufactured by winding it, and the stack was housed in a pouch-shaped battery case. Then, ethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate were mixed at a ratio of 1: 1: 1 based on the volume ratio, A lithium nonaqueous electrolyte solution containing 1 M of LiPF 6 was injected and sealed to assemble the lithium secondary battery.
<실시예 2>≪ Example 2 >
양극 활물질로, LiNi0 .6Mn0 .2Co0 .2O2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 조립하였다.
As a cathode active material, LiNi 0 .6 Mn 0 .2 was assembled, and the lithium secondary battery in the same manner as in Example 1 except for using Co 0 .2 O 2.
<비교예 1>≪ Comparative Example 1 &
그루부가 형성되어 있지 않은 원통형 가압 롤을 사용하여 분리 필름과 바이셀들을 전체적으로 라미네이션한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the separating film and the bi-cells were entirely laminated using a cylindrical press roll having no grooved portion.
<실험예 1><Experimental Example 1>
이차 전지의 수명 특성 평가Evaluation of life characteristics of secondary battery
상기 실시예 1 및 비교예 1의 이차전지들을 1 C, 31 mA로 2.5 ~ 4.15V 범위에서 충방전을 진행하였고, 이를 상온에서 50 사이클 반복 실시한 후 전지의 충전 용량의 변화를 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. The secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 1 were charged and discharged in the range of 2.5 to 4.15 V at 1 C and 31 mA. The battery was repeatedly cycled at room temperature for 50 cycles, and the change in the charging capacity of the battery was measured. The results are shown in Table 1 below.
표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 전지는 초기 용량이 약 31.7 mAh 이상이고, 92% 이상의 용량 유지율을 보이는 반면, 비교예 1의 전지는 초기 용량이 31.1 mAh 이고, 약 80% 정도의 용량 유지율을 보여, 실시예 1 및 2의 전지가 비교예 1의 전지에 비해 용량이 높을 뿐 아니라, 충방전을 반복하더라도 적은 용량 감소를 보임을 알 수 있다.
Referring to Table 1, the batteries of Examples 1 and 2 according to the present invention had an initial capacity of about 31.7 mAh or more and a capacity maintenance rate of 92% or more, while the battery of Comparative Example 1 had an initial capacity of 31.1 mAh, 80%, and the cells of Examples 1 and 2 had a higher capacity than the battery of Comparative Example 1, and showed a smaller capacity reduction even after repeated charging and discharging.
<실험예 2><Experimental Example 2>
상기 실시예 1 및 비교예 1의 이차전지들을 약 3.8V까지 포메이션 한 뒤 SOC 50에서의 출력을 측정하기 위해 모든 실험은 0.8 W로 출력값을 고정시키고 하한전압 2.5V까지 도달하는데 걸리는 시간을 표 2에 나타내었다. 이 때, 출력시간이 증가할수록 더 높은 출력값을 가지는 셀임을 알 수 있다.In order to measure the output at SOC 50 after forming the secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 1 up to about 3.8 V, the time required for fixing the output value at 0.8 W and reaching the lower limit voltage of 2.5 V is shown in Table 2 Respectively. At this time, it can be seen that as the output time increases, the cell has a higher output value.
표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 이차전지가 비교예 1의 이차전지에 비해, 상온에서의 SOC 50 출력이 25% 이상 우수함을 알 수 있다. 한편, 출력은 SOC의 변화에 걸쳐 유사한 비율로 증가하므로, 상기 실험결과로부터 실시예 1 및 2의 이차전지가 비교예 1의 이차전지에 비해 전 SOC 구간에 걸쳐 출력 특성이 우수함을 예측할 수 있다.
Referring to Table 2, it can be seen that the secondary batteries of Examples 1 and 2 according to the present invention have an SOC 50 output of at least 25% at room temperature, as compared with the secondary battery of Comparative Example 1. [ On the other hand, since the output increases at a similar rate over the SOC change, it can be predicted that the secondary batteries of Examples 1 and 2 have superior output characteristics over the entire SOC period as compared with the secondary battery of Comparative Example 1.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.
Claims (21)
상기 분리 필름과 유닛셀은 상호 간의 계면이 부분적으로 밀착된 구조의 부분 라미네이션(partial lamination)의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 스택-폴딩형 전극조립체.A stack-folding type electrode assembly having a structure in which unit cells including an anode, a cathode, and a separator are placed on a separation film,
Wherein the separation film and the unit cell are in the form of a partial lamination of a structure in which the interface between the separation film and the unit cell is partially in close contact with each other.
양극, 음극, 분리막을 포함하는 유닛셀들을 제조하는 과정;
분리 필름 상에 상기 유닛셀들을 위치시키는 과정;
상기 분리 필름 상에 위치한 유닛셀들을 가압 롤을 사용하여 연속적으로 부분 라미네이션 하는 과정; 및
부분 라미네이션 된 분리 필름과 유닛셀들을 권취하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법. A method of manufacturing a stack-folding type electrode assembly according to claim 1,
A process of manufacturing unit cells including an anode, a cathode, and a separator;
Positioning the unit cells on a separation film;
Continuously laminating the unit cells located on the separation film using a pressure roll; And
Winding the partially laminated separation film and the unit cells;
≪ / RTI >
양극, 음극, 분리막을 포함하는 유닛셀들을 제조하는 과정;
분리 필름 상에 상기 유닛셀들을 위치시키는 과정;
상기 분리 필름 상에 위치한 유닛셀들을 가압 지그를 사용하여 부분 라미네이션 하는 과정; 및
부분 라미네이션 된 분리 필름과 유닛셀들을 권취하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.A method of manufacturing a stack-folding type electrode assembly according to claim 1,
A process of manufacturing unit cells including an anode, a cathode, and a separator;
Positioning the unit cells on a separation film;
Partially laminating the unit cells positioned on the separation film using a pressing jig; And
Winding the partially laminated separation film and the unit cells;
≪ / RTI >
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