KR20150049601A - 수계 바인더를 포함하는 전극을 구비한 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극 및 제2 분리막이 순차적으로 적층되어 4층 구조를 형성하는 기본 단위체가 적어도 1개 적층되는 단위체 스택부를 포함하고, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 집전체 상에 활물질과 수계 바인더를 포함하는 활물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는 기본 단위체를 단순히 적층시킨 방식에 수계 바인더를 포함하는 전극을 적용함으로써, 전극의 집전체와 활물질 간의 충분한 접착력을 부여할 수 있고, 양극과 음극의 단락 발생 가능성을 최소화할 수 있어 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 수계 바인더를 포함하는 전극을 적용함으로써, 환경 친화적일 뿐만 아니라, 전기 화학 셀의 구조적 안정성 향상을 통한 이차전지의 수명 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.

Description

수계 바인더를 포함하는 전극을 구비한 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{ELECTRODE ASSEMBLY HAVING ELECTRODE COMPRISING AQUEOUS BINDER AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 수계 바인더를 포함하는 전극을 구비한 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 전극 조립체의 구조에 따라 다양하게 분류될 수 있다. 일례로 이차전지는 스택형 구조, 권취형(젤리롤형) 구조 또는 스택/폴딩형 구조로 분류될 수 있다. 스택형 구조의 경우 양극, 분리막, 음극을 소정 크기로 절단한 다음에 이들을 차례로 적층하여 전극 조립체를 형성한다. 이때 분리막은 양극과 음극의 사이마다 배치된다. 권취형 구조의 경우 양극, 분리막, 음극, 분리막을 시트 형상으로 형성한 다음에 이들을 차례로 적층하고 권취하여 전극 조립체를 형성한다. 스택/폴딩형 구조의 경우 우선 풀셀 또는 바이셀을 형성한 다음에 이들을 분리막 시트를 통해 권취하여 전극 조립체를 형성한다. 양극, 분리막, 음극을 소정 크기로 절단한 다음에 이들을 차례로 적층하면, 풀셀 또는 바이셀을 형성할 수 있다. (풀셀 또는 바이셀은 각각 1개 이상의 양극, 분리막, 음극을 포함한다.)
그런데 스택형 구조는 전극 조립체를 구성하는 전극 단위(양극, 분리막 및 음극)가 서로 별개로 적층되기 때문에, 전극 조립체를 정밀하게 정렬하는 것이 매우 어려울 뿐만 아니라, 전극 조립체를 생산하기 위해 매우 많은 공정이 요구된다는 단점이 있다. 그리고 스택/폴딩형 구조는 일반적으로 2대의 라미네이션 장비와 1대의 폴딩 장비가 요구되기 때문에, 전극 조립체의 제조공정이 매우 복잡하다는 단점이 있다. 특히, 스택/폴딩형 구조는 폴딩을 통해 풀셀이나 바이셀을 적층하기 때문에 풀셀이나 바이셀을 정밀하게 정렬하기 어렵다는 단점도 있다.
또한, 이러한 스택형 구조로 전극 조립체 제조시, 상기 단위체를 단순 적층 후, 태이핑(taping) 하는 방식을 이용하는 방법을 적용할 수 있지만, 이 경우 정렬도 확보가 어려워 양극과 음극의 단락 발생 가능성이 증가하여 안전성 확보가 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 해결하고자 하는 제1 기술적 과제는 양극과 음극의 단락 발생 가능성을 최소화하여 안전성을 향상시킬 수 있고, 환경 친화적일 뿐만 아니라 이차전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있는 전극 조립체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 해결하고자 하는 제2 기술적 과제는 상기 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 해결하고자 하는 제2 기술적 과제는 리튬 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈 및 전지팩을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극 및 제2 분리막이 순차적으로 적층되어 4층 구조를 형성하는 기본 단위체가 적어도 1개 적층되는 단위체 스택부를 포함하고, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 집전체 상에 활물질과 수계 바인더를 포함하는 활물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.
나아가, 본 발명은 상기 리튬 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈 및 전지팩을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는 기본 단위체를 적층시킨 방식에, 수계 바인더를 포함하는 전극을 적용함으로써 전극의 집전체와 활물질 간의 충분한 접착력을 부여할 수 있고, 양극과 음극의 단락 발생 가능성을 최소화할 수 있어 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 수계 바인더를 포함하는 전극을 적용함으로써, 환경 친화적일 뿐만 아니라, 전기 화학 셀의 구조적 안정성 향상을 통한 이차전지의 수명 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기본 단위체의 제1 구조를 도시하고 있는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기본 단위체의 제2 구조를 도시하고 있는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기본 단위체를 제조하는 공정을 도시하고 있는 공정도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기본 단위체와 제1 보조 단위체를 포함한 단위체 스택부의 제1 구조를 도시하고 있는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기본 단위체와 제1 보조 단위체를 포함한 단위체 스택부의 제2 구조를 도시하고 있는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기본 단위체와 제2 보조 단위체를 포함한 단위체 스택부의 제3 구조를 도시하고 있는 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기본 단위체와 제2 보조 단위체를 포함한 단위체 스택부의 제4 구조를 도시하고 있는 측면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기본 단위체, 제1 보조 단위체와 제2 보조 단위체를 포함한 단위체 스택부의 제5 구조를 도시하고 있는 측면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기본 단위체와 제1 보조 단위체를 포함한 단위체 스택부의 제6 구조를 도시하고 있는 측면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 기본 단위체와 제2 보조 단위체를 포함한 단위체 스택부의 제7 구조를 도시하고 있는 측면도이다.
도 11 및 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전극 조립체의 고정구조를 도시한 개략 사시도이다.
도 13은 유기 용제계 바인더를 사용한 경우(a)와 수계 바인더(b)를 사용한 경우, 활물질 입자들 사이; 및 활물질과 집전체 사이의 접착 정도를 모식적으로 도시한 것이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 전극 조립체는 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극 및 제2 분리막이 순차적으로 적층되어 4층 구조를 형성하는 기본 단위체가 적어도 1개 적층되는 단위체 스택부를 포함하고, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 집전체 상에 활물질과 수계 바인더를 포함하는 활물질층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는 기본 단위체를 단순히 적층시킨 라미네이션 앤 스택형 (L&S; Lamination & Stacking) 방식에, 수계 바인더를 포함하는 전극을 적용함으로써 전극의 집전체와 활물질 간의 충분한 접착력을 부여할 수 있고, 양극과 음극의 단락 발생 가능성을 최소화할 수 있어 안전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 수계 바인더를 포함하는 전극을 적용함으로써, 환경 친화적일 뿐만 아니라, 전기 화학 셀의 구조적 안정성 향상을 통한 이차전지의 수명 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 라미네이션 앤 스택형 방식은, 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 순차적으로 적층되어 형성된 기본 단위체(110a)를 기본 단위 셀로 하여 1개 이상 적층하는 방식을 나타낼 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체에 있어서, 상기 기본 단위체(110a)는 기본적으로 4층 구조를 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면 기본 단위체(110a)는 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이, 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 상측에서 하측으로 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기본 단위체(110b)는 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 하측에서 상측으로 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제1 전극(111)과 제2 전극(113)은 서로 반대되는 전극일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(111)이 양극이면 제2 전극(113)은 음극일 수 있다. 물론 이의 반대일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기본 단위체(110a)는 다음과 같은 공정으로 형성될 수 있으며, 이는 도 3을 참조하여 설명될 수 있다.
먼저, 제1 전극 재료(121), 제1 분리막 재료(122), 제2 전극 재료(123) 및 제2 분리막 재료(124)를 준비한다. 여기서 전극 재료(121, 123)는 이하에서 살펴볼 바와 같이 소정 크기로 절단되어 전극(111, 113)을 형성할 수 있다. 이는 분리막 재료(122, 124)도 동일하다. 공정의 자동화를 위해 전극 재료와 분리막 재료는 롤에 권취되어 있는 형태를 가지는 것이 바람직하다. 이와 같이 재료들을 준비한 다음에 제1 전극 재료(121)를 커터(C1)를 통해 소정 크기로 절단할 수 있다. 그리고 제2 전극 재료(123)도 커터(C2)를 통해 소정 크기로 절단할 수 있다. 그런 다음 소정 크기의 제1 전극 재료(121)를 제1 분리막 재료(122) 위로 공급할 수 있다. 그리고 소정 크기의 제2 전극 재료(123)도 제2 분리막 재료(124) 위로 공급할 수 있다. 그런 다음 재료들을 모두 함께 라미네이터(L1, L2)로 공급할 수 있다.
단위체 스택부(100)는 앞서 살펴본 바와 같이, 기본 단위체(110a)가 반복적으로 적층되어 형성될 수 있다. 그런데 기본 단위체(110a)를 구성하는 전극과 분리막이 서로 분리된다면, 기본 단위체(110a)를 반복적으로 적층하는 것이 매우 어려워질 것이다. 따라서 기본 단위체(110a, 110b)를 형성할 때, 전극과 분리막을 서로 접착하는 것이 바람직하다. 라미네이터(L1, L2)는 이와 같이 전극과 분리막을 서로 접착하기 위해 사용될 있다. 즉, 라미네이터(L1, L2)는 재료들에 압력을 가하거나, 또는 압력과 열을 가하여 전극과 분리막을 서로 접착한다. 이와 같이 전극 재료와 분리막 재료는 라미네이터(L1, L2)에서 서로 접착된다. 이와 같은 접착으로 기본 단위체(110)는 보다 안정적으로 자신의 형상을 유지할 수 있다.
마지막으로 제1 분리막 재료(122)와 제2 분리막 재료(124)를 함께 커터(C3)를 통해 소정 크기로 절단할 수 있다. 이와 같은 절단으로 기본 단위체(110a)가 형성될 수 있다. 추가적으로 필요에 따라 기본 단위체(110a)에 대한 각종 검사를 수행할 수도 있다. 예를 들어, 두께 검사, 비전 검사, 쇼트 검사와 같은 검사를 추가적으로 수행할 수도 있다.
한편, 분리막(분리막 재료)은 접착력을 가지는 코팅 물질이 표면에 코팅될 수 있다. 이때 코팅 물질은 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물일 수 있다. 여기서 무기물 입자는 분리막의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다. 즉, 무기물 입자는 고온에서 분리막이 수축하는 것을 방지할 수 있다. 그리고 바인더 고분자는 무기물 입자를 고정시킬 수 있다. 이와 같은 무기물 입자들로 인해 분리막 표면에 형성되는 코팅층에는 소정의 기공 구조가 형성될 수 있다. 이와 같은 기공 구조로 인해 무기물 입자가 분리막에 코팅되어 있더라도 양극으로부터 음극으로 이온이 원활하게 이동할 수 있다. 또한 바인더 고분자는 무기물 입자를 분리막에 안정적으로 유지시켜 분리막의 기계적 안정성도 향상시킬 수 있다. 더욱이 바인더 고분자는 분리막을 전극에 보다 안정적으로 접착시킬 수 있다. (이와 같은 코팅을 SRS 코팅이라 한다.) 참고로, 분리막은 폴리올레핀 계열의 분리막 기재로 형성될 수 있다.
그런데, 도 1과 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 제1 분리막(112)은 양면에 전극(111, 113)이 위치하는데 반해, 제2 분리막(114)은 일면에만 전극(113)이 위치한다. 따라서 제1 분리막(112)은 양면에 코팅 물질이 코팅될 수 있고, 제2 분리막(114)은 일면에만 코팅 물질이 코팅될 수 있다. 즉, 제1 분리막(112)은 제1 전극(111)과 제2 전극(113)을 바라보는 양면에 코팅 물질이 코팅될 수 있고, 제2 분리막(114)은 제2 전극(113)을 바라보는 일면에만 코팅 물질이 코팅될 수 있다.
이와 같이 코팅 물질에 의한 접착은 기본 단위체 내에서 이루어지는 것으로 충분할 수 있다. 따라서 앞서 살펴본 바와 같이 제2 분리막(114)은 일면에만 코팅이 이루어져도 무방하다. 다만, 기본 단위체끼리도 heat press 등의 방법으로 서로 접착될 수 있으므로, 필요에 따라 제2 분리막(114)도 양면에 코팅이 이루어질 수 있다. 즉, 제2 분리막(114)도 제2 전극(113)을 바라보는 일면과 그 반대면에 코팅 물질이 코팅될 수 있다. 이와 같은 경우 상측에 위치하는 기본 단위체와 이의 바로 아래에 위치하는 기본 단위체는 제2 분리막 외면의 코팅 물질을 통해 서로 접착될 수 있다.
참고로, 접착력을 가지는 코팅 물질을 분리막에 도포한 경우, 소정의 물체로 분리막에 직접 압력을 가하는 것은 바람직하지 않다. 분리막은 통상적으로 전극보다 외측으로 길게 연장된다. 따라서 제1 분리막(112)의 말단과 제2 분리막(114)의 말단을 서로 결합시키려는 시도가 있을 수 있다. 예를 들어, 제1 분리막(112)의 말단과 제2 분리막(114)의 말단을 초음파 융착으로 서로 융착시키려는 시도가 있을 수 있다. 그런데 이와 같은 초음파 융착은 혼(horn)으로 대상을 직접 가압할 필요가 있다. 그러나 이와 같이 혼으로 분리막의 말단을 직접 가압하면, 접착력을 가지는 코팅 물질로 인해 분리막에 혼이 들러붙을 수 있다. 이로 인해 장치의 고장이 초래될 수 있다. 따라서 접착력을 가지는 코팅 물질을 분리막에 도포한 경우, 소정의 물체로 분리막에 직접 압력을 가하는 공정을 적용하는 것은 바람직하지 않다.
추가적으로, 기본 단위체가 반드시 4층 구조를 가져야만 하는 것은 아니다. 예를 들어, 기본 단위체는 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113), 제2 분리막(114), 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 순차적으로 적층되어 형성되는 8층 구조를 가질 수도 있다.
즉, 기본 단위체는 4층 구조가 반복적으로 적층되어 형성되는 구조를 가질 수도 있다. 앞서 살펴본 바와 같이, 단위체 스택부(100)는 기본 단위체가 반복적으로 적층되어 형성될 수 있다. 따라서 4층 구조를 반복적으로 적층하여 단위체 스택부(100)를 형성할 수도 있지만, 예를 들어 8층 구조를 반복적으로 적층하여 단위체 스택부(100)를 형성할 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체에 있어서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 단위체 스택부(100a)는 적어도 1개의 기본 단위체(110a)를 포함할 수 있다.
단위체 스택부(도 4의 도면부호 100a 등 참조)는 적어도 1개의 기본 단위체(도 1의 110a 등 참조)를 포함할 수 있다. 즉, 단위체 스택부(100)는 1개의 기본 단위체(110)로 형성되거나, 또는 적어도 2개의 기본 단위체(110)로 형성될 수 있다. 그리고 단위체 스택부(100)는 기본 단위체(110)가 적층되어 형성될 수 있다.
예를 들어, 1개의 기본 단위체(110) 위에 다른 1개의 기본 단위체(110)가 적층되어 단위체 스택부(100)가 형성될 수 있다. 이와 같이 단위체 스택부(100)는 기본 단위체(110)가 기본 단위체 단위로 적층되어 형성될 수 있다. 즉, 기본 단위체(110)를 미리 형성한 다음에 이를 차례로 적층하여 단위체 스택부(100)를 형성할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 단위체 스택부(100)는 기본 단위체(110)가 반복적으로 적층되어 형성된다는 점에 기본적인 특징이 있다. 이와 같은 방식으로 단위체 스택부(100)를 형성하면, 기본 단위체(110)를 매우 정밀하게 정렬시킬 수 있다는 장점과, 생산성을 향상시킬 수 있다는 장점을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단위체 스택부(100)는 제1 보조 단위체(130)와 제2 보조 단위체(140) 중의 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
우선, 제1 보조 단위체(130)에 대해 살펴본다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기본 단위체(110)는 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 상측에서 하측으로, 또는 하측에서 상측으로 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다. 따라서 이와 같은 기본 단위체(110)가 반복적으로 적층되어 단위체 스택부(100)가 형성되면, 단위체 스택부(100)의 가장 위쪽(도 1 참조), 또는 가장 아래쪽(도 2 참조)에 제1 전극(116, 이하 '제1 말단 전극'이라 한다)이 위치하게 된다. (제1 말단 전극은 양극일 수도 있고 음극일 수도 있다.) 제1 보조 단위체(130)는 이와 같은 제1 말단 전극(116)에 추가적으로 적층될 수 있다.
보다 구체적으로 제1 보조 단위체(130a)는 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이 제1 전극(111)이 양극이고 제2 전극(113)이 음극이면, 제1 말단 전극(116)으로부터 순차적으로, 즉 제1 말단 전극(116)으로부터 외측(도 4를 기준으로 상측)으로 분리막(114), 음극(113), 분리막(112) 및 양극(111)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다.
또한 제1 보조 단위체(130b)는 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이 제1 전극(111)이 음극이고 제2 전극(113)이 양극이면, 제1 말단 전극(116)으로부터 순차적으로, 즉 제1 말단 전극(116)으로부터 외측으로 분리막(114) 및 양극(113)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 단위체 스택부(100)는 도 4 또는 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이 제1 보조 단위체(130)로 인하여 제1 말단 전극(116) 측의 가장 외측에 양극을 위치시킬 수 있다.
전극은 일반적으로 집전체와 집전체의 양면에 도포되는 활물질층(활물질)으로 구성된다. 이에 따라 도 4를 기준으로 양극의 활물질층 중 집전체의 아래쪽에 위치한 활물질층은 분리막을 매개로 음극의 활물질층 중 집전체의 위쪽에 위치한 활물질층과 서로 반응한다. 그런데 기본 단위체(110)를 동일하게 형성한 다음에 이를 차례로 적층하여 단위체 스택부(100)를 형성하면, 단위체 스택부(100)의 가장 위쪽 또는 가장 아래쪽에 위치한 제1 말단 전극은 다른 제1 전극과 동일하게 집전체의 양면에 활물질층을 구비할 수밖에 없다. 그러나 제1 말단 전극이 집전체의 양면에 활물질층을 도포한 구조를 가지면, 제1 말단 전극의 활물질층 중 외측에 위치한 활물질층은 다른 활물질층과 반응할 수 없다. 따라서 활물질층이 낭비되는 문제가 초래될 수 있다.
제1 보조 단위체(130)는 이와 같은 문제를 해결하기 위한 것이다. 즉, 제1 보조 단위체(130)는 기본 단위체(110)와 별개로 형성될 수 있다. 따라서 제1 보조 단위체(130)는 집전체의 일면에만 활물질층이 형성된 양극을 구비할 수 있다.
즉, 제1 보조 단위체(130)는 집전체의 양면 중에 기본 단위체(110)를 바라보는 일면(도 4를 기준으로 아래쪽을 바라보는 일면)에만 활물질층이 코팅된 양극을 구비할 수 있다. 결과적으로, 제1 말단 전극(116)에 추가적으로 제1 보조 단위체(130)를 적층하여 단위체 스택부(100)를 형성하면, 제1 말단 전극(116) 측의 가장 외측에 단면만 코팅된 양극을 위치시킬 수 있다. 따라서 활물질층이 낭비되는 문제를 해결할 수 있다. 그리고 양극은 (예를 들어) 니켈 이온을 방출하는 구성이므로, 가장 외측에 양극을 위치시키는 것이 전지 용량에 유리할 수 있다.
다음으로 제2 보조 단위체(140)에 대해 살펴본다. 제2 보조 단위체(140)는 기본적으로 제1 보조 단위체(130)와 동일한 역할을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로 설명한다. 기본 단위체(110)는 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 상측에서 하측으로, 또는 하측에서 상측으로 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다. 따라서 이와 같은 기본 단위체(110)가 반복적으로 적층되어 단위체 스택부(100)가 형성되면, 단위체 스택부(100)의 가장 위쪽(도 2 참조), 또는 가장 아래쪽(도 1 참조)에 제2 분리막(117, 이하 '제2 말단 분리막'이라 한다)이 위치하게 된다. 제2 보조 단위체(140)는 이와 같은 제2 말단 분리막(117)에 추가적으로 적층될 수 있다.
보다 구체적으로 제2 보조 단위체(140a)는 도 6에서 도시하고 있는 것과 같이 제1 전극(111)이 양극이고 제2 전극(113)이 음극이면, 양극(111)으로 형성될 수 있다. 또한 제2 보조 단위체(140b)는 도 7에서 도시하고 있는 것과 같이 제1 전극(111)이 음극이고 제2 전극(113)이 양극이면, 제2 말단 분리막(117)으로부터 순차적으로, 즉 제2 말단 분리막(117)으로부터 외측(도 7을 기준으로 하측)으로 음극(111), 분리막(112) 및 양극(113)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 제2 보조 단위체(140)도 제1 보조 단위체(130)와 동일하게 집전체의 양면 중에 기본 단위체(110)를 바라보는 일면(도 7을 기준으로 위쪽을 바라보는 일면)에만 활물질층이 코팅된 양극을 구비할 수 있다. 결과적으로 제2 말단 분리막(117)에 제2 보조 단위체(140)를 추가적으로 적층하여 단위체 스택부(100)를 형성하면, 제2 말단 분리막(117) 측의 가장 외측에 단면만 코팅된 양극을 위치시킬 수 있다.
참고로, 도 4와 도 5, 그리고 도 6과 도 7은 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 상측에서 하측으로 순차적으로 적층된 경우를 예시하고 있다. 이와는 반대로 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 하측에서 상측으로 순차적으로 적층된 경우도 앞서 설명된 바와 동일하게 설명될 수 있다. 그리고 제1 보조 단위체(130)와 제2 보조 단위체(140)는 필요에 따라 가장 외측에 분리막을 더 포함할 수도 있다. 일례로 가장 외측에 위치한 양극이 케이스와 전기적으로 절연될 필요가 있을 경우 제1 보조 단위체(130)와 제2 보조 단위체(140)는 양극의 외측에 분리막을 더 포함할 수 있다. 같은 이유에서, 도 6과 같이 제2 보조 단위체(140)가 적층되어 있는 쪽의 반대쪽(즉, 도 6의 단위체 스택부의 최상측)에 노출되어 있는 양극에도 분리막이 더 포함될 수 있다.
한편, 도 8 내지 도 10에서 도시하고 있는 것과 같이, 단위체 스택부를 형성하는 것이 바람직하다. 우선, 도 8에서 도시하고 있는 것과 같이 단위체 스택부(100e)를 형성할 수 있다. 기본 단위체(110b)는 하측에서 상측으로 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제1 전극(111)은 양극일 수 있고 제2 전극(113)은 음극일 수 있다. 그리고 제1 보조 단위체(130c)는 제1 말단 전극(116)으로부터 순차적으로, 즉 도 8을 기준으로 상측에서 하측으로 분리막(114), 음극(113), 분리막(112) 및 양극(111)이 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제1 보조 단위체(130c)의 양극(111)은 기본 단위체(110b)를 바라보는 일면에만 활물질층이 형성될 수 있다.
또한 제2 보조 단위체(140c)는 제2 말단 분리막(117)으로부터 순차적으로, 즉 도 8을 기준으로 하측에서 상측으로 양극(111, 제1 양극), 분리막(112), 음극(113), 분리막(114) 및 양극(118, 제2 양극)이 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제2 보조 단위체(140c)의 양극 중 가장 외측에 위치한 양극(118, 제2 양극)은 기본 단위체(110b)를 바라보는 일면에만 활물질층이 형성될 수 있다. 참고로, 보조 단위체가 분리막을 포함하면 단위체의 정렬에 유리하다.
다음으로, 도 9에서 도시하고 있는 것과 같이 단위체 스택부(100f)를 형성할 수 있다. 기본 단위체(110b)는 하측에서 상측으로 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제1 전극(111)은 양극일 수 있고 제2 전극(113)은 음극일 수 있다. 그리고 제1 보조 단위체(130d)는 제1 말단 전극(116)으로부터 순차적으로 분리막(114), 음극(113) 및 분리막(112)이 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제2 보조 단위체는 구비되지 않아도 무방하다. 참고로, 음극은 전위차로 인해 전극 케이스(예를 들어, 파우치)의 알루미늄층과 반응을 일으킬 수 있다. 따라서 음극은 분리막을 통해 전극 케이스로부터 절연되는 것이 바람직하다.
마지막으로, 도 10에서 도시하고 있는 것과 같이 단위체 스택부(100g)를 형성할 수 있다. 기본 단위체(110c)는 상측에서 하측으로 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제1 전극(111)은 음극일 수 있고 제2 전극(113)은 양극일 수 있다. 그리고 제2 보조 단위체(140d)는 제2 말단 분리막(117)으로부터 순차적으로 음극(111), 분리막(112), 양극(113), 분리막(114) 및 음극(119)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제1 보조 단위체는 구비되지 않아도 무방하다.
본 발명에 따른 전극 조립체(100)는 도 11에서 도시하고 있는 것과 같이, 기본 단위체가 적층된 구조의 전극 조립체(100)의 측면, 측면의 수직 방향 또는 전면을 고정하는 고정부(T1)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 고정부는 상기 전극 조립체의 측면 또는 측면의 수직 방향을 테이핑(taping) 하는 고분자 테이프를 이용하여 구현될 수 있다.
즉, 적층 구조의 안정성을 확보하기 위해, 전극 조립체(100)의 측면에 별개의 부재를 이용하여 고정을 수행할 수 있으며, 이러한 고정부는 도 11(a)에 도시된 것과 같이, 적층된 전극 조립체(100)의 양 측면으로부터 전극 조립체의 전면을 감싸도록 테이핑하는 방식으로 구현하거나, 도 11(b) 및 도 12(a) 내지 12(c)에 도시된 것과 같이, 전극 조립체(100)의 측면 또는 측면에 수직 방향을 고정하는 고정부(T2, T3, T4)로 구현하는 것이 가능하다. 상기 고정부 (T1, T2, T3)가 전극 조립체(100)의 측면에 고정되는 경우, 고정부의 개수는 적어도 1개일 수 있으며, 바람직하게는 양 측면에 각각 1개 내지 5개, 더욱 바람직하게는 1개 내지 3개일 수 있다. 또한, 상기 고정부(T4)가 전극 조립체의 (100) 측면의 수직 방향에 고정되는 경우, 예를 들면 도 12(c)에 도시한 바와 같이, 양극 또는 음극을 사이에 두고 상기 고정부(T4)가 양 옆에 고정될 수 있다.
그러나, 이러한 라미네이션 앤 스택형 방식으로 전극 조립체 제조시, 상기 기본 단위체를 단순 적층 후, 테이핑(taping) 하는 방식으로 고정부를 포함할 경우, 정렬도 확보가 어려워 양극과 음극의 단락 발생 가능성이 증가하여 안전성 확보가 어려울 수 있다.
특히, 종래 통상적으로 사용되는 유기 용매계 바인더, 예를 들어 NMP(N-메틸 피롤리돈)-PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드) 계열의 바인더를 사용하여 전극에 적용하는 경우, 유기용매에 용해시켜 바인더 조성물로 사용하여야 하는 환경적 문제가 발생할 뿐만 아니라, 전극 내 활물질들간의 접착력 대비 활물질과 집전체 사이의 접착력이 좋지 않아 전극의 구조적 안전성 결여 및 사이클 진행후 비정질 PVdF의 분해로 인한 수명 특성의 저하가 초래될 수 있다. 또한, 액체 전해질과의 낮은 친화성으로 인하여 전극의 성능 저하의 근본적인 원인이 될 수 있다.
이러한 문제점을 고려하여, 본 발명에서는 친수성, 접착력, 열접합 특성, 제조 과정시 및 제조 과정 후의 물적 안정성, 전지 특성 등을 향상시킬 수 있는 수계 바인더를 구비한 전극을 사용하여 상기 라미네이션 앤 스택형 방식에 적용시킴으로써 안전성을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극을 구성하는 활물질층에 수계 바인더를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 사용가능한, 상기 수계 바인더는 스티렌 부타디엔 고무(SBR: Styrene butadiene rubber), 카르복시 변성 스티렌 부타디엔 고무, 아크릴레이트 부타디엔 고무 및 (메타)아크릴산 알킬에스테르의 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 수계 바인더는 활물질층 전체 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 1 중량% 내지 3 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체에 있어서, 상기 전극은 활물질층에 수계 바인더를 포함함으로써, 환경 친화적일 뿐만 아니라, 전극 내 활물질 입자들 사이를 고정할 수 있고, 활물질과 집전체 사이를 연결하기에 충분한 접착력을 발휘할 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 도 13의 (a) 및 (b)는 각각 유기 용제계 바인더를 사용한 경우와 수계 바인더를 사용한 경우, 활물질 입자들 사이; 및 활물질과 집전체 사이의 접착 정도를 모식적으로 도시한 것이다.
즉, 도 13의 (a)와 같이, 유기 용제계 바인더, 예를 들면 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자를 사용한 경우 사이클 후 비정질 PVdF가 분해되어 활물질 입자들 사이, 또는 금속과 같은 집전체와의 접착력이 좋지 않아서 충분한 접착력을 발휘 및 유지하는데 어려움이 있을 수 있다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따라 사용되는 상기 수계 바인더는 도 13의 (b)에 나타낸 바와 같이, 유기 용제계 바인더에 비해, 전극 내 활물질 입자들 사이; 및 활물질과 집전체 사이의 우수한 접착력을 나타낼 뿐만 아니라, 전극 및 이와 인접하는 분리막과의 접합시에도 접착력을 유지함으로써, 기본 단위셀을 적층 후 테이핑 하여 고정 할 경우에도 양극과 음극의 단락 발생 가능성을 낮추어, 안전성을 확보할 수 있다. 따라서, 이차 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 활물질층은 점도조절을 위해 증점제를 더 포함할 수 있다.
상기 증점제는 셀룰로오스계 화합물, 폴리비닐알콜 및 폴리아크릴산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 상기 셀룰로오스계 화합물은 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC), 하이드록시 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 셀룰로오스 및 하이드록시 프로필 셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2 종 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 증점제는 바람직하게는 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC)가 바람직하며, 상기 수계 바인더를 상기 증점제와 함께 물에 분산시켜 전극에 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체에 있어서, 집전체 상에 포함되는 활물질층은 활물질, 수계 바인더, 필요에 따라 증점제 또는 도전재의 혼합물을 도포한 후 건조하여 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 활물질 층에 있어서, 상기 양극 활물질로는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 리튬망간 산화물(LiMnO2); 리튬 동 산화물(Li2CuO2); 바나듐 산화물; 니켈 사이트형 리튬 니켈 산화물(lithiated nickel oxide); 리튬 망간 복합 산화물, 디설파이드 화합물 또는 이들 조합에 의해 형성되는 복합 산화물 등과 같이 리튬 흡착 물질(lithium intercalation material)을 주성분으로 하는 화합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 음극 활물질은, 예컨대, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소, 할로겐, 리튬 금속, 리튬 합금, 규소계 합금, 주석계 합금, 폴리아세틸렌 등일 수 있다.
상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유 또는 탄소나노튜브 등일 수 있다.
또한, 상기 양극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등일 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태일 수 있다.
상기 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 수리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것일 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.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예
실시예 1 : 전극 조립체의 제조
양극, 제1 분리막, 음극 및 제2 분리막이 순차적으로 적층되어 4층 구조를 형성하는 기본 단위체가 적어도 1개 적층되는 단위체 스택부를 형성시켰다.
상기 양극은 양극 활물질로 LiCoO2 96 중량%, 도전재로 super-p 2 중량% 및 수계 바인더로 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 2 중량%를 혼합하여 수계 전해질 용매인 1차 증류수에 용해시켜 양극 활물질 슬러리를 제조하였다.
상기 양극 활물질 슬러리를 두께가 10㎛ 정도의 양극 집전체인 알루미늄(Al) 박막의 양면에 코팅하고, 건조하여 양극을 제조하였다.
상기 음극은 음극 활물질로 흑연 92 중량%와 도전재로 super-p 4 중량% 및 수계 바인더로 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 4 중량%를 혼합하여 수계 전해질 용매인 1차 증류수에 용해시켜 음극 활물질 슬러리를 제조하였다.
상기 음극 활물질 슬러리를 두께가 20㎛ 정도의 음극 집전체인 구리(Cu) 박막의 양면에 코팅하고, 건조하여 음극을 제조하였다.
또한, 상기 제1 분리막 및 제2 분리막으로는 폴리올레핀 분리막을 사용하였다.
비교예 1:
상기 양극과 음극의 제조에 있어서, 바인더로 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 사용하고, 비수계 전해질 용매인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전극 조립체를 형성하였다.
실험예 1
본 발명의 실시예 1 및 비교예 1의 엔탈피 및 최고 발열점의 온도를 측정하였다.
측정 설비 및 측정 방법은 다음과 같으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다:
측정 설비 : DSC(Differential Scanning Calorimetry, 시차주사 열량계)
측정 방법 : 충전된 음극 바인더의 발열량 및 온도, 승온 속도 : 10 ℃/min, ~400 ℃
구분 엔탈피(J/g) 최고발열점(Exothermic Peak) 온도(℃)
실시예 1 650 220
비교예 1 900 180
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 엔탈피(발열량)는 650 J/g으로, 비교예 1에 비해 250 J/g 정도 적고, 최고 발열온도는 비교예 1에 비해 약 40 ℃ 정도 높음을 확인 할 수 있다.
이에 따라, 실시예 1의 전극 조립체가 비교예 1에 비해 안전성면에서 유리함을 예측할 수 있다.
100(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f, 100g): 단위체 스택부
110(110a, 110b, 110c): 기본 단위체
111: 제1 전극 112: 제1 분리막
113: 제2 전극 114: 제2 분리막
116: 제1 말단 전극 117: 제2 말단 분리막
121: 제1 전극 재료 122: 제1 분리막 재료
123: 제2 전극 재료 124: 제2 분리막 재료
130(130a, 130b, 130c, 130d): 제1 보조 단위체
140(140a, 140b. 140c, 140d): 제2 보조 단위체
211: 양극
212: 음극
T1, T2, T3, T4: 고정부

Claims (25)

  1. 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극 및 제2 분리막이 순차적으로 적층되어 4층 구조를 형성하는 기본 단위체가 적어도 1개 적층되는 단위체 스택부를 포함하고,
    상기 제1 전극 및 제2 전극은 집전체 상에 활물질과 수계 바인더를 포함하는 활물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수계 바인더는 스티렌 부타디엔 고무(SBR: Styrene butadiene rubber), 카르복시 변성 스티렌 부타디엔 고무, 아크릴레이트 부타디엔 고무 및 (메타)아크릴산 알킬에스테르의 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수계 바인더는 활물질층 전체 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 10 중량%의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 활물질층은 증점제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 증점제는 셀룰로오스계 화합물, 폴리비닐알콜 및 폴리아크릴산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 셀룰로오스계 화합물은 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC), 하이드록시 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 셀룰로오스 및 하이드록시 프로필 셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2 종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기본 단위체는 상기 전극과 상기 분리막이 서로 접착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전극과 상기 분리막의 접착은, 상기 전극과 상기 분리막에 압력을 가하는 것에 의한 접착, 또는 상기 전극과 상기 분리막에 압력과 열을 가하는 것에 의한 접착인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 분리막은 접착력을 가지는 코팅 물질이 표면에 코팅되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 코팅 물질은 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 분리막은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 바라보는 양면에 상기 코팅 물질이 코팅되고, 상기 제2 분리막은 상기 제2 전극을 바라보는 일면에만 상기 코팅 물질이 코팅되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 분리막은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 바라보는 양면에 상기 코팅 물질이 코팅되고, 상기 제2 분리막은 상기 제2 전극을 바라보는 일면과 그 반대면에 상기 코팅 물질이 코팅되며,
    상기 단위체 스택부는 2개 이상의 기본 단위체가 적층되어 형성되되, 상기 제2 분리막의 코팅 물질에 의해 기본 단위체끼리 서로 접착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 기본 단위체는 상기 4층 구조가 반복적으로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위체 스택부는 가장 위쪽 또는 가장 아래쪽에 위치하는 제1 전극인 제1 말단 전극에 적층되는 제1 보조 단위체를 더 포함하며,
    상기 제1 보조 단위체는, 상기 제1 전극이 양극이고 상기 제2 전극이 음극일 때 상기 제1 말단 전극으로부터 순차적으로 분리막, 음극, 분리막 및 양극이 적층되어 형성되고, 상기 제1 전극이 음극이고 상기 제2 전극이 양극일 때 상기 제1 말단 전극으로부터 순차적으로 분리막 및 양극이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 보조 단위체의 양극은, 집전체 및 상기 집전체의 양면 중에 상기 기본 단위체를 바라보는 일면에만 코팅되는 활물질을 구비하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위체 스택부는 가장 위쪽 또는 가장 아래쪽에 위치하는 제1 전극인 제1 말단 전극에 적층되는 제1 보조 단위체를 더 포함하며,
    상기 제1 보조 단위체는, 상기 제1 전극이 양극이고 상기 제2 전극이 음극일 때 상기 제1 말단 전극으로부터 순차적으로 분리막, 음극 및 분리막이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위체 스택부는 가장 위쪽 또는 가장 아래쪽에 위치하는 제2 분리막인 제2 말단 분리막에 적층되는 제2 보조 단위체를 더 포함하며,
    상기 제2 보조 단위체는, 상기 제1 전극이 양극이고 상기 제2 전극이 음극일 때 양극으로 형성되고, 상기 제1 전극이 음극이고 상기 제2 전극이 양극일 때 상기 제2 말단 분리막으로부터 순차적으로 음극, 분리막 및 양극이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제2 보조 단위체의 양극은, 집전체 및 상기 집전체의 양면 중에 상기 기본 단위체를 바라보는 일면에만 코팅되는 활물질을 구비하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위체 스택부는 가장 위쪽 또는 가장 아래쪽에 위치하는 제2 분리막인 제2 말단 분리막에 적층되는 제2 보조 단위체를 더 포함하며,
    상기 제2 보조 단위체는, 상기 제1 전극이 양극이고 상기 제2 전극이 음극일 때 상기 제2 말단 분리막으로부터 순차적으로 제1 양극, 분리막, 음극, 분리막 및 제2 양극이 적층되어 형성되며,
    상기 제2 보조 단위체의 제2 양극은 집전체 및 상기 집전체의 양면 중에 상기 기본 단위체를 바라보는 일면에만 코팅되는 활물질을 구비하는 것을 특징으로 전극 조립체.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위체 스택부는 가장 위쪽 또는 가장 아래쪽에 위치하는 제2 분리막인 제2 말단 분리막에 적층되는 제2 보조 단위체를 더 포함하며,
    상기 제2 보조 단위체는, 상기 제1 전극이 음극이고 상기 제2 전극이 양극일 때 상기 제2 말단 분리막으로부터 순차적으로 음극, 분리막, 양극, 분리막 및 음극이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 전극 조립체.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 전극 조립체의 측면 또는 측면의 수직 방향을 고정하는 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 고정부는 상기 전극 조립체의 측면 또는 측면의 수직 방향을 테이핑하는 고분자 테이프인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  23. 제 1 항에 따른 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차전지.
  24. 제 23 항에 따른 리튬 이차전지를 단위전지로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  25. 제 24 항에 따른 전지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190064012A (ko) 2017-11-30 2019-06-10 주식회사 엘지화학 랜덤 공중합체를 포함하는 바인더, 그를 포함하는 리튬이온 2차전지용 음극, 상기 음극을 포함하는 리튬이온 2차전지, 및 상기 공중합체의 중합방법
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CN110767956A (zh) * 2019-11-02 2020-02-07 河南电池研究院有限公司 一种锂离子电池极片材料与集流体的剥离方法
KR20200017060A (ko) 2018-08-08 2020-02-18 주식회사 엘지화학 리튬이온 이차전지용 수계 바인더, 그를 포함하는 리튬이온 이차전지용 음극, 상기 음극을 포함하는 리튬이온 이차전지, 및 상기 바인더에 포함되는 공중합체의 중합방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7145600B2 (ja) * 2017-10-10 2022-10-03 日産自動車株式会社 非水電解質二次電池用電極
JP7133301B2 (ja) * 2017-10-10 2022-09-08 日産自動車株式会社 非水電解質二次電池用電極

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5426989B2 (ja) * 2009-10-15 2014-02-26 コマツＮｔｃ株式会社 積層型電池製造装置
JP5703580B2 (ja) * 2010-03-31 2015-04-22 株式会社豊田中央研究所 水溶液系リチウム二次電池用電極合材、水溶液系リチウム二次電池用電極ペースト、水溶液系リチウム二次電池用電極及び水溶液系リチウム二次電池
JP5875803B2 (ja) * 2011-08-29 2016-03-02 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池及びその製造方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190064012A (ko) 2017-11-30 2019-06-10 주식회사 엘지화학 랜덤 공중합체를 포함하는 바인더, 그를 포함하는 리튬이온 2차전지용 음극, 상기 음극을 포함하는 리튬이온 2차전지, 및 상기 공중합체의 중합방법
KR20190064000A (ko) 2017-11-30 2019-06-10 주식회사 엘지화학 랜덤 공중합체를 포함하는 바인더, 그를 포함하는 리튬이온 2차전지용 음극, 상기 음극을 포함하는 리튬이온 2차전지, 및 상기 공중합체의 중합방법
KR20200017060A (ko) 2018-08-08 2020-02-18 주식회사 엘지화학 리튬이온 이차전지용 수계 바인더, 그를 포함하는 리튬이온 이차전지용 음극, 상기 음극을 포함하는 리튬이온 이차전지, 및 상기 바인더에 포함되는 공중합체의 중합방법
CN110767956A (zh) * 2019-11-02 2020-02-07 河南电池研究院有限公司 一种锂离子电池极片材料与集流体的剥离方法
CN110767956B (zh) * 2019-11-02 2022-06-21 河南电池研究院有限公司 一种锂离子电池极片材料与集流体的剥离方法

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