KR20150069837A - 이차전지용 전극 조립체 최외각 테이프 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

이차전지용 전극 조립체 최외각 테이프 및 이를 포함하는 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들은 이차전지용 전극 조립체 최외각 테이프 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수축 성질이 없어 전지의 안정성을 높이며, 특히 파우치형 이차전지에 사용시 모서리 부분의 안전성을 더욱 강화시킬 수 있는 이차전지용 전극 조립체 최외각 테이프 및 이를 이용하는 이차전지에 관한 것이다.

Description

이차전지용 전극 조립체 최외각 테이프 및 이를 포함하는 이차전지{JELLY ROLL TAPE FOR RECHARGEABLE BATTERY AND RECHARGEABLE BATTERY HAVING THE SAME}
본 발명의 실시예들은 이차전지용 전극 조립체 최외각 테이프 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지 케이스 내부에 전극 조립체의 유동을 방지하여 전지의 안정성을 높이며, 특히 파우치형 이차전지에 사용시 모서리 부분의 안전성을 더욱 강화시킬 수 있는 이차전지용 전극 조립체 최외각 테이프 및 이를 이용하는 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 양극판, 음극판 및 이들 두 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터로 구성된 전극 조립체를 전해질과 함께 케이스에 수납하여 형성된다. 상기 이차전지는 케이스의 형상에 따라 원통형, 각형 및 파우치 형으로 분류될 수 있으며, 사용되는 전해질에 따라 폴리머 전해질형 비수 전해질형으로 구분된다.
상기 케이스에 수납된 전극 조립체는 외부 진동 또는 충격에 의해 케이스의 내부에서 쉽게 회전하거나 유동하는 경우가 자주 발생한다. 이러한 유동은 전지내부 쇼트를 발생시킬 수 있고, 전극 조립체에 마련한 전극 탭을 손상시킬 수가 있다.
따라서 외부 충격에도 전극 조립체의 풀림이나 유동이 발생하는 것을 방지하기 위하여 전극 조립체의 외면에 전극 조립체 최외각 테이프를 부착하고 있는데 실 테이프(seal tape) 위에 독립적으로 따로 부착하여 사용도 가능하다. 그러나 종래 전극 조립체 최외각 테이프는 특히, 폴리머 전지에서는 접착력이 충분히 강하지 못해 외부 충격에도 쉽게 떨어지거나, 전해액과 반응하여 접착력을 상실하는 문제점이 있었다. 또한, 시간이 지남에 따라 전해액과 반응하여 수축하게 됨으로써, 전극 조립체를 조이게 되어 전극 조립체가 원활하게 기능을 발휘하지 못하게 하거나, 국부적으로 전극 조립체 두께가 두꺼워져 전지두께 불량을 일으키고, 경우에 따라서는 단락 등을 일으키는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 전해질과 반응하여 접착력이 더욱 강해지면서도, 수축성질이 없어 국부적인 전지두께의 변화 없이 전극 조립체가 원활하게 기능할 수 있고, 특히 외부 충격에 약한 모서리 부분에 더욱 강한 접착력을 나타낼 수 있는 이차전지용 전극 조립체 최외각 테이프를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 외부 충격에 강하고 케이스 내부에서 전극 조립체가 유동하는 것을 방지할 수 있는 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따르면, 본 발명은 전해액 과 반응하여 점착성을 나타내는 점착성 테이프; 및 상기 점착성 테이프의 적어도 일면에 형성된 점착층;을 포함하는 이차전지용 전극 조립체 최외각 테이프(JELLY ROLL TAPE)를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 점착성 테이프는 OPS(Oriented polystyrene) 필름을 이용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 점착성 필름 및 상기 점착층 사이에 전해액에 용해되지 않는 전해액 불용성 필름을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 점착층으로 고무계 점착층이 사용될 수 있다.
상기 전해액 불용성 테이프는 그의 두께가 조정되어, 전지 조립체와 전지 케이스 간의 간격을 조절하는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적을 위하여, 본 발명은 제1 전극판; 상기 제1 전극판과 다른 극성을 갖는 제2 전극판; 및 상기 제1 전극 판 및 상기 제2 전극판 사이에 게재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 전해질; 상기 전극 조립체의 외면에 접착되는 전극 조립체 최외각 테이프; 및 상기 전극 조립체와 상기 전해액을 수용하는 케이스;를 포함하며, 상기 전극 조립체 최외각 테이프가 본 발명에 다른 전극 조립체 최외각 테이프인 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지용 전극 조립체 최외각 테이프에 의하면, 수축성질이 없어 장기간 사용하여도 국부적인 전지 두께 증가가 발생하지 않을 뿐만 아니라 전극 조립체를 조이지 않아 전극 조립체의 극판에서의 충방전이 용이하게 진행되어 전지의 수명 특성이 좋아진다.
또한, 고온에서도 수축율이 상대적으로 낮아 고온 특성도 우수하다.
또한, 전해질과 접촉하여도 접착력이 유지되므로, 전지의 케이스 내부에서 전지조립체가 회전하거나 유동하는 것을 방지하여 결과적으로 외부 충격에 약한 모서리 부분의 내충격성을 보다 증가시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 전극 조립체 최외각 테이프가 부착된 파우치형 이차전지의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실 테이프로서 전극 조립체 최외각 테이프(100)가 사용된 예를 도시한 것이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 전극 조립체에 실 테이프(예를 들어, PP) 위에 본 발명에 따른 전극 조립체 최외각 테이프(100)가 사용된 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 전극 조립체 최외각 테이프(예를 들어, 고무계 점착층, OPS 사용)의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 전극 조립체 최외각 테이프가 부착될 전극 조립체의 사시도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 파우치형 이차전지의 단면도이다.
이하 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 이하 상세한 설명에서, 본 발명의 실시예들은 설명을 위해 제시되고 기술된 것이다. 당해 기술분야의 전문가들은 본 발명이 여러 가지 형태로 예시될 수 있고 이하 설명된 실시예들은 본 발명을 제한하는 것으로 구성될 수 없다는 것을 인식할 것이다.
<전극 조립체 최외각 테이프( JELLY ROLL tape )>
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명은 전해액과 반응하여 점착성을 나타내는 점착성 테이프; 및 상기 점착성 테이프의 적어도 일면에 형성되는 점착층;을 포함하는 전극 조립체 최외각 테이프를 제공한다.
상기 점착성 테이프는 예를 들어, OPS(Oriented polystyrene) 필름이 사용될 수 있으며, 상기 점착층은 고무계 점착층이 사용될 수 있으며, 고무계 점착층을 사용하여야, 폴리머 전지에서도 충분한 점착성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 전극 조립체 최외각 테이프의 두께는 전지의 용량을 고려하여 얇을수록 바람직하나, 외부 충격에 의해 끊어지는 것을 방지하기 위하여 최소한 20㎛ 이상, 바람직하게는 20㎛~50㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 점착성 테이프, 예를 들어 OPS 필름은 인장강도가 200kgf/cm2이상, 바람직하게는 200kgf/cm2~600 kgf/cm2인 것이 바람직하다. 이는 전극의 충방전에 따라 가해지는 압력을 견딜 수 있어야 하기 때문이다. 600kgf/cm2 이상의 경우는 롤에 감긴 테이프가 잘 떨어지지 않아 필름 작업성이 떨어지거나 OPS 필름이 찢어지는 경우가 있어 공정성이 불량이 발생될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고무계 점착층이 천연 고무(natural rubber), 폴리아이소프렌 고무, 스틸렌-부타디엔 고무, 스티렌-이소프렌 고무, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록공중합체 고무, 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체 고무, 스틸렌-에틸렌-부틸렌-스틸렌 블록 공중합체 고무, 스틸렌-에틸렌-프뢸렌-스티렐 블록공중합체 고무, 스틸렌-에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 고무, 재생고무, 부틸고무, 폴리이소 부틸렌, 또는 이들의 변성체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 최외각 테이프는, 상기 점착성 테이프, 예를 들어 OPS 필름과; 그의 적어도 일측면에 형성된 점착층 사이에 전해액에 용해되지 않는 전해액 불용성 필름을 넣어 다중층으로 형성될 수도 있으며, 이로 인해 전극 조립체의 종류에 상관없이 전지충격을 견딜 수 있는 구조가 될 수 있다.
상기 전해액 불용성 필름은, 예를 들어 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트), PI(폴리이미드), PE(폴리에틸렌) 또는 PP(폴리프로필렌) 등이 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 전극 조립체 최외각 테이프에서 상기 점착성 테이프(예를 들어, OPS 필름)의 적어도 일 측면에 형성되는 점착층은 고무계 점착층으로서, 전해질과 반응하여도 점착성이 유지되는 것이 바람직하다.
<이차전지>
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명의 이차 전지는 제1 전극판; 상기 제1 전극판과 다른 극성을 갖는 제2 전극판; 및 상기 제1 전극 판 및 상기 제2 전극판 사이에 게재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 전해질; 상기 전극 조립체의 외면에 접착되는 전극 조립체 최외각 테이프; 및 상기 전극 조립체와 상기 전해액을 수용하는 케이스;를 포함하며,상기 전극 조립체 최외각 테이프가 본 발명에 따른 전극 조립체 최외각 테이프이다.
상기 제1 전극판은 음극 또는 양극이며, 제2 전극판은 제1극판과 다른 극성을 갖는 전극을 의미한다.
상기 이차전지는 전지 케이스의 형태에 따라 각형, 원통형, 또는 파우치형 어느 것이나 가능하나, 파우치 형에서 상대적으로 우수한 효과를 나타낸다. 파우치형 이차전지는 각형이나 원통형에 비하여 모서리 부(R)가 상대적으로 취약하다. 그러나 본 발명에 따른 이차전지는 전해질과 접촉해도 점착성을 잃지 않는 본 발명의 전극 조립체 최외각 테이프의 성질에 의해 전지 케이스 내부에서 전극 조립체의 유동을 방지하여 외부 충격 등에 의해서도 쉽게 분리되지 않아 안전성을 높일 수 있다.
또한, 이차전지는 전해질의 종류에 따라 비수 전해질 전지, 폴리머 전지 등으로 구분할 수 있는데, 본 발명에 따른 이차전지는 폴리머 전지에 더 효과적이다. 이는 고무계 점착층이 점착성 테이프(예를 들어, OPS)와 전극 조립체 사이의 접착력을 유지하기 때문인데 원통형 경우 아크릴레이트 점착층으로도 효과를 얻을 수 있기 때문이다.
전해질
전해질은 폴리머 전해질 또는 비수 전해질로 구분되며, 상기 폴리머 전해질을 사용하는 경우에도 리튬염 및 비수 전해액을 더 포함한다.
상기 비수 전해액은 리튬염을 용해 또는 해리시키기 위해 사용하는 것으로서, 통상적인 전지용 전해액 용매로 사용하고 있는 것이면 특별히 제한하지 않는다.
상기 비수 전해액은 예를 들어, 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 락톤, 에테르, 에스테르, 설폭사이드, 아세토니트릴, 락탐, 케톤 및 이들의 할로겐 유도체 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 환형 카보네이트의 예로는 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC), 플루오르에틸렌 카보네이트(FEC) 등이 있고, 상기 선형 카보네이트의 예로는 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC), 및 메틸 프로필 카보네이트(MPC) 등이 있다. 상기 락톤의 예로는 감마부티로락톤(GBL)이 있으며, 상기 에테르의 예로는 디부틸에테르, 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란, 1,4-디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄 등이 있다. 상기 에스테르의 예로는 메틸 포메이트, 에틸 포메이트, 프로필 포메이트, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트,메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 부틸 프로피오네이트, 메틸 피발레이트 등이 있다. 또한, 상기 설폭사이드로는 디메틸설폭사이드 등이 있고, 상기 락탐으로는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 등이 있으며, 상기 케톤으로는 폴리메틸비닐 케톤이 있다. 또한, 이들의 할로겐 유도체도 사용 가능하며, 이상의 예시된 전해액 용매에만 한정하는 것은 아니다. 또한, 이들 전해액 용매는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다. 또한, 비수계 전해질에는 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 있다.
음극
일 실시예에서 상기 음극은 당 분야에서 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들어, 바인더, 유기용매, 필요에 따라서, 도전재, 분산제를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포하고 압축한 뒤 건조하여 음극을 제조할 수 있다.
일 실시예에 의하면 음극활물질은 70~98중량%, 바인더는 1 ~30중량% 및 도전재는 1~25중량%로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질은 고용량 음극 활물질이며, 본 발명의 일 실시예에 따라 Si계 활물질, Sn계 활물질 및 이들의 합금으로 이루어진 활물질 중 1종 이상일 수 있고 흑연과 혼합하여 사용이 가능하다.
예를 들어, 상기 Si계 음극 활물질은 산화 실리콘(SiOx, 0.1≤x≤1.2), 비정질 실리콘 또는 실리콘에 다른 원소를 첨가하여 합금 형태의 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 원소는 Mg, Ca, Sr, Sn, 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, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se 및 Te 중 1종 이상일 수 있다.
예를 들어, 상기 Sn계 음극 활물질은 주석, 산화주석 (SnO2) 또는 주석에 다른 원소를 첨가하여 합금 형태의 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 원소는 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, Si, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se 및 Te 중 1종 이상일 수 있다.
상기 바인더는 예를 들어, SBR, 폴리아미드이미드(PAI), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로 에틸렌(PTFE) 등을 들 수 있으나, 이에 제한하지 않는다.
도전제로는 이에 한정되지는 않지만, 카본 블랙, 케첸블랙, 아세틸렌 블랙, 인조흑연, 탄소섬유, 탄소 나노 튜브, 비정질 카본 등이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, SBR 바인더 에멀젼을 물과 혼합하여 음극 활물질, 또는 도전제와 함께 넣어 균일하게 슬러리를 제조한다.
금속 재료의 집전체는 금속 재료로 제조될 수 있으며, 상기 음극 활물질의 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 고전도성 금속이라면 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이라면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 대표적인 예로, 구리, 니켈 또는 스테인레스 합금 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 메쉬(mesh), 또는 호일(foil) 등이 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
슬러리를 집전체에 도포하는 방법도 특별히 제한하지 않는다. 예를 들어, 닥터 블레이드, 침지, 솔칠(brushing) 등의 방법으로 도포할 수 있으며, 도포량도 특별히 제한하지 않으나, 용매나 분산매를 제거한 후 형성되는 활물질 층의 두께가 보통 0.005~5mm, 바람직하게는 0.01~0.1mm 정도가 바람직하다.
용매 또는 분산매를 제거하는 방법도 특별히 제한하지 않지만, 응력 집중이 발생하여 활물질 층에 균열이 발생하거나, 활물질층이 집전체로부터 박리되지 않는 정도의 속도 범위 내에서 가능하면 신속하게 용매 또는 분산매가 휘발되도록 조정하여 제거하는 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어 50~200℃ 진공오븐에서 0.5~3일 동안 건조할 수 있다.
양극
일 실시예에서 상기 이차전지의 양극에 사용가능한 양극활물질로는 리튬 함유 전이금속 산화물이 있으며, 구체적으로 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiaCobMnc)O2 (0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LiNi1 - YCoYO2, LiCo1 - YMnYO2, LiNi1-YMnYO2 (여기에서, 0=Y<1), Li(NiaCobMnc)O4 (0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn2 - zNizO4, LiMn2 - ZCoZO4 (여기에서, 0<Z<2), LiCoPO4, 및 LiFePO4로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 양극활물질을 이용하여 당해 기술분야에 알려진 통상의 방법에 따라 양극을 제조하며, 기타 양극 제조에 관련한 내용은 일반적인 내용으로 그 기술을 생략한다.
세퍼레이터
일 실시예에서, 상기 세퍼레이터는 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다.
일 실시예에서, 상기 세퍼레이터의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 세퍼레이터로는, 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 세퍼레이터를 겸할 수도 있다.
상기 세퍼레이터 중에서 올레핀계 폴리머의 구체적인 예로는 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.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 전극 조립체의 최외각 표면은 세퍼레이터로 1턴(turn) 감싸지는 것이 바람직하다. 이는 양극 활물질이나 음극 활물질로 감싸진 것보다는 세퍼레이터로 감싸진 것이 상기 전극 조립체의 외면에 부착되는 전극 조립체 최외각 테이프와의 접착력을 더욱 높일 수 있기 때문이다.
이하 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 음극을 포함하는 이차전지를 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 사시도를 나타낸다. 이하 설명되는 이차전지의 제조방법은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 당해 기술분야에 알려진 기술내용을 이용하여 적절하게 변경하여 사용될 수 있다.
도 1을 참조로 하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지는, 케이스(20), 상기 케이스(20) 내로 수납되는 전극 조립체(10), 상기 전극 조립체(10)의 외면에 접착되는 전극 조립체 최외각 테이프(100)로 구성된다.
도 2를 참조로 하면, 본 발명에 따른 실 테이프로서 전극 조립체 최외각 테이프(100)가 사용된 예를 도시한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체 최외각 테이프(100)는 전극 조립체의 실 테이프로서 사용될 수 있다.
도 3를 참조로 하면, 실 테이프(PP) 위에 본 발명에 따른 전극 조립체 최외각 테이프(100)가 사용된 예를 도시한 것으로, 실 테이프에 추가로 전극 조립체 최외각 테이프(100)가 부착되어 사용될 수 있다.
도 4을 참조로 하면 상기 전극 조립체 최외각 테이프(100)는 기재인 점착성 테이프(예를 들어, OPS 필름, 110) 및 상기 점착성 테이프인 OPS 필름(110)의 일측면에 형성된 점착층(120)으로 구성될 수 있다.
도 5를 참조로 하면 상기 전극 조립체(10)는 최외곽 표면이 세퍼레이터(12)가 되도록 세퍼레이터(12)로 1 턴 더 감싸는 것이 바람직하다.
도 6를 참조로 하면, 상기 전극 조립체 최외각 테이프(100)는 상기 전극 조립체(10)의 최외각 외면을 구성하는 상기 세퍼레이터(12)를 둘러 접착된 후, 케이스(20) 수납하거나 기존의 실 테이프로 전극 조립체 최외각을 고정한 후에 그 위에 전극 조립체 최외각 테이프(100)을 따로 붙일 수 있다. 이후 전해액이 주액됨에 따라 상기 전해액(200)과 전극 조립체 최외각 테이프(100)의 기재인 점착성 테이프층(예를 들어, OPS층)과 반응하여 점착성이 발생하여 전지 케이스 내부의 전극 조립체 유동을 방지하여 낙하테스트 등 충격테스트에서 좋을 결과를 나타낸다.
이에 따라 본 발명에 따른 전극 조립체 최외각 테이프가 부착된 이차전지는 외부 충격에 강하며, 특히 모서리 부의 내충격성을 증가시키는 효과를 얻을 수 있다.
이하에 본 발명을 실시예를 통해 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 전극 조립체 최외각 테이프의 제조
SKC의 40㎛의 OPS 필름(OPS25/PSA10)에 스티렌 부타디엔계 점착 성분으로서 고무가 70중량% 포함된 점착성 조성물을 5㎛ 두께로 도포하여, 상온에서 24시간 건조하여 총 두께 45㎛의 전극 조립체 최외각 테이프를 제조하였다.
실시예 2 ~ 4
하기 표 1에 다른 고무계 점착층 및 두께를 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전극 조립체 최외각 테이프를 제조하였다.
두께가 20~40um 경우는 마감 Tape로서 두께 불량 및 외관불량에 개선이 되는 것으로 판단하고, 반면에 두께가 40um 이상의 경우는 마감 Tape로서 두께 불량 및 외관불량에 불리한 구조를 가지고 있다고 판단하였다.
실시예
2 3 4
점착층 성분 오공 SBR 일본 고니쉬
SBR 		미국 Ameripol Synpol SBR
전극 조립체 최외각 테이프 두께
(㎛)		 20 40 35
실시예 5
실시예 1에서 OPS와 점착층 사이에 6㎛두께의 PET를 부가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전극 조립체 최외각 테이프를 제조하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 방법에 따르나 다만 점착층은 아크릴계가 메인 성분인 (Acylic ester 중합체)점착층을 사용하여 제조하였다.
실험예 1: 전극 조립체 최외각 테이프의 물성 실험
실시예 1 내지 5 및 비교예 1에 따라 제조된 전극 조립체 최외각 테이프의 물성을 각각 측정하여 하기 표 2에 기재하였다. 표 2에서 실시예와 비교예에 사용된 OPS 는 동일한 것으로 점착제 성분만 다른 것이다. 따라서 필름의 기본 물성은 동일하지만 전극 조립체에 OPS 필름을 접착 시킨 후 전해액에 담그고 오븐에 넣어 OPS 수축 정도를 파악한 결과 아크릴계 점착층을 가지는 비교예1의 경우 50 ℃에서 수축하였고, 고무계 점착층을 가지고 있는 OPS 필름은 80℃가 되어야 수축하여 고무계 점착층이 전해액에 잘 녹지 않아 OPS 필름을 더 잘 유지 시키는 것으로 나타났다.
상기 전해액은 1.1M LiPF6(EC/PC/EP=1/3/6) + 1.2 LiBF4 + 5.0% FEC(Flouroethylene carbonate) + 2.0%VC(Vinyl carbonate) + 1.0% SA(succinic anhydride) + 3.0%SN(succinontrile)을 사용하였다.
비교예 1
(OPS40/PSA1)		 실시예 1
(OPS35/PSA5)		 실시예 2
(OPS40/PSA5/PET6/PSA5)		 실시예3
(OPS35/PSA5/PET6/PSA5)		 실시예4
(OPS20/PSA5/PET6/PSA5)
전극 조립체 접착후 전해액 침지 상태에서 내열온도(℃) 50℃ 에서 OPS 층 수축 80℃ 에서 OPS 층 수축 80℃ 에서
OPS 층 수축		 80℃ 에서
OPS 층 수축		 80℃ 에서
OPS 층 수축
실험예 2: 점착력
실시예 1 내지 5 및 비교예 1에 따라 제조된 전극 조립체 최외각 테이프를 스테인레스 금속판에 OPS필름을 접착한 샘플을 각각 5개씩 만들어 1.1M LiPF6(EC/PC/EP=1/3/6) + 1.2 LiBF4 + 5.0% FEC(Flouroethylene carbonate) + 2.0%VC(Vinyl carbonate) + 1.0% SA(succinic anhydride) + 3.0%SN(succinontrile)에 함침시키고 고온 60℃에서 10일 방치 후 샘플을 1개씩 꺼내어 점착력 측정하고, 그 결과를 표 3에 나타내었다. 전극 조립체 최외각 테이프를 전해액에 함침을 하는 경우 OPS의 필름이 녹아 전해액과의 반응으로 스테인레스 금속판과 달라 붙는 현상이 있다. 어느 일정이상의 점착력(300gf/25mm ↑)을 가지면 전해액과의 반응에 의한 접착력에는 문제가 없다고 판단한다.
경과일수 초기 4일 11일 17일 25일 31일
점착력
(gf/25mm)		 실시예 1 320 300 ↑ 300 ↑ 300 ↑ 300 ↑ 300 ↑
실시예 2 332 300 ↑ 300 ↑ 300 ↑ 300 ↑ 300 ↑
실시예 3 315 300 ↑ 300 ↑ 300 ↑ 300 ↑ 300 ↑
실시예 4 345 300 ↑ 300 ↑ 300 ↑ 300 ↑ 300 ↑
실시예 5 322 300 ↑ 300 ↑ 300 ↑ 300 ↑ 300 ↑
비교예 1 300 13 8 7 6 6
상기 표 3로부터 본 발명에 따른 전극 조립체 최외각 테이프가 점착층으로서 아크릴계 전극 조립체 최외각 테이프보다 점착력이 우수한 것을 알 수 있는데, 이는 아크릴계 점착층을 가지는 테이프의 경우(비교예 1)는 초기 300gf/25mm 점착력을 지니지만 시간이 경과함에 따라 점착제가 전해액에 녹아 11일 경과 후에는 점착력이 10gf/25mm이하로 약해져 접착력을 상실하게 된다.

Claims (17)

  1. 전해액과 반응하여 점착성을 나타내는 점착성 테이프; 및
    상기 점착성 테이프의 적어도 일면에 형성된 점착층;을 포함하고,
    상기 점착층이 고무계 점착층인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체 최외각 테이프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 점착성 테이프가 OPS(Oriented polystyrene) 필름인 것을 특징으로 하는 전극 조립체 최외각 테이프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체 최외각 테이프가 실 테이프(seal tape)인 것을 특징으로 하는 전극 조립체 최외각 테이프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고무계 점착층이 천연 고무(natural rubber), 폴리아이소프렌 고무, 스틸렌-부타디엔 고무, 스티렌-이소프렌 고무, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록공중합체 고무, 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체 고무, 스틸렌-에틸렌-부틸렌-스틸렌 블록 공중합체 고무, 스틸렌-에틸렌-프뢸렌-스티렐 블록공중합체 고무, 스틸렌-에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 고무, 재생고무, 부틸고무, 폴리이소 부틸렌, 또는 이들의 변성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체 최외각 테이프.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체 최외각 테이프의 두께는 20㎛~50㎛인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체 최외각 테이프.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 OPS 필름의 인장강도가 200~600kgf/cm2인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체 최외각 테이프.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전해액과 반응하여 점착성을 나타내는 필름과, 상기 필름의 적어도 일면에 형성된 점착층 사이에, 전해액에 용해되지 않는 전해액 불용성 필름을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 최외각 테이프.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전해액 불용성 필름은, 예를 들어 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트), PI(폴리이미드), PE(폴리에틸렌) 및 PP(폴리프로필렌)로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 최외각 테이프.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전해액 불용성 필름이 상기 점착성 테이프와, 상기 점착층에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 최외각 테이프.
  10. 제1 전극판; 상기 제1 전극판과 다른 극성을 갖는 제2 전극판; 및 상기 제1 전극 판 및 상기 제2 전극판 사이에 게재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    전해질;
    상기 전극 조립체의 외면에 접착되는 전극 조립체 최외각 테이프; 및
    상기 전극 조립체와 상기 전해액을 수용하는 케이스;를 포함하며,
    상기 전극 조립체 최외각 테이프가 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 전극 조립체 최외각 테이프인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 최외각 표면이 상기 세퍼레이터로 1턴(turn) 더 감싸지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 이차전지가 파우치형 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 전해질이 비수성 유기용매 및 리튬염을 포함하고,
    상기 비수성 유기 용매가 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트 중 선택된 1종 이상의 환형 카보네이트;
    디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 에틸프로필 카보네이트(EPC) 중 선택된 1종 이상의 선형 카보네이트;
    메틸아세테이트, 에틸아세테?, 프로필아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트,γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, δ-발레로락톤, ε-카프로락톤 중 선택된 1 종 이상의 에스테르;
    테트라하이드로푸란, 2-메틸테트라하이드로 푸란, 디부틸에테르 중 선택된 1 종 이상의 에테르; 및
    폴리메틸비닐 케톤;으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 전극 조립체 최외각 테이프가 세퍼레이터에 접작된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 세퍼레이터가 PE 또는 PP을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 PE 또는 PP 세퍼레이터 위에 세라믹층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 세퍼레이터로 하는 이차전지
  17. 제16항에 있어서,
    상기 세라믹층 위에 고무계 점착층이 더욱 형성된 것으로 특징으로 하는 이차전지.
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