KR20150101136A - 이차전지 - Google Patents

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KR20150101136A
KR20150101136A KR1020140022436A KR20140022436A KR20150101136A KR 20150101136 A KR20150101136 A KR 20150101136A KR 1020140022436 A KR1020140022436 A KR 1020140022436A KR 20140022436 A KR20140022436 A KR 20140022436A KR 20150101136 A KR20150101136 A KR 20150101136A
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KR
South Korea
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separator
electrode assembly
electrode plate
positive electrode
negative electrode
Prior art date
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KR1020140022436A
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김홍정
이종기
주규남
임균
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 제1 양극판, 제1 음극판, 및 상기 제1 양극판과 상기 제1 음극판 사이에 개재되는 제1 세퍼레이터를 포함하는 제1 전극조립체, 제2 양극판, 제2 음극판, 및 상기 제2 양극판과 상기 제2 음극판 사이에 개재되는 제2 세퍼레이터를 포함하되 상기 제1 전극조립체에 비하여 용량이 작고 출력이 높은 제2 전극조립체, 및 상기 제1 전극조립체와 상기 제2 전극조립체를 수용하는 케이스를 포함하고, 상기 제2 세퍼레이터는 상기 제1 세퍼레이터에 비하여 공극률이 큰 것을 특징으로 하며, 수명특성이 향상되면서도 고출력 및 고용량이 구현될 수 있는 이차전지를 제공한다.

Description

이차전지{Secondary battery}
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
휴대용 기기의 전원으로 널리 쓰이는 이차전지는 복수회 가역적으로 충방전이 가능하여 재사용이 가능하므로, 효율적으로 사용할 수 있다. 또한, 이차전지는 채용되는 외부 전자기기에 따라 그 사용 형태를 자유롭게 변경시킬 수 있다. 이와 같이, 이차전지는 부피 및 질량에 비하여 효과적으로 에너지를 축적할 수 있어 통상 휴대용 전자기기의 전원으로 많이 사용되고 있다.
특히, 휴대용 통신기기의 발달로 인하여, 이들 통신기기에 채용되는 이차전지에 대한 수요가 증가하고 있다. 따라서, 이차전지의 수명특성 등의 신뢰성을 향상시키기 위하여 다양한 방향으로 연구되고 있다.
본 발명은 수명특성의 향상과 함께 고출력 및 고용량을 구현하는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는, 제1 양극판, 제1 음극판, 및 상기 제1 양극판과 상기 제1 음극판 사이에 개재되는 제1 세퍼레이터를 포함하는 제1 전극조립체, 제2 양극판, 제2 음극판, 및 상기 제2 양극판과 상기 제2 음극판 사이에 개재되는 제2 세퍼레이터를 포함하되 상기 제1 전극조립체에 비하여 용량이 작고 출력이 높은 제2 전극조립체, 및 상기 제1 전극조립체와 상기 제2 전극조립체를 수용하는 케이스를 포함하고, 상기 제2 세퍼레이터는 상기 제1 세퍼레이터에 비하여 공극률이 클 수 있다.
여기서, 상기 제2 세퍼레이터의 공극율은 40% 이상일 수 있다.
또한, 상기 제1 세퍼레이터는 다층 구조일 수 있다.
또한, 상기 제1 세퍼레이터는 폴리에틸렌(PE)/폴리프로필렌(PP)의 2층 구조일 수 있다.
또한, 상기 제1 세퍼레이터는 폴리프로필렌(PP)/폴리에틸렌(PE)/폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE)/폴리프로필렌(PP)/폴리에틸렌(PE)의 3층 구조일 수 있다.
또한, 상기 제1 세퍼레이터는 적어도 하나의 표면에 위치하는 코팅층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 코팅층은 내열성 세라믹을 포함할 수 있다.
또한, 상기 코팅층은 고분자 수지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 세퍼레이터는 길이방향의 인장강도가 1500kgf/cm2 이상일 수 있다.
또한, 상기 제1 세퍼레이터는 폭방향의 인장강도가 1000kgf/cm2 이상일 수 있다.
또한, 상기 제1 세퍼레이터는 뚫림 강도가 550gf 이상일 수 있다.
또한, 상기 제1 세퍼레이터는 120℃에서 1시간 노출하였을 때 수축율이 5% 이하일 수 있다.
또한, 상기 제2 세퍼레이터는 폴리우레탄(PO) 또는 부직포를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 세퍼레이터는 상기 제1 세퍼레이터에 비하여 고 다공성일 수 있다.
또한, 상기 제2 세퍼레이터는 JIS 평가법을 기준으로 100ml의 공기가 통과하는 시간이 300초 이하인 통기도를 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 전극조립체와 상기 제2 전극조립체는 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극조립체 및 상기 제2 전극조립체는 각각 별개로 권취되어 상기 케이스에 수용될 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 제1 세퍼레이터의 공극률에 비하여 제2 세퍼레이터의 공극률을 크게 하여 고용량 및 고출력 특성을 만족시키는 이차전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 이차전지의 분해사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 제1 전극조립체의 분해사시도이다.
도 4는 도 3에 도시한 제1 전극조립체의 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 도 4에 도시한 제1 세퍼레이터의 변형예에 따른 단면도이다.
도 8은 도 1에 도시한 이차전지의 제2 전극조립체의 분해사시도이다.
도 9는 도 8에 도시한 제2 전극조립체의 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 이차전지(100)의 분해사시도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 이차전지(100)에 대해 살펴보기로 한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 이차전지(100)는 제1 전극조립체(110)와 제2 전극조립체(120) 및 케이스(130)를 포함하고, 제2 전극조립체(120)는 제1 전극조립체(110)에 비하여 저용량이고 고출력이며, 제2 전극조립체(120)의 제2 세퍼레이터(123)는 제1 전극조립체(110)의 제1 세퍼레이터(113)에 비하여 공극률이 클 수 있다.
통상 이차전지를 예를 들어 스마트폰과 같은 전자기기의 전원으로 사용할 때, 전자기기의 특성 및 사용패턴에 따라 이차전지에 요구되는 전류의 상태가 달라지나 이차전지의 수명 및 사용시간에 대한 기대치는 항상 높다. 또한, 전자기기는 작동 시와 대기 시에 각각 필요한 출력과 사용 용량이 상이하나, 통상의 이차전지의 경우에는 용량이 높거나 또는 출력이 유리하거나 어느 일측의 특성만을 구비한다.
또한, 전자기기의 사용환경은 일반적으로 저전류를 소모하는 상태인 베이스로드와, 급작스럽게 높은 전류를 소모하는 상태인 피크로드를 포함할 수 있다. 예컨대, 피크로드는 짧은 시간 동안 높은 출력을 요구하는 상태로, 실제 제품에서는 GSM 핸드폰으로 발신통화를 걸 때가 가장 대표적이며(밀리세컨드(mili-second) 수준의 매우 짧은 고출력 펄스(pulse)), 노트북 또는 테블릿(Tablet) 등에서는 동영상/게임 등의 구동시에 순간적으로 출력이 증가하는 AP 버스터(burst) 현상(서브세컨드(sub-second) 수준의 중출력 펄스)을 들 수 있다. 이때, 부하(load)의 변동이 큰 전자기기에서 용량이 큰 이차전지를 전원으로 사용하는 경우에는 전자기기에서의 베이스로드(base load)에서 피크로드(peak load)의 변동에 대하여 유연하게 대응하기가 어렵고, 이러한 문제가 반복적으로 발생함에 따라 이차전지의 열화를 가속시켜 수명 및 사용시간을 저하시킬 수 있다. 또한, 출력 특성이 우수한 이차전지는 통상 용량이 낮으므로, 이와 같은 이차 전지를 전원으로 채용하는 경우에는 전자기기의 사용시간이 짧아져 문제가 된다.
본 발명은 이를 해결하기 위하여 제1 전극조립체(110)를 제2 전극조립체(120)에 비하여 고용량으로 구현하고 제2 전극조립체(120)를 제1 전극조립체(110)에 비하여 고출력으로 구현하는데, 특히 제2 전극조립체(120)의 제2 세퍼레이터(123)를 제1 전극조립체(110)의 제1 세퍼레이터(113)에 비하여 공극률이 크도록 함으로써 이러한 고용량, 고출력 이차전지(100)를 용이하게 구현할 수 있다. 이때, 본 발명과 같이 제1 전극조립체(110)가 고용량으로 구현되고 제2 전극조립체(120)가 고출력으로 구현되는 경우, 제2 전극조립체(120)에 의하여 부하의 변동이 큰 전자기기에 대하여 유연하게 대응할 수 있고, 제1 전극조립체(110)에 의하여 사용시간을 증가시킬 수 있다. 예컨대, 전자기기가 피크로드인 상태에서 제2 전극조립체(120)는 신속하게 대전류를 발생할 수 있으므로, 이차 전지로 데미지를 주지 않아 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
케이스(130)는 제1 전극조립체(110)와 제2 전극조립체(120)를 수용하는 부재이다.
여기서, 케이스(130)는 일 예로서 일면이 개구되어 제1 전극조립체(110), 제2 전극조립체(120), 및 전해액을 수납하는 본체(131)와 본체(131)를 밀폐하는 캡조립체(132)를 포함할 수 있다. 또한, 캡조립체(132)는 본체(131)의 개구된 면에 대응되는 형태로 형성된 캡플레이트(133)와 캡플레이트(133)에 구비되는 음극핀(134) 및 음극핀(134)과 캡플레이트(133) 사이를 절연시키는 가스켓(135)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 전극조립체(110)의 제1 양극탭(114)과 제2 전극조립체(120)의 제2 양극탭(124)은 캡플레이트(133) 또는 본체(131)와 전기적으로 연결되고, 제1 전극조립체(110)의 제1 음극탭(115)과 제2 전극조립체(120)의 제2 음극탭(125)은 음극핀(134)에 전기적으로 연결되어 외부로 전원을 공급할 수 있다. 한편, 본 실시예를 설명함에 있어서 이차전지(100)가 각형인 경우를 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 이차전지(100)가 파우치형, 원형인 경우도 가능하다 할 것이다.
또한, 케이스(130) 내에 수용되는 제1 전극조립체(110)와 제2 전극조립체(120)는 각각 별도로 권취되어 서로 다른 젤리롤의 형태로 구비될 수 있으며 전해액을 공유할 수 있다. 이때, 고용량을 담당하는 제1 전극조립체(110)와 고출력을 담당하는 제2 전극조립체(120)를 하나의 케이스(130) 내에 수용하고 전해액을 공유시키는바, 이차전지의 크기를 감소시킬 수 있고 별도의 전압조절 소자 등을 생략할 수 있다. 또한, 제1 전극조립체(110)와 제2 전극조립체(120)는 각각 제1 양극탭(114)과 제2 양극탭(124), 제1 음극탭(115)과 제2 음극탭(125)이 병렬로 연결될 수 있다. 단, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 전극조립체(110)와 제2 전극조립체(120)를 함께 권취하는 경우도 가능하다 할 것이다.
도 3은 도 1에 도시한 제1 전극조립체(110)의 분해사시도이고, 도 4는 도 3에 도시한 제1 전극조립체(110)의 단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 이차전지(100)의 제1 전극조립체(110)에 대해 살펴보기로 한다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 제1 전극조립체(110)는 제1 양극판(111), 제1 음극판(112), 및 제1 양극판(111)과 제1 음극판(112)의 사이에 개재되는 제1 세퍼레이터(113)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 양극판(111)은 제1 양극기재 상에 제1 양극활물질이 코팅된 제1 양극활물질코팅부(111a), 및 제1 양극활물질이 코팅되지 않고 제1 양극기재가 노출되는 제1 양극무지부(111b)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 양극기재는 높은 도전성을 가진 물질로, 화학적 변화를 유발하지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 제1 양극기재는 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 등이 사용될 수 있다. 또한, 제1 양극활물질은 리튬을 포함하는 층상 화합물인 리튬화합물을 포함할 수 있으며, 제1 양극활물질의 전도성을 향상시키기 위한 도전제와, 리튬화합물과 제1 양극기재 사이의 결합력을 향상시키기 위한 바인더를 더 포함할 수 있다. 또한, 제1 양극활물질은 리튬화합물과 도전제 및 바인더를 용매와 함께 혼합하여 슬러리 형태로 만든 후, 슬러리 형태의 제1 양극활물질을 제1 양극기재에 코팅함으로써 형성될 수 있다. 이때 예를 들어 용매로는 NMP (N-Methyl-2-Pyrrolidone), 리튬화합물로는 LiCoOx, LiMnOx, LiNiOx (여기서, x는 자연수) 등을 포함할 수 있고, 도전제로는 카본 블랙 또는 아세틸렌블랙, 바인더로는 폴리불화비닐리덴을 사용할 수 있다. 단,본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 제1 음극판(112)은 제1 음극기재 상에 제1 음극활물질이 코팅된 제1 음극활물질코팅부(112a), 및 제1 음극활물질이 코팅되지 않고 제1 음극기재가 노출되는 제1 음극무지부(112b)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 음극기재는 전도성 금속판으로, 예컨대 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈 등을 포함할 수 있다. 또한, 제1 음극활물질은 카본화합물을 포함할 수 있으며, 여기에 카본화합물과 상기 제1 음극기재의 결합력을 향상시키기 위하여 바인더 등을 더 포함할 수 있다. 또한, 제1 음극활물질은 카본화합물, 바인더 등을 용매와 혼합하여 슬러리 형태로 만든 후, 슬러리 형태의 제1 음극활물질을 제1 음극기재에 코팅하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 용매로는 물, 카본화합물로는 흑연, 바인더로는 스티렌-부타디엔 고무 등을 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 제1 세퍼레이터(113)는 제1 양극판(111)과 제1 음극판(112)이 직접 접촉되는 것을 방지하기 위한 것으로, 제1 양극판(111)과 제1 음극판(112) 사이의 이온 또는 전해액의 이동이 가능하도록 다공성의 절연체로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 세퍼레이터(113)는 예를 들어 권취되는 제1 전극조립체(110)의 제1 양극판(111)과 제1 음극판(112) 사이에 개재될 수 있도록 2장이 포함될 수 있다. 단, 본 발명이 권취에 한정되는 것은 아니며 예를 들어 제1 양극판(111), 제1 음극판(112), 및 제1 세퍼레이터(113)를 적층하여 제1 전극조립체(110)를 형성하는 경우도 가능하다 할 것이다.
또한, 전해액은 제1 양극판(111) 및 제1 음극판(112) 사이에서 리튬이온 등의 이온의 이동을 가능하게 하며, 이차전지 내에서 리튬이온의 공급원으로 작용하는 리튬염 또는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 여기서, 전해액은 비수성 유기 용매일 수 있으며, 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. 이러한 비수성 유기 용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계 및 비양성자성 용매 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 카보네이트계 용매로는 예컨대 디메틸 카보네이트 (dimethyl carbonate, DMC), 디에틸 카보네이트 (diethyl carbonate, DEC), 디프로필 카보네이트 (dipropyl carbonate, DPC), 메틸 프로필 카보네이트 (methylpropyl carbonate, MPC), 에틸프로필 카보네이트 (ethylpropyl carbonate, EPC), 메틸에틸 카보네이트 (methylethyl carbonate, MEC), 에틸메틸 카보네이트 (ethylmethyl carbonate, EMC) 등의 사슬형 카보네이트 화합물; 에틸렌 카보네이트 (ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트 (propylene carbonate, PC), 부틸렌 카보네이트 (butylene carbonate, BC) 등의 환형 카보네이트 화합물 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 에스테르계 용매로는 예컨대 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, n-프로필아세테이트, 디메틸아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, 데카놀라이드 (decanolide), 발레로락톤, 메발로노락톤 (mevalonolactone), 카프로락톤 (caprolactone) 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 에테르 용매로는 예컨대 디부틸에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 전술한 비수성 유기 용매는 단독 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 한편, 리튬염은 유기 용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 하는 물질이다. 이러한 리튬염의 구체적인 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO3C2F5)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2) (여기서, x 및 y는 자연수임), LiCl, LiI, LiB(C2O4)2 (리튬 비스옥살레이토 보레이트(lithium bis(oxalato) borate; LiBOB), 또는 이들의 조합을 들 수 있다. 또한, 리튬염의 농도는 약 0.1M 내지 약 2.0M 범위 내에서 사용할 수 있으며, 리튬염의 농도 또한 각각의 이차 전지의 설계 사양에 따라 다양하게 적용될 수 있다.
또한, 제1 양극판(111)에서 리튬이온의 실질적인 공급소스는 제1 양극활물질코팅부(111a)이고 제1 양극활물질코팅부(111a)는 대면하는 제1 음극활물질코팅부(112a)와 이온교환을 할 수 있다. 또한, 제1 양극무지부(111b)에는 제1 양극탭(114)이 연결되고 제1 음극무지부(112b)에는 제1 음극탭(115)이 전기적으로 연결되어, 제1 전극조립체(110)와 전해액이 상호작용하여 발생되는 전원을 외부로 전달할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 도 4에 도시한 제1 세퍼레이터(113)의 변형예에 따른 단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 제1 세퍼레이터(113)에 대해 더욱 구체적으로 살펴보기로 한다.
제1 전극조립체(110)는 앞서 설명한 바와 같이 고용량으로 구현되기 때문에 활물질의 양이 많아 상대적으로 불안정해질 수 있고 발열이 심할 수도 있어 위험성이 클 수 있다. 따라서, 제1 전극조립체(110)의 제1 세퍼레이터(113)는 상대적으로 안정성이 큰 물질이나 구조를 가져야 할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 제1 전극조립체(110)의 제1 세퍼레이터(113)는 안정성을 향상시키기 위하여 다층 구조 또는 코팅층을 갖거나 강도가 크고 수축율이 낮은 물질을 이용할 수 있다.
구체적으로, 도 5에 도시한 바와 같이 예를 들어, 제1 세퍼레이터(113a)를 폴리에틸렌(PE)/폴리프로필렌(PP)의 2층 구조, 즉 제1층(116)이 폴리에틸렌(PE)으로 구성되고 제2층(117)이 폴리프로필렌(PP)으로 구성되도록 하거나 그 반대가 되도록 하여 제1 세퍼레이터(113a)의 안정성을 향상시킬 수 있다. 이때, 제1층(116)이 제1 양극판(111) 및 제2 양극판(121) 중 어느 것에 마주하는지 여부는 관계없을 수 있다. 또한, 제1 세퍼레이터(113b)를 도 6에 도시한 바와 같이 폴리에틸렌(PE)/폴리프로필렌(PP)/폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)/폴리에틸렌(PE)/폴리프로필렌(PP)의 3층 구조로 구현하여 제1 세퍼레이터(113b)의 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 도 7에 도시한 바와 같이 제1 세퍼레이터(113c)의 표면에 코팅층(118)을 포함시킬 수 있다. 이때, 코팅층(118)은 제1 세퍼레이터(113c)의 적어도 일 표면에 형성될 수 있으며 예를 들어 내열성 세라믹이나 고분자 수지를 포함할 수 있고, 이에 따라 제1 세퍼레이터(113c)의 안정성이 향상될 수 있다. 이때 고분자 수지는 극판과의 고정을 위해 점착성의 물질을 이용할 수 있다.
또한, 제1 세퍼레이터(113)의 안정성을 더욱 향상시키기 위해서 특정 인장강도 이상인 구조 또는 물질로 제1 세퍼레이터(113)를 구현할 수 있다. 구체적으로, 제1 세퍼레이터(113)의 길이방향(L)의 인장강도가 1500kgf/cm2이거나 폭방향(W)의 인장강도가 1000kgf/cm2인 물질 또는 구조를 취할 수 있으며, 또는 제1 세퍼레이터(113)의 뚫림 강도가 550gf 이상이 되도록 구현하여, 제1 세퍼레이터(113)의 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 수축율이 클수록 안정성일 떨어지는바 제1 세퍼레이터(113)의 수축율이 120℃에서 1시간 노출하였을 때 5% 이하가 되도록 구조 및 물질 등을 취할 수 있다.
도 8은 도 1에 도시한 이차전지(100)의 제2 전극조립체(120)의 분해사시도이고, 도 9는 도 8에 도시한 제2 전극조립체(120)의 단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 제2 전극조립체(120)에 대해 살펴보기로 한다.
도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 제2 전극조립체(120)는 제2 양극판(121), 제2 음극판(122), 및 제2 양극판(121)과 제2 음극판(122)의 사이에 개재되는 제2 세퍼레이터(123)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 양극판(121)은 제2 양극기재 상에 제2 양극활물질이 코팅된 제2 양극활물질코팅부(121a), 및 제2 양극활물질이 코팅되지 않고 제2 양극기재가 노출되는 제2 양극무지부(121b)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 음극판(122)은 제2 음극기재 상에 제2 음극활물질이 코팅된 제2 음극활물질코팅부(122a), 및 제2 음극활물질이 코팅되지 않고 제2 음극기재가 노출되는 제2 음극무지부(122b)를 포함할 수 있다. 이때, 제2 양극판(121)의 제2 양극무지부(121b)에는 제2 양극탭(124)이 연결되고 제2 음극판(122)의 제2 음극무지부(122b)에는 제2 음극탭(125)이 연결될 수 있다. 또한, 제2 세퍼레이터(123)는 제2 양극판(121)과 제2 음극판(122)이 직접 접촉되는 것을 방지하기 위한 것으로, 제2 양극판(121)과 제2 음극판(122) 사이에 개재될 수 있다.
한편, 제2 전극조립체(120)는 앞서 설명한 바와 같이 고출력으로 구현될 수 있다. 제2 전극조립체(120)를 고출력으로 구현하기 위해서는 예를 들어, 제1 및 제2 양극활물질이 동일한 경우 제2 양극활물질코팅부의 합제밀도, 두께, 제2 양극활물질의 로딩양 중 어느 하나 이상을 낮추는 방법이 사용될 수 있다. 이때, 제2 양극활물질코팅부의 합제밀도, 두께, 제2 양극활물질의 로딩양을 낮추는 경우에는 이차전지의 용량도 함께 저하될 수 있으나 제1 전극조립체(110)가 고용량으로 구현되는바 이러한 문제점을 해결할 수 있다. 단, 고출력으로 구현하는 방법이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 양극활물질과 제2 양극활물질의 물질 자체를 달리하는 등의 방법을 이용할 수도 있을 것이다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이 제2 전극조립체(120)를 고출력으로 구현하는 방법은 활물질을 달리하는 방법도 있을 것이나 세퍼레이터를 달리하는 방법을 고려해볼 수 있다.
이때, 제2 전극조립체(120)의 경우 고출력인바 제2 세퍼레이터(123)를 제1 세퍼레이터(113)에 비하여 고 다공성을 갖도록, 즉 공극률을 크게 갖도록 할 수 있다. 예를 들어, 제2 세퍼레이터(123)의 공극률을 40% 이상으로 충분히 크게 하여 이온의 이동이 원활하게 이루어질 수 있도록 할 수 있고, 제1 세퍼레이터(113)의 공극률은 이보다 작게, 예를 들어 약 25% 이상으로 하여 안정성을 도모할 수 있다. 또한, 물질 측면에서 접근하였을 때 제2 세퍼레이터(123)를 상대적으로 고 다공성인 폴리우레탄(PO)이나 부직포(Non-wooven)를 사용할 수 있다. 단, 이러한 재질로 제2 세퍼레이터(123)의 물질이 한정되는 것은 아니며 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀계 물질을 사용하는 것도 가능하고, 이때 제1 세퍼레이터(113)에 비하여 고 다공성을 구현할 수도 있다.
또한, 통기도 측면에서 보았을 때 제2 세퍼레이터(123)는 JIS 평가법을 기준으로 100ml의 공기가 통과하는 시간이 300초 이하를 갖도록 하여, 통기성이 향상된 물질 및 구조를 사용할 수 있다. 이때, 제1 세퍼레이터(113)는 이보다 완화된, 예를 들어 JIS 평가법을 기준으로 100ml의 공기가 통과하는 시간이 500초 이하 정도인 물질을 사용할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
110 : 제1 전극조립체 111 : 제1 양극판
112 : 제1 음극판
113, 113a, 113b, 113c : 제1 세퍼레이터
120 : 제2 전극조립체 121 : 제2 양극판
122 : 제2 음극판 123 : 제2 세퍼레이터
130 : 케이스

Claims (17)

  1. 제1 양극판, 제1 음극판, 및 상기 제1 양극판과 상기 제1 음극판 사이에 개재되는 제1 세퍼레이터를 포함하는 제1 전극조립체;
    제2 양극판, 제2 음극판, 및 상기 제2 양극판과 상기 제2 음극판 사이에 개재되는 제2 세퍼레이터를 포함하되 상기 제1 전극조립체에 비하여 용량이 작고 출력이 높은 제2 전극조립체; 및
    상기 제1 전극조립체와 상기 제2 전극조립체를 수용하는 케이스;
    를 포함하고,
    상기 제2 세퍼레이터는 상기 제1 세퍼레이터에 비하여 공극률이 큰 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 세퍼레이터의 공극율은 40% 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 세퍼레이터는 다층 구조인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 세퍼레이터는 폴리에틸렌(PE)/폴리프로필렌(PP)의 2층 구조인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 세퍼레이터는 폴리프로필렌(PP)/폴리에틸렌(PE)/폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE)/폴리프로필렌(PP)/폴리에틸렌(PE)의 3층 구조인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 세퍼레이터는 적어도 하나의 표면에 위치하는 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 코팅층은 내열성 세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 코팅층은 고분자 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 세퍼레이터는 길이방향의 인장강도가 1500kgf/cm2 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 세퍼레이터는 폭방향의 인장강도가 1000kgf/cm2 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 세퍼레이터는 뚫림 강도가 550gf 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 세퍼레이터는 120℃에서 1시간 노출하였을 때 수축율이 5% 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 세퍼레이터는 폴리우레탄(PO) 또는 부직포를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 세퍼레이터는 상기 제1 세퍼레이터에 비하여 고 다공성인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2 세퍼레이터는 JIS 평가법을 기준으로 100ml의 공기가 통과하는 시간이 300초 이하인 통기도를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극조립체와 상기 제2 전극조립체는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극조립체 및 상기 제2 전극조립체는 각각 별개로 권취되어 상기 케이스에 수용된 것을 특징으로 하는 이차전지.
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