KR20160012591A - 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극 및 음극의 내부 단락을 방지할 수 있는, 양극 탭 상에 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다. 이에 따른 전극 조립체는, 전극 조립체의 변형이나 고온 분위기에서 분리막의 수축 등으로 인한 양극과 음극의 물리적 단락을 억제할 수 있으며, 이에 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 안전성과 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지{Electrode assembly and secondary battery with the same}
본 발명은 양극 및 음극의 내부 단락을 방지할 수 있는, 양극 탭 상에 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 전지와 파우치형 전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 에너지 밀도, 방전 전압, 안전성이 우수한 리튬 코발트 폴리머 전지와 같은 리튬 이차 전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는바, 대표적으로는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(bi-cell) 또는 풀셀(full-cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체 등을 들 수 있다.
최근에는, 낮은 제조 비용, 적은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로 스택형 또는 스택/폴딩형 전극 조립체를 일루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 이차전지가 많은 관심을 모으고 있으며, 사용량 또한 증가하고 있다.
도 1에 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조를 모식적으로 나타내었다.
도 1을 참고하면, 파우치형 이차전지(10)는 전극 조립체(30), 전극 조립체(30)의 집전체로부터 연장되어 있는 전극 탭들(40, 50), 전극 탭들(40, 50)이 상호 연결되어 용접되어 있는 전극 리드(60, 70) 및 전극 조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)를 포함하고 있다.
전극 조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(40, 50)은 전극 조립체(30)의 각 전극 판으로부터 연장되어 있고, 전극 리드(60, 70)는 각 전극 판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(40, 50)과, 예를 들어 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(20)의 외부로 노출되어 있다. 또한, 전극 리드(60, 70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위한 절연필름(80)이 부착되어 있다.
전지케이스(20)는 통상 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극 조립체(30)를 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다.
한편, 상기 파우치형 이차전지를 비롯한 이차전지에서 주요 연구과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 전지의 안전성 관련 사고의 주요한 원인은 양극과 음극간의 단락으로 인한 비정상적인 고온 상태의 도달에 기인한다. 즉, 정상적인 상황에서는 전극 조립체는 양극과 음극 사이에 분리막이 위치하여 전기적 절연을 유지하고 있으나, 전지가 과충전 또는 과방전을 일으키거나, 전극 재료의 수지상 성장(dendritic growth) 또는 이물에 의해 내부 단락을 일으키거나, 못, 나사 등의 예리한 물체가 전지를 관통하거나, 외력에 의해 전지에 무리한 변형이 가해지는 등의 비정상적인 오남용 상황에서는 기존 분리막 만으로는 한계를 보이게 된다.
일반적으로 분리막은 폴리올레핀 수지로 이루어진 미세다공막이 주로 이용되고 있으나, 그 내열온도가 120℃ 내지 160℃ 정도로서 내열성이 불충분하다. 따라서, 내부 단락이 발생하면, 단락 반응열에 의해 분리막이 수축하여 단락부가 확대되고 더 크고 많은 반응열이 발생하는 열폭주(thermal runaway) 상태에 이르게 되는 문제가 있다.
도 2에 상기 전극 조립체의 문제점을 모식적으로 나타내었다.
도 2를 참고하면, 전극 조립체(30)는 양극 집전체 상에 양극 활물질이 도포된 양극과 음극 집전체 상에 음극 활물질이 도포된 음극이 적층되며, 상기 양극과 음극의 물리적 단락을 방지하기 위해 분리막이 삽입된 구조로 구현된다. 이 경우, 통상 전극 조립체의 양극과 음극의 물리적 단락 위험을 낮추기 위해서 양극보다 음극을 크게 제작하게 되나, 고온의 분위기에서 분리막의 수축 등의 문제로 음극 활물질과 양극 집전체가 반응하여 양극과 음극의 물리적 단락이 더 커지게 되는 문제가 발생할 수 있다.
이와 같이, 셀 변형이나 외부 충격 또는 양극과 음극의 물리적 단락 가능성을 낮추기 위한 다양한 방법이 연구되어 왔다.
예를 들면, 전지를 완성한 상태에서 전극 조립체가 움직임으로써 전극 탭이 전극 조립체의 상단에 접촉되어 단락이 유발되는 것을 방지하기 위하여, 집전체의 상단에 인접한 전극 탭 상에 소정의 크기로 절연 테이프를 부착하는 방법이 있다. 이러한 절연 테이프로는 통상 폴리이미드 필름이 사용되며, 집전체 상단으로부터 아래쪽까지 약간 연장된 길이까지 절연 테이프를 감는 것이 일반적으로 권장되고 있다. 또한, 풀림을 방지하기 위하여 통상 2회 내지 3회 정도 감고 있다.
그러나, 이러한 절연 테이프의 권취 작업은 매우 번잡하고, 집전체 상단으로부터 아래쪽으로 약간 연장된 길이까지 절연 테이프를 감는 경우에는 그러한 부위가 전극 조립체의 두께 증가를 유발할 수 있다. 더욱이 전극 탭의 절곡시 풀리기 쉬운 문제점을 가지고 있다.
KR 2012-0124613 A
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 양극 및 음극의 내부 단락을 방지할 수 있는, 양극 탭 상에 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 전극 조립체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 전극 조립체를 포함하는 이차전지를 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 양극 집전체 상에 양극 활물질이 도포된 양극, 음극 집전체 상에 음극 활물질이 도포된 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하고, 상기 양극은 양극 집전체로부터 돌출된 양극 탭 상에 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체를 제공한다.
또한, 본 발명은 양극 탭 상에 열경화성 수지를 도포하는 단계; 및 상기 열경화성 수지 도포 부위에 열을 가하여 열경화하여 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 상기 전극 조립체의 제조방법을 제공한다.
아울러, 본 발명은 양극 탭 상에 광경화성 수지를 도포하는 단계; 및 상기 광경화성 수지 도포 부위에 빛을 조사하여 광경화하여 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 상기 전극 조립체의 제조방법을 제공한다.
추가로, 본 발명은 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 전극 조립체는 양극 탭 상에 절연층을 포함함으로써 전극 조립체의 변형이나 고온 분위기에서 분리막의 수축 등으로 인한 양극과 음극의 물리적 단락을 억제할 수 있다.
따라서, 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 안전성과 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
이에, 상기 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지는 전지 산업, 특히 이차전지 산업에 용이하게 적용할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 종래의 파우치형 이차전지의 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 종래의 전극 조립체의 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 종래의 전극 조립체에 포함되는 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막이 순차적으로 적층된 구조를 일 단면적으로 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 탭 상에 절연층을 포함하는 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막이 순차적으로 적층된 구조의 전극 조립체의 일 단면적을 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 탭 상, 음극 활물질이 도포된 영역 말단 위치선까지 절연층 형성되어 있는 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막이 순차적으로 적층된 구조의 전극 조립체의 일 단면적을 나타낸 것이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 탭 상에 양극 활물질이 도포된 영역 두께보다 얇은 두께로 절연층이 형성된 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막이 순차적으로 적층된 구조의 전극 조립체의 일 단면적을 나타낸 것이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 탭 상 양극 활물질 도포 영역 두께보다 얇은 두께로, 음극 활물질이 도포된 영역 말단 위치선까지 절연층 형성되어 있는 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막이 순차적으로 적층된 구조의 전극 조립체의 일 단면적을 나타낸 것이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 탭 상, 양극 활물질 도포 영역에서 이격되어 절연층이 형성된 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막이 순차적으로 적층된 구조의 전극 조립체의 일 단면적을 나타낸 것이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 탭 상 양극 활물질 도포 영역에서 이격되어, 음극 활물질 도포 영역 말단 위치선까지 절연층이 형성된 양극과 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막이 순차적으로 적층된 구조의 전극 조립체의 일 단면적을 나타낸 것이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 탭 상, 양극 활물질 도포 영역에서 이격되어 상기 양극 활물질 도포 영역 두께보다 얇은 두께로 절연층이 형성된 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막이 순차적으로 적층된 구조의 전극 조립체의 일 단면적을 나타낸 것이다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 탭 상 양극 활물질 도포 영역에서 이격되어 상기 양극 활물질 도포 영역 두께보다 얇은 두께로, 음극 활물질 도포 영역 말단 위치선까지 절연층이 형성된 양극과 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막이 순차적으로 적층된 구조의 전극 조립체의 일 단면적을 나타낸 것이다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명에 따른 전극 조립체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 양극 및 음극 간에 단락을 방지하기 위하여, 양극 탭 상에 절연층이 형성되어 있는 전극 조립체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 전극 조립체는 양극 집전체 상에 양극 활물질이 도포된 양극, 음극 집전체 상에 음극 활물질이 도포된 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하고, 상기 양극은 양극 집전체로부터 돌출된 양극 탭 상에 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 3을 참고하여, 일반적인 전극 조립체를 설명한다.
도 3에 나타난 바와 같이, 전극 조립체(30)는 양극(120), 음극(140) 및 상기 양극(120)과 음극(140) 사이에 개재된 분리막(130)을 포함하는 구성으로 이루어지며, 상기 양극(120)은 양극 집전체(121), 상기 양극 집전체(121) 상에 도포된 양극 활물질(122)을 포함하고 상기 음극(14)은 음극 집전체(141), 상기 음극 집전체(141) 상에 도포된 음극 활물질(142)를 포함한다. 또한, 일반적인 전극 조립체(30)는 양극(120)과 음극(140)의 물리적 단락을 억제하기 위하여 양극(120) 보다 음극(140)이 다소 큰 크기를 갖도록 형성되며, 따라서 양극 활물질(122)과 음극 활물질(142)이 도포된 영역이 겹쳐지지 않는 부분(T1)이 생기게 되고, 이에 의하여 고온의 분위기에서 분리막의 수축 등의 문제가 발생할 경우 내부 단락이 증가되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 전극 조립체는 상기와 같은 문제를 개선하기 위하여, 양극 집전체 상에 양극 활물질이 도포된 양극, 음극 집전체 상에 음극 활물질이 도포된 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하고, 양극 집전체로부터 돌출된 양극 탭 상, 상기 양극 집전체와 분리막 사이에 배치되도록 절연층이 형성된 양극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 양극 탭은 양극 활물질이 도포되지 않은 무지부를 나타내며, 상기 음극의 크기는 상기 양극의 크기보다 클 수 있다. 즉, 상기 음극의 길이가 상기 양극의 길이보다 길 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는 절연층이 양극 활물질이 도포된 영역의 말단과 연결되도록 형성된 것일 수 있다.
이하, 도 4 내지 도7에 의하여 본 발명의 전극 조립체를 더욱 상세히 설명한다. 도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 예시한 것으로서, 상기 도 4 내지 도 7의 전극 조립체는 절연층의 길이 및 두께에 따라 다소 상이한 구조를 나타낼 수 있다.
도 4 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(30)는 양극(120), 음극(140) 및 상기 양극(120)과 음극(140) 사이에 개재된 분리막(130)을 포함하여 구성되며, 상기 양극(120)은 양극 집전체(121); 상기 양극 집전체(121) 상에 도포된 양극 활물질(122); 및 상기 양극 집전체(121)로부터 돌출된 양극 탭을 포함하고, 상기 음극(140)은 음극 집전체(141); 상기 음극 집전체(141) 상에 도포된 음극 활물질(142); 및 상기 음극 집전체(141)로부터 돌출된 음극 탭을 포함한다. 이때, 상기 양극 탭과 음극 탭은 각각 양극 활물질 및 음극 활물질이 도포되어 있지 않은 무지부를 나타내며, 상기 음극(140)의 크기는 상기 양극(120)의 크기보다 크게 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 양극(120)은 상기 양극 집전체(121)로부터 돌출된 양극 탭 상에 절연층(150)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하며, 상기 절연층(150)은 양극 활물질(122)이 도포된 영역의 말단과 연결되도록 형성된 것일 수 있다.
상기 절연층(150)은 양극 집전체(121)와 분리막(130) 사이에 배치되며, 상기 음극 활물질(142)이 도포된 영역과 일부 오버랩(overlap)되도록 상기 양극 탭 상에 형성된 것이 바람직할 수 있다.
구체적으로, 일반적인 전극 조립체는 음극이 양극보다 큰 구조를 가지며, 이에 양극 활물질이 도포된 영역과 음극 활물질이 도포된 영역이 겹쳐지지 않는 부분이 존재하고 상기 부분에 의하여 상기 양극과 음극 간에 단락이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전극 조립체(30)는 상기의 문제를 개선하기 위하여 양극 활물질(122)이 도포된 영역과 음극 활물질(142)이 도포된 영역이 겹쳐지지 않는 부분(T1)을 포함하여 상기 음극 활물질(142)이 도포된 영역과 일부 오버랩되도록 양극 탭 상에 절연층(150)을 형성시킨 구조일 수 있다.
또한, 상기 절연층(150)은 상기 양극 탭 일단에 노출부(T3)를 갖도록 형성되는 것이 바람직할 수 있으며, 상기 양극 탭 돌출 방향으로 돌출된 분리막의 말단 부분 위치선(Lp1) 미만으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 상기 양극 탭은 양극 탭의 일단에 절연층이 형성되지 않은 부분(T3)을 갖는 것일 수 있으며, 상기 절연층은 양극 탭 돌출 방향으로 돌출된 분리막의 말단의 위치선(Lp1) 미만까지 형성되는 것일 수 있다. 이때, 상기 분리막은 양극 탭 돌출 방향으로 양극 탭 보다 더 길게 돌출되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 절연층(150)은 양극(120)과 음극(140)의 내부 단락을 방지하기 위한 것, 특히 분리막(130) 수축에 의한 단락의 증가를 억제하기 위한 것이나, 만약 상기 절연층(150)이 분리막 말단의 위치선(Lp1)을 지나 과도하게 형성될 경우에는 오히려 저항으로 작용하여 전지의 성능을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.
상기 절연층(150)의 길이(T2)는 앞서 언급한 바와 같이 분리막 말단의 위치선(Lp1)을 지나지 않는 범위에서 본 발명의 목적에 맞게 적절히 조절할 수 있으나, 바람직하게는 상기 양극 탭의 돌출 방향으로 양극 탭 전체 길이(T4)의 1% 내지 50%인 것일 수 있다. 이때, 상기 양극 탭의 전체 길이(T4)는 절연층의 길이(T2)와 상기 노출부(T3)의 길이를 합한 길이와 같다. 또한, 상기 절연층의 두께(D1)는 상기 양극 탭 돌출 방향의 수직 방향인 양극 활물질(122)이 도포된 영역 두께(D3)의 5% 내지 100%인 것이 바람직할 수 있다. 이때, 상기 양극 탭의 전체 길이(T4)는 특별히 제한되지 않고 목적하는 양극에 따라 조절 가능하며, 상기 양극 활물질(122)이 도포된 영역의 두께(D3)는 특별히 제한되는 것은 아니나 50 ㎛ 내지 200 ㎛일 수 있다.
구체적으로, 도 4에 나타난 바와 같이 상기 절연층(150)의 두께(D1)는 양극 활물질(122)이 도포된 영역 두께(D3)와 같고, 절연층(150)의 길이(T2)는 앞서 언급한 바와 같이 분리막의 말단 위치선(Lp1)를 지나지 않는 범위 내에서 양극 탭 전체 길이(T4)의 1 % 내지 50 %일 수 있으며, 도 5에 나타난 바와 같이 상기 절연층(150)의 두께(D1)는 양극 활물질(122)이 도포된 영역 두께(D3)와 같고 절연층(150)의 길이(T2)는 음극 활물질(142)이 도포된 영역의 말단 위치선(Lp2)까지, 즉 양극 활물질(122)이 도포된 영역과 음극 활물질(142)이 도포된 영역이 겹쳐지지 않는 부분(T1)과 동일한 길이일 수 있다.
또한, 도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이, 상기 절연층(150)의 길이(T2)는 분리막의 말단 위치선(Lp1)을 지나지 않는 범위 내에서 양극 탭 전체 길이(T4)의 1% 내지 50%일 수 있으며, 상기 절연층(150)의 두께(D1)는 양극 활물질(122)이 도포된 영역 두께(D3)의 5% 내지 100%일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 상기 전극 조립체는 절연층이 양극 활물질(122)이 도포된 영역의 말단과 이격되도록 형성된 것일 수 있다.
이하, 도 8 내지 도 11에 의하여 본 발명의 전극 조립체를 더욱 상세히 설명한다. 도 8 내지 도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체를 예시한 것으로, 상기 도 8 내지 도 11의 전극 조립체는 절연층의 길이 및 두께에 따라 다소 상이한 구조를 나타낼 수 있으며, 절연층이 이격되어 형성된 것을 제외하고는 상기 도 4 내지 도 7에 의하여 설명한 전극 조립체와 동일한 구조일 수 있다.
도 8 내지 도 11에 나타난 바와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체(30)는 양극(120), 음극(140) 및 상기 양극(120)과 음극(140) 사이에 개재된 분리막(130)을 포함하여 구성되며, 상기 양극(120)은 양극 집전체(121); 상기 양극 집전체(121) 상에 도포된 양극 활물질(122); 및 상기 양극 집전체(121)로부터 돌출된 양극 탭을 포함하고, 상기 음극(140)은 음극 집전체(141); 상기 음극 집전체(141) 상에 도포된 음극 활물질(142); 및 상기 음극 집전체(141)로부터 돌출된 음극 탭을 포함한다. 이때, 상기 양극 탭과 음극 탭은 각각 양극 활물질 및 음극 활물질이 도포되어 있지 않은 무지부를 나타내며, 상기 음극(140)의 크기는 상기 양극(120)의 크기보다 크게 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 양극(120)은 상기 양극 집전체(121)로부터 돌출된 양극 탭 상에 절연층(150)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하며, 상기 절연층(150)은 양극 활물질(122)이 도포된 영역의 말단과 이격되도록 형성된다.
상기 절연층(150)은 양극 집전체(121)와 분리막(130) 사이에 배치되며, 양극 활물질(122)이 도포된 영역과 음극 활물질(142)이 도포된 영역이 겹쳐지지 않는 부분(T1)을 포함하여 상기 음극 활물질(142)이 도포된 영역과 일부 오버랩되도록 양극 탭 상에 절연층(150)을 형성시킨 구조일 수 있다.
상기 절연층(150)은 상기 양극 활물질(122)이 도포된 영역의 말단과 이격되어 형성되며, 상기 절연층(150)을 양극 활물질(122)이 도포된 영역의 말단과 이격되게 형성시킬 경우에는 상기 절연층(150)을 형성하는 물질이 상기 양극 활물질(122)에 전이되어 저항으로 작용하는 부반응을 방지할 수 있다. 이때, 상기 이격은 음극 활물질이 도포된 영역의 말단 위치선(Lp2)과 양극 활물질(122)이 도포된 영역의 말단 사이 총 길이의 1% 내지 50%의 이격거리(Ts)를 갖도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 절연층(150)은 상기 양극 탭 일단에 노출부(T3)를 갖도록 형성되는 것이 바람직할 수 있으며, 상기 양극 탭 돌출 방향으로 돌출된 분리막의 말단 부분 위치선(Lp1) 미만으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 절연층(150)의 길이(T2)는 양극 탭의 돌출 방향으로 양극 탭의 전체 길이(T4)의 1% 내지 50%인 것일 수 있으며, 상기 절연층의 두께(D1)는 상기 양극 탭 돌출 방향의 수직 방향인 양극 활물질(122)이 도포된 영역 두께(D3)의 5% 내지 100%인 것일 수 있다. 이때, 상기 양극 탭의 전체 길이(T4) 및 양극 활물질(122)이 도포된 영역 두께(D3)는 앞서 언급한 바와 같다.
구체적으로, 도 8에 나타난 바와 같이 상기 절연층(150)의 두께(D1)는 양극 활물질(122)이 도포된 영역 두께(D3)와 같고 절연층(150)의 길이(T2)는 앞서 언급한 바와 같이 분리막의 말단 위치선(Lp1)를 지나지 않는 범위 내에서 양극 탭의 전체 길이(T4)의 1% 내지 50%일 수 있으며, 도 9에 나타난 바와 같이 상기 절연층(150)의 두께(D1)는 양극 활물질(122)이 도포된 영역 두께(D3)와 같고 절연층(150)의 길이(T2)는 음극 활물질(142)이 도포된 영역의 말단 위치선(Lp2)까지, 즉 양극 활물질(122)이 도포된 영역과 음극 활물질(142)이 도포된 영역이 겹쳐지지 않는 부분(T1)과 동일한 길이일 수 있다. 여기에서, 상기 절연층(150)의 길이(T2)는 이격거리(Ts)를 포함한 것으로, 상기 이격거리(Ts)에 따라 상기 절연층(150)의 길이(T2)가 커지거나 줄어들 수 있다.
또한, 도 10 및 도 11에 나타난 바와 같이, 상기 절연층(150)의 길이(T2)는 분리막의 말단 위치선(Lp1)을 지나지 않는 범위 내에서 양극 탭 전체 길이(T4)의 1% 내지 50%이거나, 양극 활물질(122)이 도포된 영역과 음극 활물질(142)이 도포된 영역이 겹쳐지지 않는 부분(T1)과 동일한 길이일 수 있고, 상기 절연층(150)의 두께(D1)는 양극 활물질(122)이 도포된 영역 두께(D3)의 5% 내지 100%일 수 있다. 이때, 상기 양극 활물질(122)이 도포된 영역 두께(D3)는 절연층(150)의 두께(D1)와 절연층(150)이 형성되어 있지 않은 무지부(D2)의 합이며, 상기 절연층(150)의 길이(T2)는 이격거리(Ts)를 포함한 것으로, 상기 이격거리(Ts)에 따라 상기 절연층(150)의 길이(T2)가 커지거나 줄어들 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 상기 절연층은 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열경화성 수지는 멜라닌 수지, 페놀 수지, 우레아 수지, 에폭시 수지 및 폴리우레탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있으며, 상기 광경화성 수지는 광중합성 화합물 및 광개시제를 포함하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 광중합성 화합물은 다작용성 (메트)아크릴레이트계 화합물일 수 있으며, 바람직하게는 이작용성 (메트)아크릴레이트계 화합물 또는 삼작용성 (메트)아크릴레이트계 화합물인 것일 수 있다.
상기 이작용성 (메트)아크릴레이트계 화합물은 특별히 한정되는 것은 아니나, 예컨대 에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 부틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메트)아크릴레이트, 글리세린디(메트)아크릴레이트, 펜타에리스리톨디(메트)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디글리시딜에테르디(메트)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디글리시딜에테르디(메트)아크릴레이트, 히드록시피발산 변성 네오펜틸글리콜디(메트)아크릴레이트, 이소시아누르산에틸렌옥사이드 변성 디(메트)아크릴레이트, 2-(메트)아크릴로일옥시에틸애시드포스페이트디에스테르, 비스(히드록시)트리시클로[5.2.1.02,6]데칸=디(메트)아크릴레이트, 비스(히드록시)트리시클로[5.2.1.02,6]데칸=아크릴레이트메타크릴레이트, 비스(히드록시메틸)트리시클로[5.2.1.02,6]데칸=디(메트)아크릴레이트, 비스(히드록시메틸)트리시클로[5.2.1.02,6]데칸=아크릴레이트메타크릴레이트, 비스(히드록시)펜타시클로[6.5.1.13,6.02,7.09,13]펜타데칸=디(메트)아크릴레이트, 비스(히드록시)펜타시클로[6.5.1.13,6.02,7.09,13]펜타데칸=아크릴레이트메타크릴레이트, 비스(히드록시메틸)펜타시클로[6.5.1.13,6.02,7.09,13]펜타데칸=디(메트)아크릴레이트, 비스(히드록시메틸)펜타시클로[6.5.1.13,6.02,7.09,13]펜타데칸=아크릴레이트메타크릴레이트, 2,2-비스[4-(β-(메트)아크릴로일옥시에톨시)시클로헥실]프로판, 1,3-비스((메트)아크릴로일옥시메틸)시클로헥산, 1,3-비스((메트)아크릴로일옥시에틸)시클로헥산, 1,4-비스((메트)아크릴로일옥시메틸)시클로헥산, 1,4-비스((메트)아크릴로일옥시에틸)시클로헥산, 프탈산디글리시딜에스테르디(메트)아크릴레이트, 에틸렌옥사이드 변성 비스페놀A(2,2'-디페닐프로판)형 디(메트)아크릴레이트 및 프로필렌옥사이드 변성 비스페놀A(2,2'-디페닐프로판)형 디(메트)아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
또한, 상기 삼작용성 (메트)아크릴레이트계 화합물은 특별히 한정되는 것은 아니다, 예컨대 트리메틸올프로판트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타(메트)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사메트)아크릴레이트, 트리(메트)아크릴로일옥시에톡시트리메틸올프로판, 글리세린폴리글리시딜에테르폴리(메트)아크릴레이트, 이소시아누르산에틸렌옥사이드 변성 트리(메트)아크릴레이트, 에틸렌옥사이드 변성 디펜타에리스리톨펜타(메트)아크릴레이트, 에틸렌옥사이드 변성 디펜타에리스리톨헥사(메트)아크릴레이트, 에틸렌옥사이드 변성 디펜타에리스리톨트리(메트)아크릴레이트, 에틸렌옥사이드 변성 펜타에리스리톨테트라(메트)아크릴레이트, 1,3,5-트리스((메트)아크릴로일옥시메틸)시클로헥산 및 1,3,5-트리스((메트)아크릴로일옥시에틸옥시메틸)시클로헥산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
상기 광중합 개시제는 특별히 한정되는 것은 아니다, 예컨대 벤조페논, 벤조인메틸에테르, 벤조인프로필에테르, 디에톡시아세토페논, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2,6-디메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 상기 전극 조립체는 특별히 한정되는 것은 아니나, 스택형 또는 스택/폴딩형일 수 있다.
본 발명에 따른 상기 전극 조립체는 양극 탭 상에 형성된 절연층을 포함함으로써 고온 분위기에서 분리막의 수축 등으로 인한 양극과 음극의 내부 단락을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 전지 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 전극 조립체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 전극 조립체의 제조방법은 절연층을 형성하는 물질에 따라 다소 상이한 방법을 통하여 제조할 수 있으며, 구체적으로 상기 절연층을 형성하는 물질이 상기 열경화성 수지일 경우에는 상기 전극 조립체의 제조방법은 양극 탭 상에 열경화성 수지를 도포하는 단계; 및 상기 열경화성 수지 도포 부위에 열을 가하여 열경화하여 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 절연층을 형성하는 물질이 상기 광경화성 수지일 경우에는 상기 전극 조립체의 제조방법은 양극 탭 상에 광경화성 수지를 도포하는 단계; 및 상기 광경화성 수지 도포 부위에 빛을 조사하여 광경화하여 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 도포는 특별히 한정하는 것은 아니나, 예컨대 분무 도포인 것이 바람직할 수 있다.
구체적으로, 상기 전극 조립체의 제조방법은 절연층을 형성하는 방법을 제외하고는 당업계에 공지된 통상적인 방법에 의하여 제조될 수 있으며, 예컨대 상기 절연층을 형성시킨 양극, 분리막 및 음극을 순차적으로 적층하여 제조할 수 있다.
상기 절연층이 형성된 양극은 앞서 언급한 바와 같이 절연층을 형성하는 물질에 따라 다소 상이한 단계를 통하여 제조될 수 있으며, 양극 집전체 일측 상면에 양극 활물질을 도포한 후 건조하여 양극 활물질이 도포된 양극 집전체를 제조하고, 양극 활물질이 도포되지 않은 무지부인 양극 탭의 일측 상면에 열경화성 수지를 도포하고 열을 가하여 열경화시키거나, 광경화성 수지를 도포하고 빛을 조사하여 광경화하여 제조할 수 있다. 상기 열경화성 수지 및 광경화성 수지는 앞서 언급한 바와 같다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께인 것을 사용할 수 있으며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 예컨대 스테엔레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인렛 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄 또는 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 상기 양극 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 양극 활물질은 바인더, 도전제 및 충진제와 분산제 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질은 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.
상기 바인더는 양극 활물질과 도전제 등의 결합과 양극 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통사적으로 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스, 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 불소 고무 등일 수 있다.
상기 도전제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대 천연흑연이나 인조흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유 등일 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 필요에 따라 사용 여부를 정할 수 있으며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 예컨대 폴리에틸렌 폴리프로필렌 등의 올레핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질일 수 있다.
상기 분산제(분산액)로는 특별히 제한되는 것은 아니나, 예컨대 이소프로필알코올, N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤 등일 수 있다.
상기 양극 활물질의 도포는 당업계에 통상적으로 공지된 방법에 의하여 수행할 수 있으나, 예컨대 닥터 블레이트(doctor blade) 등을 사용하여 균일하게 분산시키거나, 다이 캐스팅(die casting), 콤마 코팅(comma coating), 스크린 프린팅(screen printing) 등의 방법을 통하여 수행할 수 있다.
상기 건조는 특별히 제한되는 것은 아니나, 50℃ 내지 200℃의 진공오븐에서 1일 이내로 수행하는 것일 수 있다.
상기 음극은 특별히 제한되는 것은 아니나, 음극 집전체 일측 상면에 음극 활물질을 도포한 후 건조하여 제조할 수 있으며, 상기 음극 활물질은 바인더, 도전재 및 충진제와 분산제와 같은 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 음극 집전체는 앞서 언급한 양극 집전체와 동일한 것이거나, 포함되는 것일 수 있다.
상기 음극 활물질은 특별히 제한되지 않고 당업계에서 통상적으로 공지된 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 탄소재, 리튬 금속, 규소 또는 주석 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 탄소재를 사용할 수 있으며, 탄소재로는 저결정성 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소(hard carbon)를 들 수 있으며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연(kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정치피계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbon microbeads), 액정피치(mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소를 들 수 있다.
상기 음극에 사용되는 바인더, 도전재 및 충진제와 분선제와 같은 첨가제는 앞서 언급한 양극 제조에 사용된 것과 동일하거나, 포함되는 것일 수 있다.
상기 분리막으로는 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막일 수 있으며, 일반적으로 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛의 기공직경, 5 ㎛ 내지 300 ㎛의 두께를 갖는 것일 수 있다. 이러한 분리막으로는 다공성 고분자 필름, 예컨대 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
아울러, 본 발명은 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 상기 전극 조립체를 포함함으로써 양극과 음극의 내부 단락이 방지될 수 있어, 전지 안전성이 우수할 수 있다.
이하, 도 12를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 이차전지를 설명한다.
도 12에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 전극 조립체(30), 전극 조립체(30)의 양극 집전체로부터 연장되어 있는 양극 탭과 상호 연결되어 용접되어 있는 양극 리드(60), 음극 집전체로부터 연장되어 있는 음극 탭과 상호 연결되어 용접되어 있는 음극 리드(70) 및 상기 전극 조립체(30)을 수용하는 전지케이스(20)을 포함한다. 이때, 상기 전극 조립체(30)는 이온 함유 전해액이 함침된 상태에서 상기 전극케이스(20)에 내장되며, 상기 양극 리드(40)와 음극 리드(50)는 전지케이스(20)의 외부로 노출된다.
또한, 상기 전극 조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 구조를 가지며, 상기 양극 탭 일측 상면, 양극과 분리막 사이에는 절연층(150)이 배치되어 있고, 상기 양극 리드(60)과 음극 리드(70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 전기적 절연상태를 확보하기 위한 절연필름(80)이 부착될 수 있다. 상기 전지케이스(20)는 통상 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극 조립체(30)를 수용할 수 있는 공간을 제공한다.
본 발명에 따른 상기 이차전지는 특별히 제한되는 것은 아니나, 파우치형인 것일 수 있다.
한편, 상기 전해질은 전해질에 통상적으로 사용되는 유기용매 및 리튬염을 포함할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 유기용매로는 대표적으로 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디메틸술폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 비닐렌카보네이트, 술포란, 감마-부티로락톤, 프로필렌설파이트 및 테트라하이드로퓨란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.
특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 고리형 카보네이트인 에틸렌카보네이트 및 프로필렌카보네이트는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 잘 해리시키므로 바람직하게 사용될 수 있으며, 이러한 고리형 카보네이트 디메틸카보네이트 및 디에틸카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있어 더욱 바람직하게 사용될 수 있다.
또한, 상기 전해질은 필요에 따라 충방전 특성, 난연성 특성 등의 개선을 위하여 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 등을 추가로 포함할 수 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함할 수 있으며, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함할 수도 있고, FEC(fluoro-ethylene carbonate), PRS(propene sultone), FPC(fluoro-prpylene carbonate) 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있지만, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.
0: 이차전지 20: 전지케이스
30: 전극 조립체 40: 양극 탭
50: 음극 탭 60: 양극 리드
70: 음극 리드 80: 절연필름
120: 양극 121: 양극 집전체
122: 양극 활물질 130: 분리막
140: 음극 141: 음극 집전체
142: 음극 화물질 150: 절연층
T1: 양극 활물질과 음극 활물질이 도포된 영역이 겹쳐지지 않는 부분
T2: 절연층의 길이(너비) T3: 양극 탭 일단에 노출부
T4: 양극 탭 전체 길이 Ts: 이격거리
D1: 절연층의 두께
D2: 절연층이 형성되어 있지 않은 무지부
D3: 양극 활물질이 도포된 영역 두께
Lp1: 분리막의 말단 위치선
Lp2: 음극 활물질이 도포된 영역의 말단 위치선

Claims (23)

  1. 양극 집전체 상에 양극 활물질이 도포된 양극, 음극 집전체 상에 음극 활물질이 도포된 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하고,
    상기 양극은 양극 집전체로부터 돌출된 양극 탭 상에 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극 탭은 양극 활물질이 도포되지 않은 무지부인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층은 양극 집전체와 분리막 사이에 배치되며,
    상기 음극 활물질이 도포된 영역과 일부 오버랩(overlap)되도록 상기 양극 탭 상에 형성된 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층은 상기 양극 활물질이 도포된 영역의 말단과 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 이격은 양극 활물질이 도포된 영역의 말단에서부터 음극 활물질이 도포된 영역의 말단 위치선 사이에 위치하며,
    상기 사이의 총 길이의 1% 내지 50%의 이격거리를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층의 길이는 상기 양극 탭의 돌출 방향으로 양극 탭 전체 길이의 1% 내지 50%인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층의 두께는 상기 양극 탭 돌출 방향의 수직 방향인 양극 활물질이 도포된 영역 두께의 5% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층은 상기 양극 탭 일단에 노출부를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층은 상기 양극 탭 돌출 방향으로 돌출된 분리막의 말단 부분 위치선 미만으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층은 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 열경화성 수지는 멜라닌 수지, 페놀 수지, 우레아 수지, 에폭시 수지 및 폴리우레탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 광경화성 수지는 광중합성 화합물 및 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 광중합성 화합물은 다작용성 (메트)아크릴레이트계 화합물인 것을 특징을 하는 전극 조립체.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 광중합성 화합물은 이작용성 (메트)아크릴레이트계 화합물 또는 삼작용성 (메트)아크릴레이트계 화합물인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 이작용성 (메트)아크릴레이트계 화합물은 에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 부틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메트)아크릴레이트, 글리세린디(메트)아크릴레이트, 펜타에리스리톨디(메트)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디글리시딜에테르디(메트)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디글리시딜에테르디(메트)아크릴레이트, 히드록시피발산 변성 네오펜틸글리콜디(메트)아크릴레이트, 이소시아누르산에틸렌옥사이드 변성 디(메트)아크릴레이트, 2-(메트)아크릴로일옥시에틸애시드포스페이트디에스테르, 비스(히드록시)트리시클로[5.2.1.02,6]데칸=디(메트)아크릴레이트, 비스(히드록시)트리시클로[5.2.1.02,6]데칸=아크릴레이트메타크릴레이트, 비스(히드록시메틸)트리시클로[5.2.1.02,6]데칸=디(메트)아크릴레이트, 비스(히드록시메틸)트리시클로[5.2.1.02,6]데칸=아크릴레이트메타크릴레이트, 비스(히드록시)펜타시클로[6.5.1.13,6.02,7.09,13]펜타데칸=디(메트)아크릴레이트, 비스(히드록시)펜타시클로[6.5.1.13,6.02,7.09,13]펜타데칸=아크릴레이트메타크릴레이트, 비스(히드록시메틸)펜타시클로[6.5.1.13,6.02,7.09,13]펜타데칸=디(메트)아크릴레이트, 비스(히드록시메틸)펜타시클로[6.5.1.13,6.02,7.09,13]펜타데칸=아크릴레이트메타크릴레이트, 2,2-비스[4-(β-(메트)아크릴로일옥시에톨시)시클로헥실]프로판, 1,3-비스((메트)아크릴로일옥시메틸)시클로헥산, 1,3-비스((메트)아크릴로일옥시에틸)시클로헥산, 1,4-비스((메트)아크릴로일옥시메틸)시클로헥산, 1,4-비스((메트)아크릴로일옥시에틸)시클로헥산, 프탈산디글리시딜에스테르디(메트)아크릴레이트, 에틸렌옥사이드 변성 비스페놀A(2,2'-디페닐프로판)형 디(메트)아크릴레이트 및 프로필렌옥사이드 변성 비스페놀A(2,2'-디페닐프로판)형 디(메트)아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 삼작용성 (메트)아크릴레이트계 화합물은 트리메틸올프로판트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타(메트)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사메트)아크릴레이트, 트리(메트)아크릴로일옥시에톡시트리메틸올프로판, 글리세린폴리글리시딜에테르폴리(메트)아크릴레이트, 이소시아누르산에틸렌옥사이드 변성 트리(메트)아크릴레이트, 에틸렌옥사이드 변성 디펜타에리스리톨펜타(메트)아크릴레이트, 에틸렌옥사이드 변성 디펜타에리스리톨헥사(메트)아크릴레이트, 에틸렌옥사이드 변성 디펜타에리스리톨트리(메트)아크릴레이트, 에틸렌옥사이드 변성 펜타에리스리톨테트라(메트)아크릴레이트, 1,3,5-트리스((메트)아크릴로일옥시메틸)시클로헥산 및 1,3,5-트리스((메트)아크릴로일옥시에틸옥시메틸)시클로헥산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  17. 청구항 12에 있어서,
    상기 광중합 개시제는 벤조페논, 벤조인메틸에테르, 벤조인프로필에테르, 디에톡시아세토페논, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2,6-디메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 조립체는 스택형 또는 스택/폴딩형인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  19. 양극 탭 상에 열경화성 수지를 도포하는 단계; 및
    상기 열경화성 수지 도포 부위에 열을 가하여 열경화하여 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 청구항 1에 기재된 전극 조립체의 제조방법.
  20. 양극 탭 상에 광경화성 수지를 도포하는 단계; 및
    상기 광경화성 수지 도포 부위에 빛을 조사하여 광경화하여 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 청구항 1에 기재된 전극 조립체의 제조방법.
  21. 청구항 18 또는 청구항 19에 있어서,
    상기 도포는 분무 도포인 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  22. 청구항 1에 기재된 전극 조립체를 포함하는 이차전지.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 이차전지는 파우치형인 것을 특징으로 하는 이차전지.
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