KR20160048324A - Secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 좀 더 상세하게는, 이차전지 케이스에 형성된 내부의 비활성 공간을 활용하여 전해액 공급부재를 포함하여 이차전지 내구수명연장 및 충/방전 효율을 향상시킬 수 있는 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a secondary battery and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a secondary battery including an electrolyte solution supply member, which can improve an endurance life and charge / discharge efficiency of a secondary battery by utilizing an inactive space formed in the secondary battery case, and a method of manufacturing the same.
최근 충방전이 가능한 이차전지는 무선 모바일 기기, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 및 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차 및 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되어 가고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.Recently, rechargeable secondary batteries have attracted attention as energy sources for electric vehicles and hybrid electric vehicles, which are proposed as solutions for air pollution such as wireless mobile devices, existing gasoline vehicles using diesel fuel, and diesel vehicles. . Therefore, the application of the secondary battery is diversified due to the advantages of the secondary battery, and it is expected that the secondary battery will be applied to many fields and products in the future.
이러한 리튬 이차 전지는 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이온 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형 또는 파우치형을 들 수 있다.Such a lithium secondary battery uses a lithium-based oxide as a cathode active material and a carbonaceous material as an anode active material. Generally, a battery using a liquid electrolyte is referred to as a lithium ion battery, and a battery using a polymer electrolyte is referred to as a lithium polymer battery, which is classified as a liquid electrolyte cell and a polymer electrolyte cell, depending on the type of the electrolyte. In addition, the lithium ion secondary battery is manufactured in various shapes. Typical shapes include a cylindrical shape, a square shape, and a pouch shape.
한편, 이차전지의 제조에 있어서 작은 부피와 무게를 가진 전지에 많은 전기를 축적시키는 것은 가장 중요한 목표가 되며, 단위 시간당 전력량 즉, 전력을 크게 하는 것도 전지의 이용분야에 따라 중요한 문제가 된다. 전력을 확대시키기 위해서는 전해질에 닿는 전극 활물질의 면적을 늘릴 필요가 있다. 통상, 활물질의 표면적을 늘이기 위해, 그리고 전력량에 기여하는 활물질 비율을 높이기 위해 활물질은 전극판에 넓게 코팅된다.On the other hand, in manufacturing a secondary battery, accumulating a lot of electricity in a battery having a small volume and weight is the most important target, and increasing the power amount per unit time, that is, power is also an important problem depending on the field of use of the battery. In order to expand electric power, it is necessary to increase the area of the electrode active material contacting the electrolyte. Normally, the active material is coated broadly on the electrode plate in order to increase the surface area of the active material and to increase the ratio of the active material contributing to the amount of electric power.
도 1은 종래의 이차전지의 구조를 나타낸 것이며, 도 3은 상기 이차전지의 단면을 나타낸 것이다. 상기 도 1 및 도 3을 참조하면, 종래의 이차전지(100)는 양극(10), 음극(12) 및 세퍼레이터(14)를 포함하며, 전해액이 함침된 전극조립체(20); 상기 전극조립체(20)가 수용되는 내부공간(62); 및 상기 내부공간(62) 외주면에 형성되는 실링영역(C);으로 이루어지는 케이스(60)를 포함한다.FIG. 1 illustrates a structure of a conventional secondary battery, and FIG. 3 illustrates a cross-sectional view of the secondary battery. 1 and 3, a conventional
활물질이 코팅된 양극(10) 및 음극(12)은, 이차전지를 작은 부피로 형성하기 위해 롤 형태로 권취될 수 있다. 경우에 따라서, 상기 도 1과 같이 복수 개의 전극을 극성에 따라 번갈아 적층하고, 이 적층된 상태를 “젤리롤(Jelly roll)”이라 통칭하며 같은 극성의 전극판을 전기적으로 함께 연결함으로써 전지의 두 전극을 형성할 수도 있다. 이때 서로 다른 극성의 전극과 전극 사이는 세퍼레이터(14)가 개재되어 내부 단락을 방지시키며, 상기 젤리롤 형태의 전극조립체(20)의 외주면에는 젤리롤 형태를 유지하기 위한 실링(sealing)부재(22)가 부착된다. 예를 들면, 고정테이프일 수 있다.The
또한, 양극리드부(40a) 및 음극리드부(40b)는, 각각 양극탭(44a) 및 음극탭(44b)과, 양극탭(44a) 및 음극탭(44b)과 접합되어 케이스(60) 외부로 연장되는 양극리드(48a) 및 음극리드(48b)를 포함하고, 양극탭(44a) 및 음극탭(44b)과, 상기 양극리드(48a) 및 음극리드(48b)가 각각 접합되는 제1 접합부(46a) 및 제2 접합부(46b)를 포함한다. 통상적으로 제1 접합부(46a) 및 제2 접합부(46b)에는 단락을 방지하는 목적으로 폴리이미드(polyimide)등의 재질로 된 절연테이프를 부착한다.The positive
이때, 케이스(60)의 내부공간(62)은 전극조립체(20)가 위치하는 활성영역(A); 및 전극조립체(20)의 양극(10) 및 음극(12)에서 각각 돌출되어 케이스(60) 외부로 연장되는 양극리드부(40a) 및 음극리드부(40b)를 포함하는 비활성영역(B)으로 나누어 지는데, 비활성영역(B)은 전지의 용량에 기여하지 못하는 비활성 공간이지만, 불가피하게 확보해야 한다.At this time, the
이러한 이차 전지는 계속된 충/방전의 진행에 따라, 전해액의 소모가 진행되어 활용 가능한 이차 전지의 전해액이 부족하게 되어, 이차 전지의 수명 감소 및 이차 전지의 충/방전 효율이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
As the secondary battery continues to charge / discharge, the electrolyte is consumed and the available secondary battery is insufficiently charged. As a result, the life of the secondary battery is shortened and the charging / discharging efficiency of the secondary battery is lowered .
본 발명의 목적은 충/방전 사이클 진행 및 장기방치에 따른 전해액 고갈에 의한 내구수명 열화 개선이 가능한 이차전지를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a secondary battery capable of improving durability degradation due to electrolyte depletion due to the progress of charge / discharge cycles and long-term storage.
본 발명의 다른 목적은 경제성이 우수하고 전극물질의 단락을 방지하면서, 구조적 안정성을 확보할 수 있는 이차전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a secondary battery which is excellent in economical efficiency and can secure structural stability while preventing short-circuiting of electrode materials.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 이차전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
It is still another object of the present invention to provide a method for manufacturing the secondary battery.
본 발명의 하나의 관점은 이차전지에 관한 것이다. 상기 이차전지는 양극, 음극 및 세퍼레이터를 포함하며, 전해액이 함침된 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 케이스; 및 상기 케이스에 수용되며, 상기 전극조립체에 전해액을 공급하는 전해액 저장부재;를 포함한다.One aspect of the present invention relates to a secondary battery. The secondary battery includes an electrode assembly including an anode, a cathode, and a separator, the electrolyte being impregnated with the electrolyte; A case for accommodating the electrode assembly; And an electrolyte storage member accommodated in the case and supplying an electrolyte solution to the electrode assembly.
한 구체예에서 상기 이차전지는 상기 양극 및 음극에서 각각 돌출되어 상기 케이스 외부로 연장되는 양극리드부 및 음극리드부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the secondary battery further includes a cathode lead portion and a cathode lead portion protruding from the anode and the cathode, respectively, and extending to the outside of the case.
한 구체예에서 상기 양극리드부는 상기 양극에 접하는 양극탭; 및 상기 양극탭과 접합되어 케이스 외부로 연장되는 양극리드를 포함하고, 상기 음극리드부는 상기 음극에 접하는 음극탭; 및 상기 음극탭과 접합되어 케이스 외부로 연장되는 음극리드를 포함하고, 상기 양극탭 및 상기 양극리드는 제1 접합부를 통해 접합되고, 상기 음극탭 및 상기 음극리드는 제2 접합부를 통해 접합되며, 상기 전해액 저장부재는 상기 제1 접합부 및 제2 접합부와 접촉되어 형성되며, 상기 전해액 저장부재는 다공성 폴리머를 포함하며, 상기 다공성 폴리머의 기공 내부에 전해액이 수용될 수 있다.In one embodiment, the positive electrode lead portion includes a positive electrode tab tangent to the positive electrode; And a positive electrode lead which is joined to the positive electrode tab and extends to the outside of the case, wherein the negative electrode lead portion includes a negative electrode tab which is in contact with the negative electrode; And a negative electrode lead joined to the negative electrode tab and extending to the outside of the case, wherein the positive electrode tab and the positive electrode lead are joined through a first joint, the negative electrode tab and the negative electrode lead are joined through a second joint, The electrolyte storage member is formed in contact with the first junction and the second junction, and the electrolyte storage member includes a porous polymer, and the electrolyte can be contained in the pores of the porous polymer.
한 구체예에서 상기 다공성 폴리머는 녹는점(Tm)이 150℃~250℃일 수 있다.In one embodiment, the porous polymer may have a melting point (Tm) of 150 ° C to 250 ° C.
한 구체예에서 상기 다공성 폴리머는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the porous polymer may comprise at least one of polymethyl methacrylate, polycarbonate, polyvinyl chloride, polyethylene and polypropylene.
한 구체예에서 상기 다공성 폴리머의 기공도는 20%~60%이고, 평균 기공크기는 50㎛~800㎛일 수 있다.In one embodiment, the porosity of the porous polymer may be 20% to 60% and the average pore size may be 50 to 800 μm.
한 구체예에서 상기 전극조립체에 함침된 전해액과, 상기 전해액 저장부재에 수용되는 전해액의 중량비는 1:0.1~0.7일 수 있다.In one embodiment, the weight ratio of the electrolytic solution impregnated in the electrode assembly to the electrolytic solution contained in the electrolyte storage member may be 1: 0.1-0.7.
본 발명의 다른 관점은 상기 이차전지의 제조방법에 관한 것이다. 상기 이차전지 제조방법은 양극, 음극 및 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체가 수용된 케이스의 내부공간에 전해액 저장부재를 위치시키는 단계; 상기 케이스 내부공간으로 전해액을 주입하여 상기 전극조립체 및 전해액 저장부재에 상기 전해액을 함침하는 단계; 및 상기 케이스를 실링하는 단계;를 포함한다.Another aspect of the present invention relates to a method of manufacturing the secondary battery. The method for manufacturing a secondary battery includes the steps of: placing an electrolyte storage member in an internal space of a case accommodating an electrode assembly including an anode, a cathode, and a separator; Injecting an electrolyte into the space inside the case to impregnate the electrode assembly and the electrolyte storage member with the electrolyte solution; And sealing the case.
한 구체예에서 상기 이차전지는 상기 양극 및 음극에서 각각 돌출되어 상기 케이스 외부로 연장되는 양극리드부 및 음극리드부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the secondary battery further includes a cathode lead portion and a cathode lead portion protruding from the anode and the cathode, respectively, and extending to the outside of the case.
한 구체예에서 상기 양극리드부는 상기 양극에 접하는 양극탭; 및 상기 양극탭과 접합되어 케이스 외부로 연장되는 양극리드를 포함하고, 상기 음극리드부는 상기 음극에 접하는 음극탭; 및 상기 음극탭과 접합되어 케이스 외부로 연장되는 음극리드를 포함하고, 상기 양극탭 및 상기 양극리드는 제1 접합부를 통해 접합되고, 상기 음극탭 및 상기 음극리드는 제2 접합부를 통해 접합되며, 상기 전해액 저장부재는 상기 제1 접합부 및 제2 접합부와 접촉되어 형성되며, 상기 전해액 저장부재는 다공성 폴리머를 포함하며, 상기 다공성 폴리머의 기공 내부에 전해액이 수용될 수 있다.In one embodiment, the positive electrode lead portion includes a positive electrode tab tangent to the positive electrode; And a positive electrode lead which is joined to the positive electrode tab and extends to the outside of the case, wherein the negative electrode lead portion includes a negative electrode tab which is in contact with the negative electrode; And a negative electrode lead joined to the negative electrode tab and extending to the outside of the case, wherein the positive electrode tab and the positive electrode lead are joined through a first joint, the negative electrode tab and the negative electrode lead are joined through a second joint, The electrolyte storage member is formed in contact with the first junction and the second junction, and the electrolyte storage member includes a porous polymer, and the electrolyte can be contained in the pores of the porous polymer.
한 구체예에서 상기 다공성 폴리머는 녹는점(Tm)이 150℃~250℃일 수 있다.In one embodiment, the porous polymer may have a melting point (Tm) of 150 ° C to 250 ° C.
한 구체예에서 상기 다공성 폴리머는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the porous polymer may comprise at least one of polymethylmethacrylate, polyvinyl chloride, polycarbonate, polyethylene and polypropylene.
한 구체예에서 상기 다공성 폴리머의 기공도는 20%~60%이고, 평균 기공크기는 50㎛~800㎛일 수 있다.In one embodiment, the porous polymer The porosity may be from 20% to 60%, and the average pore size may be from 50 μm to 800 μm.
한 구체예에서 상기 전극조립체에 함침된 전해액과, 상기 전해액 저장부재에 수용되는 전해액의 중량비는 1:0.1~0.7일 수 있다.
In one embodiment, the weight ratio of the electrolytic solution impregnated in the electrode assembly to the electrolytic solution contained in the electrolyte storage member may be 1: 0.1-0.7.
본 발명에 따른 이차전지는 이차전지 케이스의 외곽 치수의 변화 없이 내부에 전해액 공급부재를 추가로 구비하여 이차전지의 충/방전 사이클 진행 및 장기방치에 따른 전해액 고갈에 의한 내구수명 열화 개선이 가능하며, 경제성이 우수하고 이차전지의 팽창 및 전극물질의 단락을 방지하면서, 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
The secondary battery according to the present invention can further improve the service life deterioration due to the depletion of the electrolyte due to the progress of the charge / discharge cycle and the long-term storage of the secondary battery by further providing the electrolyte solution supply member therein without changing the outer dimensions of the secondary battery case , It is possible to secure the structural stability while being excellent in economy and preventing expansion of the secondary battery and short-circuiting of the electrode material.
도 1은 종래의 이차전지의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 이차전지의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 종래의 이차전지의 단면 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 이차전지의 단면구조를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 본 발명에 대한 비교예 이차전지의 충방전 사이클에 증가에 따른 용량유지율 변화를 비교한 그래프이다.1 shows a structure of a conventional secondary battery.
2 illustrates a structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a conventional secondary battery.
4 is a cross-sectional view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph comparing changes in capacity retention rate with increase in charge / discharge cycles of a secondary battery according to an embodiment of the present invention and a comparative example according to the present invention.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.
본 명세서에서 “이차전지”는 “리튬이차전지”를 포함할 수 있으며, 상기 “리튬이차전지”는 리튬금속을 이용한 이차전지뿐만 아니라 리튬이온, 리튬폴리머 및 리튬이온폴리머 이차전지를 포함하는 것으로 정의하도록 한다.As used herein, the term " secondary battery " may include a " lithium secondary battery ", which is defined as including lithium ion, lithium polymer, and lithium ion polymer secondary battery as well as a secondary battery using lithium metal .
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 하나의 관점은 이차전지에 관한 것이다. 도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 이차전지의 구조를 나타낸 것이며, 도 4는 상기 이차전지의 단면을 나타낸 것이다. 상기 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 이차전지(200)는 양극(10), 음극(12) 및 세퍼레이터(14)를 포함하며, 전해액이 함침된 전극조립체(20); 전극조립체(20)를 수용하는 케이스(60); 및 케이스(60)에 수용되며, 전극조립체(20)에 전해액을 공급하는 전해액 저장부재(50);를 포함한다.
One aspect of the present invention relates to a secondary battery. FIG. 2 illustrates a structure of a secondary battery according to one embodiment of the present invention, and FIG. 4 illustrates a cross section of the secondary battery. Referring to FIGS. 2 and 4, the
전극조립체Electrode assembly
상기 도 2 및 도 4를 참조하면, 전극조립체(20)는 양극(10), 음극(12) 및 세퍼레이터(14)를 포함하며, 전해액이 함침된다.2 and 4, the
본 발명의 구체예에서 양극(10)은 양극집전체; 및 양극활물질;을 포함할 수 있다. 다른 구체예에서 양극(10)은 양극집전체; 양극도전재; 및 양극바인더 및 양극활물질;을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the
상기 양극집전체는 스테인레스강, 알루미늄, 니켈, 철, 구리, 티탄, 탄소, 도전성 수지 외에 구리나 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈 혹은 티탄을 처리시킨 것, 또는 전도성 금속이 코팅된 카본 섬유 또는 플라스틱 섬유 메쉬 등을 사용할 수 있다.The positive electrode current collector may be formed by treating carbon, nickel, or titanium on the surface of copper or stainless steel in addition to stainless steel, aluminum, nickel, iron, copper, titanium, Mesh or the like can be used.
상기 양극활물질은 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면 LiCoO2, LiNi(1-x)MxO2 (x는 0.95 내지 1이고, M은 Al, Co, Ni, Mn 또는 Fe임) 또는 LiMn2O4 등을 사용할 수 있다.The cathode active material may be any conventional one. For example, LiCoO 2 , LiNi (1-x) M x O 2 (x is 0.95 to 1, M is Al, Co, Ni, Mn or Fe), or LiMn 2 O 4 .
상기 양극도전재는 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 고분자 물질을 사용할 수 있으며, 이들 중 1종 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.The positive electrode electric conductor may be a carbon-based material such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black or carbon fiber; Metal powder or metal fibers such as copper, nickel, aluminum and silver; Polyphenylene derivatives, and the like can be used. One of them may be used alone or a mixture of two or more of them may be used.
상기 양극바인더는 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머(VDF/HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 양극바인더에 사용되는 용매로는 물 및 유기용매 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 유기용매로는 NMP(N-메틸 피롤리돈), DMF(디메틸 포름아미드), 아세톤, 및 디메틸 아세트아미드 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The positive electrode binder may be selected from the group consisting of vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer (VDF / HFP), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (PAN), polymethylmethacrylate (PMMA) Ethylene (PTFE) or the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. As the solvent used for the positive electrode binder, water and an organic solvent may be used, but the present invention is not limited thereto. Examples of the organic solvent include, but are not limited to, NMP (N-methylpyrrolidone), DMF (dimethylformamide), acetone, and dimethylacetamide.
본 발명의 구체예에서 음극(12)은 음극집전체 및 음극활물질을 포함할 수 있다. 다른 구체예에서 음극(12)은 음극집전체, 음극도전재, 음극활물질 및 음극바인더를 포함할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the
상기 음극도전재로는 예를 들면 아세틸렌블랙, 카본블랙, 흑연 등을 들 수 있다.Examples of the negative electrode conductive material include acetylene black, carbon black, and graphite.
상기 음극활물질로는 리튬의 삽입 및 탈리가 가능한 인조 흑연, 천연 흑연, 하드 카본을 포함한 다양한 형태의 탄소계 또는 실리콘계 재료를 사용할 수 있다.As the negative electrode active material, various types of carbon-based or silicon-based materials including artificial graphite, natural graphite, and hard carbon capable of lithium insertion and desorption can be used.
상기 음극바인더는 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머(VDF/HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 음극바인더에 사용되는 용매로는 물 및 유기용매 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 유기용매로는 NMP(N-메틸 피롤리돈), DMF(디메틸 포름아미드), 아세톤, 및 디메틸 아세트아미드 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The negative electrode binder may be selected from the group consisting of vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer (VDF / HFP), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (PAN), polymethylmethacrylate (PMMA) Ethylene (PTFE) or the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. Examples of the solvent used in the negative electrode binder include, but are not limited to, water and an organic solvent. Examples of the organic solvent include, but are not limited to, NMP (N-methylpyrrolidone), DMF (dimethylformamide), acetone, and dimethylacetamide.
세퍼레이터(14)는 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면 내화학성 및 소수성 성질을 갖는 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌으로 만들어진 시트나 부직포가 사용될 수 있다.The
본 발명에서 전해액은 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, A+B-와 같은 구조의 염으로서, 상기 A+는 Li+, Na+ 및 K+와 같은 알칼리 금속 양이온이나 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고, 상기 B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2- 및 C(CF2SO2)3-와 같은 음이온이나 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디프로필카보네이트(dipropyl carbonate, DPC), 디메틸설프옥사이드(dimethyl sulfoxide), 아세토니트릴(acetonitrile), 디메톡시에탄(dimethoxyethane), 디에톡시에탄 (diethoxyethane), 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 에틸메틸카보네이트(ethyl methyl carbonate, EMC), 감마 부티로락톤(γ-butyrolactone) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 및 해리된 것을 사용할 수 있다.As the electrolyte solution in the present invention, a conventional one can be used. For example, A + B - A salt of the structure such as the A + is Li +, the B, and including an alkali metal cation or an ion composed of a combination thereof, such as Na + and K + - is PF 6 - , BF 4 -, Cl -, Br -, I -, ClO 4 -, AsF 6 -, CH 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, N (CF 3 SO 2) 2- and C (CF 2 SO 2 ) 3-, and an ion including an ion such as anion such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate carbonate, DMC), dipropyl carbonate (DPC), dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethyl methyl carbonate (NMP) EMC), gamma-butyrolactone, or a mixture thereof, and dissolving and dissociating it in an organic solvent may be used.
본 발명에서 전극조립체(14)는 젤리롤, 스택, 또는 스택/폴딩형태의 구조로 포함될 수 있다. 예를 들면, 젤리롤 구조로 포함될 수 있다.In the present invention, the
한 구체예에서 전극조립체(20)는 양극(10), 음극(12) 및 양극(10)과 음극(12) 사이에 세퍼레이터(14)를 개재한 다음, 이를 권취(winding)하여 제조할 수 있다. 다른 구체예에서 세퍼레이터(14)는 양극(10) 및 음극(12)이 권취되지 않은 상태에서, 양극(10)과 음극(12) 사이뿐 아니라, 양극(10)이나 음극(12)의 외부에도 개재될 수 있다. 이와 같이 양극(10)과 음극(12)이 세퍼레이터(14)와 함께 권취될 때, 외부에 위치하는 양극(10) 또는 음극(12)이 내부에 위치하는 음극(12) 또는 양극(10)과 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 상기 도 2를 참조하면, 상기 젤리롤 형태의 전극조립체(20)의 외주면(최외곽부)에는 젤리롤 형태를 유지하기 위한 실링(sealing)부재(22)가 부착될 수 있다. 구체예에서 실링부재(22)는 전해액 용이한 함침을 위해 메쉬(mesh)형태의 폴리머 절연테이프를 사용할 수 있다.The
또한, 상기 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 구체예에서 이차전지(200)는 상기 양극(10) 및 음극(12)에서 각각 돌출되어 케이스(60) 외부로 연장되는 양극리드부(40a) 및 음극리드부(40b) 를 더 포함할 수 있다.2 and 4, in the embodiment of the present invention, the
상기 도 4를 참조하면, 양극리드부(40a)는 양극(10)에 접하는 양극탭(44a) 및 양극탭(44a)과 접합되어 케이스(60) 외부로 연장되는 양극리드(46a)를 포함하고, 음극리드부(40b)는 음극(12)에 접하는 음극탭(44b); 및 음극탭(44b)과 접합되어 케이스(60) 외부로 연장되는 음극리드(46b)를 포함할 수 있다.
4, the positive
케이스case
상기 도 2 및 도 4를 참조하면, 케이스(60)는 전극조립체(20)가 수용되는 내부공간(62)을 포함한다. 구체예에서는 케이스(60)의 내부공간(62)에 전극조립체(20) 및 전해액 저장부재(50)를 위치시키고, 케이스 상면 및 하면을 덮은 후, 내부공간(62)의 외주면을 열융착 등의 방법으로 실링하여 실링영역(C)을 형성한다.2 and 4, the
즉, 상기 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 케이스(60)의 범위는 내부공간(62) 및 내부공간(62)의 외주면에 형성된 실링영역(C)을 포함하며, 내부공간(62)은, 전극조립체(20)가 위치하는 활성영역(A); 및 전극조립체(20)의 양극(10) 및 음극(12)에서 각각 돌출되어 케이스(60) 외부로 연장되는 양극리드부(40a) 및 음극리드부(40b)를 포함하는 비활성영역(B);으로 정의될 수 있다.2 and 4, the range of the
또한, 상기 도 4를 참조하면, 한 구체예에서 양극리드(48a) 및 음극리드(48b)의 상하면 일부에는, 케이스(60)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 제1 절연필름(42a) 및 제2 절연필름(42b)이 부착될 수 있다.4, in one embodiment, in order to increase the degree of sealing with the
구체예에서 제1 절연필름(42a) 및 제2 절연필름(42b)의 재질은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 또는 폴리이미드(PI)를 사용할 수 있다.In the embodiment, the first insulating
본 발명에서 케이스(60)는 통상적인 재질로 이루어진 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 외측수지층; 점착층; 및 내측금속층;을 포함하는 라미네이트 시트 재질의 케이스를 사용할 수 있다. 구체예에서 폴리에틸렌 테레프탈레이트 외측수지층; 무연신 폴리프로필렌 점착층; 및 알루미늄 내측금속층;을 포함하는 알루미늄 라미네이트 시트 재질의 케이스를 사용할 수 있다.In the present invention, the
본 발명에서 케이스(60)는 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다. 구체예에서 파우치형이 사용될 수 있다.
In the present invention, the
전해액 저장부재The electrolyte storage member
전해액 저장부재(50)에는 전해액이 수용되며, 전해액을 상기 전극조립체에 공급하여 이차전지의 수명 전극의 절연성확보, 이차전지 충/방전 사이클 진행 및 장기방치에 따른 전해액 고갈에 의한 내구수명 열화 개선과 이차전지의 구조적 안정성을 확보할 수 있다. 이때, 상기 “수용”은 상기 전해액이 전해액 저장부재의 내부 공간에 “수용”되거나, 전해액 저장부재에 “함침”되는 것을 의미할 수 있다.The electrolytic solution is stored in the
도 2 및 도 4를 참조하면, 전해액 저장부재(50)는 비활성영역(B)에 위치되어, 전해액을 상기 전극조립체에 공급할 수 있다.2 and 4, the
상기와 같이 비활성영역(B)에 전해액 저장부재(50)를 구비시, 이차전지 케이스(60)의 외곽치수를 확장하지 않고도, 이차전지 내부에 불가피하게 확보되어야 하는 공간을 활용할 수 있어 전지의 수명을 대폭 개선시켜 경제성이 우수하며, 이차전지의 단락을 방지하고 구조적 안정성이 확보된다.When the
한 구체예에서는 전해액 저장부재(50)는 중공형태를 가져 내부 공간이 형성되고, 상기 내부 공간에 전해액이 채워질 수 있다.In one embodiment, the
다른 구체예에서는 전해액 저장부재(50)는 다공성 형태를 가지며, 기공에 의해 공간이 형성되고, 이와 같이 기공에 의해 형성된 공간에 전해액이 채워질 수 있다. In another embodiment, the
구체예에서 전해액 저장부재(50)는 다공성 폴리머 재질이 사용될 수 있다. 이 경우 상기 다공성 폴리머에 형성된 기공 내부에는 전해액이 수용되며, 이와 같이 기공 내 수용된 전해액은 상기 전극조립체에 공급될 수 있다. 상기와 같은 전해액 저장부재를 사용시, 상기 기공 내부에 수용된 전해액이 전극조립체로 용이하게 이동 가능하며, 이차전지의 저장효율, 저장 안정성과, 비활성영역(B)에 위치되는 양극리드부(40a) 및 음극리드부(40b)의 단락방지 효과가 동시에 우수할 수 있다. In an embodiment, the
상기 다공성 폴리머의 기공도는 20%~60%이고, 평균 기공크기는 50㎛~800㎛일 수 있다. 상기와 같은 기공도 및 기공크기에서, 전해액의 저장 효율과 이차전지의 구조적 안정성이 동시에 우수하고, 이차전지의 과충전 등의 이상거동으로 인하여 전해액의 기화 또는 전극 활물질 등에서 발생하는 고온, 고압의 가스 발생시, 이차전지 내부의 상승된 압력을 이용하여, 전해액 저장부재(50)을 통하여 용이하게 외부로 배출할 수 있다. 예를 들면, 다공성 폴리머의 기공도는 35%~50% 이고, 평균 기공크기 400㎛~700㎛일 수 있다.The porosity of the porous polymer may be 20% to 60%, and the average pore size may be 50 μm to 800 μm. In the above-described porosity and pore size, the storage efficiency of the electrolyte and the structural stability of the secondary battery are excellent at the same time. When the secondary battery is overcharged due to abnormal behavior such as gasification of the electrolyte or electrode active material, , The battery can be easily discharged to the outside through the
구체예에서 전해액 저장부재(50)는 다면체 또는 원기둥형태 일 수 있다. 예를 들면, 도 2와 같이 직육면체 형태일 수 있다.In embodiments, the
구체예에서 전해액 저장부재(50)는 녹는점(Tm)이 150℃~250℃인 폴리머를 사용할 수 있다. 상기 녹는점에서 전해액의 저장 효율과 이차전지의 구조적 안정성이 동시에 우수할 수 있다.In an embodiment, the
한 구체예에서 상기 다공성 폴리머로는 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate)), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride), 폴리에틸렌(polyethylene) 및 폴리프로필렌(polypropylene) 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 다공성 폴리머를 사용시 절연성, 전해액의 저장 효율과 이차전지의 구조적 안정성이 동시에 우수할 수 있다.In one embodiment, the porous polymer includes at least one of poly (methyl methacrylate), polycarbonate, polyvinyl chloride, polyethylene, and polypropylene. . When the porous polymer is used, the insulating property, the electrolyte storage efficiency, and the structural stability of the secondary battery can be excellent at the same time.
상기 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 구체예에 따른 이차전지(200)에서 양극탭(44a) 및 양극리드(48a)는 제1 접합부(46a)를 통해 접합되고, 상기 음극탭(44b) 및 상기 음극리드(48b)는 제2 접합부(46b)를 통해 접합될 수 있다.2 and 4, in the
구체예에서 상기 제1 접합부(46a) 및 제2 접합부(46b)의 상하면 일부에는 절연테이프(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 절연테이프의 재질은 통상적인 것을 사용할 수 있다. 구체예에서 상기 절연테이프의 재질은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 또는 폴리이미드(PI)를 사용할 수 있다.In some embodiments, insulating tape (not shown) may be formed on the upper and lower surfaces of the first and
상기 도 4를 참조하면, 구체예에서 전해액 저장부재(50)는 상기 제1 접합부(46a) 및 제2 접합부(46b)와 접촉되어 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4, the
본 명세서에서 상기 “접촉”은, 상기 도 4와 같이 전해액 저장부재(50)에 상기 제1 접합부(46a) 및 제2 접합부(46b)가 삽입되어 형성되거나, 전해액 저장부재(50)의 일면에 상기 제1 접합부(46a) 및 제2 접합부(46b)가 밀착되어 형성되는 것을 의미할 수 있다.In this specification, the " contact " is formed by inserting the
상기와 같이 전해액 저장부재(50)가 제1 접합부(46a) 및 제2 접합부(46b)와 접촉되어 형성시, 절연 테이프를 부착하지 않아도 용이하게 단락을 방지할 수 있다.When the
구체예에서 전극조립체(20)에 함침된 전해액과, 전해액 저장부재(50)에 저장되는 전해액의 중량비는 1:0.1~0.7일 수 있다. 예를 들면, 1:0.15~0.5일 수 있다. 상기 중량비에서 이차전지의 성능저하를 방지하면서 비활성영역(B)을 효율적으로 사용할 수 있으며 전해액의 저장효율 및 이차전지의 구조적 안정성이 동시에 우수할 수 있다.In a specific example, the weight ratio of the electrolytic solution impregnated in the
한 구체예에서 제1 접합부(46a) 및 제2 접합부(46b)는 통상적인 방법으로 형성될 수 있다. 상기 양극탭(44b) 및 음극탭(44b)과, 상기 양극리드(48a) 및 음극리드(48b)를 초음파 용접하여 제1 접합부(46a) 및 제2 접합부(46b)를 형성할 수 있다.
In one embodiment, the
본 발명의 다른 관점은 상기 이차전지의 제조방법에 관한 것이다. 상기 이차전지의 제조방법은 (a) 전극조립체 및 전해액 저장부재 위치단계; (b) 전해액 주입단계; 및 (c) 케이스 실링단계;를 포함한다. 좀 더 구체적으로, 양극, 음극 및 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체가 수용된 케이스의 내부공간에 전해액 저장부재를 위치시키는 단계; 상기 케이스 내부공간으로 전해액을 주입하여 상기 전극조립체 및 전해액 저장부재에 상기 전해액을 함침하는 단계; 및 상기 케이스를 실링하는 단계;를 포함한다.Another aspect of the present invention relates to a method of manufacturing the secondary battery. The method for manufacturing the secondary battery includes the steps of: (a) positioning an electrode assembly and an electrolyte storage member; (b) an electrolyte injection step; And (c) a case sealing step. More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing an electrode assembly, the method comprising: positioning an electrolyte storage member in an internal space of a case accommodating an electrode assembly including an anode, a cathode, and a separator; Injecting an electrolyte into the space inside the case to impregnate the electrode assembly and the electrolyte storage member with the electrolyte solution; And sealing the case.
이하, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
Hereinafter, a method of manufacturing a secondary battery according to the present invention will be described in detail.
(a) 전해액 저장부재 위치단계(a) Electrolyte storage member position step
상기 단계는 양극(10), 음극(12) 및 세퍼레이터(14)를 포함하는 전극조립체(20)가 수용된 케이스(60)의 내부공간(62)에 전해액 저장부재(50)를 위치시키는 단계이다. This step is to place the
상기 도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 제조된 전극조립체(20)가 위치되는 케이스(60)의 내부공간(62)은 전극조립체(20)가 위치하는 활성영역(A) 및 전극조립체(20)의 양극(10) 및 음극(12)에서 각각 돌출되어 케이스(60) 외부로 연장되는 양극리드부(40a) 및 음극리드부(40b)를 포함하는 비활성영역(B);으로 나누어지며, 전해액 저장부재(50)는 케이스 내부공간(62)의 비활성영역(B)에 위치된다.2 and 4, the
본 발명에서 전극조립체(20)는 통상적인 방법으로 제조될 수 있다. 한 구체예에서 양극은(10) 전술한 양극활물질, 양극도전재 및 양극바인더를 상기 용매와 혼합하여 양극슬러리를 제조한 다음, 양극텝이 돌출 형성된 양극집전체의 적어도 일면에 도포하고 건조하여 양극활물질 코팅층을 형성하여 제조될 수 있다.In the present invention, the
한 구체예에서 음극(12)은 전술한 음극활물질 및 음극바인더를 용매와 혼합하여 음극 슬러리를 제조한 다음, 상기 음극 슬러리를 상기 음극집전체의 적어도 일면에 도포 및 건조하여 음극활물질 코팅층을 형성하여 제조할 수 있다.In one embodiment, the
한 구체예에서 상기와 같이 양극(10), 음극(12) 및 세퍼레이터(14)가 마련되면, 다음으로 양극(10)과 음극(12) 사이에 세퍼레이터(14)를 개재시키고, 이들을 권취함으로써 젤리롤 형태의 전극조립체(20)를 제조할 수 있다. 다른 구체예에서 양극(10)과 음극(12)이 권취되지 않은 상태에서, 양극(10)과 음극(12) 사이뿐 아니라, 양극(10)이나 음극(12)의 외부에도 개재될 수 있다. 따라서, 양극(10)과 음극(12)이 세퍼레이터(14)와 함께 권취될 때, 외부에 위치하는 양극(10) 또는 음극(12)이 내부에 위치하는 음극(12) 또는 양극(10)과 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 구체예에서 상기 젤리롤 형태의 전극조립체(20)의 외주면(최외곽부)에는 젤리롤 형태를 유지하기 위한 실링(sealing)부재(22)가 부착될 수 있다.When the
상기 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 구체예에서 이차전지(200)는 상기 양극(10) 및 음극(12)에서 각각 돌출되어 케이스(60) 외부로 연장되는 양극리드부(40a) 및 음극리드부(40b) 를 더 포함할 수 있다.2 and 4, in the embodiment of the present invention, the
상기 도 4를 참조하면, 양극리드부(40a)는 양극(10)에 접하는 양극탭(44a) 및 양극탭(44a)과 접합되어 케이스(60) 외부로 연장되는 양극리드(46a)를 포함하고, 음극리드부(40b)는 음극(12)에 접하는 음극탭(44b); 및 음극탭(44b)과 접합되어 케이스(60) 외부로 연장되는 음극리드(46b)를 포함할 수 있다.4, the positive
또한, 상기 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 구체예에 따른 이차전지(200)에서 양극탭(44a) 및 양극리드(48a)는 제1 접합부(46a)를 통해 접합되고, 상기 음극탭(44b) 및 상기 음극리드(48b)는 제2 접합부(46b)를 통해 접합될 수 있다.2 and 4, in the
구체예에서 상기 제1 접합부(46a) 및 제2 접합부(46b)의 상하면 일부에는 절연테이프(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 절연테이프의 재질은 통상적인 것을 사용할 수 있다. 구체예에서 상기 절연테이프의 재질은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 또는 폴리이미드(PI)를 사용할 수 있다.In some embodiments, insulating tape (not shown) may be formed on the upper and lower surfaces of the first and
또한, 상기 도 4를 참조하면, 구체예에서 전해액 저장부재(50)는 상기 제1 접합부(46a) 및 제2 접합부(46b)와 접촉되어 형성될 수 있다. 상기와 같이 전해액 저장부재(50)가 제1 접합부(46a) 및 제2 접합부(46b)와 접촉되어 형성시, 절연 테이프를 부착하지 않아도 용이하게 단락을 방지할 수 있다.
Referring to FIG. 4, the
한 구체예에서는 전해액 저장부재(50)는 중공형태를 가져 내부 공간이 형성되고, 상기 내부 공간에 전해액이 채워질 수 있다.In one embodiment, the
다른 구체예에서는 전해액 저장부재(50)는 다공성 형태를 가지며, 기공에 의해 공간이 형성되고, 이와 같이 기공에 의해 형성된 공간에 전해액이 채워질 수 있다. In another embodiment, the
구체예에서 전해액 저장부재(50)는 다공성 폴리머 재질이 사용될 수 있다. 이 경우 상기 다공성 폴리머에 형성된 기공 내부에는 전해액이 수용되며, 이와 같이 기공 내 수용된 전해액은 상기 전극조립체에 공급될 수 있다. 상기와 같은 전해액 저장부재를 사용시, 상기 기공 내부에 수용된 전해액이 전극조립체로 용이하게 이동 가능하며, 이차전지의 저장효율, 저장 안정성과, 비활성영역(B)에 위치되는 양극리드부(40a) 및 음극리드부(40b)의 단락방지 효과가 동시에 우수할 수 있다. In an embodiment, the
상기 다공성 폴리머의 기공도는 20%~60%이고, 평균 기공크기는 50㎛~800㎛일 수 있다. 상기와 같은 기공도 및 기공크기에서, 전해액의 저장 효율과 이차전지의 구조적 안정성이 동시에 우수하고, 이차전지의 과충전 등의 이상거동으로 인하여 전해액의 기화 또는 전극 활물질 등에서 발생하는 고온, 고압의 가스 발생시, 이차전지 내부의 상승된 압력을 이용하여, 전해액 저장부재(50)을 통하여 용이하게 외부로 배출할 수 있다. 예를 들면, 다공성 폴리머의 기공도는 35%~50% 이고, 평균 기공크기 400㎛~700㎛일 수 있다.The porosity of the porous polymer may be 20% to 60%, and the average pore size may be 50 μm to 800 μm. In the above-described porosity and pore size, the storage efficiency of the electrolyte and the structural stability of the secondary battery are excellent at the same time. When the secondary battery is overcharged due to abnormal behavior such as gasification of the electrolyte or electrode active material, , The battery can be easily discharged to the outside through the
구체예에서 전해액 저장부재(50)는 다면체 또는 원기둥형태 일 수 있다. 예를 들면, 도 2와 같이 직육면체 형태일 수 있다.In embodiments, the
구체예에서 전해액 저장부재(50)는 녹는점(Tm)이 150℃~250℃인 폴리머를 사용할 수 있다. 상기 녹는점에서 전해액의 저장 효율과 이차전지의 구조적 안정성이 동시에 우수할 수 있다.In an embodiment, the
한 구체예에서 상기 다공성 폴리머는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 다공성 폴리머를 사용시 절연성, 전해액의 저장 효율과 이차전지의 구조적 안정성이 동시에 우수할 수 있다.In one embodiment, the porous polymer may comprise at least one of polymethyl methacrylate, polycarbonate, polyvinyl chloride, polyethylene and polypropylene. When the porous polymer is used, the insulating property, the electrolyte storage efficiency, and the structural stability of the secondary battery can be excellent at the same time.
상기 다공성 폴리머의 기공도는 20%~60%이고, 평균 기공크기는 50㎛~800㎛일 수 있다. 상기와 같은 기공도 및 기공크기에서, 전해액의 저장 효율과 이차전지의 구조적 안정성이 동시에 우수하고, 이차전지의 과충전 등의 이상거동으로 인하여 전해액의 기화 또는 전극 활물질 등에서 발생하는 고온, 고압의 가스 발생시, 이차전지 내부의 상승된 압력을 이용하여, 전해액 저장부재(50)을 통하여 용이하게 외부로 배출할 수 있다. 예를 들면, 다공성 폴리머의 기공도는 35%~50% 이고, 평균 기공크기 400㎛~700㎛일 수 있다.
The porosity of the porous polymer may be 20% to 60%, and the average pore size may be 50 μm to 800 μm. In the above-described porosity and pore size, the storage efficiency of the electrolyte and the structural stability of the secondary battery are excellent at the same time. When the secondary battery is overcharged due to abnormal behavior such as gasification of the electrolyte or electrode active material, , The battery can be easily discharged to the outside through the
(b) 전해액 주입단계(b) Step of injecting electrolyte
상기 단계는 케이스 내부공간(62)으로 전해액을 주입하여 전극조립체(20) 및 전해액 저장부재(50)에 상기 전해액을 함침하는 단계이다. 구체예에서 상기 전해액 주입시 케이스(60)에 초음파 진동을 가하여 전해액 젖음성을 향상시킬 수 있다.In this step, the electrolytic solution is injected into the case
구체예에서 전극조립체(20)에 함침된 전해액과, 전해액 저장부재(50)에 저장되는 전해액의 중량비는 1:0.1~0.7일 수 있다. 예를 들면, 1:0.15~0.5일 수 있다. 상기 중량비에서 이차전지의 성능저하를 방지하면서 비활성영역(B)을 효율적으로 사용할 수 있으며 전해액의 저장효율 및 이차전지의 구조적 안정성이 동시에 우수할 수 있다.
In a specific example, the weight ratio of the electrolytic solution impregnated in the
(c) 케이스 실링단계(c) Case sealing step
상기 단계는 케이스(60)를 실링하는 단계이다. 구체예에서는 케이스(60)의 내부공간(62)에 전극조립체(20) 및 전해액 저장부재(50)를 위치시키고, 케이스 상면 및 하면을 덮은 후, 내부공간(62)의 외주면을 열융착 등의 방법으로 실링하여 실링영역(C)을 형성할 수 있다.This step is a step of sealing the
상기 도 2 및 도 4를 참조하면, 양극리드(48a) 및 음극리드(48b)의 상하면 일부에는, 케이스(60)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 제1 절연필름(42a) 및 제2 절연필름(42b)이 부착될 수 있다.2 and 4, a portion of the upper and lower surfaces of the
구체예에서 제1 절연필름(42a) 및 제2 절연필름(42b)의 재질은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 또는 폴리이미드(PI)를 사용할 수 있다.In the embodiment, the first insulating
본 발명의 한 구체예에서 상기 케이스 실링단계 이후, 전극조립체(20)에 초기 충전(Pre-Charge)를 수행한 후, 상기 초기 충전으로 발생한 가스를 케이스(60) 외부로 배출시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, after the case sealing step, pre-charging is performed on the
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. However, the following examples are provided to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples. The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.
실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples
실시예Example
양면이 구리로 코팅된 탄소섬유 메쉬시트를 PVDF, NMP 및 아세틸렌블랙을 포함하는 분산액을 코팅하여 양극집전체를 제조하였다. 상기 양극집전체상에 LiMn2O4(LMO) 및 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NCM)을 1:1 중량비로 포함하는 양극활물질, 양극도전재(카본블랙), 용매(아세톤) 및 양극바인더(PVDF)를 혼합한 양극슬러리를 양면에 통상적인 방법으로 도포, 건조 및 압연하여 양극활물질 코팅층을 형성하여 양극을 제조하였다. 또한, 탄소계 음극활물질, 음극도전재(카본블랙), 용매(아세톤) 및 음극바인더(PVDF)를 혼합한 음극슬러리를 제조한 다음, 음극집전체(구리호일) 상부에 도포하여 전극활물질 코팅층을 형성하여 음극을 제조하였다.A carbon fiber mesh sheet coated with copper on both sides was coated with a dispersion containing PVDF, NMP and acetylene black to prepare a positive electrode current collector. A positive electrode active material (carbon black) containing LiMn 2 O 4 (LMO) and LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (NCM) in a weight ratio of 1: 1 on the positive electrode collector, A positive electrode slurry obtained by mixing a solvent (acetone) and a positive electrode binder (PVDF) was applied on both sides by a conventional method, followed by drying and rolling to form a positive electrode active material coating layer. In addition, an anode slurry prepared by mixing a carbonaceous anode active material, a cathode active material (carbon black), a solvent (acetone) and a cathode binder (PVDF) was prepared and then coated on the anode collector (copper foil) to form an electrode active material coating layer Thereby preparing a negative electrode.
상기와 같이 제조된 양극(10)과 음극(12) 사이와, 양극(10) 및 음극(12)의 외부에 다공성 폴리에틸렌 세퍼레이터(14)를 개재하여 절연시키고, 이를 권취기로 권취하여 젤리롤 형태의 전극조립체(20)를 제조하였다. 상기 젤리롤 형태의 전극조립체(20)를 건조한 다음, 젤리롤 형태 유지를 위해 메쉬 형태의 실링(sealing) 테이프(22)를 부착하였다.The
이때 전극조립체(20)의 양극(10) 및 음극(12)의 일단부에 각각 형성된 양극탭(44a) 및 음극탭(44b)을, 양극리드(48a) 및 음극리드(48b)와 초음파 용접하여 제1 접합부(46a) 및 제2 접합부(46b)를 각각 형성하였다.At this time, the
전해액 저장부재로서, 상기 도 2 및 도 4와 같이 녹는점(Tm)이 150℃이고, 기공도가 45%이며, 평균 기공크기가 400㎛인 직육면체 형태의 다공성 폴리메틸메타크릴레이트를 준비하였다.Porous polymethyl methacrylate in the form of a rectangular parallelepiped having a melting point (Tm) of 150 DEG C, a porosity of 45% and an average pore size of 400 mu m as an electrolyte solution storage member as shown in Figs. 2 and 4 was prepared.
그 다음에, 상기 도 2 및 도 4와 같이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 외측수지층; 무연신 폴리프로필렌 점착층; 및 알루미늄 내측금속층;을 포함하는 알루미늄 라미네이트 시트재질의 파우치 형태 케이스(60)를 준비하고, 케이스의 내부공간(62)에 전극조립체(20)를 수납하여 전극조립체가 위치한 활성영역(A), 및 전극조립체(20)의 양극(10) 및 음극(12)에서 각각 돌출되어 케이스 외부로 연장되는 양극리드부(40a) 및 음극리드부(40b)를 포함하는 비활성영역(B)을 형성하였다. 그 다음에 도 4와 같이 비활성영역(B)에 전해액 저장부재(50)를 위치시켜 전해액 저장부재(50)가 제1 접합부(46a) 및 제2 접합부(46b)와 접촉하여 형성되도록 하였다.Next, as shown in FIGS. 2 and 4, a polyethylene terephthalate outer resin layer; An unoriented polypropylene adhesive layer; And a
에틸카보네이트(EC)/에틸메틸카보네이트(EMC)/디에틸카보네이트(DEC)/프로필렌 카보네이트(PC) 혼합액 중에 1M 농도로 용해된 LiPF6를 포함하는 전해질을 준비하여 케이스 내부공간(62)에 주입하여, 전해액을 전극조립체(20)와, 전해액 저장부재에 형성된 기공 내부에 전해액을 함침(수용)시켰다. 이때, 전극조립체(20)에 함침된 전해액과, 전해액 저장부재(50)에 저장되는 전해액의 중량비는 1:0.5가 되도록 하였다.An electrolyte containing LiPF 6 dissolved in a concentration of 1 M in a mixed solution of ethyl carbonate (EC) / ethyl methyl carbonate (EMC) / diethyl carbonate (DEC) / propylene carbonate (PC) was prepared and injected into the case
그 다음에, 케이스(60)의 상면 및 하면을 덮은 후, 내부공간(62)의 외주면을 열융착 등의 방법으로 실링하여 실링영역(C)을 형성하였다. 이때, 양극리드(48a) 및 음극리드(48b)의 상하면 일부에는, 케이스(60)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 폴리이미드 재질의 제1 절연필름(42a) 및 제2 절연필름(42b)을 부착하여 10Ah 용량의 이차전지를 제조한 다음, 전극조립체(20)에 초기 충전(Pre-Charge)를 수행한 후, 상기 초기 충전으로 발생한 가스를 케이스(60) 외부로 배출시켰다.
Then, after covering the upper and lower surfaces of the
비교예Comparative Example
전해액 저장부재(50)를 포함하지 않은 것을 제외하고, 실시예와 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example except that the
시험예Test Example
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 10Ah급 리튬이차전지에 대하여, 충전 및 방전을 반복하여 수명시험을 수행하여, 충방전 사이클 증가에 따른 용량유지율(capacity retention)을 평가하여 하기 도 5에 나타내었다.The 10 Ah class lithium secondary batteries prepared in the above Examples and Comparative Examples were repeatedly subjected to charging and discharging to perform life test to evaluate the capacity retention according to an increase in charge-discharge cycle, and the results are shown in FIG. 5 .
실험결과, 상기 도 5와 같이 비교예의 이차전지는 약 2,000 사이클 충방전시, 초기 용량 대비 용량유지율이 80% 미만으로 하락하였으나, 본 발명의 전해액 저장부재를 포함하는 이차전지의 경우 약 3,000 사이클 이상의 충방전시에도 용량유지율을 80%로 유지하였으며, 이로부터 본 발명의 전해액 저장부재를 포함시, 이차전지 충방전 사이클 증가에 따른 용량 감소 현상을 월등히 개선시키는 효과가 있음을 알 수 있었다.
As a result, as shown in FIG. 5, when the secondary battery of Comparative Example was charged and discharged for about 2,000 cycles, the capacity retention ratio with respect to the initial capacity dropped to less than 80%. However, in the case of the secondary battery including the electrolyte storage member of the present invention, The capacity retention rate was maintained at 80% even during charging / discharging. From this, it was found that when the electrolyte storage member of the present invention is included, the capacity reduction phenomenon due to an increase in the charge / discharge cycle of the secondary battery is remarkably improved.
10: 양극 12: 음극
14: 세퍼레이터 20: 전극조립체
22: 실링부재 40a: 양극리드부
40b: 음극리드부 42a: 제1 절연필름
42b: 제1 절연필름 44a: 양극탭
44b: 음극탭 46a: 제1 접합부
46b: 제2 접합부 48a: 양극리드
48b: 음극리드 50: 전해액 저장부재
60: 케이스 62: 내부공간
100, 200: 이차전지 A: 활성영역
B: 비활성영역 C: 실링영역10: anode 12: cathode
14: separator 20: electrode assembly
22: sealing
40b:
42b: first insulating
44b:
46b:
48b: anode lead 50: electrolyte storage member
60: Case 62: Inner space
100, 200: secondary battery A: active area
B: inactive region C: sealing region
Claims (14)
상기 전극조립체를 수용하는 케이스; 및
상기 케이스에 수용되며, 상기 전극조립체에 전해액을 공급하는 전해액 저장부재;를 포함하는 이차전지.
An electrode assembly including an anode, a cathode, and a separator, the electrolyte assembly being impregnated with the electrolyte;
A case for accommodating the electrode assembly; And
And an electrolyte storage member accommodated in the case and supplying the electrolyte solution to the electrode assembly.
The secondary battery according to claim 1, wherein the secondary battery further comprises a cathode lead portion and a cathode lead portion protruding from the anode and the cathode to extend to the outside of the case.
상기 음극리드부는 상기 음극에 접하는 음극탭; 및 상기 음극탭과 접합되어 케이스 외부로 연장되는 음극리드를 포함하고,
상기 양극탭 및 상기 양극리드는 제1 접합부를 통해 접합되고,
상기 음극탭 및 상기 음극리드는 제2 접합부를 통해 접합되며,
상기 전해액 저장부재는 상기 제1 접합부 및 제2 접합부와 접촉되어 형성되며,
상기 전해액 저장부재는 다공성 폴리머를 포함하며, 상기 다공성 폴리머의 기공 내부에 전해액이 수용되는 이차전지.
The lithium ion secondary battery according to claim 2, wherein the positive electrode lead portion comprises: a positive electrode tab contacted with the positive electrode; And a positive electrode lead which is joined to the positive electrode tab and extends to the outside of the case,
The negative electrode lead portion includes a negative electrode tab that is in contact with the negative electrode; And a negative electrode lead which is joined to the negative electrode tab and extends to the outside of the case,
The positive electrode tab and the positive electrode lead are joined through the first joint,
The negative electrode tab and the negative electrode lead are joined through a second joint,
Wherein the electrolyte storage member is formed in contact with the first and second junctions,
Wherein the electrolyte storage member includes a porous polymer, and the electrolyte is contained in the pores of the porous polymer.
The secondary battery according to claim 3, wherein the porous polymer has a melting point (Tm) of 150 ° C to 250 ° C.
The secondary battery according to claim 3, wherein the porous polymer is at least one of polymethyl methacrylate, polycarbonate, polyvinyl chloride, polyethylene and polypropylene.
The method of claim 3, wherein the porous polymer Wherein the porosity is 20% to 60%, and the average pore size is 50 μm to 800 μm.
The secondary battery according to claim 1, wherein a weight ratio of the electrolyte impregnated in the electrode assembly to the electrolyte contained in the electrolyte storage member is 1: 0.1-0.7.
상기 케이스 내부공간으로 전해액을 주입하여 상기 전극조립체 및 전해액 저장부재에 상기 전해액을 공급하는 단계; 및
상기 케이스를 실링하는 단계;를 포함하는 이차전지 제조방법.
Placing an electrolyte storage member in an internal space of a case accommodating an electrode assembly including an anode, a cathode, and a separator;
Injecting an electrolyte into the space inside the case to supply the electrolyte solution to the electrode assembly and the electrolyte storage member; And
And sealing the case.
9. The method of claim 8, wherein the secondary battery further comprises a cathode lead portion and a cathode lead portion protruding from the anode and the cathode, respectively, and extending to the outside of the case.
상기 음극리드부는 상기 음극에 접하는 음극탭; 및 상기 음극탭과 접합되어 케이스 외부로 연장되는 음극리드를 포함하고,
상기 양극탭 및 상기 양극리드는 제1 접합부를 통해 접합되고,
상기 음극탭 및 상기 음극리드는 제2 접합부를 통해 접합되며,
상기 전해액 저장부재는 상기 제1 접합부 및 제2 접합부와 접촉되어 형성되며,
상기 전해액 저장부재는 다공성 폴리머를 포함하며, 상기 다공성 폴리머의 기공 내부에 수용된 전해액을 상기 전극조립체에 공급하는 이차전지 제조방법.
10. The battery pack according to claim 9, wherein the positive electrode lead portion comprises: a positive electrode tab which is in contact with the positive electrode; And a positive electrode lead which is joined to the positive electrode tab and extends to the outside of the case,
The negative electrode lead portion includes a negative electrode tab that is in contact with the negative electrode; And a negative electrode lead which is joined to the negative electrode tab and extends to the outside of the case,
The positive electrode tab and the positive electrode lead are joined through the first joint,
The negative electrode tab and the negative electrode lead are joined through a second joint,
Wherein the electrolyte storage member is formed in contact with the first and second junctions,
Wherein the electrolyte storage member comprises a porous polymer, and the electrolyte solution stored in the pores of the porous polymer is supplied to the electrode assembly.
The method of claim 8, wherein the porous polymer has a melting point (Tm) of 150 ° C to 250 ° C.
9. The method of claim 8, wherein the porous polymer comprises at least one of polymethylmethacrylate, polycarbonate, polyvinyl chloride, polyethylene, and polypropylene.
The method of claim 8, wherein the porous polymer has a porosity of 20% to 60% and an average pore size of 50 to 800 μm.
The method of claim 8, wherein the weight ratio of the electrolyte impregnated in the electrode assembly to the electrolyte contained in the electrolyte storage member is 1: 0.1-0.7.
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