KR20190065138A - 전극 및 전극조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 폴딩분리막의 길이방향을 따라 복수 개의 단위셀들이 나란히 놓이고 상기 폴딩분리막의 폴딩에 따라 상기 단위셀들의 적층이 이뤄지는 전극조립체에 있어서, 상기 단위셀들 중 하나 이상의 단위셀은, 집전체의 양측면 모두에 슬러리가 적층된 제1양면전극; 상기 제1양면전극에 이웃하게 적층된 분리막; 상기 분리막에 이웃하게 적층되며 집전체의 양측면 모두에 슬러리가 적층된 제2양면전극; 및 상기 제2양면전극에 이웃하게 적층되며 제2양면전극에 마주하는 일면에만 슬러리가 적층된 단면전극;을 포함하고, 상기 단면전극에는 제2양면전극을 마주하는 일면에서 상기 제2양면전극과의 접촉을 방지하되 이온의 출입은 허용하는 코팅층이 부착된 것을 특징으로 한다.

Description

전극 및 전극조립체{Electrode and electrode-assembly}
본 발명은 이차전지에 내장되어 전기에너지를 저장하는 전극조립체 및 상기 전극조립체의 구성요소인 전극에 관한 것으로써, 더 상세하게는 생산원가를 절감할 수 있고 두께를 감소시켜 보다 컴팩트한 크기를 가질 수 있는 전극조립체 및 전극에 관한 것이다.
전기 에너지를 저장하는 전지는 일반적으로 일차 전지와 이차 전지로 구분될 수 있다. 일차 전지는 일회용 소모성 전지인 반면에, 이차 전지는 전류와 물질 사이의 산화 및 환원 과정이 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 충전식 전지이다. 즉, 전류에 의해 소재에 대한 환원 반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화 반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성된다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
이중, 리튬 이차 전지는 일반적으로 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)이 적층되어 형성된다. 그리고 이들의 재료는 전지수명, 충방전 용량, 온도특성 및 안정성 등을 고려하여 선택된다. 리튬 이온이 양극의 리튬 금속 산화물로부터 음극으로 삽입(Intercalation) 및 탈리(Deintercalation)되는 과정이 반복되면서, 리튬 이차 전지의 충방전이 진행된다.
일반적으로 양극/분리막/음극의 3층 구조, 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극 또는 음극/분리막/양극/분리막/음극의 5층 구조로 적층된 단위셀들이 모여, 하나의 전극 조립체가 된다. 그리고 이러한 전극조립체는 원통형 캔 또는 각형 파우치 등과 같은 케이스에 수용된다.
한편, 상기 전극조립체는 대표적으로 권취형(젤리롤형), 적층형(스택형), 스택앤폴딩형 등으로 제조된다.
권취형 전극조립체는 금속 호일로 제조되는 집전체의 표면에 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 요구되는 폭과 길이를 갖도록 재단하여 음극과 양극을 제조한 다음에 상기 음극과 양극 사이에 분리막을 적층한 후, 나선형으로 감아서 제조된다. 이러한 권취형 전극조립체는 원통형 모양을 가짐에 따라서 원통형 이차전지에 탑재된다. 그리고, 적층형 전극조립체는 음극, 분리막, 양극을 적절한 크기로 절단한 후 순차적으로 적층한 구조로써 통상적으로 파우치형 이차전지에 탑재된다.
스택앤폴딩형은 상기 권취형과 적층형의 혼합된 형태를 갖는다. 즉, 일정한 단위 크기로 양극/분리막/음극 구조의 풀셀(full cell) 또는 도 1b 에 도시된 바와 같은 음극(양극)/분리막/양극(음극)/분리막/음극(양극) 구조의 바이셀(bicell)로 단위셀(200)을 구성한 후, 상기 단위셀들(20)을 도 1a 에 도시된 바와 같이 폴딩분리막(1) 위에 올려놓고 도 1c 에 도시된 바와 같이 연속적으로 접어서(폴딩하여) 제조되는 구조를 갖는다.
도 1c 와 같이 폴딩이 완료되면 도 1d 와 같은 전극조립체가 제조된다. 이러한 스택앤폴딩형 전극조립체는 폴딩분리막(1)에 의해 움직임이 추가적으로 지지되어 안정성이 높은 반면에 상기 폴딩분리막(1)이 추가되는 구조이므로 적층형 구조대비 높이가 상승하여 부피가 증가하는 문제가 있었다.
또한, 이와 같이 복수 개의 전극들이 적층되어 있는 구조에서는 충방전이 이루어질 때 전자의 이동에 의해 내부에서 발열이 발생한다. 이때, 최외각층에 위치한 전극 보다 중간층에 배치된 전극의 발열량이 더 많다(즉, 최외각층과 중간층의 전극들 사이에는 온도차이가 발생한다). 이에 따른 온도차이는 적층된 전극들 간에 저항 불균형을 유발시키므로 High C-rate test(고전류 충방전 시험) 및 복수 회의 충방전 진행시 전극 퇴화의 원인이 되기도 하였다. 또한, 이러한 온도차이로 인해 최외각쪽 양극들에서는 리튬이 석출되는 문제가 발생할 수도 있었다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해소할 수 있는 전극 및 전극조립체를 제공하는 것을 주목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성할 수 있는 본 발명의 전극은, 서로 대향하여 양면을 갖는 집전체; 상기 집전체의 일면에 도포되는 슬러리; 및 상기 슬러리를 사이에 두도록 집전체의 대향측에 부착되는 코팅층;을 포함하고, 상기 코팅층은 다른 전극과 상기 슬러리의 물리적 접촉은 차단하되 이온의 출입은 허용하는 재질로 제조되는 것을 특징으로 한다. 상기 전극은 전극조립체를 구성하는 단위셀의 최외각층을 구성하도록 배치된다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성할 수 있는 본 발명의 전극조립체는, 폴딩분리막의 길이방향을 따라 복수 개의 단위셀들 각각이 서로에게 소정거리를 두고 이격되어 나란히 놓이고 상기 폴딩분리막의 폴딩에 따라 상기 단위셀들의 적층이 이뤄지는 전극조립체에 있어서, 상기 단위셀들 중 하나 이상의 단위셀, 바람직하게는 최외각 층(즉, 최상층 및/또는 최하층)에 놓이게 되는 최외각 단위셀은, 집전체의 양측면 모두에 슬러리가 적층된 제1양면전극; 상기 제1양면전극에 이웃하게 적층된 분리막; 상기 분리막에 이웃하게 적층되며 집전체의 양측면 모두에 슬러리가 적층된 제2양면전극; 및 상기 제2양면전극에 이웃하게 적층되며 제2양면전극에 마주하는 일면에만 슬러리가 적층된 단면전극;을 포함하고, 상기 단면전극에는 제2양면전극을 마주하는 일면에서 상기 제2양면전극과의 접촉을 방지하되 이온의 출입은 허용하는 코팅층이 부착된 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 코팅층은 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물로써, 상기 분리막의 양면에 도포된 코팅물질과 동일한 성분을 갖는다.
즉, 상기 분리막은 기재원단의 양면에 코팅물질이 도포되어 제조되고, 상기 상기 코팅물질은 코팅층을 구성하는 혼합물과 동일한 성분을 함유한다.
상기 혼합물은 흡열성(吸熱性)을 갖는 재질로 제조되어 발열을 억제할 수 있다. 본 발명에서 상기 혼합물은 보헤마이트 또는 알루미나 중 어느 하나 이상을 함유하며, 더 상세하게는 상기 혼합물에서 무기물 입자는 보헤마이트와 알루미나의 중량%가 2.5:7.5 내지 3.5:6.5 범위 내에서 있도록 혼합되어 구성된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1양면전극과 단면전극은 음극이고, 제2양면전극은 양극으로 구성된다.
이때, 상기 단면전극에서 코팅층이 부착된 면의 반대쪽 면에 강화필름이 적층될 수 있다. 상기 강화필름은 원래의 크기 보다 더 늘어났다가 복원될 수 있는 연신성 및 특정 온도까지는 열이 가해도 기계적 성질을 유지할 수 있는 내열성을 갖는다.
아울러, 원래의 크기 보다 더 늘어났다가 복원될 수 있는 연신성 및 특정 온도까지는 열이 가해도 기계적 성질을 유지할 수 있는 내열성을 갖는 상기 강화필름은 폴딩분리막의 외부에서 전체를 둘러쌓을 수도 있다.
본 발명은 전극조립체의 높이를 최대한 줄일 수 있는 다른 실시예를 추가적으로 제공한다.
다른 실시예에 따른 전극조립체는, 폴딩분리막의 길이방향을 따라 복수 개의 단위셀들이 나란히 놓이고 상기 폴딩분리막의 폴딩에 따라 상기 단위셀들의 적층이 이뤄지는 전극조립체에 있어서, 상기 단위셀들 중 하나 이상의 단위셀, 바람직하게는 최외각 층(즉, 최상층 및/또는 최하층)에 놓이게 되는 최외각 단위셀은, 집전체의 일측면에만 슬러리가 적층된 제1단면전극; 상기 제1단면전극에 접하도록 적층되며 집전체의 양측면 모두에 슬러리가 적층된 양면전극; 및 상기 양면전극에 접하도록 적층되며 일측면에만 슬러리가 적층된 제2단면전극;을 포함하며, 상기 제1단면전극과 제2단면전극 각각은 양면전극과 마주하는 면에 슬러리가 적층되고, 상기 제1단면전극과 제2단면전극 각각의 슬러리의 표면에는 양면전극과의 접촉을 방지하되 이온의 출입은 허용하는 코팅층이 각각 도포된 것을 특징으로 한다.
이 실시예에서, 상기 제1단면전극과 제2단면전극은 음극이고, 양면전극은 양극으로 구성된다.
따라서, 본 발명에서는 위와 같은 기술적 특징을 갖는 전극조립체가 케이스(파우치)에 내장된 이차전지를 추가적으로 제공할 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 분리막의 삭제에 따라 종래 구조 대비 전극조립체의 두께를 줄일 수 있다. 즉, 동일한 부피를 갖는다면 더 큰 용량을 가질 수 있다. 아울러, 분리막 삭제에 의해 생산원가를 절감시킬 수 있다.
그리고, 상기 코팅층은 흡기성을 가지므로 발열을 억제하고 안정성을 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명은 최외각 전극의 분리막이 제거됨에 따라 최외각 전극의 저항이 감소하는 효과를 가지며 이에 따라 저항 불균형에 의한 전극퇴화를 완화 또는 억제시킬 수 있는 효과를 갖는다.
도 1a 는 폴딩분리막 위에 복수 개의 단위셀들이 나란히 놓인 모습이 도시된 평면도.
도 1b 는 종래의 단위셀의 측면모습이 도시된 측면도.
도 1c 는 종래의 단위셀이 스택앤폴딩 방식으로 폴딩되는 모습이 도시된 도면.
도 1d 는 종래의 단위셀로 폴딩이 완료된 전극조립체의 측면모습이 도시된 측면도.
도 2 는 본 발명의 실시예1에 따른 단위셀의 측면모습이 도시된 측면도.
도 3 은 도 2 의 단위셀이 스택앤폴딩 방식으로 폴딩되는 모습이 도시된 도면.
도 4 는 종래의 단위셀들로 폴딩된 종래의 전극조립체와 본 발명의 실시예1에 따른 단위셀들로 폴딩된 전극조립체의 측면을 비교하여 도시한 측면도.
도 5 는 본 발명의 실시예2에 따른 단위셀의 측면모습이 도시된 측면도.
도 6 은 본 발명 실시예1의 제조예1,2,3 및 비교예1,2에 적용되는 단위셀의 모습이 도시된 측면도.
도 7 은 본 발명의 실시예3에 따른 단위셀의 측면모습이 도시된 측면도.
도 8 은 본 발명은 실시예4에 따른 전극조립체의 측면모습이 도시된 측면도.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 폴딩분리막(1)의 길이방향을 따라 복수 개의 단위셀들 각각이 서로에게 소정거리를 두고 이격되어 나란히 놓이고 상기 폴딩분리막(1)의 폴딩에 따라 상기 단위셀들의 적층이 이뤄지는 전극조립체 및 상기 전극조립체를 구성하는 전극(더 상세하게는 전극조립체를 구성하는 단위셀의 최외각층에 놓이는 전극)에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전극은 도 2 에 도시된 바와 같이 서로 대향하여 양면을 갖는 집전체(41)의 일면에만 슬러리(42)가 도포되되 코팅층(50)이 추가적으로 부착된다. 상기 코팅층(50)은 이웃하는 전극(30)과 상기 슬러리(42)의 물리적 접촉은 차단하되 이온의 출입은 허용하는 재질로 제조되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 전극은 단위셀(100)의 최외각층에 위치하되(단, 전극조립체의 설계에 따라서 최외각층 외에도 배치될 수 있음은 물론이다), 상기 코팅층(50)은 분리막을 대신하는 기능을 한다.
이하, 상기의 전극이 단위셀(100)의 최외각에 배치되는 본 발명의 실시예들을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
실시예1
이 실시예에서는, 전극조립체를 구성하는 단위셀들(100)에서 분리막(20)이 하나씩 삭제되되 최외각층(최상층 또는 최하층)에 적층되는 전극이 코팅층(50)을 갖는 전극으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
즉, 도 2 에 도시된 바와 같이, 폴딩분리막(1) 위에 놓이는 단위셀(100) 중 하나 이상의 단위셀은 제1양면전극(10), 분리막(20), 제2양면전극(30), 단면전극(40)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. .
이 실시예에서, 상기 제1양면전극(10)은 음극으로써 집전체(11)의 양측면 모두에 음극슬러리(12)가 적층된다. 상기 분리막(20)은 기재원단(21)의 양면 각각에 코팅물질(22)이 도포된 구조를 가지며 일측면은 상기 제1양면전극(10)에 접하도록 적층된다. 상기 제2양면전극(30)은 일면이 분리막(20)에 접하도록 적층되되 집전체의 양측면 모두에 양극슬러리가 적층된 양극이다. 그리고, 상기 단면전극(40)은 제2양면전극(30)에 이웃하도록 적층되며 제2양면전극(30)에 마주하는 일면에만 음극슬러리(42)가 적층된 단면음극이다.
상기 단면전극(40)은 위에 설명된 본 발명에 따른 전극으로써 제2양면전극(30)을 마주하는 측에서 슬러리(42)에 코팅층(50)이 부착(또는 도포 또는 코팅 또는 적층)된다.
상기 코팅층(50)은 음극슬러리(42)가 제2양면전극(30)의 양극슬러리와 직접적으로 접촉하는 것을 차단하되 상기 양극슬러리(30)에서 나오는 리튬 이온의 출입은 허용한다.
한편, 본 발명의 실시예에서 상기 분리막(20)은 폴리올리핀 계열의 재질로 제조된 기재원단((21)의 양면에 무기물 코팅물질(22)이 도포되어 있는 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막이다. 이 실시예에서, 상기 무기물 코팅물질(22)은 보헤마이트(Boehmite) 또는 알루미나(Alumina) 중 어느 하나 이상을 함유하며, 더 상세하게는 상기 혼합물에서 무기물 입자는 보헤마이트와 알루미나의 중량%가 2.5:7.5 내지 3.5:6.5 범위 내에서 있도록 혼합되어 구성된다(더 상세하게는 보헤마이트와 알루미나의 중량%가 3:7 을 이루는 것이 바람직하다). 상기 SRS 분리막에 대한 세부 특성 및 혼합비 등은 공지된 것이므로 여기에서 상세한 설명한 생략된다.
이 실시예에서, 상기 단면전극(40)에 부착 또는 도포되는 상기 코팅층(50)은 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물로써, 상기 분리막(20)의 양면에 도포된 코팅물질(22)과 동일한 성분을 갖는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 혼합물은 흡열성(吸熱性)을 갖는 재질로 제조되거나 또는 흡열성을 갖도록 첨가제가 추가되어 전극조립체의 발열을 억제하여 안정성을 향상시킬 수 있다.
이 실시예에서는 상기 제1양면전극(10)과 단면전극(40)은 음극이고, 제2양면전극(30)은 양극으로 구성되는 것으로 설명되었지만, 제1양면전극(10)과 단면전극(40)이 양극이고, 제2양면전극(30)은 음극으로 구성될 수 있음은 물론이다.
상기 단위셀들(100)은 도 3 에 도시된 바와 같이 폴딩분리막(1) 위에 다수 개가 나란히 안착된 상태에서 폴딩이 이뤄진다.
참고적으로, 전극조립체에서 위와 같은 구조가 적용되는 단위셀(즉, 단면전극에 코팅층이 부착된 단위셀)(100)은 안정성 및 성능 측면을 고려하여 전극조립체의 최외각 층(즉, 최상층 및/또는 최하층)에만 놓이고, 그 사이의(최외각 층들 사이의) 단위셀들은 종래의 단위셀들(200)이 적층되는 것이 바람직하나, 전극조립체의 설계사양에 따라서는 위와 같은 구조가 적용되는 단위셀(단면전극에 코팅층이 부착된 단위셀)로만으도 구성될 수 있을 것이다. 이 경우에는 동일한 스택앤폴딩 방식으로 제조되었을 때 본 발명의 단위셀들(100)로만 적층되면 도 4 에 도시된 바와 같이 종래의 단위셀(200)을 사용한 경우와 대비하여 전극조립체의 높이를 낮춰 부피를 줄일 수 있다.
실험데이터
무기물 조성 초기 두께 비율(%) 상온800사이클 용량유지율(%) 60도4주저장용량유지율(%) 60도4주저장부피증가율(%)
실시예1의 제조예1 보헤마이트100% 98.4 82 93 103
실시예1의 제조예2 알루미나100% 98.4 82 93 102
실시예1의 제조예3 보헤마이트:알루미나 = 3:7(중량비율) 98.4 83 93 102
비교예1 보헤마이트:알루미나 = 3:7(중량비율) 100.0 80 93 104
비교예2
 보헤마이트:알루미나 = 3:7(중량비율) 102.7 75 90 108
** 1. 실시예1의 제조예1 내지 3 은 최외각층에 적층된 단위셀에서 최외각에 단면음극이 적층되되 상기 단면음극이 적층된 부분에서 그 아래에는 분리막이 삭제된 대신에 무기물코팅층이 도포 또는 부착된 전극조립체로써, 본 발명 실시예1의 제조예1,2,3 및 비교예1,2에 적용되는 단위셀의 모습이 도시된 측면도인 도 6 에 도시된 바와 같이 상기 코팅층을 구성하는 무기물 조성비만 달라진 것임.
2. 비교예1은 최외각층에 적층된 단위셀에서 최외각에 단면음극이 적층되되 그 아래에는 무기물코팅층 대신에 분리막이 적층된 전극조립체이고, 비교예2는 비교예1의 구조에서 최외각의 단면음극의 상층과 하층 각각에 무기물코팅층이 추가적으로 도포된 전극조립체임.
3. 상온800사이클 용량유지율은 이차전지로 제조된 상태로 상온에서 충방전을 800 회 반복한 후의 용량을 것을 의미하며, 60도 4주 저장 용량 유지율은 이차전지로 제조된 후의 용량이 100%일 때 60도에서 4주동안 방치된 후의 용량을 퍼센트로 나타낸 것이고, 부피증가율은 초기 부피가 100%일 때 60도에서 4주동안 방치된 후의 부피 증가를 퍼센트로 나타낸 것임.
위 실험데이터는 본 발명에 따른 전극조립체를 제조예들로 비교예들과 비교한 것이다. 상기 표 1 에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 분리막이 삭제된 단위셀이 사용됨으로써 비교예1, 2 와 대비하여 두께가 1.6 내지 4.3 % 감소될 수 있음을 확인할 수 있다. 이러한 두께 감소는 단일 전극조립체만 봤을 때도 소정의 차이를 보여주며, 더 나아가 수 많은 이차전지들이 연결되어 사용되는 자동차전지팩에 적용되는 경우에는 더 큰 차이로 나타날 것이다.
아울러, 60도 4주 저장 용량유지율과 부피증가율은 종래구조들 대비 성능저하가 발생하지 않았으며, 상온800사이클 용량유지율은 (온도편차에 따른 성능저하가 상대적으로 작게 발생하므로) 종래구조들 대비 성능향상이 있음을 확인할 수 있다.
이때, 코팅층에 함유되는 보헤마이트와 알루미나의 조성비차이에 따라 약간의 성능차이가 발생할 수도 있으나 성분비 차이에 따른 성능차이는 무시될 수 있을 정도로 미미함을 확인할 수 있다. 즉, 코팅층의 성분에 따른 성능차이는 미미한 반면에 분리막의 삭제 유무에 따른 두께 감소 및 성능변화는 유의미한 차이를 가짐을 확인 할 수 있다.
실시예2
본 발명은 전극조립체의 높이를 최대한 줄일 수 있는 실시예2를 추가적으로 제공한다.
실시예2에 따른 단위셀(300)은, 최외각층(최상층 및 최하층) 각각에 전술한 바와 같이 코팅층을 갖는 전극이 배치되는 것을 특징으로 한다.
즉, 도 5 에 도시된 바와 같이, 실시예2에 따른 단위셀(300)은 제1단면전극(70), 양면전극(80), 제2단면전극(60)이 순차적으로 적층된 구조를 가지며, 전극들 사이에 분리막이 삭제되되 상기 제1단면전극(70)과 제2단면전극(60)은 위에 설명된 바와 같이 코팅층(50)을 구비한 전극으로 구성된다.
따라서, 양면전극(80)은 집전체의 양면 모두에 슬러리가 도포된 구조인 반면에 제1단면전극(70)과 제2단면전극(60) 각각은 집전체(71, 61)의 일측면에만 슬러리(72, 62)가 도포된 구조를 갖는다. 상기 제1단면전극(70)과 제2단면전극(60)에 도포된 슬러리(72, 62) 각각은 양면전극(80)에 마주하는 면에서 도포되고 상기 슬러리들(72, 62) 각각에는 추가적으로 코팅층(50)이 적층된다.
따라서, 제1단면전극(70)의 슬러리(72)와 양면전극(80) 사이 그리고 제2단면전극(60)의 슬러리(62)와 양면전극(80) 사이 각각에는 코팅층(50)이 위치하게 된다. 상기 코팅층(50)은 제1단면전극(70) 또는 제2단면전극(60)의 슬러리(72, 62)가 양면전극(80)의 슬러리와 직접적으로 접촉하는 것은 차단하되 이온의 출입은 허용한다. 이 실시예에서도 상기 제1단면전극(70)과 제2단면전극(60)은 음극이고, 양면전극(80)은 양극으로 구성되되, 그 반대로 구성될 수도 있다.
이 실시예에서는 분리막이 모두 삭제된 구성이므로, 실시예1의 구성보다도 전극조립체의 높이를 더욱 낮출 수 있는 효과를 갖는다. 이 실시예에 따른 단위셀(300) 또한 전극조립체에서 최외각층에만 적용되는 것이 바람직할 것이나, 요구되는 조건에 따라서 실시예1의 단위셀(100)은 물론 종래의 단위셀(200)과 조합되어 사용될 수도 있을 것이다.
실시예3
본 발명은 분리막이 삭제됨에 따라 낮아진 두께를 보충하되 안정성을 강화하기 위해 강화필름이 적층된 실시예3을 추가적으로 제공한다.
본 발명의 실시예3에 따른 단위셀의 측면모습이 나타난 도 7 에 도시된 바와 같이, 실시예3에 따른 단위셀은 최외각층에 놓이 단면전극의 바깥쪽면(코팅층과 맞닿는면의 반대쪽면)에 강화필름이 추가로 적층된다.
상기 강화필름은 삭제된 분리막과 유사한 두께를 갖는 것이 바람직하며, 원래 넓이 보다 충분히 늘어났다가 복원될 수 있는 고연신성(high stretch) 및 고온에서도 원래의 기계적 성질을 유지할 수 있는 고내열성(high heat resistance)을 갖는 재료 중에 선택될 수 있다.
상기 강화필름은 고연신성을 가짐에 따라 쉽게 찢어지지 않으므로, 뾰쪽한 물체가 외부에서 충격을 가했을 때(예를들어, 네일테스트 등), 상기 고연신성 강화필름이 뾰족한 물체(가령, 테스트용 네일)을 따라 단위셀 내부쪽으로 늘어남에 의해 양극과 음극 그리고 뾰족한 물체 간의 전기적 연결을 차단함으로써 내부 쇼트를 방지할 수 있고 이에 따라 안전성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
그리고, 고내열성을 갖는 강화필름은 단락에 의해 전극조립체의 온도가 상승하더라도 (최소한 발화가 발생하기 전까지는) 녹지 않고 원래의 모양을 유지할 수 있다.
이러한, 강화필름은 접착제 또는 열융착을 통해 상기 단면전극에 접착된 상태로 제조될 수 있다.
실시예4
본 발명은 분리막이 삭제됨에 따라 낮아진 두께를 보충하되 안정성을 강화하기 위해 강화필름이 전극조립체 전체를 둘러쌓는 실시예4를 제공한다.
본 발명은 실시예4에 따른 전극조립체의 측면모습이 나타난 도 8 에 도시된 바와 같이, 실시예4에 따른 전극조립체는 도 4 에 도시된 구조와 같이 스택앤폴딩 방식으로 제조되되, 제조된 후, 테이프(도 4 에서 하단에 점선으로 표시된 부분)로 고정이 이뤄지는 대신에 (실시예3과 같은) 강화필름이 폴딩분리막(1) 외부에서 전극조립체 전체를 둘러 쌓아 고정이 이뤄진다.
이 실시예에 따른 전극조립체는 강화필름이 둘러쌈에 따라 두께가 증가할 것이나, 최외각층에서 분리막이 삭제됨에 따라 종래의 구조와 동일한 두께를 가질 수 있다. 대신에, 상기 강화필름은 고연신성 및 고내열성을 가지므로 종래 구조대비 외부 충격에 대해 더 큰 안정성을 가지며 테이프 없이도 전극조립체를 고정시켜 상기 테이프 부착에 따른 단차 발생을 억제할 수 있다. 상기 강화필름은 열융착 또는 접착체 도포 방식을 통해 고정이 이뤄질 수도 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 분리막(20)의 삭제에 따라 종래 구조 대비 전극조립체의 두께를 줄일 수 있다. 즉, 동일한 부피를 갖는다면 더 큰 용량을 가질 수 있다. 아울러, 분리막(20) 삭제에 의해 생산원가를 절감시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 최외각 전극의 분리막이 제거됨에 따라 최외각 전극의 저항이 감소하는 효과를 가지며 이에 따라 저항 불균형에 의한 전극퇴화를 완화 또는 억제시킬 수 있고 리튬 석출을 억제할 수 있다.
그리고, 상기 코팅층(50)은 흡기성을 가지므로 발열을 억제하고 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 강화필름이 추가적으로 제공되어 충격에 대한 내구성 및 패키징 구조를 단순화 시킬 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
10 : 제1양면전극
20 : 분리막
30 : 제2양면전극
40 : 단면전극
50 : 코팅층
60 : 제2단면전극
70 : 제1단면전극
80 : 양면전극

Claims (15)

  1. 폴딩분리막의 길이방향을 따라 복수 개의 단위셀들이 나란히 놓이고 상기 폴딩분리막의 폴딩에 따라 상기 단위셀들의 적층이 이뤄지는 전극조립체에 있어서,
    상기 단위셀들 중 하나 이상의 단위셀은,
    집전체의 양측면 모두에 슬러리가 적층된 제1양면전극;
    상기 제1양면전극에 이웃하게 적층된 분리막;
    상기 분리막에 이웃하게 적층되며 집전체의 양측면 모두에 슬러리가 적층된 제2양면전극; 및
    상기 제2양면전극에 이웃하게 적층되며 제2양면전극에 마주하는 일면에만 슬러리가 적층된 단면전극;을 포함하고,
    상기 단면전극에는 제2양면전극을 마주하는 일면에서 상기 제2양면전극과의 접촉을 방지하되 이온의 출입은 허용하는 코팅층이 부착된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단면전극에 코팅층이 부착된 단위셀은 전극조립체의 최외각층에 놓이도록 적층된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅층은 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 분리막은 기재원단의 양면에 코팅물질이 도포되어 제조되고,
    상기 코팅층을 구성하는 혼합물은 상기 코팅물질과 동일한 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 혼합물은 흡열성(吸熱性)을 갖는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 혼합물은 보헤마이트 또는 알루미나 중 어느 하나 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 혼합물에서 무기물 입자는 보헤마이트와 알루미나의 중량%가 2.5:7.5 내지 3.5:6.5 범위 내에서 있도록 혼합된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1양면전극과 단면전극은 음극이고, 제2양면전극은 양극인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 단면전극에서 코팅층이 부착된 면의 반대쪽 면에 강화필름이 적층되되, 상기 강화필름은 원래의 크기 보다 더 늘어났다가 복원될 수 있는 연신성 및 특정 온도까지는 열이 가해도 기계적 성질을 유지할 수 있는 내열성을 갖는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    원래의 크기 보다 더 늘어났다가 복원될 수 있는 연신성 및 특정 온도까지는 열이 가해도 기계적 성질을 유지할 수 있는 내열성을 갖는 강화필름이 폴딩분리막의 외부에서 전체를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 폴딩분리막의 길이방향을 따라 복수 개의 단위셀들이 나란히 놓이고 상기 폴딩분리막의 폴딩에 따라 상기 단위셀들의 적층이 이뤄지는 전극조립체에 있어서,
    상기 단위셀들 중 하나 이상의 단위셀은,
    집전체의 일측면에만 슬러리가 적층된 제1단면전극;
    상기 제1단면전극에 접하도록 적층되며 집전체의 양측면 모두에 슬러리가 적층된 양면전극; 및
    상기 양면전극에 접하도록 적층되며 일측면에만 슬러리가 적층된 제2단면전극;을 포함하며,
    상기 제1단면전극과 제2단면전극 각각은 양면전극과 마주하는 면에 슬러리가 적층되고, 상기 제1단면전극과 제2단면전극 각각의 슬러리의 표면에는 양면전극과의 접촉을 방지하되 이온의 출입은 허용하는 코팅층이 각각 도포된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 단면전극에 코팅층이 부착된 단위셀은 전극조립체의 최외각층에 놓이도록 적층된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1단면전극과 제2단면전극은 음극이고, 양면전극은 양극인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  14. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항의 전극조립체가 내장된 이차전지.
  15. 서로 대향하여 양면을 갖는 집전체;
    상기 집전체의 일면에 도포되는 슬러리; 및
    상기 슬러리를 사이에 두도록 집전체의 대향측에 부착되는 코팅층;을 포함하고, 상기 코팅층은 다른 전극과 상기 슬러리의 물리적 접촉은 차단하되 이온의 출입은 허용하는 재질로 제조된 것을 특징으로 하는 전극.
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