KR20210020329A - 리튬이온 이차전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 리튬이온 이차전지는 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 일부 영역을 코팅하는 음극 코팅층을 포함하는 음극 전극; 양극 집전체, 상기 양극 집전체의 일부 영역을 코팅하는 양극 코팅층 및 상기 양극 집전체 중 상기 양극 코팅층이 형성되지 않은 영역의 표면에 형성되되, 상기 양극 코팅층의 양 끝단부 중 하나 이상의 끝단부로부터 상기 음극 전극의 끝단부 측으로 형성된 비활성 코팅층을 포함하는 양극 전극; 및 상기 양극 전극과 상기 음극 전극 사이에 위치하는 분리막;을 포함할 수 있다.

Description

리튬이온 이차전지 및 그 제조방법{LITHIUM ION SECONDARY BATTERY AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 리튬이온 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극제조 공정 중 전기화학적으로 안정된 물질로 구성된 비활성 코팅층을 양극 집전체의 일부영역에 코팅함으로써, 전극의 타발 공정에서 양극 집전체의 금속층 노출을 방지하고, 음극과 양극 간의 공차를 최소화하여 배터리 셀의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 리튬이온 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 리튬이온 배터리 셀의 전기차량 적용이 확대되고 있으며, 전기차량의 1충전 주행거리 향상을 위해 고 에너지밀도 배터리 셀에 대한 요구가 높아지고 있다. 이에 대해 종래에는 배터리 셀의 에너지밀도를 높이기 위해 전극 적층수 및 전류밀도 증대를 위하여 셀 두께를 두껍게 설계하고 전극 기재의 두께는 얇게 하며 탭 방향 테라스 부의 공간을 줄이는 방향으로 개발이 진행되고 있다.
한편, 배터리 셀의 제작 공정에 있어서 전극 타발공정은 배터리 셀의 에너지 밀도 및 신뢰성을 결정하는 중요한 공정 중의 하나이다. 도 1은 종래의 리튬이온 이차전지에서 이상적인 전극 타발과 실제 전극 타발의 모습을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 실제 전극 타발에 의해 제조된 리튬이온 이차전지의 음극과 양극의 공차를 나타내는 도면이며, 도 3은 이상적인 전극 타발에 의해 제조된 리튬이온 이차전지의 음극과 양극의 공차를 나타내는 도면이다. 도 1의 우측 도면 및 도 2를 참조하면 종래의 실제 전극 타발은 최악의 산포발생 시에도 양극 집전체의 금속면이 노출되지 않도록 하기 위해 일정 수치 이상의 양극 코팅부를 절단하는 방법을 사용하였다. 하지만, 이로 인해 도 1의 좌측 도면 및 도 3과 같은 이상적인 전극 타발 시 보다 양극과 음극 간의 공차가 커짐에 따라 에너지 밀도가 감소되는 한계점이 있었다. 아울러, 전극 타발 시 양극 코팅부에 포함된 금속 산화물인 양극 활물질로 인해 타발 금형이 손상될 수 있으며, 고가의 양극 활물질의 절단으로 인해 재료비가 낭비되는 한계점이 있었다.
KR 10-2018-0023634
상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은 전극제조 공정 중 전기화학적으로 안정된 물질로 구성된 비활성 코팅층을 양극 집전체의 일부영역에 코팅함으로써, 전극의 타발 공정에서 양극 집전체의 금속층 노출을 방지하고, 음극과 양극 간의 공차를 최소화하여 배터리 셀의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 리튬이온 이차전지 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리튬이온 이차전지는 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 일부 영역을 코팅하는 음극 코팅층을 포함하는 음극 전극; 양극 집전체, 상기 양극 집전체의 일부 영역을 코팅하는 양극 코팅층 및 상기 양극 집전체 중 상기 양극 코팅층이 형성되지 않은 영역의 표면에 형성되되, 상기 양극 코팅층의 양 끝단부 중 하나 이상의 끝단부로부터 상기 음극 전극의 끝단부 측으로 형성된 비활성 코팅층을 포함하는 양극 전극; 및 상기 양극 전극과 상기 음극 전극 사이에 위치하는 분리막;을 포함할 수 있다.
상기 양극 전극은 타발 공정으로 인해 형성된 절단부를 포함하고,
상기 절단부의 위치는 상기 비활성 코팅층이 형성되기 시작한 위치와 동일할 수 있다.
상기 절단부는 상기 비활성 코팅층의 영역에 포함될 수 있다.
상기 비활성 코팅층의 두께는 상기 양극 집전체의 두께 이상이고 상기 양극 코팅층의 두께 이하일 수 있다.
상기 비활성 코팅층은 상기 양극 코팅층의 양 끝단부 중 하나 이상의 끝단부로부터 상기 음극 전극의 끝단부 측으로 형성되되, 상기 음극 전극의 끝단부까지 형성될 수 있다.
상기 비활성 코팅층은 상기 양극 코팅층의 양 끝단부 중 하나 이상의 끝단부로부터 상기 음극 전극의 끝단부 측으로 형성되되, 상기 음극 전극의 끝단부 외측으로 돌출될 수 있다.
상기 비활성 코팅층은 금속 산화물, 금속 수산화물, 바인더 및 도전재 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속 산화물은 SiO2, Al2O3, Al2(OH)3, TiO2, Mg(OH)2 , BaS04, Ti02, Sn02, Ce02, Zr02, BaTi03, Y203 및 B203 중 하나 이상을 포함하고,
상기 금속 수산화물은 Al(OH)3 및 Mg(OH)2 중 하나 이상을 포함하며,
상기 도전재는 탄소 나노 튜브, 카본블랙 및 흑연 중 하나 이상을 포함하고,
상기 바인더는 SBR, CMC, Pvdf, PVA, PAA 및 PI 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 비활성 코팅층은 PP, PE, Teflon, PET 및 PI 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 비활성 코팅층은 PP, PE, Teflon, PET 및 PI 중 하나 이상과 금속 산화물 및 금속 수산화물 중 하나 이상을 혼합하여 구성될 수 있다.
상술한 다른 목적을 달성하기 위한 리튬이온 이차전지 제조방법은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 일부 영역을 코팅하는 음극 코팅층을 포함하는 음극 전극을 마련하는 단계; 양극 집전체, 상기 양극 집전체의 일부 영역을 코팅하는 양극 코팅층 및 상기 양극 집전체 중 상기 양극 코팅층이 형성되지 않은 영역의 표면에 형성되되, 상기 양극 코팅층의 양 끝단부 중 하나 이상의 끝단부로부터 상기 음극 전극의 끝단부 측으로 형성된 비활성 코팅층을 포함하는 양극 전극을 마련하는 단계; 상기 양극 전극과 상기 음극 전극 사이에 위치하는 분리막을 마련하는 단계; 및 상기 음극 전극, 양극 전극 및 분리막을 적층하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 양극 전극을 마련하는 단계는,
상기 양극 집전체의 일부 영역을 양극 코팅층으로 코팅하는 단계; 상기 양극 집전체 중 상기 양극 코팅층이 형성되지 않은 표면에 비활성 코팅층을 코팅하는 단계; 및 상기 양극 전극의 타발 공정을 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 전극제조 공정 중 전기화학적으로 안정된 물질로 구성된 비활성 코팅층을 양극 집전체의 일부영역에 코팅함으로써, 전극의 타발 공정에서 양극 집전체의 금속층 노출을 방지하고, 음극과 양극 간의 공차를 최소화하여 배터리 셀의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있으며, 절단부의 물리적 특성을 개선하여 셀의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 부가적으로 타발 시 발생하는 양극 코팅층의 로스를 최소화하여 재료비를 저감할 수 있다.
도 1은 종래의 리튬이온 이차전지에서 이상적인 전극 타발과 실제 전극 타발의 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 실제 전극 타발에 의해 제조된 리튬이온 이차전지의 음극과 양극의 공차를 나타내는 도면이다.
도 3은 이상적인 전극 타발에 의해 제조된 리튬이온 이차전지의 음극과 양극의 공차를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 이차전지의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 이차전지에서, 절단부의 위치가 비활성 코팅층이 형성되기 시작한 위치와 동일한 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 이차전지에서, 절단부의 위치가 비활성 코팅층 영역에 포함된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬이온 이차전지의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬이온 이차전지의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 이차전지의 제조방법의 흐름을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 이차전지의 구성을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 이차전지에서, 절단부의 위치가 비활성 코팅층이 형성되기 시작한 위치와 동일한 경우를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 이차전지에서, 절단부의 위치가 비활성 코팅층 영역에 포함된 경우를 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬이온 이차전지의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬이온 이차전지의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 이차전지는 음극 전극(100), 양극 전극(200) 및 분리막(300)을 포함할 수 있다.
음극 전극(100)은 음극 집전체(110) 및 음극 집전체(110)의 일부 영역을 코팅하는 음극 코팅층(120)을 포함할 수 있다. 여기서, 음극 집전체(110)는 도전체라면 어떠 것이라도 무방하고, 실시예에 따라 구리, 알루미늄, 스테인리스강 또는 니켈 도금 강 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
음극 코팅층(120)은 음극 집전체(110) 상의 일부 영역에 형성되고 음극 활물질을 포함하는 음극 활물질층 및 음극 활물질층 상에 형성되고 도전재 및 바인더 중 하나 이상을 포함하는 코팅층을 포함할 수 있다. 음극 활물질은 금속계 활물질 및 탄소계 활물질을 포함할 수 있고, 이때 금속계 활물질은 규소계 활물질, 주석계 활물질, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 탄소계 활물질은 탄소(원자)를 포함하고 동시에 전기 화학적으로 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 물질로서, 실시예에 따라 흑연 활물질, 인조흑연, 천연흑연, 인조흑연 및 천연흑연의 혼합물, 인조흑연을 피복한 천연흑연 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
분리막(300)은 양극 전극(200)과 음극 전극(100) 사이에 위치하여 양극 전극(200)과 음극 전극(100)을 전기적으로 분리하는 역할을 하며, 양극 전극(200)과 음극 전극(100) 사이에 이온이 이동할 수 있는 다공성 막으로 형성될 수 있다.
이하에서는, 양극 전극(200) 및 본 발명의 핵심적인 특징인 비활성 코팅층(230)에 대해 상세히 설명하기로 한다.
양극 전극(200)은 양극 집전체(210), 양극 집전체(210)의 일부 영역을 코팅하는 양극 코팅층(220) 및 양극 집전체(210) 중 양극 코팅층(220)이 형성되지 않은 영역의 표면에 형성된 비활성 코팅층(230)을 포함할 수 있다. 아울러, 양극 전극(200)은 타발 공정으로 인해 형성된 절단부(240)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 양극 집전체(210)는 도전체라면 어떠한 것이라도 무방하며, 실시예에 따라 알루미늄, 스테인리스강 또는 니켈 도금 강 등일 수 있다.
또한, 양극 코팅층(220)은 양극 집전체(210)의 상의 일부 영역에 형성되고 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질층 및 양극 활물질층 상에 형성되고 도전재와 바인더를 포함하는 코팅층을 포함할 수 있다. 여기서 양극 활물질은 실시예에 따라 리튬을 포함하는 고용체 산화물이지만 전기화학적으로 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 물질이라면 특별히 제한되지 않는다.
아울러, 비활성 코팅층(230)은 전기화학적으로 안정한 물질로 구성된 코팅층일 수 있다. 이러한 비활성 코팅층(230)은 양극 전극(200)의 타발 공정 중에 작업 공차가 발생되는 상황에서도 양극 집전체(210)의 금속면 노출을 방지하는 역할을 한다.
한편, 양극 집전체(210)에 비활성 코팅층(230)을 형성하는 것은 실시예에 따라 용매를 이용하여 슬러리를 만들어 코팅하는 방법으로 형성할 수 있으며, 다른 실시예에 따라 3D 프린터를 이용하여 양극 집전체(210)에 비활성 코팅층(230)을 형성할 수도 있는데, 비활성 코팅층(230)을 형성하는 방법에 따라 비활성 코팅층(230)의 구성이 달라질 수 있다.
구체적으로, 용매를 이용하여 슬러리를 만들어 비활성 코팅층(230)을 형성하는 경우, 비활성 코팅층(230)은 금속 산화물, 금속 수산화물, 바인더 및 도전재 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이때, 사용되는 용매는 바인더의 종류에 따라 비수계 용매 혹은 수계 용매가 사용될 수 있으며, 실시예예 따라 비수계 용매는 N-메틸-2-피롤디돈(NMP), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMA), 테트라히드로퓨란(THF)등 일 수 있다. 아울러, 실시예에 따라, 비활성 코팅층(230)은 금속 산화물, 금속 수산화물 및 바인더를 포함하여 구성될 수 있으며, 다른 실시예에 따라 금속 산화물, 금속 수산화물, 바인더 및 도전재를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 금속 산화물은 SiO2, Al2O3, Al2(OH)3, TiO2, Mg(OH)2 , BaS04, Ti02, Sn02, Ce02, Zr02, BaTi03, Y203 및 B203 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 금속 수산화물은 Al(OH)3 및 Mg(OH)2 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 일실시예일 뿐 금속 산화물 및 금속 수산화물이 이에 한정되지는 않는다.
또한, 도전재는 구성되는 배터리에 있어서 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용 가능하며, 실시예에 따라 본원 발명에서 도전재는 탄소나노 튜브, 카본블랙 및 흑연 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 아울러, 바인더는 비활성 코팅층(230)과 양극 집전체(210) 간의 접착력을 향상시키는 역할을 하며, 실시예에 따라 바인더는 SBR(Styrene-butadiene), CMC(Carboxymethyl Cellulose), Pvdf(Polyvinylidene fluoride), PVA(Polyvinyl alcohol), PAA(Polyacrylic Acid) 및 PI(Polyimide) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 일실시예일 뿐 상술한 바인더의 역할을 수행할 수 있는 것이라면 이외의 물질이 바인더로 사용될 수 있다.
3D 프린터 등을 이용하여 양극 집전체(210) 상에 비활성 코팅층(230)을 형성하는 경우, 실시예에 따라 비활성 코팅층(230)은 PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), Teflon, PET(Polyethylene terephthalate) 및 PI(Polyimide) 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 다른 실시예에 따라 비활성 코팅층(230)은 PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), Teflon, PET(Polyethylene terephthalate) 및 PI(Polyimide) 중 하나 이상과 금속 산화물 및 금속 수산화물 중 하나 이상을 혼합하여 구성될 수 있다. 여기서, 금속 산화물은 SiO2, Al2O3, Al2(OH)3, TiO2, Mg(OH)2 , BaS04, Ti02, Sn02, Ce02, Zr02, BaTi03, Y203 및 B203 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 금속 수산화물은 Al(OH)3 및 Mg(OH)2 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 일실시예일 뿐 금속 산화물 및 금속 수산화물이 이에 한정되지는 않는다.
한편, 비활성 코팅층(230)의 두께는 양극 집전체(210)의 두께 이상이고 양극 코팅층(220)의 두께 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 도 4의 하측의 단면도는 양극 코팅층(220)이 양극 집전체(210)에 이상적으로 코팅된 상황을 나타내는 것인데, 실제로는 양극 코팅층(220)의 끝단부가 도 4와 같이 수직으로 코팅되지 않고 경사지게 코팅될 수도 있다. 이러한 경우 비활성 코팅층(230)이 양극 코팅층(220)의 경사진 끝단부 상에 코팅될 수도 있는데, 이러한 경우 양극 코팅층(220)과 비활성 코팅층(230)의 두께의 합은 이상적으로 양극 코팅층(220)이 양극 집전체(210) 상에 코팅되었을 때의 최대 두께 이하인 것이 바람직하다.
한편, 비활성 코팅층(230)은 도 4에 도시된 바와 같이 양극 집전체(210) 중 양극 코팅층(220)이 형성되지 않은 영역의 표면에 형성될 수 있다. 즉, 비활성 코팅층(230)은 양극 집전체(210) 중 양극 코팅층(220)이 형성되지 않은 영역의 상면 및 하면에 코팅되어 형성될 수 있다. 또한, 비활성 코팅층(230)은 양극 코팅층(220)의 양 끝단부 중 하나 이상의 끝단부로부터 음극 전극(100)의 끝단부 측으로 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 비활성 코팅층(230)은 도 7에 도시된 바와 같이 양극 코팅층(220)의 양 끝단부로부터 음극 전극(100)의 양 끝단부 측으로 형성될 수 있으며, 다른 실시예에 따라 도 8에 도시된 바와 같이, 양극 코팅층(220)의 양 끝단부 중 하나의 끝단부로부터 음극 전극(100)의 끝단부 측으로 형성될 수 있다.
아울러, 실시예에 따라, 비활성 코팅층(230)은 양극 코팅층(220)의 양 끝단부 중 하나 이상의 끝단부로부터 음극 전극(100)의 끝단부 측으로 형성되되, 도 7과 같이 음극 전극(100)의 끝단부까지 형성될 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 이차전지는 양극 코팅층(220)의 양 끝단부 중 하나 이상의 끝단부로부터 음극 전극(100)의 끝단부 측으로 비활성 코팅층(230)을 형성함으로써, 타발 공정 과정 중 작업 공차의 발생 시에도 비활성 코팅층(230)이 절단부(240)의 양극 집전체(210)의 노출을 방지할 수 있다. 또한, 도 2와 같은 종래의 실제 전극 타발 공정을 통해 제조된 리튬이온 이차전지와 비교할 시, 음극 전극(100)과 양극 전극(200) 간의 공차를 최소화할 수 있고, 음극 전극(100)과 양극 전극(200) 간의 공차를 최소화함으로써, 동일 음극 전극(100)을 사용할 시 양극 전극(200)의 면적을 증가시킬 수 있고 그에 따라 전체적인 배터리 셀의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
아울러, 종래에는 배터리 셀의 고에너지화를 위한 전극 고합제화에 따라 프레스 후 연신량의 차이에 의해 치수 불안정 영역이 발생하고, 타발 공정 이후에도 치수 불안정 영역이 잔존하게 되며, 이로 인해 배터리 셀의 치수 안정성을 저하시키고, 충방전 반응에 참여하여 불균일한 반응을 일으킬 가능성이 높아 셀의 신뢰성을 저하시키는 문제가 있었다. 하지만, 본 발명은 상술한 바와 같이 치수 불안정 영역, 즉 양극 코팅층(220)의 끝단부 측에 비활성 코팅층(230)을 형성함으로써 전극 타발 공정 후 반응에 참여할 수 있는 치수 불안정 영역을 대부분 제거할 수 있고 그에 따라 셀의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
더 나아가, 양극 전극(200)은 양극 활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는데, 종래에는 일반적으로 전기화학적 특성을 최우선으로 고려하기 때문에 바인더의 함량을 최소화하는 방향으로 양극 전극(200)이 설계되었으며, 양극 활물질이 고가의 금속 산화물로 구성됨에 따라 타발 공정 진행 시 타발 금형을 손상시킬 수 있었고, 고가의 양극 활물질이 스크랩에 포함되어 재료비를 상승시키는 한계점이 있었다.
하지만, 본 발명에서 형성한 비활성 코팅층(230)은 전기화학적 특성을 고려하지 않아도 되므로 바인더의 함량을 상향시킬 수 있고, 그에 따라 절단부(240)에서 양극 활물질 등의 입자가 탈락하거나 절단부(240) 측면에 크랙이 형성되는 등의 문제를 방지함으로써 전체적인 셀의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 양극 전극(200)은 전극 타발 공정으로 인해 형성된 절단부(240)를 포함할 수 있다. 이때, 절단부(240)의 위치는 도 5에 도시된 바와 같이 비활성 코팅층(230)이 형성되기 시작한 위치와 동일할 수 있다. 아울러, 절단부(240)의 위치는 도 6에 도시된 바와 같이 비활성 코팅층(230)의 영역에 포함될 수도 있다. 다시 말해, 비활성 코팅층(230)이 형성되기 시작한 위치에서 정확히 양극 전극(200)이 타발되면 도 5와 같은 양극 전극(200)이 제조될 수 있으며, 작업 공차 등으로 인해 비활성 코팅층(230) 영역 내에서 양극 전극(200)이 타발되면 도 6과 같은 양극 전극(200)이 제조될 수 있다. 이처럼, 본 발명에서는 양극 코팅층(220)의 양 끝단부 중 하나 이상의 끝단부로부터 음극 전극(100)의 끝단부 측으로 비활성 코팅층(230)을 형성함으로써, 타발 공정 과정 중 작업 공차의 발생 시에도 비활성 코팅층(230)이 절단부(240)의 양극 집전체(210)의 노출을 방지할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 비활성 코팅층(230)은 양극 코팅층(220)의 양 끝단부 중 하나 이상의 끝단부로부터 음극 전극(100)의 끝단부 측으로 형성되되, 도 8과 같이 음극 전극(100)의 끝단부 외측으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 이처럼, 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬이온 이차전지에서 비활성 코팅층(230)이 양극 코팅층(220)의 끝단부로부터 음극 전극(100)의 끝단부 외측으로 돌출되도록 형성됨으로써, 외부로부터 충격이 발생하였을 시 해당 충격을 흡수하여 리튬이온 수용체인 음극 전극의 손상을 최소화할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 이차전지의 제조방법의 흐름을 도시한 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 이차전지의 제조방법은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 일부 영역을 코팅하는 음극 코팅층을 포함하는 음극 전극을 마련하는 단계; 양극 집전체, 상기 양극 집전체의 일부 영역을 코팅하는 양극 코팅층 및 상기 양극 집전체 중 상기 양극 코팅층이 형성되지 않은 영역의 표면에 형성되되, 상기 양극 코팅층의 양 끝단부 중 하나 이상의 끝단부로부터 상기 음극 전극의 끝단부 측으로 형성된 비활성 코팅층을 포함하는 양극 전극을 마련하는 단계; 상기 양극 전극과 상기 음극 전극 사이에 위치하는 분리막을 마련하는 단계; 및 상기 음극 전극, 양극 전극 및 분리막을 적층하는 단계를 포함할 수 있다.
아울러, 양극 전극을 마련하는 단계는 상기 양극 집전체의 일부 영역을 양극 코팅층으로 코팅하는 단계; 상기 양극 집전체 중 상기 양극 코팅층이 형성되지 않은 표면에 비활성 코팅층을 코팅하는 단계; 및 상기 양극 전극의 타발 공정을 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 이차전지의 제조방법은 양극 전극의 타발 공정 전에 비활성 코팅층을 형성함으로써, 타발 공정 시 작업 공차가 발생하더라도 비활성 코팅층이 양극 집전체가 노출되는 것을 방지할 수 있고, 음극 전극 및 양극 전극 간의 공차를 최소화할 수 있으며, 이로 인해 동일 음극 전극 면적 사용 시 양극 전극의 면적을 증가시킬 수 있고, 결과적으로 배터리 셀의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
100: 음극 전극 110: 음극 집전체
120: 음극 코팅층
200: 양극 전극 210: 양극 집전체
220: 양극 코팅층 230: 비활성 코팅층
240: 절단부 300: 분리막

Claims (12)

  1. 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 일부 영역을 코팅하는 음극 코팅층을 포함하는 음극 전극;
    양극 집전체, 상기 양극 집전체의 일부 영역을 코팅하는 양극 코팅층 및 상기 양극 집전체 중 상기 양극 코팅층이 형성되지 않은 영역의 표면에 형성되되, 상기 양극 코팅층의 양 끝단부 중 하나 이상의 끝단부로부터 상기 음극 전극의 끝단부 측으로 형성된 비활성 코팅층을 포함하는 양극 전극; 및
    상기 양극 전극과 상기 음극 전극 사이에 위치하는 분리막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극 전극은 타발 공정으로 인해 형성된 절단부를 포함하고,
    상기 절단부의 위치는 상기 비활성 코팅층이 형성되기 시작한 위치와 동일한 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 절단부는 상기 비활성 코팅층의 영역에 포함되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 비활성 코팅층의 두께는 상기 양극 집전체의 두께 이상이고 상기 양극 코팅층의 두께 이하인 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 비활성 코팅층은 상기 양극 코팅층의 양 끝단부 중 하나 이상의 끝단부로부터 상기 음극 전극의 끝단부 측으로 형성되되, 상기 음극 전극의 끝단부까지 형성된 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 비활성 코팅층은 상기 양극 코팅층의 양 끝단부 중 하나 이상의 끝단부로부터 상기 음극 전극의 끝단부 측으로 형성되되, 상기 음극 전극의 끝단부 외측으로 돌출된 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 비활성 코팅층은 금속 산화물, 금속 수산화물, 바인더 및 도전재 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 금속 산화물은 SiO2, Al2O3, Al2(OH)3, TiO2, Mg(OH)2 , BaS04, Ti02, Sn02, Ce02, Zr02, BaTi03, Y203 및 B203 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 금속 수산화물은 Al(OH)3 및 Mg(OH)2 중 하나 이상을 포함하며,
    상기 도전재는 탄소 나노 튜브, 카본블랙 및 흑연 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 바인더는 SBR, CMC, Pvdf, PVA, PAA 및 PI 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 비활성 코팅층은 PP, PE, Teflon, PET 및 PI 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 비활성 코팅층은 PP, PE, Teflon, PET 및 PI 중 하나 이상과 금속 산화물 및 금속 수산화물 중 하나 이상을 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지.
  11. 청구항 1의 리튬이온 이차전지를 제조하는 방법에 있어서,
    음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 일부 영역을 코팅하는 음극 코팅층을 포함하는 음극 전극을 마련하는 단계;
    양극 집전체, 상기 양극 집전체의 일부 영역을 코팅하는 양극 코팅층 및 상기 양극 집전체 중 상기 양극 코팅층이 형성되지 않은 영역의 표면에 형성되되, 상기 양극 코팅층의 양 끝단부 중 하나 이상의 끝단부로부터 상기 음극 전극의 끝단부 측으로 형성된 비활성 코팅층을 포함하는 양극 전극을 마련하는 단계;
    상기 양극 전극과 상기 음극 전극 사이에 위치하는 분리막을 마련하는 단계; 및
    상기 음극 전극, 양극 전극 및 분리막을 적층하는 단계;를 포함하는 리튬이온 이차전지 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 양극 전극을 마련하는 단계는,
    상기 양극 집전체의 일부 영역을 양극 코팅층으로 코팅하는 단계;
    상기 양극 집전체 중 상기 양극 코팅층이 형성되지 않은 표면에 비활성 코팅층을 코팅하는 단계; 및
    상기 양극 전극의 타발 공정을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지 제조방법.
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