KR20220032260A

KR20220032260A - 이차전지 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20220032260A
Application number: KR1020200113838A
Authority: KR
Inventors: 성인혁; 이상준
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2020-09-07
Filing date: 2020-09-07
Publication date: 2022-03-15

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전극 시트들 및 상기 전극 시트들 사이에 개재된 분리막이 함께 권취된 젤리롤 구조의 전극 조립체; 상기 전극 시트들 각각에 부착되고, 상기 전극 조립체의 상측부 및 하측부로부터 각각 돌출된 전극탭; 및 상기 전극 조립체의 상기 상측부 및 상기 하측부 중 적어도 하나에 형성된 코팅층을 포함한다. 상기 코팅층은, 고분자 바인더 및 무기 필러(Inorganic filler)를 포함한다.

Description

이차전지 및 이의 제조 방법{SECONDARY BATTERY AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 이차전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 내열 특성이 향상된 이차전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력 저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.

특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.

대표적으로 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.

또한, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 케이스에 내장되어 있는 원통형 전지나 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 각형 전지로 분류될 수 있다. 또한, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류될 수 있다.

또한, 이차전지는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 한다.

대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리롤(Jelly Roll)형 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형 전극 조립체 등을 들 수 있다.

최근에는, 상기 젤리롤 전극 조립체 및 스택형 전극 조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리롤과 스택형의 혼합 형태의 전극 조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위 셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체가 개발되었다.

도 1은 종래의 젤리롤 전극 조립체가 권취되지 않고 풀려있는 모습을 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 전극 조립체가 권취된 모습을 나타낸 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 이차전지에 삽입되는 종래의 젤리롤 전극 조립체(10)는 제1 전극 시트(20), 제2 전극 시트(30) 및 제1 전극 시트(20)와 제2 전극 시트(30) 사이에 개재된 분리막(40)을 포함한다. 아울러, 젤리롤 형태로 권취되었을 때, 제1 전극 시트(20)와 제2 전극 시트(30)가 서로 접하는 것을 방지하기 위해, 제2 전극 시트(30) 아래에 분리막(40)이 추가 배치되는 것이 바람직하다.

여기서 제1 전극 시트(20)와 제2 전극 시트(30) 중 하나는 양극 시트일 수 있고, 다른 하나는 음극 시트일 수 있다.

제1 전극 시트(20)는 금속 박판의 전극 집전체(23) 및 전극 집전체(23) 상에 형성된 활물질층(22)을 포함할 수 있다. 이러한 활물질층(22)은 전극 집전체(23) 상에 전극 활물질을 도포하여 형성할 수 있다. 또한 활물질을 도포하지 않고 전극 집전체(23)의 일부를 노출시킨 후 제1 전극탭(21)을 접합할 수 있다.

제2 전극 시트(30)도, 마찬가지로, 금속 박판의 전극 집전체(33) 및 전극 집전체(33) 상에 형성된 활물질층(32)을 포함할 수 있다. 이러한 활물질층(32)은 전극 집전체(33) 상에 전극 활물질을 도포하여 형성할 수 있다. 또한 활물질을 도포하지 않고 전극 집전체(33)의 일부를 노출시킨 후 제2 전극탭(31)을 접합할 수 있다.

이 때, 전극 조립체(10)를 포함하는 이차전지가 고온의 노출될 경우, 전극 조립체(10)의 중공부(10H)와 인접한 부분은 장력(tension)이 걸리지 않아 열 수축이 발생할 수 있다. 특히, 도 1에서 점선의 원으로 표시된 분리막(40)의 모서리들은, 전극 조립체(10)의 중공부(10H)와 인접하는 부분으로써, 이러한 분리막(40)의 모서리들에 열 수축이 발생할 수 있다.

상기와 같은 열 수축으로 인해 분리막(40)이 제 기능을 수행하지 못하여, 국부적인 단락이 발생하고, 이는 이차전지의 안전성을 저해하는 요인이 될 수 있다. 따라서, 상기와 같은 고온에서의 열 수축 문제를 해결할 수 있는 이차전지에 대한 개발이 필요한 실정이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 내열 특성이 향상되어 분리막의 열 수축을 억제할 수 있는 이차전지 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.

상기 전극 시트들은, 전극 집전체 및 상기 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 형성된 활물질층을 포함할 수 있다. 상기 분리막은, 상기 젤리롤 구조의 전극 조립체에 있어서, 상기 활물질층과 닿지 않고 노출된 노출부를 포함할 수 있다.

상기 코팅층은, 상기 노출부에 형성될 수 있다.

상기 고분자 바인더는 PVdF(polyvinylidene difluoride) 및 Acrylate 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 무기 필러는 Alumina 및 Boehmite 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조 방법은, 전극탭이 각각 부착된 전극 시트들 및 상기 전극 시트들 사이에 개재된 분리막을 권취하여 젤리롤 구조의 전극 조립체를 형성하는 단계; 및 상기 전극탭들이 연장된 상기 전극 조립체의 상측부 및 하측부 중 적어도 하나에 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 코팅층은, 고분자 바인더 및 무기 필러(Inorganic filler)를 포함한다.

상기 코팅층을 형성하는 단계는, 상기 전극 조립체의 상기 상측부 및 상기 하측부 중 적어도 하나를 상기 고분자 바인더 및 상기 무기 필러가 포함된 슬러리에 담그는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전극 시트는, 전극 집전체 및 상기 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 형성된 활물질층을 포함할 수 있고, 상기 분리막은, 상기 젤리롤 구조의 전극 조립체에 있어서, 상기 활물질층과 닿지 않고 노출된 노출부를 포함할 수 있다.

상기 코팅층을 형성하는 단계는, 상기 노출부를 상기 고분자 바인더 및 상기 무기 필러가 포함된 슬러리에 담그는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 분리막의 일부를 노출시키고 코팅층을 형성하여, 고온에서 분리막이 열 수축하는 현상을 억제할 수 있다. 이에 따라 이차전지의 고온에서의 열 안전성을 개선할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 젤리롤 전극 조립체가 권취되지 않고 풀려있는 모습을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 전극 조립체가 권취된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체가 권취되지 않고 풀려있는 모습을 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 전극 조립체가 권취된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 비교예 1에 따른 분리막을 나타낸 사진들이다.
도 9 및 도 10은 비교예 1에 따른 분리막을 고온 환경에 노출시킨 이후를 나타낸 사진들이다.
도 11 및 도 12는, 본 발명의 실시예 1에 따른 분리막을 나타낸 사진들이다.
도 13은 도 11의 “B”부분을 확대하여 나타낸 사진이다.
도 14 및 도 15는 실시예 1에 따른 분리막을 고온 환경에 노출시킨 이후를 나타낸 사진들이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 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, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.

도 3은, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 포함된 전극 조립체가 권취되지 않고 풀려있는 모습을 나타낸 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 전극 조립체가 권취된 모습을 나타낸 사시도이다.

도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전극 시트들(200, 300) 및 전극 시트들(200, 300) 사이에 개재된 분리막(400)이 함께 권취된 젤리롤 구조의 전극 조립체(100)를 포함한다.

전극 시트들(200, 300)은 제1 전극 시트(200) 및 제2 전극 시트(300)를 포함할 수 있다.

제1 전극 시트(200)는 금속 박판의 전극 집전체(230) 및 전극 집전체(230) 상에 형성된 활물질층(220)을 포함할 수 있다. 이러한 활물질층(220)은 전극 집전체(230) 상에 전극 활물질을 도포하여 형성할 수 있다. 또한 전극 활물질을 도포하지 않고 전극 집전체(230)의 일부를 노출시킨 후 제1 전극탭(210)을 접합할 수 있다.

제2 전극 시트(300)도, 마찬가지로, 금속 박판의 전극 집전체(330) 및 전극 집전체(330) 상에 형성된 활물질층(320)을 포함할 수 있다. 이러한 활물질층(320)은 전극 집전체(330) 상에 전극 활물질을 도포하여 형성할 수 있다. 또한 전극 활물질을 도포하지 않고 전극 집전체(330)의 일부를 노출시킨 후 제2 전극탭(310)을 접합할 수 있다.

이 때, 제1 전극 시트(200)와 제2 전극 시트(300) 중 하나는 양극 시트일 수 있고, 다른 하나는 음극 시트일 수 있다. 즉, 일례로, 제1 전극 시트(200)의 전극 집전체(230)에 양극 활물질이 도포되어 양극 시트인 제1 전극 시트(200)가 제조될 수 있고, 제2 전극 시트(300)의 전극 집전체(330)에 음극 활물질이 도포되어 음극 시트인 제2 전극 시트(300)가 제조될 수 있다.

전극탭들(210, 310)은, 각각 전극 집전체(230, 330)의 일부를 노출시킨 영역, 소위 무지부에 용접 등의 방법으로 접합될 수 있다. 이때, 권취된 전극 조립체(100)를 기준으로, 제1 전극탭(210)은 전극 조립체(100)의 상측부(100U)으로부터 돌출될 수 있고, 제2 전극탭(310)은 전극 조립체(100)의 하측부(100D)으로부터 돌출될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 이차전지는, 전극 시트(200, 300)에 각각 부착되고, 전극 조립체(100)의 상측부(100U) 및 하측부(100D)으로부터 각각 돌출된 전극탭(210, 310)을 포함한다.

여기서, 전극 조립체(100)의 상측부(100U)과 하측부(100D)은 각각 젤리롤 구조체가 형성하는 원형 구조의 상부 영역과 하부 영역을 의미할 수 있다. 즉, 상측부(100U)과 하측부(100D)는 전극 조립체(100) 중 외주면(100S)이 아닌 영역을 의미할 수 있다.

이 때, 본 실시예에 따른 이차전지는, 전극 조립체(100)의 상측부(100U) 및 하측부(100D) 중 적어도 하나에 형성된 코팅층을 포함한다. 상기 코팅층은 고분자 바인더 및 무기 필러(Inorganic filler)를 포함한다.

이하에서는, 도 5 등을 참고하여 본 실시예에 따른 코팅층에 대해서 자세히 설명하도록 한다.

도 5는 도 4의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면 사시도이다.

도 3 내지 도 5를 참고하면, 상술한 바 대로, 전극 시트들(200, 300)은, 전극 집전체(230, 330) 상에 전극 활물질이 도포되어 형성된 활물질층(220, 320)을 포함할 수 있다. 이 때, 전극 시트들(200, 300) 사이에 개재되는 분리막(400)은, 젤리롤 구조의 전극 조립체(100)에 있어서, 활물질층(220, 320)과 닿지 않고 노출된 노출부(400E)를 포함할 수 있다. 전극 조립체(100)의 상측부(100U) 및 하측부(100D) 중 적어도 하나의 방향으로, 분리막(400)이 전극시트들(200, 300)보다 연장되어, 노출부(400E)가 마련될 수 있다. 권취되지 않은 상태를 나타내는 도 3을 기준으로 설명하면, 분리막(400)이 전극시트들(200, 300) 보다 전극탭(210, 310)의 돌출 방향 각각으로 더 연장될 수 있다. 권취된 상태를 나타내는 도4 및 도 5를 기준으로 설명하면, 분리막(400)이 z축 방향으로 전극시트들(200, 300) 보다 연장되어 노출부(400E)를 형성할 수 있고, 또 구체적으로 도시하지 않았으나, 분리막(400)이 -z축 방향으로 전극시트들(200, 300) 보다 연장되어 노출부(400E)를 형성할 수 있다.

이 때, 앞서 설명한 본 실시예에 따른 코팅층(500)은 이러한 노출부(400E)에 형성될 수 있다. 구체적으로, 노출부(400E)의 표면 중 적어도 일부가 코팅되어, 코팅층(500)이 형성될 수 있다.

상술한 바 대로, 코팅층(500)은 고분자 바인더 및 무기 필러(Inorganic filler)를 포함한다. 상기 고분자 바인더는 PVdF(polyvinylidene difluoride) 및 Acrylate 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 무기 필러는 필러는 Alumina, Aluminium hydroxide(ATH) 및 Boehmite 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 분리막(400)은, 전극 조립체(100)의 상측부(100U) 및 하측부(100D) 중 적어도 하나의 방향으로 연장된 노출부(400E)에 코팅층(500)을 형성함으로써, 내열 특성이 향상될 수 있다. 이에 따라, 전극 조립체(100)를 포함하는 이차전지가 고온에 노출되더라도, 분리막(400)이 열 수축되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 장력(tension)이 걸리지 않는, 전극 조립체(100)의 중공부(100H) 근처의 분리막(400) 부분에서 열 수축이 일어나는 것을 억제할 수 있다. 여기서, 전극 조립체(100)의 중공부(100H)라 함은, 도 4에서의 권취된 전극 조립체(100)를 위에서 -z축 방향으로 바라봤을 때 원형 구조의 중심으로써, 권취가 시작된 부분과 대응하는 영역을 의미한다. 이와 같이, 분리막(400)의 열 수축을 억제할 수 있으므로, 전극시트(200, 300) 간의 국부적인 단락을 방지하여 이차전지의 열 안전성을 개선할 수 있다.

이하에서는 도 6 등을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조 방법에 대해 설명하도록 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다.

도 3 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조 방법은, 전극탭(210, 310)이 각각 부착된 전극 시트들(200, 300) 및 전극 시트들(200, 300) 사이에 개재된 분리막(400)을 권취하여 젤리롤 구조의 전극 조립체(100)를 형성하는 단계 및 전극탭들(210, 310)이 연장된 전극 조립체(100)의 상측부(100U) 및 하측부(100D) 중 적어도 하나에 코팅층(500)을 형성하는 단계를 포함한다.

젤리롤 구조의 전극 조립체(100)를 형성하는 단계에서, 도 3에 도시된 바 와 같이, 젤리롤 형태로 권취되었을 때, 제1 전극 시트(200)와 제2 전극 시트(300)가 서로 접하는 것을 방지하기 위해, 제2 전극 시트(300) 아래에 분리막(400)을 추가할 수 있다.

이후, 전극 시트들(200, 300) 및 분리막(400)을 함께 권취하여 도 4에 도시된 바와 같은 젤리롤 구조의 전극 조립체(100)를 제조할 수 있다.

다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 코팅층(500)을 형성하는 단계는, 전극 조립체(100)의 상측부(100U) 및 하측부(100D) 중 적어도 하나를 고분자 바인더 및 무기 필러(Inorganic filler)가 포함된 슬러리(S)에 담그는 단계를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 분리막(400)은, 젤리롤 구조의 전극 조립체(100)에 있어서, 전극 시트(200, 300)의 활물질층(220, 320)과 닿지 않고 노출된 노출부(400E)를 포함할 수 있다. 노출부(400E)는 전극 조립체(100)의 상측부(100U) 및 하측부(100D) 중 적어도 하나의 방향으로 연장될 수 있다. 이 때, 상기 코팅층(500)을 형성하는 단계는 노출부(400E)를 고분자 바인더 및 무기 필러(Inorganic filler)가 포함된 슬러리(S)에 담그는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라 노출부(400E)의 표면 중 적어도 일부에 슬러리(S)가 도포될 수 있다. 이때, 분리막(400)의 노출부(400E)에만 슬러리(S)가 도포될 수 있도록, 1mm 내지 2mm의 깊이로 전극 조립체(100)의 상측부(100U) 및 하측부(100D) 중 적어도 하나를 담글 수 있다.

이러한 슬러리(S)는 상기 고분자 바인더 및 무기 필러를 유기계 용매 또는 수계 용매에 첨가하여 제조될 수 있다. 상기 유기계 용매는 Acetone 및 Methyl ethyl ketone (MEK) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 수계 용매는 물 및 Ethanol 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이후, 슬러리(S)가 도포된 전극 조립체(100)를 건조하여, 코팅층(500)을 형성할 수 있다. 건조 온도는 실온(RT, Room temperature) 내지 60℃의 온도로 이루어지는 것이 바람직하다. 다시 말해, 20℃ 이상 및 60℃ 이하의 온도에서 건조가 이루어질 수 있다.

한편, 코팅층(500)은, 고분자 바인더 및 무기 필러(Inorganic filler)를 포함하는데, 코팅층(500)에 포함된 소재에 대해서는 앞서 설명한 내용 중복이므로 생략한다.

한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 이러한 전극 조립체(100)를 전해액과 함께 전지 케이스에 삽입 및 밀봉하여, 이차전지를 제조할 수 있다. 전지 케이스의 형상은 원통형일 수 있다.

본 실시예에 따른 이차전지의 제조 방법은, 분리막(400)의 길이를 연장하고, 이러한 분리막(400)이 포함된 전극 조립체(100)를 슬러리(S)에 담그는 공정을 통해 내열 특성 향상을 위한 코팅층(500)을 쉽게 마련할 수 있다. 한편, 본 실시예에 따라 형성된 코팅층(500)은 분리막(400), 특히 전극 조립체(100)의 중공부(100H)와 인접한 부분의 분리막(400)이 열 수축되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 이에 따라, 전극시트(200, 300) 간의 국부적인 단락을 방지하여 이차전지의 열 안전성을 개선할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 분리막은 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있다. 분리막의 기공 직경은 0.01 내지 10 마이크로미터일 수 있고, 두께는 5 내지 300 마이크로미터일 수 있다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 구체적인 실시예와 비교예에 대한 실험 결과를 설명하도록 한다.

비교예 1

본 발명의 비교예 1로써, 코팅층이 형성되지 않은 분리막의 사진을 도 7 및 도 8에 나타내었다. 구체적으로, 도 7은 상기 분리막 중 전극 조립체의 중공부와 인접한 부분을 나타낸 사진이다. 도 8은 상기 분리막 중 전극 조립체의 외주면과 인접한 부분을 나타낸 사진이다.

분리막은 Polyethylene 소재를 사용하였다.

이후, 상기 비교예 1에 따른 분리막을 고온 환경에 노출시킨 후 모습을 도 9 및 도 10에 나타내었다. 구체적으로 비교예 1의 분리막을 30분동안 150℃의 온도로 고온 환경에 노출시켰다.

도 9 및 도 10을 참고하면, 고온 환경으로 인해 비교예 1에 따른 분리막은 열 수축이 발생한 것을 확인할 수 있다.

실시예 1

본 발명의 실시예 1로써, 코팅층이 형성된 분리막의 사진을 도 11 내지 도 13에 나타내었다. 구체적으로, 도 11은 분리막 중 전극 조립체의 중공부와 인접한 부분을 나타낸 사진이다. 도 12는 분리막 중 전극 조립체의 외주면과 인접한 부분을 나타낸 사진이다. 도 13은 도 11의 “B” 부분을 확대하여 나타낸 사진이다.

비교예 1과 마찬가지로 분리막은 Polyethylene 소재를 사용하였다.

고분자 바인더로써의 PVdF(polyvinylidene difluoride)와 무기 필러로써의 Alumina를 유기계 용매인 Acetone에 첨가하여 슬러리를 제조하였다. 이후 실시예 1의 분리막의 엣지 부분, 즉 본 발명의 일 실시예에 따른 노출부와 대응되는 부분을 상기 슬러리에 담지하였다. 이후, 10분 동안 50℃의 온도로 convection oven에서 건조를 실시하여 코팅층을 형성하였다.

이후, 상기 실시예 1에 따른 분리막을 고온 환경에 노출시킨 후 모습을 도 14 및 도 15에 나타내었다. 구체적으로 실시예 1의 분리막을 30분 동안 150℃의 온도로 고온 환경에 노출시켰다.

도 14 내지 도 15를 참고하면, 비교예 1에 따른 분리막이 열 수축이 발생한 것과 달리, 실시예 1에 따른 분리막은 코팅층에 의해 고온 환경에 노출되더라도 열 수축 발생이 억제된 것을 확인할 수 있다.

본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.

상기 이차전지는 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 전극 조립체
200: 제1 전극 시트
300: 제2 전극 시트
400: 분리막
500: 코팅층

Claims

전극 시트들 및 상기 전극 시트들 사이에 개재된 분리막이 함께 권취된 젤리롤 구조의 전극 조립체;
상기 전극 시트들 각각에 부착되고, 상기 전극 조립체의 상측부 및 하측부로부터 각각 돌출된 전극탭; 및
상기 전극 조립체의 상기 상측부 및 상기 하측부 중 적어도 하나에 형성된 코팅층을 포함하고,
상기 코팅층은, 고분자 바인더 및 무기 필러(Inorganic filler)를 포함하는 이차전지.
제1항에서,
상기 전극 시트들은, 전극 집전체 및 상기 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 형성된 활물질층을 포함하고,
상기 분리막은, 상기 젤리롤 구조의 전극 조립체에 있어서, 상기 활물질층과 닿지 않고 노출된 노출부를 포함하는 이차전지.
제2항에서,
상기 코팅층은, 상기 노출부에 형성되는 이차전지.
제1항에서,
상기 고분자 바인더는 PVdF(polyvinylidene difluoride) 및 Acrylate 중 적어도 하나를 포함하는 이차전지.
제1항에서,
상기 무기 필러는 Alumina, Aluminium hydroxide(ATH) 및 Boehmite 중 적어도 하나를 포함하는 이차전지.
전극탭이 각각 부착된 전극 시트들 및 상기 전극 시트들 사이에 개재된 분리막을 권취하여 젤리롤 구조의 전극 조립체를 형성하는 단계; 및
상기 전극탭들이 연장된 상기 전극 조립체의 상측부 및 하측부 중 적어도 하나에 코팅층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 코팅층은, 고분자 바인더 및 무기 필러(Inorganic filler)를 포함하는 이차전지의 제조 방법.
제6항에서,
상기 코팅층을 형성하는 단계는, 상기 전극 조립체의 상기 상측부 및 상기 하측부 중 적어도 하나를 상기 고분자 바인더 및 상기 무기 필러가 포함된 슬러리에 담그는 단계를 포함하는 이차전지의 제조 방법.
제6항에서,
상기 전극 시트는, 전극 집전체 및 상기 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 형성된 활물질층을 포함하고,
상기 분리막은, 상기 젤리롤 구조의 전극 조립체에 있어서, 상기 활물질층과 닿지 않고 노출된 노출부를 포함하는 이차전지의 제조 방법.
제8항에서,
상기 코팅층을 형성하는 단계는, 상기 노출부를 상기 고분자 바인더 및 상기 무기 필러가 포함된 슬러리에 담그는 단계를 포함하는 이차전지의 제조 방법.
제6항에서,
상기 고분자 바인더는 PVdF(polyvinylidene difluoride) 및 Acrylate 중 적어도 하나를 포함하는 이차전지의 제조 방법.
제6항에서,
상기 무기 필러는 Alumina 및 Boehmite 중 적어도 하나를 포함하는 이차전지의 제조 방법.