KR20230019406A - 배터리, 배터리 모듈, 배터리 팩 및 전기 소모 장치 - Google Patents

배터리, 배터리 모듈, 배터리 팩 및 전기 소모 장치 Download PDF

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KR20230019406A
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위핑 황
밍펑 린
윈쟨 마
훙강 위
옌훠이 리
쟨핑 장
위 다이
이둥 선
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Abstract

본 출원은 배터리, 배터리 모듈, 배터리 팩 및 전기 소모 장치를 제공한다. 상기 배터리는 양극, 분리막, 음극을 포함하고, 상기 분리막은 베이스막, 상기 베이스막의 제1 표면에 위치하는 제1 도포층 및 상기 베이스막의 제2 표면에 위치하는 제2 도포층을 포함한다. 여기서, 상기 제1 도포층은 제1 극물질을 포함하고, 상기 제1 극물질과 양극용 접착제 사이에 수소결합을 구비하며, 상기 제2 극물질과 음극용 접착제 및/또는 음극 활물질 사이에 수소결합을 구비한다. 본 출원에 따르는 수소결합에 의하면, 분리막과 양극및 음극 사이의 접착력을 향상시킬 수 있기에, 베어셀의 사이클 팽창율을 억제하고 배터리의 고배율 방전성능 및 사이클 성능을 향상할 수 있다.

Description

배터리, 배터리 모듈, 배터리 팩 및 전기 소모 장치
본 출원은 리튬 배터리 기술분야에 관한 것이며, 특히 배터리, 배터리 모듈, 배터리 팩 및 전기 소모 장치에 관한 것이다.
근년에 리튬 이온 배터리는 그 사용 범위가 넓어 짐에 따라 수력 발전소, 화력 발전소, 풍력 발전소 및 태양광 발전소 등에 이용되는 전기 에너지 저장 시스템, 그리고 전동공구, 전동 바이크, 전기 오토바이, 전기 자동차, 군사 장비, 항공 우주 등 복수의 기술분야에 폭 ?“? 사용되고 있다. 리튬 이온 배터리는 이미 기술적으로 고도로 발전하였기에 그 에너지 밀도, 그룹 마진(group margin), 사이클/배율 성능 및 안전성능 등에 대한 요구도 매우 높다.
그리고 분리막은 배터리의 구성요소의 하나로서 양극과 음극이 서로 접촉하여 내부에 단락이 발생하는 것을 효율적으로 방지할 수 있다. 하지만 일반적인 분리막인 경우, 양극 또는 음극과의 사이에 수소결합에 의한 연결이 형성되는 것이 아니라 분리막과 양극 또는 음극 사이에는 물리적인 접촉만이 성되기에, 베어셀(Bare cell)이 팽창되기 쉬워 셀의 성형에 불리하다. 때문에 종래기술의 배터리는 아직도 개선할 여지가 많다.
본 출원은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고배율 방전성능, 사이클 성능 등 종합적인 성능을 진일보 향상하기 위한 배터리를 제공하는것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 출원은 배터리, 배터리 모듈, 배터리 팩 및 전기 소모 장치를 제공한다.
본 출원의 제1 양태에 따르면, 양극, 분리막, 음극을 포함하는 배터리를 제공한다. 상기 분리막은 베이스막, 상기 베이스막의 제1 표면에 위치하는 제1 도포층 및 상기 베이스막의 제2 표면에 위치하는 제2 도포층을 포함한다. 여기서, 상기 제1 도포층은 제1 극물질을 포함하고, 상기 제1 극물질은 폴리올레핀아미드계, 폴리올레핀이미드계, 폴리옥 사이드올레핀계, 폴리우레탄계, 폴리우레아계로 구성되는 조합중의 하나 또는 복수의 물질을 포함하고, 상기 제1 극물질과 상기 양극의 양극용 접착제 사이에 수소결합을 구비한다. 상기 제2 도포층은 제2 극물질을 포함하고, 상기 제2 극물질은 폴리올레핀아미드계, 폴리올레핀이미드계, 폴리옥 사이드올레핀계, 폴리우레탄계, 폴리우레아계로 구성되는 조합중의 하나 또는 복수의 물질을 포함하고, 상기 제2 극물질과 상기 음극의 음극용 접착제 및/또는 음극 활물질 사이에 수소결합을 구비한다.
본 출원에 있어서, 수소결합을 X-H-Y로 표시할 수 있는데, 여기서 X, Y 각각은 N, O, F중으로 부터 독립적으로 선택 가능한 하나의 물질일 수 있다. 양극용 접착제(-X를 포함)와 제1 극물질(-YH를 포함)사이에 수소결합을 쉽게 형성할 수 있다. 유사하게, 음극용 접착제 및/또는 음극 활물질(-HX를 포함)과 제2 극물질(-YH를 포함) 사이에도 수소결합을 쉽게 형성할 수 있다. 때문에 본 출원에 따르는 수소결합에 의하면, 분리막과 양극 및 음극 사이의 접착력을 향상할 수 있기에, 베어셀의 가공 과정에 있어서의 팽창 및 수차의 사이클 반복한 후의 사이클 팽창율을 억제하고, 배터리의 고배율 방전 용량을 향상하고, 리튬이온의 흐름 경로를 단축하고, 배터리의 사이클 성능을 향상할 수 있다.
임의의 실시방식에 있어서, 상기 제1 도포층과 상기 양극 사이의 박리력이 0.075N보다 작지 않고, 0.075N~0.125N이 바람직하며, 상기 제2 도포층과 상기 음극 사이의 박리력이 0.075N보다 작지 않고, 0.075N~0.15N이 바람직하다. 이로써, 박리력을 통하여 분리막과 양극 및 음극 사이의 접착력 크기를 보여 줄 수 있다. 박리력이 합리적인 범위내일 경우, 베어셀이 가공 과정 및 사이클 과정중에서 쉽게 팽창하지 않기에, 분리막과 양극 및 음극의 접촉이 긴밀하고 배터리의 고배율 방전성능이 높다.
임의의 실시방식중, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 극물질 함량(질량%)w1과 상기 양극의 막층중의 상기 양극용 접착제 함량(질량%)m1의 비값
Figure pct00001
은 (80~100):1이고, 상기 제2 도포층중의 상기 제2 극물질 함량(질량%)w2와 상기 음극의 막층중의 상기 음극용 접착제 함량(질량%)m2의 비값
Figure pct00002
은 (32~50):1이다. 이로써,
Figure pct00003
및
Figure pct00004
수치를 합리적인 범위내에 한정하는 것을 통하여, 배터리 성능 및 코스트의 최적비를 종합적으로 고려하여 배터리의 고배율 방전 용량과 사이클 성능을 향상할 수 있다.
임의의 실시방식에 있어서, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 극물질 함량(질량%)w1과 상기 제2 도포층중의 상기 제2 극물질 함량(질량%)w2의 비값
Figure pct00005
은 1:(1~1.3)이다. 이로써,
Figure pct00006
을 합리적인 범위내에 한정하는 것을 통하여, 분리막의 양측 장력을 일치하게 유지하여, 장력의 불일치 때문에 배터리 내부에 단락이 발생하는 리스크를 회피하고, 배터리의 사이클 성능을 형상할 수 있다.
임의의 실시방식에 있어서, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 극물질 함량(질량%)w1은 80%~90%이고, 상기 양극의 막층중의 상기 양극용 접착제 함량(질량%)m1은 0.9%~1.2%이다. 상기 제2 도포층중의 상기 제2 극물질 함량(질량%)w2는 80%~90%이고, 상기 음극의 막층중의 상기 음극용 접착제 함량(질량%)m2는 2%~3%이다. 이로써, 상술한 파라미터를 합리적인 범위내에 한정하는 것을 통하여, 배터리는 동시에 양호한 고배율 방전성능과 사이클 성능을 실현할 수 있다.
임의의 실시방식에 있어서, 상기 제1 극물질은 폴리옥시에틸렌과 폴리아크릴아미드를 포함한다, 여기서, 상기 폴리옥시에틸렌과 폴리아크릴아미드의 질량비C1은 (2~6):1이다. 상기 제2 극물질은 폴리에틸렌이민과 폴리옥시에틸렌을 포함한다. 여기서, 상기 폴리에틸렌이민과 폴리옥시에틸렌의 질량비C2는 (2~6):1이다. 이로써, 제1 극물질중의 폴리옥시에틸렌중에 소량의 폴리아크릴아미드 등 긴사슬 분자를 혼합할 경우, 배터리의 사이클 안정성을 향상할 수 있다. 제2 극물질중의 극성이 강한 폴리에틸렌이민중에 소량의 코스트가 낮은 폴리옥시에틸렌을 혼합할 경우, 양자 서로 사이에도 수소결합을 형성할 수 있어, 진일보 제2 극물질 사이의 접착력을 향상할 수 있기에, 진일보 배터리의 고배율 방전성능과 사이클 성능을 향상할 수 있다.
임의의 실시방식에 있어서, 상기 제1 도포층은 제1 접착력 증강제를 포함하고, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 극물질 함량(질량%)w1과 상기 제1 도포층중의 상기 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1의 질량비
Figure pct00007
는 (5~9):1이다. 상기 제2 도포층은 제2 접착력 증강제를 포함하고, 상기 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 상기 제2 도포층중의 상기 제2 접착력 증강제 함량 (질량%)k2의 질량비
Figure pct00008
는 (5~9):1이다. 이로써, 분리막상의 제1 극물질과 제1 접착력 증강제의 비례, 제2 극물질과 제2 접착력 증강제의 비례를 각각 합리적인 범위내에 한정하는 것을 통하여, 제1 접착력 증강제와 제1 극물질 사이 및 제2 접착력 증강제와 제2 극물질 사이에 각각 수소결합을 형성할 수 있기에, 베어셀이 가공 과정에서 더욱 긴밀하게 압착되고, 복수 사이클의 충방전 후의 베어셀의 사이클 팽창율이 낮고, 배터리의 고배율 방전성능과 사이클 성능을 향상할 수 있다.
임의의 실시방식에 있어서, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1은 상기 제2 도포층중의 상기 제2 접착력 증강제 함량 (질량%)k2보다 높지 않다. 이로써,
Figure pct00009
을 합리적인 범위내에 한정하는 것을 통하여, 분리막 양측의 장력을 일치하게 유지하여 , 장력의 불일치 때문에 배터리내부에 단락이 발생하는 것을 회피하고, 배터리의 사이클 성능을 향상할 수 있다.
임의의 실시방식에 있어서, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1과 상기 제2 도포층중의 상기 제2 접착력 증강제 함량 (질량%)k2의 비값
Figure pct00010
은 (0.8~1):1이다. 이로써, 제1 도포층과 제2 도포층중의 접착력 증강제 함량(질량%)의 비값을 합리적인 범위내에 한정하는 것을 통하여, 분리막의 안정성을 확보함과 동시에, 충방전과정중에서 리튬이온의 흐름이 동역학적 영향을 상대적으로 적게 받게 할수 있기에, 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능을 향상할 수 있다.
임의의 실시방식에 있어서, 상기 제1 접착력 증강제 또는 제2 접착력 증강제는 폴리비닐리덴디플루오라이드, 알길산나트륨중의 하나 또는 복수를 포함한다. 상기 양극용 접착제는 폴리비닐리덴플루오라이드를 포함하고, 상기 음극용 접착제는 스틸렌부타디엔고무, 알길산나트륨중의 하나 이상을 포함한다.
임의의 실시방식에 있어서, 상기 음극 활물질은 규소-탄소 혼합물을 포함하고, 상기 규소-탄소 혼합물에서, 규소의 입경은 0.1~0.5μm이고, 탄소는 인조 흑연과 천연 흑연의 혼합탄소이며, 상기 음극막층중의 상기 규소-탄소 혼합물 함량은 95%-97%이다. 이로써, 규소의 입경을 합리적인 범위내에 한정하는 것을 통하여, 배터리의 사이클 성능을 더욱 양호하게 할 수 있고, 상기 음극막층중의 규소-탄소 혼합물 함량을 합리적인 범위내에 한정하는 것을 통하여, 배터리의 고배율 충방전성능을 실현할 수 있다.
임의의 실시방식에 있어서, 상기 제1 도포층과 상기 제2 도포층의 질량비는 1:(1~1.5)이다. 이로써, 제1 도포층과 제2 도포층의 도포량을 합리적인 범위내에 한정하는 것을 통하여, 분리막의 장력을 일치하게 하여, 장력의 불일치에 의해 단락이 발생하는 리스크를 회피하고, 배터리의 사이클 성능을 형상할 수 있다.
임의의 실시방식에 있어서, 상기 제1 도포층은 제1 도포층 페이스트를 사용하여 제조된다. 상기 제1 도포층 페이스트는 상기 제1 극물질, 상기 제1 접착력 증강제와 제1 용매를 포함한다. 여기서, 상기 제1 도포층 페이스트의 점도는8000mpa.s~12000mpa.s이다. 상기 제2 도포층은 제2 도포층 페이스트를 사용하여 제조된다. 상기 제2 도포층 페이스트는 상기 제2 극물질, 상기 제2 접착력 증강제와 제2 용매를 포함한다. 여기서, 상기 제2 도포층 페이스트의 점도는 5000mpa.s~20000mpa.s이다. 이로써, 제1 도포층 페이스트와 제2 도포층 페이스트를 각각 적합한 점도범위내에 한정하는 것을 통하여, 제1 도포층 페이스트 또는 제2 도포층 페이스트의 베이스막상에서의 도포 프로세스를 최적화하여 도포 효과를 개선할 수 있을뿐더러 양호한 셀 일치성을 확보할 수 있기에, 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능을 향상할 수 있다.
임의의 실시방식에 있어서, 상기 양극은 양극 물질LiNixCoyMnzO2을 포함한다. 여기서 x+y+z=1, x=0.5~0.9이고, 바람직하게는 x=0.5~0.7, x=0.8~0.9이다. 본 출원의 분리막은 특히 고니켈 양극 물질을 포함하는 베어셀의 사이클 팽창율 개선에 효과가 뚜렷하다. 특히 본 출원의 분리막은 양극 물질중의 니켈 함량x=0.5~0.7인 베어셀의 사이클 팽창율에 대한 개선 효과가 뚜렷하므로, 고니켈 배터리의 고배율 방전성능과 사이클 성능에 대한 개선효과가 더욱 뚜렷하다.
본 출원의 제2 양태에 따르면, 본 출원의 제1 양태에 따르는 배터리를 포함하는 배터리 모듈을 제공한다.
본 출원의 제3 양태에 따르면, 본 출원의 제2 양태에 따르는 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 제공한다.
본 출원의 제4 양태에 따르면, 본 출원의 제1 양태에 따르는 배터리, 본 출원의 제2 양태에 따르는 배터리 모듈 또는 본 출원의 제3 양태에 따르는 배터리 팩 중의 적어도 하나를 포함하는 전기 소모 장치를 제공한다.
종래기술과 대비하여, 본 발명은 이하와 같은 유익한 효과를 발휘한다.
본 출원은 제1 극물질과 양극용 접착제 사이에 수소결합을 구비하여, 분리막과 양극 사이의 접착력을 향상할 수 있다. 제2 극물질과 음극용 접착제 및/또는 음극 활물질 사이에 수소결합을 구비하여, 분리막과 음극 사이의 접착력을 향상할 수 있다. 제1 극물질과 제1 접착력 증강제 사이에 수소결합을 구비하여, 분리막의 제1 도포층과 베이스막 사이의 접착력을 향상할 수 있다. 제2 극물질과 제2 접착력 증강제 사이에 수소결합을 구비하여, 분리막의 제2 도포층과 베이스막 사이의 접착력을 향상할 수 있다. 이로써, 본 출원은 베어셀의 가공 과정에 있어서의 팽창문제를 개선하고, 베어셀 사이클 과정에 있어서의 사이클 팽창율을 억제할 수 있기에, 베어셀 성형에 유리하여, 베어셀을 더욱 긴밀하게 형성할 수 있으므로, 배터리의 고배율 방전성능과 사이클 성능을 향상할 수 있다.
도1은 분리막상의 극물질과 양극 및 음극 사이에 수소결합이 형성되는 반응 원리를 보여주는 모식도이다.
도2는 본 출원의 제1~4 실시예 및 제1~3 비교예에 따르는 적외선 양태 모식도이다.
도3은 본 출원의 일 실시방식에 따르는 이차 전지의 모식도이다.
도4는 도3에 도시된 본 출원의 일 실시방식에 따르는 이차 전지의 분해도이다.
도5는 본 출원의 일 실시방식에 따르는 배터리 모듈의 모식도이다.
도6는 본 출원의 일 실시방식에 따르는 배터리 팩의 모식도이다.
도7는 도6에 도시된 본 출원의 일 실시방식에 따르는 배터리 팩의 분해도이다.
도8는 본 출원의 일 실시방식에 따르는 이차 전지를 전원으로 사용하는 전기 소모 장치의 모식도이다.
[부호의 간단한 설명]
1 배터리 팩
2 상측 박스
3 하측 박스
4 배터리 모듈
5 이차 전지
51 하우징
52 전극 어셈블리
53 탑 커버 어셈블리
이하, 도면을 참조하면서 본 출원의 배터리, 배터리 모듈, 배터리 팩 및 전기 소모 장치를 구체적으로 개시하는 실시방식에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 하지만 경우에 따라 불필요한 상세한 설명은 생략할 수도 있다. 예를 들면, 이미 공중에게 널리 알려진 사항에 대한 상세한 설명, 동일한 구조에 대한 중복 설명 등은 생략할 수도 있다. 이는 하기의 설명이 필요 없이 너무 길어지는 것을 회피함으로써 당업자가 본 발명을 이해하기 쉽게 하기 위해서이다. 또한 도면 및 이하의 설명은 당업자가 본 출원을 충분히 이해할 수 있게 하기 위하여 제공한 것으로서, 청구범위의 기재 내용을 한정하기 위한 것이 아니다.
본 출원에 개시된 "범위"는 하한값과 상한값의 형식으로 한정된다. 소정의 범위는 하나의 하한값과 하나의 상한값을 선정하는 것을 통하여 한정되며, 선정된 하한값과 상한값에 의하여 특정 범위의 경계값이 한정된다. 이러한 방식으로 한정된 범위에는 경계값이 포함될 수도 있고 경계값이 포함되지 않을 수도 있으며, 경계값을 임의로 조합하여 특정 범위를 구성할 수 있다. 즉 임의의 하한값과 임의의 상한값을 조합하여 하나의 범위를 구성할 수 있다. 예를 들면, 특정의 파라미터에 대하여 60~120 및 80~110의 범위를 제시하였을 경우, 60~110 및 80~120의 범위도 예상할 수 있는 범위로 이해할 수 있다. 또한 최소 범위값인 1 및2를 제시하고 최대 범위값인 3, 4 및 5를 제시하였을 경우, 1~3, 1~4, 1~5, 2~3, 2~4 및 2~5의 모든 범위를 예상할 수 있다고 볼 수 있다. 본 출원에 있어서, 기타 다른 설명이 없는 이상, 수치 범위 "a~b"는 a부터 b 사이의 임의의 실수의 조합에 의해 구성된 범위의 개략 표시를 보여준다. 여기서 a와 b 모두가 실수이다. 예를 들면, 수치 범위 "0~5"는 본 명세서에서 이미 "0~5" 사이의 모든 실수를 제시하였으며 "0~5"는 단지 이러한 수치 조합의 개략 표시를 보여준다. 그리고 어느 한 파라미터를 ≥2인 정수라고 표현하였을 경우, 당해 파라미터가 예를 들면 정수2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12등인 것을 개시하였다고 볼 수 있다.
특별한 설명이 없을 경우, 본 출원의 모든 실시방식 및 선택 가능한 실시방식을 서로 조합하여 새로운 발명을 구성할 수 있다.
특별한 설명이 없을 경우, 본 출원의 모든 구성요소 및 선택 가능한 구성요소를 서로 조합하여 새로운 발명을 구성할 수 있다.
특별한 설명이 없을 경우, 본 출원의 모든 단계는 순서대로 진행할 수도 있고, 임의로 진행할 수도 있으나, 순서대로 진행하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 방법이 단계(a)와 단계(b)를 포함한다란, 상기 방법이 순서대로 진행되는 단계(a)와 (b)를 포함하는 것을 표시할 수도 있고, 순서대로 진행되는 단계(b)와 (a)를 포함하는 것을 표시할 수도 있다. 예를 들면, 상기 방법이 단계(c)를 더 포함한다란, 단계(c)를 임의의 순서로 상기 방법에 포함시키는 것을 표시한다. 즉, 예를 들면, 상기 방법이 단계(a), (b)와 (c)를 포함할 수도 있고, 단계(a), (c)와 (b)를 포함할 수도 있으며, 단계(c), (a)와 (b)등을 포함할 수도 있다.
특별한 설명이 없을 경우, 본 출원에 기재되는 "포함" 은 개방형 표현일 수도 있고 폐쇄형 표현일 수도 있다. 예를 들면, 상기 "포함" 이란, 언급하지 않은 기타 성분을 더 포함하는 것을 표시할 수도 있고, 언급한 성분만을 포함 하는 것을 표시할 수도 있다.
특별한 설명이 없을 경우, 본 출원에 있어서, "또는"이란 용어는 포괄적인 용어이다. 예를 들면, 둘 이상 단어의 결합인 "A 또는 B"란, "A, B 또는 A 및 B의 양자"를 표시한다. 더욱 구체적으로 말하면 "A 또는 B"란, A가 true(또는 존재) 및 B가 false(또는 존재 안함), A가 false(또는 존재 안함) 및 B가 true(또는 존재), A 및 B가 모두 true(또는 존재) 등 조건중 임의의 하나의 조건을 만족하는 것을 말한다.
본 출원의 발명자는 장기간의 리튬 이온 배터리 제조 경험을 통하여 다음과 같은 문제점을 발견하였다. 한편으로, 가공 과정에 있어서, 양극, 분리막, 음극을 권취한 후 압착하여 베어셀을 제조하는데, 베어셀이 가공 과정에서 압착되기는 하나, 일정한 시간이 경과되면 베어셀 자체가 복원하려는 경향이 있어 베어셀의 팽창을 야기한다. 다른 한편으로, 사이클 과정에 있어서, 음극 활물질 자체의 예를 들면 흑연의 결정격자가 커지거나 흑연시트 사이의 층간격이 커지면, 베어셀의 두께가 두꺼워져 베어셀 팽창이 발생한다.
상술한 두가지 베어셀 팽창의 원인에 의해 베어셀이 팽창하면, 기포가 발생하여 셀내부 구조물의 계면 안정성이 파괴되어 전해액이 극판(pole piece)의 가장자리에 집중하게 되므로 리튬이 석출되는 문제점이 발생한다. 그리고 베어셀이 팽창하면, 셀의 그룹 마진이 작아 지면서 알루미늄 하우징이 압박을 받아 변형하므로, 배터리의 사이클 성능이 떨어져 사이클 감쇠가 빨라지기에 고배율 방전성능(High rate dischargeability)이 떨어진다.
본 출원의 발명자는 대량의 실험과 연구를 통하여, 베어셀의 팽창이 배터리 성능에 대한 영향을 억제하기 위한 아래와 같은 해결책을 발견하였다. 한편으로, 분리막의 베이스막 표면에 극물질을 도포하고 당해 극물질을 이용하여 양극용 접착제, 음극용 접착제 또는 음극 활물질 사이에 수소결합을 형성함으로써, 분리막과 양극, 음극 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다. 다른 한편으로, 극물질중에 접착력 증강제를 혼입하여 분리막의 접착력을 향상시킬 수 있다. 때문에 발명자는 상기 두가지 방법의 협동 작용으로부터 출발하여 분리막에 대하여 종합적인 개질작업을 진행함으로써, 상술한 두가지 방법의 협동 작용을 충분히 이용하여 분리막과 양극, 음극 사이의 접착력을 현저히 향상시킬 수 있는 배터리를 설계하여, 베어셀 가공 과정에 있어서의 팽창 및 반복 사용과정중의 사이클 팽창율을 저하시키고, 배터리의 고배율 방전성능 및 사이클 성능을 대폭적으로 향상시켰다.
배터리
본 출원은 일 실시방식에 따르는 배터리를 제공한다.
상기 배터리는 양극, 분리막, 음극 및 전해질을 포함한다. 상기 분리막은 베이스막, 상기 베이스막의 제1 표면에 위치하는 제1 도포층, 상기 베이스막의 제2 표면에 위치하는 제2 도포층을 포함한다.
상기 제1 도포층은 제1 극물질을 포함하는데, 상기 제1 극물질은 폴리올레핀아미드(Polyolefin-amide)계, 폴리올레핀이미드(Polyolefin-imide)계, 폴리옥 사이드올레핀(Polyoxide-olefin)계, 폴리우레탄계, 폴리우레아계로 구성되는 조합중의 하나 또는 복수의 물질을 포함할 수 있고, 상기 제1 극물질과 상기 양극의 양극용 접착제 사이에는 수소결합을 구비할 수 있다.
상기 제2 도포층은 제2 극물질을 포함하는데, 상기 제2 극물질은 폴리올레핀아미드계, 폴리올레핀이미드계, 폴리옥 사이드올레핀계, 폴리우레탄계, 폴리우레아계로 구성되는 조합중의 하나 또는 복수의 물질을 포함할 수 있고, 상기 제2 극물질과 상기 음극의 음극용 접착제 및/또는 음극 활물질 사이에는 수소결합을 구비할 수 있다.
본 출원의 분리막상의 제1 도포층은 제1 극물질을 포함하여 구성되는 소정의 두께를 가지는 구조를 구비하여 제1 도포층은 제1 극물질을 통하여 양극용 접착제와 견고하게 접착 가능하기에, 베어셀 가공 과정에 있어서의 팽창 및 반복 사용과정에 있어서의 사이클 팽창율을 억제할 수 있다.
더우기는, 폴리올레핀아미드계, 폴리올레핀이미드계, 폴리옥 사이드올레핀계, 폴리우레탄계, 폴리우레아계 등과 같은 제1 극물질은 모두 극성 관능기를 포함하기에, 한편으로 극성 관능기를 통하여 양극용 접착제와의 사이에 수소결합을 형성할 수 있어 제1 도포층과 양극 사이의 접착력을 향상시킬 수 있으며, 다른 한편으로는, 제1 극물질 자체가 바로 접착제이기에 제1 도포층과 양극 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다. 때문에 상기 제1 극물질중의 극성 관능기의 작용과 제1 극물질 자체가 바로 접착제라는 그 작용을 통하여, 제1 도포층과 양극 사이를 더욱 견고하게 접착시킬 수 있다.
구체적으로, 본 출원의 제1 극물질은 YH원자단기(radical group)를 구비하는데, 여기서 Y는 N, O, F중의 하나이다. 양극용 접착제는 X원자단기를 구비하는데, 여기서 X는 N, O, F중의 하나이다. 당해 X원자단기를 구비한 양극용 접착제는 본 출원의 제1 극물질중의 YH원자단기와의 사이에 수소결합 X-H-Y를 형성할 수 있기에, 본 출원의 제1 도포층이 본 출원의 양극과 더욱 견고하게 접착하도록 할 수 있다. 더욱 구체적으로, 도1에 도시한 바와 같이, 양극용 접착제가 F를 포함하고 있는 것을 예를 들어 설명하기로 한다. 양극용 접착제가 F를 포함하고 있기에, 양극용 접착제는 제1 극물질(-OH)과 쉽게 수소결합을 형성할 수 있다.
본 출원의 분리막의 제2 도포층은 제2 극물질을 포함하여 구성되는 소정의 두께를 가지는 구조를 구비하여 제2 도포층은 제2 극물질을 통하여 음극용 접착제 및/또는 음극 활물질과 견고하게 접착 가능하기에, 베어셀 가공 과정에 있어서의 팽창 및 반복 사용과정에 있어서의 사이클 팽창율을 억제할 수 있다.
더우기는, 폴리올레핀아미드계, 폴리올레핀이미드계, 폴리옥 사이드올레핀계, 폴리우레탄계, 폴리우레아계 등과 같은 제2 극물질은 모두 극성 관능기를 포함하기에, 한편으로 극성 관능기를 통하여 음극용 접착제 및/또는 음극 활물질과의 사이에 수소결합을 형성할 수 있어 제1 도포층과 음극 사이의 접착력을 향상시킬 수 있으며, 다른 한편으로, 제2 극물질 자체가 바로 접착제이기에 제2 도포층과 음극 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다. 때문에 상기 제2 극물질중의 극성 관능기의 작용과 제2 극물질 자체가 바로 접착제라는 그 작용을 통하여 제2 도포층과 음극 사이를 더욱 견고하게 접착시킬 수 있다.
구체적으로, 본 출원의 제2 극물질은 YH원자단기(radical group)를 구비하는데, 여기서 Y는 N, O, F중의 하나이다. 음극용 접착제 및/또는 음극 활물질은 -HX원자단기를 구비하는데, 여기서 X는 N, O, F중의 하나이다. 당해 X 원자단기를 구비한 음극용 접착제 및/또는 음극 활물질은 본 출원의 제2 극물질중의 YH원자단기와의 사이에 수소결합 X-H-Y를 형성할 수 있기에, 본 출원의 제2 도포층이 본 출원의 음극과 더욱 견고하게 접착하도록 할 수 있다. 더욱 구체적으로, 도1에 도시한 바와 같이, 음극이 -OH/-COOH를 포함, 즉 음극 활물질중에 -OH를 포함하고 음극 접착제중에 -COOH를 포함하고 있기에, 음극 활물질 또는 음극 접착제는 제2 극물질(-NH2를 포함)과 역시 쉽게 수소결합을 형성할 수 있다.
본 출원에 있어서, 분리막의 제1 도포층과 제2 도포층은, 각각 수소결합을 통하여 분리막과 양극, 음극 사이의 접착력을 보강하여 베어셀의 가공 과정에 있어서의 팽창 및 반복 사용과정에 있어서의 사이클 팽창율을 억제할 수 있으므로, 베어셀 성형에 유리하여 베어셀을 더욱 치밀한 구조로 형성 가능하기에 리튬이온의 흐름 경로를 단축하여 리튬이온의 흐름이 더욱 빨라지도록 할 수 있다. 때문에 배터리고배율 방전성능과 사이클 성능이 진일보 향상된다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제1 도포층과 상기 양극 사이의 박리력(peel strength)인 경우 0.075N보다 작지 않는데 0.075N~0.125N이 바람직하다. 상기 제2 도포층과 상기 음극 사이의 박리력인 경우 0.075N보다 작지 않은데 0.075N~0.15N이 바람직하다.
박리력이란, 일반적으로 서로 접착되어 있는 재료를 접촉면으로부터 단위 너비로 박리 진행시 소요되는 제일 큰 힘을 말한다. 박리력은 재료의 접착강도를 보여줄 수 있다. 박리력에 대한 구체적인 측정방법에 관하여서는 실시예중의 측정방법부분 내용을 참조할 수 있다. 본 출원의 구체적인 예에 있어서, 거시적인 면으로부터 박리력의 크기를 이용하여 분리막과 양극 및 음극 사이의 수소결합의 존재 및 강약을 반영하므로써, 진일보 분리막과 양극 및 음극 사이의 접착력 크기를 반영할 수 있다.
당업자는 대량의 실험 경험을 통하여, 일반적인 분리막(제1 도포층이 제1 극물질을 포함하지 않음)과 양극 사이의 박리력 크기가 0.035N보다 작은데, 이때 분리막과 양극 사이의 접착력이 작아 수소결합이 존재하지 않거나 거의 존재하지 않는다는 것을 숙지하고 있지만, 본 출원에 있어서는, 양극 표면과 분리막 도포층 사이의 박리력 측정을 통하여, 제1 도포층중에 제1 극물질을 도핑하는 것을 통하여 제1 도포층과 양극 사이의 박리력이 0.075N보다 작지 않게 되는 것을 의외로 발견하였는데, 이는 진일보 제1 극물질과 상기 양극용 접착제 사이에 수소결합을 구비한다는 것을 증명할 수 있다. 그리고, 당업자는 일반적인 분리막(제2 도포층이 제2 극물질을 포함하지 않음)과 음극 사이의 박리력 크기가 0.035N보다 작은데, 이때의 분리막과 음극 사이의 접착력이 작아 수소결합이 존재하지 않거나 거의 존재하지 않는다는 것을 숙지하고 있다. 하지만 본 출원에 있어서, 음극 표면과 분리막 도포층 사이의 박리력 측정을 통하여, 제2 도포층중에 제2 극물질을 도핑하는 것을 통하여 제2 도포층과 음극 사이의 박리력이 0.075N보다 작지 않게 되는 것을 의외로 발견하였는데, 이는 진일보 제2 극물질과 상기 음극용 접착제 또는 음극 활물질 사이에 수소결합을 구비한다는 것을 증명할 수 있다.
본 출원에 있어서, 제1 도포층과 양극 사이의 박리력 또는 제2 도포층과 음극 사이의 박리력이 0.075N보다 작지 않을 경우, 베어셀의 가공 과정 및 반복 사용과정에 있어서, 모두 베어셀이 쉽게 팽창하지 않고 분리막과 양극 및 음극이 더욱 견고하게 접착 가능하기에, 리튬이온의 흐름 경로를 단축하여 리튬이온의 흐름이 더욱 빨라지도록 할 수 있으므로, 배터리고배율 방전성능과 사이클 성능이 진일보 향상된다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 극물질 함량(질량%)w1과 상기 양극의 막층중의 상기 양극용 접착제 함량(질량%)m1의 비값
Figure pct00011
은 (80~100):1일 수 있다.
본 출원에 있어서,
Figure pct00012
을 통하여 분리막중의 제1 극물질과 양극용 접착제의 상대적인 함량관계를 보여 줄수 있다.
더우기는,
Figure pct00013
이 80:1미만일 경우, 한편으로, 제1 도포층중의 제1 극물질 함량이 너무 낮기에, 제1 극물질과 양극용 접착제 사이에 형성된 수소결합이 상대적으로 적고 제1 극물질 자체의 접착력도 떨어지므로, 제1 도포층과 양극용 접착제 사이의 접착력도 견고할 수 없어 베어셀의 가공 과정 및 사이클 과정에서의 팽창문제를 유효하게 해결할 수 없다. 다른 한편으로, 양극용 접착제 함량이 너무 높기에 전자의 흐름 경로가 막힐 수 있고, 또한 일반적으로 양극용 접착제가 불활성 절연체이기에 전기전도 성능이 떨어지고 분극현상이 심각하여, 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능에 영향을 줄 수 있다.
더우기는,
Figure pct00014
이 100:1보다 클 경우, 한편으로, 우선 제1 극물질 함량이 너무 높기에 베이스막이 막히기 쉬어 기체 투과율이 떨어지므로 분리막의 동역학적 성능에 영향을 줄 수 있고, 또한 사이클중의 후속 단계에서 제1 극물질이 베이스막으로부터 탈락하기 쉬우므로 사이클 성능이 떨어지고 고배율 방전성능도 떨어질 수 있다. 다른 한편으로, 양극용 접착제 함량이 너무 낮기에 접착성이 떨어져 양극과 제1 도포층 사이의 접착력이 작을 수 있다.
때문에
Figure pct00015
수치가 합리적인 범위내일 경우, 가공 과정 및 반복 사용과정에 있어서의 베어셀의 팽창을 억제하고 배터리의 고배율 방전성능 및 사이클 성능을 향상할 수 있다.
선택적으로, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 극물질 함량(질량%)w1과 상기 양극의 막층중의 상기 양극용 접착제 함량(질량%)m1의 비값
Figure pct00016
은 80:1, 87:1, 93:1, 97:1 또는 100:1 등일 수 있다.
Figure pct00017
은 상술한 임의의 포인트 값(경계값) 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
상기 제2 도포층중의 상기 제2 극물질 함량(질량%)w2와 상기 음극의 막층중의 상기 음극용 접착제 함량(질량%)m2의 비값
Figure pct00018
은 (32~50):1일 수 있다.
본 출원에 있어서,
Figure pct00019
을 통하여 분리막중의 제2 극물질과 음극용 접착제의 상대적인 함량관계를 보여 줄수 있다.
더우기는,
Figure pct00020
가 32:1미만일 경우, 한편으로, 제2 도포층중의 제2 극물질 함량이 너무 낮기에, 제2 극물질과 음극용 접착제 사이에 형성된 수소결합이 상대적으로 적고 제2 극물질 자체의 접착력도 떨어지므로, 제2 도포층과 음극용 접착제 사이의 접착력도 견고할 수 없어 베어셀의 가공 과정 및 사이클과정에서의 팽창문제를 유효하게 해결할 수 없다. 다른 한편으로, 음극용 접착제 함량이 너무 높기에, 전자의 흐름 경로가 막힐 수 있고, 또한 일반적으로 음극용 접착제가 불활성 절연체이기에 전기전도 성능이 떨어지고 분극현상이 심각하여, 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능에 영향을 줄 수 있다.
더우기는,
Figure pct00021
가50:1보다 클 경우, 한편으로, 제2 극물질 함량이 너무 높기에 사이클중의 후속 단계에서 탈락하기 쉬우므로, 사이클 성능이 떨어지고 고배율 방전성능도 떨어질 수 있다. 다른 한편으로, 음극용 접착제 함량이 너무 낮기에 접착성이 떨어져 음극과 제2 도포층 사이의 접착력이 작을 수 있다.
때문에
Figure pct00022
수치가 합리적인 범위내일 경우, 베어셀의 가공 과정 및 사이클 과정에 있어서의 베어셀의 팽창을 억제하고 배터리의 고배율 방전성능 및 사이클 성능을 향상할 수 있다.
선택적으로, 상기 제2 도포층중의 상기 제2 극물질 함량(질량%)w2와 상기 음극의 막층중의 상기 음극용 접착제 함량(질량%)m2의 비값
Figure pct00023
는 32:1, 36:1, 40:1, 45:1 또는 50:1 등일 수 있다.
Figure pct00024
는 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 극물질 함량(질량%)w1과 상기 제2 도포층중의 상기 제2 극물질 함량(질량%)w2의 비값
Figure pct00025
은 1:(1~1.3)일 수 있다.
본 출원에 있어서,
Figure pct00026
를 통하여 분리막의 양측 표면에 도포한 극물질의 함량관계를 보여 줄 수 있다.
본 출원에 있어서,
Figure pct00027
을 합리적인 범위내에 한정하는 것을 통하여 분리막의 장력을 일치하고 더욱 안정되도록 확보함으로써, 한편으로 장력이 일치하지 않아 단락이 발생할 리스크를 방지할 수 있을뿐더러, 다른 한편으로는 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능을 향상할 수 있다.
Figure pct00028
이 1:1보다 작거나 또는
Figure pct00029
이 1:1.3보다 클 경우, 분리막의 양측 표면의 장력이 불일치하게 되어 분리막에 주름이 발생하면서 표면에 기포가 발생하기에, 전해액의 침윤성이 떨어져 리튬 석출이 발생하기 쉬워지므로, 사이클 성능이 떨어져 사이클 감쇠가 빨라지기에 고배율 방전성능이 떨어진다.
선택적으로, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 극물질 함량(질량%)w1과 상기 제2 도포층중의 상기 제2 극물질 함량(질량%)w2의 비값
Figure pct00030
은 1:1 또는 1:1.3 등일 수 있다.
Figure pct00031
는 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
일반적으로, 제1 극물질과 제2 극물질의 도포량의 차이가 너무 커서는 안되며, 양자의 도포량이 기본적으로 동일한 것, 즉
Figure pct00032
인 것이 바람직하다. 이로써 분리막의 양측 표면의 내력성능이 기본적으로 동일하도록 확보하여 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능을 향상할 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 극물질 함량(질량%)w1은 80%~90%일 수 있다.
본 출원에 있어서, w1을 통하여 제1 도포층중의 제1 극물질 함량을 보여줄 수 있다.
본 출원에 있어서, 제1 도포층중의 주요 물질이 제1 극물질일 경우, 제1 극물질과 양극용 접착제 사이의 수소결합을 증가시킬 수 있어 제1 도포층과 양극사이의 접착력이 향상된다. 제1 도포층중의 제1 극물질 함량이 80%미만일 경우, 양극용 접착제와의 사이에 형성되는 수소결합이 상대적으로 적어 분리막과 양극 사이의 접착성 개선에 제한성이 존재하므로, 베어셀의 가공 과정 및 반복 사용과정에 있어서의 팽창에 대한 개선효과가 뚜렷하지 않다. 제1 도포층중의 제1 극물질 함량이 90%를 초과할 경우, 베이스막이 막히기 쉬워 기체 투과율이 떨어지므로 분리막의 동역학적 성능에 영향을 줄 수 있다.
선택적으로, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 극물질 함량(질량%)w1은 80%, 85%, 90% 등일 수 있다. w1은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 양극의 막층중의 상기 양극용 접착제 함량(질량%)m1은 0.9%~1.2%일 수 있다.
본 출원에 있어서, m1을 통하여 양극막층중의 양극용 접착제의 함량을 보여줄 수 있다.
m1이 상기 범위내일 경우, 양극과 제1 도포층 사이의 견고한 접착력을 확보할 수 있기에, 베어셀의 가공 과정 또는 반복 사용과정에 있어서의 팽창을 억제하여 배터리의 고배율 방전성능 및 사이클 성능을 향상할 수 있다. 일반적으로 양극중의 양극용 접착제 함량이 너무 높아서는 안된다. m1이 1.2%를 초과할 경우, 양극용 접착제 함량이 너무 높기에 전자의 흐름 경로가 막힐 수 있고, 또한 일반적으로 양극용 접착제가 불활성 절연체이기에 전기전도 성능이 떨어 지고 분극현상이 심각하여, 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능에 영향을 줄 수 있다. 일반적으로 양극중의 양극용 접착제 함량이 너무 낮아서도 안된다. m1이 0.9% 미만일 경우, 양극용 접착제 함량이 너무 낮기에 접착성이 떨어져 양극과 제1 도포층 사이의 접착력이 작을 수 있다.
선택적으로, 상기 양극의 막층중의 상기 양극용 접착제 함량(질량%)m1은 0.9%, 1% 또는 1.2% 등일 수 있다. m1은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
이로써, 상술한 파라미터w1, m1을 합리적인 범위내에 한정하는 것을 통하여, 동역학적 성능 및 제1 도포층과 양극 사이의 접착력을 종합적으로 고려하여 양자의 최적비를 획득함으로써, 배터리의 고배율 방전성능 및 사이클 성능을 향상할 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제2 도포층중의 상기 제2 극물질 함량(질량%)w2는 80%~90%일 수 있다.
본 출원에 있어서, w2를 통하여 제2 도포층중의 2 극물질의 함량을 보여줄 수 있다.
본 출원에 있어서, 제2 도포층중의 주요 물질이 제2 극물질일 경우, 제2 극물질과 음극용 접착제 사이의 수소결합을 증가시킬 수 있어 제2 도포층과 음극 사이의 접착력이 향상된다. 제2 도포층중의 제2 극물질 함량이 80% 미만일 경우, 음극용 접착제와의 사이에 형성되는 수소결합이 상대적으로 적어 분리막과 음극 사이의 접착성 개선에 제한성이 존재하므로, 가공 과정 및 반복 사용과정에 있어서의 베어셀의 팽창에 대한 개선효과가 뚜렷하지 않다. 제2 도포층중의 제2 극물질 함량이90%를 초과할 경우, 베이스막이 막히기 쉬워 기체 투과율이 떨어지므로 분리막의 동역학적 성능에 영향을 줄 수 있다.
선택적으로, 상기 제2 도포층중의 상기 제2 극물질 함량(질량%)w2는 80%, 85% 또는 90% 등일 수 있다. w2는 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 음극의 막층중의 상기 음극용 접착제 함량(질량%)m2는 2%~3%일 수 있다.
본 출원에 있어서, m2를 통하여 음극 막층중의 양극용 접착제의 함량을 보여 줄 수 있다.
본 출원에 있어서, m2가 상기 범위내일 경우, 음극과 제2 도포층의 견고한 접착력을 확보할 수 있기에, 베어셀의 가공 과정 또는 반복 사용과정에 있어서의 팽창을 억제하여 배터리의 고배율 방전성능 및 사이클 성능을 향상할 수 있다. 일반적으로 음극중의 음극용 접착제 함량이 너무 높아서는 안된다. m1이 3%를 초과할 경우, 음극용 접착제 함량이 너무 높기에 전자의 흐름 경로가 막힐 수 있고, 또한 일반적으로 음극용 접착제가 불활성 절연체이기에 전기전도 성능이 떨어 지고 분극현상이 심각하여, 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능에 영향을 줄 수 있다. 일반적으로 음극중의 음극용 접착제 함량이 너무 낮아서도 안된다. m1이 2% 미만일 경우, 음극용 접착제 함량이 너무 낮기에 접착성이 떨어져 음극과 제2 도포층 사이의 접착력이 작을 수 있다.
선택적으로, 상기 음극의 막층중의 상기 음극용 접착제 함량(질량%)m2는 2%, 2.6%, 3% 등일 수 있다. m2는 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
이로써, 상술한 파라미터w2, m2을 합리적인 범위내에 한정하는 것을 통하여, 동역학적 성능 및 제2 도포층과 음극 사이의 접착력을 종합적으로 고려하여 양자의 최적비를 획득함으로써, 배터리의 고배율 방전성능 및 사이클 성능을 향상할 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제1 극물질은 폴리옥시에틸렌(polyoxyethylene)과 폴리아크릴아미드(polyacrylamide)를 포함한다. 여기서, 상기 폴리옥시에틸렌과 폴리아크릴아미드의 질량비C1은 (2~6):1일 수 있다.
일반적으로, 부동한 극물질은 부동한 기능을 발휘하기에, 각 물질의 장점을 결합하여 사용할 수 있다. 본 출원의 구체적인 예에 있어서, 제1 활물질중의 폴리옥시에틸렌은 리튬이온 전도체로서, 높은 전기전도율, 낮은 활성화 에너지 및 제일 낮은 전극 전위값 등 특성을 구비하기에 리튬이온의 흐름을 빠르게 할 수 있으므로, 제1 극물질중의 주요 물질로 구성할 필요가 있다. 하지만, 폴리아크릴아미드인 경우, 폴리옥시에틸렌(PEO)과 대비하여 화학 사슬이 길고 분자량이 크며 열 안정성이 양호한데, 일반적으로 양극과 연결된 일측의 면은 고압에 의해 산화되기에, 폴리옥시에틸렌중에 소량의 폴리아크릴아미드 등 긴사슬분자를 혼합할 경우, 특히 본 출원에서 한정한 범위내에서 배터리의 사이클 안정성과 고배율 방전성능을 향상할 수 있다.
더우기는, 상기 폴리옥시에틸렌과 폴리아크릴아미드의 질량비C1이 2:1 미만일 경우, 폴리아크릴아미드가 리튬이온 전도체가 아니기에 리튬이온의 흐름 속도가 늦어져 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능에 영향을 줄 수 있다. 그리고 상기 폴리옥시에틸렌과 폴리아크릴아미드의 질량비C1이 6:1을 초과할 경우, 폴리아크릴아미드 함량이 너무 낮아 열 안정성이 떨어진다.
선택적으로, 상기 폴리옥시에틸렌과 폴리아크릴아미드의 질량비C1은 2:1, 3:1, 4.5:1, 5:1 또는 6:1 등일 수 있다. C1은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
상기 제2 극물질은 포함폴리에틸렌이민(polyethyleneimine)과 폴리옥시에틸렌을 포함한다. 여기서, 상기 폴리에틸렌이민과 폴리옥시에틸렌의 질량비C2는 (2~6):1일 수 있다.
일반적으로, 부동한 극물질은 부동한 기능을 발휘하기에, 각 물질의 장점을 결합하여 사용할 수 있다. 본 출원의 구체적인 예에 있어서, 제2 활물질중의 폴리에틸렌이민과 폴리옥시에틸렌은 모두 리튬이온 전도체로서, 높은 전기전도율, 낮은 활성화 에너지 및 제일 낮은 전극 전위값 등 특성을 구비하기에 리튬이온의 흐름을 빠르게 할 수 있다. 또한, 제2 활물질이 음극과 연결되는 일측에 위치하는데, 예를 들면 흑연과 같은 음극 활물질은 쉽게 팽창하기에 폴리에틸렌이민(PEI)과 같이 극성이 강한 접착제를 사용할 필요가 있으며, 또한 폴리옥시에틸렌이 폴리에틸렌이민보다 싸기에, 코스트 다운 차원에서 폴리에틸렌이민중에 소량의 폴리옥시에틸렌을 혼합할 경우, 특히 본 출원에서 한정한 범위내에서 코스트를 절감할 수 있을뿐만 아니라 양자 서로 사이에도 수소결합을 형성할 수 있어, 진일보 접착력을 보강하고 베어셀 가공 과정과 반복 사용과정에 있어서의 팽창을 억제할 수 있으므로, 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능을 향상할 수 있다.
상기 폴리에틸렌이민과 폴리옥시에틸렌의 질량비C2가 2:1 미만일 경우, 폴리에틸렌이민의 극성이 강하기에, 함량이 너무 낮으면 제2 극물질과 음극용 접착제 또는 음극 활물질 사이에 형성되는 수소결합이 상대적으로 적어, 제2 도포층과 음극 사이의 접착력이 떨어지고, 베어셀의 가공 과정 및 반복 사용과정에 있어서의 베어셀 팽창이 억제되므로, 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능에 영향을 줄 수 있다. 하지만 상기 폴리에틸렌이민과 폴리옥시에틸렌의 질량비C2가 6:1을 초과할 경우, 코스트가 높아진다.
선택적으로, 상기 폴리에틸렌이민과 폴리옥시에틸렌의 질량비C2는 2:1, 3:1, 4.5:1, 5:1 또는 6:1 등일 수 있다. C2는 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제1 극물질 또는 제2 극물질중의 상기 폴리아미드 (Polyamide) 계는 예를 들면 폴리아크릴아미드(PAM), 나일론-66, 나일론-6 등 중의 하나 또는 복수의 조합일 수 있다. 폴리아미드계의 무게 평균 분자량은 2만~8만 일 수 있으며, 예를 들면 2만, 3만, 4만, 5만, 6만, 7만 또는 8만 등일 수 있는데, 폴리아미드계의 무게 평균 분자량은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제1 극물질 또는 제2 극물질중의 폴리올레핀이미드계는 예를 들면 폴리에틸렌이민(PEI), 폴리에틸렌폴리아민(polyethylene polyamine) 등 중의 하나 또는 복수일 수 있다. 상기 폴리이미드(Polyimide)계의 무게 평균 분자량은 7만~10만 일 수 있으며, 예를 들면 7만, 8만, 9만 또는 10만 등일 수 있는데, 폴리올레핀이미드계의 무게 평균 분자량은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제1 극물질 또는 제2 극물질중의 상기 폴리옥 사이드올레핀계는 예를 들면 폴리옥시에틸렌(PEO) 등일 수 있다. 상기 폴리옥 사이드올레핀계의 무게 평균 분자량은 10만~20만 일 수 있으며, 예를 들면 10만, 12만, 14만, 16만, 18만 또는 20만 등일 수 있는데, 폴리옥 사이드올레핀계의 무게 평균 분자량은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제1 극물질 또는 제2 극물질중의 폴리우레탄계는 예를 들면 일반식(general formula)중에 -NHCOO-를 포함하는 동일계의 폴리머일 수 있다. 더욱 구체적으로 예를 들면, 폴리우레탄계는 폴리이소시아네이트(polyisocyanate), 톨루엔디이소시아네이트(TDI), 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트(MDI), 폴리페닐폴리메틸폴리이소시아네이트(PAPI)중 적어도 하나의 모노머(monomer)의 중합에 의해 형성되거나 또는 둘 이상의 모노머의 공중합에 의해 형성된다. 중합방식은 에이택틱 공중합(atactic copolymerization), 블록 공중합(block copolymerization) 등을 포함할 수 있다. 상기 폴리우레탄계의 무게 평균 분자량은 0.1만~1만 일 수 있으며, 예를 들면 0.1만, 0.5만 또는 1만 등일 수 있는데, 폴리우레탄계의 무게 평균 분자량은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제1 극물질 또는 제2 극물질중의 폴리우레아계는 예를 들면 일반식중에 -NHCONH를 포함하는 동일계의 폴리머일 수 있는데, 예를 들면 폴리우레아, 우레아포름알데히드수지 등 중의 하나 또는 복수일 수 있다. 상기 폴리우레아계물질의 무게 평균 분자량은 0.5만~5만 일 수 있으며, 예를 들면 0.5만, 1만, 2만, 3만, 4만 또는 5만 등일 수 있는데, 폴리우레아계의 무게 평균 분자량은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제1 도포층은 제1 접착력 증강제를 포함하고, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 극물질 함량(질량%)w1과 상기 제1 도포층중의 상기 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1의 질량비
Figure pct00033
은 (5~9):1일 수 있다.
본 출원에 있어서,
Figure pct00034
을 통하여 제1 접착력 증강제와 제1 극물질의 함량관계를 보여줄 수 있다.
본 출원에 있어서, 제1 극물질이 배터리 사이클의 중간 단계 또는 후속 단계에서 베이스막상으로부터 탈락하기 쉬우므로, 제1 접착력 증강제를 이용하여 베이스막상에서의 제1 극물질의 접착력을 보강할 수 있다. 분리막상의 제1 극물질과 제1 접착력 증강제의 비례가 합리적인 범위내여야만, 베어셀의 가공 과정에 있어서의 팽창 및 반복 사용과정에 있어서의 사이클 팽창율을 억제할 수 있고, 배터리의 사이클 성능 및 고배율 방전성능을 향상할 수 있다.
Figure pct00035
이 9:1보다 클 경우, 제1 극물질 함량이 너무 높기에, 베이스막이 막히기 쉬어 기체 투과율이 떨어지므로 분리막의 동역학적 성능에 영향을 줄 수 있을뿐더러, 사이클중후속 단계에서 제1 극물질이 베이스막으로부터 탈락하기 쉬우므로 사이클 성능이 떨어지고 고배율 방전성능도 떨어 질 수 있다.
Figure pct00036
이 5:1 미만일 경우, 제1 도포층중의 제1 극물질 함량이 너무 낮기에, 제1 극물질과 양극용 접착제 사이에 형성된 수소결합이 상대적으로 적고 상제1 극물질 자체의 접착력도 떨어지므로, 제1 도포층과 양극용 접착제 사이의 접착력도 견고할 수 없어 베어셀 가공 과정과 반복 사용과정에 있어서의 팽창문제를 유효하게 해결할 수 없다.
진일보 제1 접착력 증강제와 제1 극물질 사이의 수소결합의 형성 메카니즘을 분석하면, 제1 접착력 증강제(F를 포함)인 경우, 제1 극물질(-YH)와의 사이에 수소결합Y-H-F를 쉽게 형성하기 때문에, 제1 접착력 증강제는 제1 극물질이 분리막상에 안정적으로 존재 가능하도록 할 수 있다. 이로써 베어셀의 가공 과정에 있어서의 팽창 및 반복 사용과정에 있어서의 사이클 팽창율을 억제하고, 배터리의 사이클 성능 및 고배율 방전성능을 향상할 수 있다.
선택적으로, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 극물질 함량(질량%)w1과 상기 제1 도포층중의 상기 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1의 질량비
Figure pct00037
은 5:1, 5.3:1, 6:1, 8:1, 9:1 등일 수 있다.
Figure pct00038
은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제2 도포층은 제2 접착력 증강제를 포함하고, 상기 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 상기 제2 도포층중의 상기 제2 접착력 증강제 함량 (질량%)k2의 질량비
Figure pct00039
는 (5~9):1일 수 있다.
본 출원에 있어서,
Figure pct00040
를 통하여 제2 접착력 증강제와 제2 극물질의 함량관계를 보여 줄 수 있다.
본 출원에 있어서, 제2 극물질배터리 사이클의 중간 단계 또는 후속 단계에서 베이스막상으로부터 탈락하기 쉬우므로, 제2 접착력 증강제를 이용하여 베이스막상에서의 제2 극물질의 접착력을 보강할 수 있다. 분리막상의 제2 극물질과 제2 접착력 증강제의 비례가 합리적인 범위내여야만, 베어셀의 가공 과정에 있어서의 팽창 및 반복 사용과정에 있어서의 사이클 팽창율을 억제할 수 있고, 배터리의 사이클 성능 및 고배율 방전성능을 향상할 수 있다.
Figure pct00041
가 9:1보다 클 경우, 제2 극물질 함량상대적으로 너무 높아 사이클중의 후속 단계에서 탈락하기 쉬우므로, 사이클 성능이 떨어지고 고배율 방전성능도 떨어질 수 있다.
Figure pct00042
가 5:1 미만일 경우, 제2 도포층중의 제2 극물질 함량이 너무 낮기에, 제2 극물질과 음극용 접착제 사이에 형성된 수소결합이 상대적으로 적고 제2 극물질 자체의 접착력도 떨어지므로, 제2 도포층과 음극용 접착제 사이의 접착력도 견고할 수 없어 베어셀의 가공 과정과 반복 사용과정에 있어서의 팽창문제를 유효하게 해결할 수 없다.
진일보 제2 접착력 증강제와 제2 극물질 사이의 수소결합의 형성 메카니즘을 분석하면, 제2 접착력 증강제(F를 포함)인 경우, 제2 극물질(-YH)와의 사이에 수소결합Y-H-F를 쉽게 형성하기 때문에, 제2 접착력 증강제는 제2 극물질이 분리막상상에 안정적으로 존재 가능하도록 할 수 있다. 이로써 베어셀의 가공 과정에 있어서의 팽창 및 반복 사용과정에 있어서의 사이클 팽창율을 억제하고, 배터리의 사이클 성능 및 고배율 방전성능을 향상할 수 있다.
선택적으로, 상기 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 상기 제2 도포층중의 상기 제2 접착력 증강제 함량 (질량%)k2의 질량비
Figure pct00043
는 5:1, 5.3:1, 6:1, 8:1, 9:1 등일 수 있다.
Figure pct00044
는 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1은 상기 제2 도포층중의 상기 제2 접착력 증강제 함량 (질량%)k2보다 높지 않다.
본 출원에 있어서, k1, k2를 통하여 분리막의 양측 표면에 도포한 접착력 증강제의 함량을 보여 줄 수 있다. 여기서, k1와 k2의 차이가 너무 커서는 안된다.
일반적으로, k1이 k2미만일 경우, 분리막의 장력을 일치하고 더욱 안정하도록 확보할 수 있어, 한편으로 장력이 일치하지 않아 단락이 발생할 리스크를 방지할 수 있을뿐더러, 다른 한편으로는 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능을 향상할 수 있다. k1과 k2의 함량 차이가 너무 클 경우, 분리막의 양측 표면의 장력이 불일치하게 되어 분리막에 주름이 발생하면서 표면에 기포가 발생하기에, 전해액의 침윤성이 떨어져 리튬 석출이 발생하기 쉬워지므로, 사이클 성능이 떨어져 사이클 감쇠가 빨라지기에 고배율 방전성능이 떨어진다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1과 상기 제2 도포층중의 상기 제2 접착력 증강제 함량 (질량%)k2의 비값
Figure pct00045
은 (0.8~1):1일 수 있다.
본 출원에 있어서,
Figure pct00046
은 분리막의 양측 표면의 접착력 증강제의 상대적인 함량을 보여 줄 수 있다. 이로써, 합리적인 접착력 증강제 비값을 한정하는 것을 통하여, 분리막의 안정성을 향상할 수 있을뿐더러 리튬이온의 흐름이 동역학적 영향을 상대적으로 적게 받게 할수 있기에, 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능을 향상할 수 있다. 하지만
Figure pct00047
이 0.8:1 미만이거나 또는
Figure pct00048
이 1:1보다 클 경우, 분리막의 양측 표면의 장력이 불일치하게 되어 분리막에 주름이 발생하면서 표면에 기포가 발생하기에, 전해액의 침윤성이 떨어져 리튬 석출이 발생하기 쉬워지므로, 사이클 성능이 떨어져 사이클 감쇠가 빨라지기에 고배율 방전성능이 떨어진다.
여기서, 분리막의 양측 표면의 함량을 기본적으로 일치하도록 함으로써 분리막의 양측 표면의 차이를 작게 하는 것이 바람직하다.
선택적으로, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1과 상기 제2 도포층중의 상기 제2 접착력 증강제 함량 (질량%)k2의 비값
Figure pct00049
은 0.80:1, 0.9:1, 0.95:1 또는 1:1 등일 수 있다.
Figure pct00050
은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1은 10%~20%일 수 있다. 상기 제2 도포층중의 상기 제2 접착력 증강제의 질량 퍼센트 함량k2는 10%~20%일 수 있다.
본 출원에 있어서, k1을 통하여 제1 도포층중의 제1 접착력 증강제 함량을 보여줄 수 있고, k2를 통하여 제2 도포층중의 제2 접착력 증강제 함량을 보여줄 수 있다.
본 출원에 있어서, 제1 도포층중의 제1 접착력 증강제 함량과 제2 도포층중의 제2 접착력 증강제 함량 사이의 차이가 너무 커서는 안되며, k1과 k2사이의 함량 차이가 너무 클 경우, 분리막의 양측 표면의 장력이 불일치하게 되어 분리막에 주름이 발생하면서 표면에 기포가 발생하기에, 전해액의 침윤성이 떨어져 리튬 석출이 발생하기 쉬워지므로, 사이클 성능이 떨어져 사이클 감쇠가 빨라지기에 고배율 방전성능이 떨어진다. 이로써, 상술한 파라미터를 합리적인 범위내에 한정하는 것을 통하여, 분리막의 안정성을 향상할 수 있을뿐더러 리튬이온의 흐름이 동역학적 영향을 적게 받게 할수 있기에, 동역학적 영향과 점성을 종합적으로 고려하여 최적비를 획득함으로써, 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능을 향상할 수 있다.
선택적으로, 분리막 양측의 면의 함량을 기본적으로 일치하도록 함으로써, 분리막 양측의 면의 차이성을 작게 하고 분리막의 장력을 일치하게 하여 주름 발생을 방지할 수 있다.
선택적으로, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1은 14%, 16.6%, 18%, 19% 또는 20% 등일 수 있다. k1은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
선택적으로, 상기 제2 도포층중의 상기 제2 접착력 증강제의 질량 퍼센트 함량k2은 10%, 11%, 14%, 15.8%, 16.6%, 17% 또는 20% 등일 수 있다. k2는 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제1 접착력 증강제 또는 제2 접착력 증강제는 폴리비닐리덴디플루오라이드(polyvinylidene difluoride), 알길산나트륨중의 하나 또는 복수를 포함한다. 여기서, 폴리비닐리덴디플루오라이드인 경우 코스트가 낮기에 폴리비닐리덴디플루오라이드를 우선적으로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 양극용 접착제는 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride)를 포함한다. 상기 음극용 접착제는 스틸렌부타디엔고무(styrene butadiene rubber), 알길산나트륨중의 하나 이상을 포함한다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제1 접착력 증강제 또는 제2 접착력 증강제의 무게 평균 분자량은 0.05만~60만 일 수 있으며, 예를 들면 0.05만, 1만, 10만, 20만, 30만, 40만, 50만 또는 60만 등일 수 있다. 제1 접착력 증강제 또는 제2 접착력 증강제의 무게 평균 분자량은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
더우기는, 상기 폴리비닐리덴디플루오라이드의 무게 평균 분자량은 10-60만 일 수 있으며, 예를 들면 10만, 20만, 30만, 40만, 50만 또는 60만 등일 수 있다. 폴리비닐리덴디플루오라이드의 무게 평균 분자량은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
더우기는, 알길산나트륨의 무게 평균 분자량은 0.05~5만 일 수 있으며, 예를 들면 0.05만, 1만, 2만, 3만, 4만 또는 5만 등일 수 있다. 알길산나트륨의 무게 평균 분자량은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다. 여기서, 상기 폴리비닐리덴디플루오라이드와 알길산나트륨은 제1 접착력 증강제, 제2 접착력 증강제, 양극용 접착제 또는 음극용 접착제중에 사용할 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제1 도포층과 상기 제2 도포층의 질량비는 1:(1~1.5)일 수 있다.
본 출원에 있어서, 제1 도포층과 제2 도포층을 통하여 분리막 양측의 면에 도포된 물질의 함량을 보여줄 수 있는데, 양자의 차이가 너무 커서는 안된다. 이로써, 제1 도포층과 제2 도포층의 도포량을 합리적인 범위내에 한정하는 것을 통하여 분리막의 장력을 일치하고 더욱 안정되도록 함으로써, 한편으로 장력이 일치하지 않아 단락이 발생할 리스크를 방지할 수 있을뿐더러, 다른 한편으로는 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능을 향상할 수 있다. 제1 도포층과 제2 도포층사이의 함량 차이가 너무 클 경우, 분리막의 양측 표면의 장력이 불일치하게 되어 분리막에 주름이 발생하면서 표면에 기포가 발생하기에, 전해액의 침윤성이 떨어져 리튬 석출이 발생하기 쉬워지므로, 사이클 성능이 떨어져 사이클 감쇠가 빨라지기에 고배율 방전성능이 떨어진다.
선택적으로, 제1 도포층과 상기 제2 도포층의 질량비는 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5 등일 수 있다. 제1 도포층과 상기 제2 도포층의 질량비는 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 제1 도포층 또는 제2 도포층은 충전재를 더 포함할 수 있는데, 상기 충전재는 예를 들면 산화알루미늄일 수 있고, 도포층의 내열성과 안정성을 향상할 수 있어, 제1 극물질과 함께 사용하면 가공 과정 및 반복 사용과정에 있어서의 베어셀의 팽창을 억제하고 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능을 향상할 수 있다. 상기 충전재의 함량에 대해서는 특별히 한정하지 않는다. 예를 들면 제1 도포층 또는 제2 도포층중의 충전재의 질량비는 0보다 크고 25%보다 작거나 같을 수 있다. 제1 도포층 또는 제2 도포층중의 충전재 함량이 25%보다 높으면, 베이스막의 미세홀이 막혀 이온의 흐름 속도가 늦어지기에, 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능에 영향을 줄 수 있다.
선택적으로, 제1 도포층 또는 제2 도포층중의 상기 충전재의 질량 퍼센트비는 3.2%, 8%, 10%, 15%, 18.9%, 20% 또는 25% 등일 수 있다. 제1 도포층 또는 제2 도포층중의 충전재의 질량비는 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제1 도포층은 제1 도포층 페이스트를 사용하여 제조된다. 상기 제1 도포층 페이스트는 상기 제1 극물질, 상기 제1 접착력 증강제와 제1 용매를 포함한다. 여기서, 상기 제1 도포층 페이스트의 점도는 8000mpa.s~12000mpa.s일 수 있다.
본 출원에 있어서, 제1 도포층 페이스트의 제조방법으로 당해 기술분야의 공지방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 제1 극물질, 제1 접착력 증강제를 제1 용매중에 혼합하여 균일한 페이스트를 형성하여 제1 도포층 페이스트로 한다. 선택적으로, 제1 도포층 페이스트 제조과정에 있어서, 제1 극물질, 제1 접착력 증강제, 충전재를 혼합한 후 제1 용매중에 용해시켜 제조할 수도 있다. 각 물질의 사용량은 본 출원의 상기의 제1 도포층중의 각 성분 질량비 설정에 관한 내용을 참조할 수 있다.
본 출원에 있어서, 제1 도포층 페이스트의 점도는 도포 및 셀의 전기화학적 성능에 대한 영향이 매우 크다. 제1 도포층 페이스트의 점도가 너무 높으면 겔화 현상이 발생하기 쉽기에, 도포 불균일이 발생하여 셀 일치성이 떨어지므로 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능이 떨어질 수 있다. 그리고 제1 도포층 페이스트의 점도가 너무 낮으면 제1 도포층 페이스트를 베이스막상에 양호하게 도포할 수 없다. 이로써, 제1 도포층 페이스트를 적합한 점도범위내에 한정하는 것을 통하여, 제1 도포층 페이스트를 더욱 양호하게 베이스막상에 도포 가능할뿐더러 양호한 셀 일치성을 확보할 수 있으므로, 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능을 향상할 수 있다.
선택적으로, 상기 제1 도포층 페이스트의 점도는 8000mpa.s, 9000mpa.s, 10000mpa.s, 11000mpa.s 또는 12000mpa.s 등일 수 있다. 제1 도포층 페이스트의 무게 평균 분자량은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
더우기는, 제1 용매에 대하여 일반적으로 한정하지 않는다. 더욱 구체적으로, 제1 접착력 증강제로 알길산나트륨을 사용할 경우, 제1 용매에 대하여 특별히 한정하지 않는다. 하지만 제1 접착력 증강제로 폴리비닐리덴디플루오라이드를 사용할 경우, 제1 용매로 유기용매를 사용하는데, 상기 유기용매는 예를 들면 N,N-디메틸피롤릴리온(Dimethylpyrrolilione), 아세톤 등일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 제2 도포층은 제2 도포층 페이스트를 사용하여 제조된다. 제2 도포층의 제조방법으로 당해 기술분야의 공지방법을 사용할 수 있다. 상기 제2 도포층 페이스트는 상기 제2 극물질, 상기 제2 접착력 증강제와 제2 용매를 포함한다. 여기서, 상기 제2 도포층 페이스트의 점도는 5000mpa.s~20000mpa.s일 수 있다.
본 출원에 있어서, 제2 도포층 페이스트의 제조방법으로 당해 기술분야의 공지방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 제2 극물질, 제2 접착력 증강제를 제2 용매중에 혼합하여 균일한 페이스트를 형성하여 제2 도포층 페이스트로 한다. 선택적으로, 제2 도포층 페이스트 제조과정에 있어서, 제2 극물질, 제2 접착력 증강제, 충전재를 혼합한 후 제2 용매중에 용해시켜 제조할 수도 있다. 각 물질의 사용량은 본 출원의 상기의 제2 도포층중의 각 성분 질량비의 설정에 관한 내용을 참조할 수 있다.
본 출원에 있어서, 제2 도포층 페이스트의 점도는 도포 및 셀의 전기화학적 성능에 대한 영향이 매우 크다. 제2 도포층 페이스트의 점도가 너무 높으면 겔화 현상이 발생하기 쉽기에, 도포 불균일이 발생하여 셀 일치성이 떨어지므로 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능이 떨어질 수 있다. 그리고 제2 도포층 페이스트의 점도가 너무 낮으면 제2 도포층 페이스트를 베이스막상에 양호하게 도포할 수 없다. 이로써, 제2 도포층 페이스트를 적합한 점도범위내에 한정하는 것을 통하여, 제2 도포층 페이스트를 더욱 양호하게 베이스막상에 도포 가능할뿐더러 양호한 셀 일치성을 확보할 수 있으므로, 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능을 향상할 수 있다.
선택적으로, 상기 제2 도포층 페이스트의 점도는 5000mpa.s, 8000mpa.s, 10000mpa.s, 13000mpa.s, 15000mpa.s, 18000mpa.s 또는 20000mpa.s 등일 수 있다. 제2 도포층 페이스트의 무게 평균 분자량은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
더우기는, 제2 용매에 대하여 일반적으로 한정하지 않는다. 더욱 구체적으로, 제2 접착력 증강제로 알길산나트륨을 사용할 경우, 제2 용매에 대하여 특별히 한정하지 않는다. 하지만 제2 접착력 증강제로 폴리비닐리덴디플루오라이드를 사용할 경우, 제2 용매로 유기용매를 사용하는데, 상기 유기용매는 예를 들면 N,N-디메틸피롤릴리온, 아세톤 등일 수 있다.
[베이스막]
일부 실시방식에 있어서, 본 출원의 베이스막은 그 종류에 대하여 특별히 한정하지 않고, 양호한 화학적 안정성 및 물리적 안정성을 가지는 임의의 공지의 다공 구조의 베이스막을 사용할 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 베이스막의 재질은 유리섬유, 부직포, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리비닐리덴디플루오라이드중의 적어도 하나를 사용할 수 있다. 베이스막은 단층의 박막일 수도 있고 다층의 복합박막일 수도 있으며, 이에 대하여 특별히 한정하지 않는다. 베이스막이 다층의 복합박막일 경우, 각 층의 재료는 동일하거나 또는 부동할 수 있으며, 이에 대하여 특별히 한정하지 않는다.
[음극]
음극은 음극 집전체 및 음극 집전체의 적어도 하나의 표면상에 위치하는 음극막층을 포함한다. 상기 음극막층은 음극 활물질을 포함한다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 음극 활물질은 규소-탄소 혼합물을 포함하고, 상기 규소-탄소 혼합물중의 규소의 입경은 0.1~0.5μm일 수 있다. 탄소는 인조 흑연과 천연 흑연을 혼합한 탄소이다.
본 출원에 있어서, 규소의 입경이 전기화학적 성능에 대한 영향이 상대적으로 크다. 마이크로 규소는 나노 규소에 비하여 비표면적이 더 작고 부반응이 적게 발생하기에, 배터리의 사이클 성능이 더욱 양호하고 고배율 방전성능도 더욱 좋으므로 마이크로 규소를 사용하는 것이 바람직하다.
선택적으로, 상기 규소의 입경은 0.1μm, 0.3μm, 0.5μm 등일 수 있다. 규소의 입경은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
선택적으로, 규소-탄소 혼합물중의 C:Si는 95~97:3~5 등일 수 있다. 예를 들면 C:Si는 95:5일 수 있다.
더우기는, 상기 음극막층중의 상기 규소-탄소 혼합물 함량은 95%-97%일 수 있다. 규소-탄소 혼합물의 함량이 에너지 밀도에 영향을 줄 수 있기에, 일반적으로 상기 음극막층중의 규소-탄소 혼합물 함량이 95%보다 높아야만 배터리의 고용량을 실현 가능하며 배터리의 사이클 성능과 고배율 방전성능을 향상할 수 있다.
선택적으로, 음극막층중의 규소-탄소 혼합물 함량은 95.9%, 96%, 96.7%, 96.8% 또는 97% 등일 수 있다. 음극막층중의 규소-탄소 혼합물 함량은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
선택적으로, 음극 활물질은 배터리에 이용하는 당해 기술분야 공지의 음극 활물질을 사용할 수 있다. 예를 들면, 음극 활물질은 인조 흑연, 천연 흑연, 연탄(soft charcoal), 경탄, 규소계 물질, 주석계 물질과 티탄산 리튬 등 재료중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 규소계 물질은 단체규소, 규소-산소 화합물, 규소-질소 복합물 및 규소합금중의 적어도 하나일 수 있다. 상기 주석계 물질은 단체주석, 주석-산소 화합물 및 주석합금중의 적어도 하나일 수 있다. 하지만 본 출원에서는 이러한 재료만에 한정되는 것이 아니라, 배터리 음극 활물질로 사용 가능한 기타 전통소재를 사용할 수도 있다. 이러한 음극 활물질은 한가지만 단독으로 사용 가능할 뿐만아니라 두가지 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
예를 들면, 음극 집전체는 자체의 두께방향에서 서로 마주하는 두 표면을 구비하고, 음극막층은 음극 집전체의 서로 마주하는 두 표면중의 임의의 하나 또는 두 표면상에 위치한다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 음극 집전체는 금속 박편 또는 복합집전체를 사용할 수 있다. 예를 들면, 금속 박편은 동박을 사용할 수 있다. 복합집전체는 고분자재료 베이스층과 고분자재료 베이스층(고분자재료 기재)의 적어도 하나의 표면상에 형성된 금속층을 포함할 수 있다. 복합집전체는 금속재료(동, 동합금, 니켈, 니켈합금, 티탄, 티탄합금, 은 및 은합금 등)를 고분자재료기재(예를 들면, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE) 등 기재) 위에 형성하여 구성된다.
일부 실시방식에 있어서, 음극막층은 선택적으로 음극용 접착제를 더 포함할 수 있다. 상기 음극용 접착제는 스틸렌부타디엔고무(SBR), 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴산나트륨(PAAS), 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리비닐알코올(PVA), 알길산나트륨(SA), 폴리메타크릴산(PMAA) 및 카르복시메틸치토산(CMCS)중의 적어도 하나일 수 있다. 선택적으로, 음극용 접착제는 스틸렌부타디엔고무(SBR)와 알길산나트륨(SA)중에서 선택 사용할 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 음극막층은 선택적으로 전기 전도제를 더 포함할 수 있다. 전기 전도제는 초전도 탄소, 아세틸렌블랙, 카본블랙, 케첸블랙, 탄소봉(Carbon point), 탄소 노튜브, 그래핀 및 탄소 나노섬유중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 음극막층은 선택적으로 예를 들면 점증제(예를 들면 카르복시메틸셀룰로즈나트륨(CMC-Na)) 등과 같은 기타 보조제를 더 포함할 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 예를 들면 상술한 음극 활물질, 전기 전도제, 접착제 및 임의의 기타 성분 등 음극 제조에 사용되는 물질을 용매(예를 들면 탈이온수)중에 분산시켜 음극 페이스트를 형성하고， 음극 페이스트를 음극 집전체상에 도포한 후 건조처리, 냉압처리 등 프로세스를 거쳐 음극을 제조할 수 있다.
[양극]
양극은 양극 집전체 및 양극 집전체의 적어도 하나의 표면상에 위치하는 양극막층을 포함한다. 상기 양극막층은 본 출원의 제1 양태에 따르는 양극 물질을 포함한다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 양극은 양극 물질 LiNixCoyMnzO2를 포함한다. 여기서, x+y+z=1, x=0.5~0.9이며, 선택적으로 x=0.5~0.7, x=0.8~0.9일 수 있다.
본 출원에 있어서, 일반적으로 양극 물질중의 니켈 함량은 0.5보다 높으면 된다. 하지만, 부동한 양극체제의 셀인 경우 베어셀 팽창변화도 부동하기에, 본 출원의 분리막은 특히 고니켈 양극 물질을 포함하는 베어셀의 사이클 팽창율 개선에 효과가 뚜렷하다.
더욱 구체적으로, 니켈 함량x=0.5~0.7일 경우, 양극 물질의 결정 세포(crystal cell) 파라미터의 변화가 상대적으로 크기에 양극 물질의 체적변화도 크고, 초기 베어셀 팽창에 대한 최종적인 베어셀 팽창의 변화가 상대적으로 크지만, 획득하는 베어셀 사이클 팽창율이 상대적으로 작기에, 본 출원의 상기 범위내에 있어서, 베어셀의 사이클 팽창율에 대한 개선효과가 더욱 현저하고, 사이클 유지율이 더욱 양호하다. 하지만 니켈 함량이 예를 들면 0.8~0.9일 경우, 양극 물질의 결정 세포 파라미터변화가 상대적으로 작지만, 최종적인 베어셀 사이클 팽창율도 매우 작기에, 여전히 본 출원에서 요구하는 범위에 해당될 수 있다.
선택적으로, x=0.4, x=0.5, x=0.6, x=0.7, x=0.8 또는 x=0.9 등일 수 있고, 니켈 함량은 상술한 임의의 포인트 값 또는임의의 포인트 값끼리로 구성된 범위값일 수 있다.
선택적으로, 양극 물질은 LiNi0.4Co0.4Mn0.2O2, LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2, LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, LiNi0.7Co0.2Mn0.1O2, LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2, LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2 등일 수 있다.
진일보 선택적으로, 양극 활물질은 배터리에 이용되는 당해 기술분야 공지의 양극 활물질을 사용할 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질은 감람석 구조의 리튬 함유 인산염, 리튬 전이금속 산화물 및 이들의 변성 화합물 등 재료중의 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 본 출원에서는 이러한 재료만에 한정하지 않고 배터리의 양극 활물질로 사용 가능한 기타 전통소재도 사용할 수도 있다. 이러한 양극 활물질은 한가지만 단독으로 사용 가능할 뿐만아니라 두가지 이상을 조합하여 사용할 수도 있다. 여기서, 리튬 전이금속 산화물은 예를 들면 리튬 코발트 산화물(예를 들면 LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(예를 들면 LiNiO2), 리튬 망간 산화물(예를 들면 LiMnO2, LiMn2O4), 리튬 니켈 코발트 산화물, 리튬 망간 코발트 산화물, 리튬 니켈 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 망간 산화물(예를 들면 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NCM333으로 약칭도 가능), LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2(NCM211로 약칭도 가능), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물(예를 들면 LiNi0.85Co0.15Al0.05O2) 및 이들의 변성 화합물 등 중의 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 감람석 구조의 리튬 함유 인산염은 예를 들면 인산철리튬(예를 들면 LiFePO4(LFP로 약칭도 가능)), 인산철리튬과 탄소의 복합재료, 인산망간 리튬(예를 들면 LiMnPO4), 인산망간 리튬과 탄소의 복합재료, 인산망간 철 리튬, 인산망간 철 리튬과 탄소의 복합재료중의 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
예를 들면, 양극 집전체는 자체의 두께방향에서 서로 마주하는 두 표면을 구비하고, 양극막층은 양극 집전체의 서로 마주하는 두 표면중의 임의의 하나 또는 두 표면상에 위치한다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 양극 집전체는 금속 박편 또는 복합집전체를 사용할 수 있다. 예를 들면, 금속 박편은 알루미늄박을 사용할 수 있다. 복합집전체는 고분자재료 베이스층과 고분자재료 베이스층의 적어도 하나의 표면상에 형성된 금속층을 포함할 수 있다. 복합집전체는 금속재료(알루미늄, 알루미늄합금, 니켈, 니켈합금, 티탄, 티탄합금, 은 및 은합금 등)를고분자재료기재(예를 들면 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE) 등의 기재) 위에 형성하여 구성된다.
일부 실시방식에 있어서, 양극막층은 선택적으로 음극용 접착제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 음극용 접착제는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 비닐리덴플로라이드-테트라플루오로에틸렌-프로필렌의 3원 공중합물, 비닐리덴 플로라이드-헥사플루오로프로필렌-테트라플루오로에틸렌의 3원 공중합물, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌의 공중합물 및 불소함유 아크릴레이트수지중의 적어도 하나일 수 있다. 선택적으로, 음극용 접착제는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 양극막층은 선택적으로 전기 전도제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 전기 전도제는 초전도 탄소, 아세틸렌블랙, 카본블랙, 케첸블랙, 탄소봉, 탄소 노튜브, 그래핀 및 탄소 나노섬유중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 예를 들면 상술한 양극 물질, 전기 전도제, 접착제 및 임의의 기타 성분등양극 제조에 사용되는 물질을 용매(예를 들면 N-메틸피롤리돈)중에 분산시켜 양극 페이스트를 형성하고, 양극 페이스트를 양극 집전체상에 도포한 후 건조처리, 냉압처리 등 프로세스를 거쳐 양극을 제조할 수 있다.
[전해질]
전해질은 양극극판과 음극극판 사이에서 이온을 전도하는 작용을 발휘한다. 본 출원에서 전해질의 종류에 대하여 특별히 한정하지 않기에, 수요에 따라 선택 사용할수 있다. 예를 들면, 전해질은 액체 상태일 수도 있고, 겔 상태일 수도 있으며, 고체 상태일 수도 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 전해질은 전해액을 사용한다. 상기 전해액은 전해질염과 용매를 포함한다.
일부 실시방식에 있어서, 전해질염은 F6LiP, BF4Li, ClLiO4, AsF6Li, F2NO4S2.Li, C2F6LiNO4S2, CF3LiO3S, F2H2LiO2P, C2BF2LiO4, C4BLiO8, C4F2LiO8P 및 C2F4LiO4P중의 적어도 하나일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 용매는 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 디프로필카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 아세틸카보네이트, 부틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 메틸포르메이트, 아세트산메틸에스테르, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트, 메틸부티레이트, 뷰티르산에틸, 1,4-부티로락톤, 술포란, 디메틸 설폰, 메틸술폭시드 및 에틸술폰중의 적어도 하나일 수 있다.
일부 실시방식에 있어서, 상기 전해액은 선택적으로 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면 첨가제는 음극 성막 첨가제, 양극 성막 첨가제를 포함할 수 있고, 예를 들면 배터리의 과충전 성능을 개선하기 위한 첨가제, 배터리의 고온 또는 저온 성능을 개선하기 위한 첨가제 등과 같이 배터리의 그 어떤 성능을 개선하기 위한 첨가제를 더 포함할 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 본 출원의 배터리에 대해 설명하도록 한다.
본 출원의 일 실시방식에 있어서 이차 전지를 제공한다. 일반적인 정황에서, 이차 전지는 양극, 음극, 전해질과 분리막을 포함한다. 배터리의 충방전과에 있어서, 활성 이온은 양극과 음극 사이를 왕복하면서 삽입 및 탈리를 반복한다. 전해질은 양극과 음극 사이에서 이온을 전도하는 작용을 발휘한다. 분리막은 양극극판과 음극극판 사이에 설치되며, 주요하게 양극과 음극 사이의 단락 발생을 방지하는 작용을 발휘할뿐더러 이온을 통과시킨다.
일부 실시방식에 있어서, 양극, 음극과 분리막에 대하여 권취가공 또는적층가공을 진행하여 전극 어셈블리를 제조한다.
일부 실시방식에 있어서, 이차 전지는 외부 패키지를 포함할 수 있다. 당해 외부 패키지는 상술한 전극 어셈블리 및 전해질의 패키징에 사용된다.
일부 실시방식에 있어서, 이차 전지의 외부 패키지는 예를 들면 경질 비닐 하우징, 알루미늄 하우징, 철 하우징 등과 같은 경질 하우징일 수 있다. 이차 전지의 외부 패키지는 예를 들면 파우치형 연질 포장과 같은 연질 포장일 수도 있다. 연질 포장의 재질은 비닐일 수 있고, 상기 비닐은 폴리프로필렌, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리부틸렌석시네이트 등일 수 있다.
본 출원에서는 이차 전지의 형상에 대하여 특별히 한정하지 않으며, 원통형, 사각형 또는 기타 임의의 형상일 수 있다. 예를 들면, 도3에는 하나의 예시로서 사각형 구조의 이차 전지(5)를 도시하였다.
일부 실시방식에 있어서, 도4를 참조하면, 외부 패키지는 하우징(51)과 커버(53)를 포함할 수 있다. 여기서, 하우징(51)은 밑판과 밑판에 연결된 측판을 포함하며, 밑판과 측판에 둘러싸인 공간은 수납실을 형성한다. 하우징(51)은 수납실과 연통하는 개구를 구비하며, 커버(53)은 상기 개구를 덮어 상기 수납실을 폐쇄할 수 있다. 양극극판, 음극극판과 분리막은 권취가공 또는적층가공을 통하여 전극 어셈블리(52)를 형성할 수 있다. 전극 어셈블리(52)는 상기 수납실내에 패키징된다. 전해액은 전극 어셈블리(52)를 침윤한다. 이차 전지(5)가 구비하는 전극 어셈블리(52)의 수량은 하나 또는 복수일 수 있으며, 당업자가 구체적인 실지수요에 따라 선택 가능하다.
이하, 도면을 참조하면서 본 출원의 배터리 모듈, 배터리 팩 및 전기 소모 장치에 대한여 설명하도록 한다.
배터리 모듈
일부 실시방식에 있어서, 이차 전지는 조립하여 배터리 모듈을 구성할 수 있다. 배터리 모듈에 포함되는 이차 전지의 수량은 하나 또는 복수일 수 있는데, 그 구체적인 수량은 당업자가 배터리 모듈의 사용정황 및 그 용량에 따라 선택할 수 있다.
도5는 하나의 배터리 모듈(4)을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도5를 참조하면, 배터리 모듈(4)에 있어서, 복수의 이차 전지(5)는 배터리 모듈(4)의 길이방향을 따라 순차적으로 배열될 수 있다. 물론 기타 임의의 방식에 따라 배열할 수도 있다. 진일보로, 체결구를 통하여 당해 복수의 이차 전지(5)를 고정할 수 있다.
선택적으로, 배터리 모듈(4)은 수납공간을 구비하는 케이스를 더 포함할 수 있다. 복수의 이차 전지(5)는 당해 수납공간에 수납된다.
배터리 팩
일부 실시방식에 있어서, 상술한 배터리 모듈을 조립하여 배터리 팩을 구성할 수 있다. 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈의 수량은 하나 또는 복수일 수 있는데, 그 구체적인 수량은 당업자가 배터리 팩의 사용정황 및 그 용량에 따라 선택할 수 있다.
도6과 도7은 하나의 배터리 팩(1)을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도6과 도7을 참조하면, 배터리 팩(1)은 배터리 박스와 배터리 박스내에 설치되는 복수의 배터리 모듈(4)을 포함할 수 있다. 배터리 박스는 상측 박스(2)와 하측 박스(3)을 포함한다. 상측 박스(2)는 하측 박스(3)을 덮어 배터리 모듈(4)를 수납하기 위한 폐쇄공간을 형성할 수 있다. 복수의 배터리 모듈(4)은 임의의 방식에 따라 배터리 박스내에 배열될수 있다.
전기 소모 장치
그리고, 본 출원은 전기 소모 장치를 더 제공할 수 있다. 상기 전기 소모 장치는 본 출원에 따르는 이차 전지, 배터리 모듈 또는 배터리 팩중의 적어도 하나를 포함한다. 상기 이차 전지, 배터리 모듈 또는 배터리 팩은 상기 전기 소모 장치의 전원으로 사용할 수도 있고, 상기 전기 소모 장치의 에너지 저장유닛으로 사용할 수도 있다. 상기 전기 소모 장치는 휴대장치(예를 들면 휴대폰, 노트북 컴퓨터 등), 전기차량(예를 들면 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차, 전동 바이크, 전동 스쿠터, 전기골프카, 전기 트럭 등), 전기 기차, 선박 및 위성, 에너지 저장 시스템 등을 포함할 수 있지만, 이에만 한정되지 않는다.
상기 전기 소모 장치는 사용상의 필요에 따라 이차 전지, 배터리 모듈 또는 배터리 팩을 선택할 수 있다.
도8은 하나의 전기 소모 장치를 예시적으로 보여 주는 도면이다. 당해 전기 소모 장치는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 또는 플러그인 하이브리드 전기자동차 등일 수 있다. 당해 전기 소모 장치는 이차 전지의 고파워와 고에너지 밀도에 대한 수요를 위해 배터리 팩 또는 배터리 모듈을 사용할 수 있다.
다른 예시적인 장치는 휴대폰, 태블릿 PC, 노트북 컴퓨터 등일 수 있다. 당해 장치는 일반적으로 경박화가 요구되기에 이차 전지를 전원으로 사용할 수 있다.
실시예
이하, 본 출원의 실시예에 대하여 설명한다. 이하에 설명하는 실시예는 예시적인 것으로서 오로지 본 출원을 해석하기 위한 것이므로 본 출원에 대한 한정으로 이해하여서는 아니된다. 실시예중에서 구체적인 기술 또는 조건을 명기하지 않았을 경우, 당해 기술분야의 기술문헌에 기재된 기술 또는 조건 혹은 제품 설명서에 따라 해석되는 것은 당연한 것이다. 사용되는 시약 또는 기기에 대해 생산업체를 명기하지 않았을 경우, 모두 일반적인 시판 제품이라고 이해할 수 있다.
실시예1-1:
1. 분리막의 제조
1) 제1 극물질PEO와 산화알루미늄을 질량비 80:20의 비례로 NMP중에 용해시키고 균일하게 교반하여 제1 도포층 페이스트를 제조하고, 그라비아 코팅공정을 통하여 제1 도포층 페이스트를 PE베이스막의 A면(PE베이스막의 양극에 가까운 일면)에 도포한다.
2) 제2 극물질PEI와 산화알루미늄을 질량비 80:20의 비례로 탈이온수중에 용해시키고 균일하게 교반하여 제2 도포층 페이스트를 제조하고, 그라비아 코팅공정을 통하여 제2 도포층 페이스트를PE베이스막의 B면(PE베이스막음극에 가까운 일면)에 도포한다.
3) 제1 도포층 페이스트 도포단계(단계1))와 제2 도포층 페이스트 도포단계(단계2)) 가 완료된 PE베이스막을 60℃에서 1h 건조시켜, PE베이스막의 양측 표면에 제1 도포층과 제2 도포층을 형성함으로써 분리막을 제조한다.
2. 양극의 제조
양극 활물질LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, 양극용 접착제PVDF, 전기전도 탄소를 질량비 97:1.07:1.93의 비례로 혼합하여 NMP중에 용해시키고 6h 교반하여 양극 페이스트를 제조하고, 양극 페이스트를 알루미늄박상에 도포한 후, 건조, 냉압처리를 거쳐 양극을 제조한다.
여기서, 상기 제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 상기 양극의 막층중의 상기 양극용 접착제 함량(질량%)m1의 비값
Figure pct00051
은 75:1이다.
3. 음극의 제조
SA와 SBR를 질량비80:20의 비례로 혼합하여 음극용 접착제를 제조한 후, 음극 활물질인 탄소규소혼합물(C:Si=95:5), 음극용 접착제, 탄소 노튜브를 질량비 97:2.66:0.34의 비례로 혼합하여 물중에 용해시키고 6h 교반하여 음극 페이스트를 제조하고, 음극 페이스트를 동박상에 도포한 후, 건조, 냉압처리를 거쳐 음극을 제조한다.
여기서, 상기 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 상기 음극의 막층중의 상기 음극용 접착제 함량(질량%)m2의 비값
Figure pct00052
는 30:1이다.
4. 배터리의 제조
양극, 분리막, 음극을 순차적으로 적층한 후 권취하여 베어셀을 제조한다. 여기서, 분리막의 제1 도포층은 양극과 접촉하고, 분리막의 제2 도포층은 음극과 접촉하도록 한다. 베어셀을 알루미늄 하우징내에 삽입하고 탑 커버를 용접한 후, 전해액 주입, 고온 방치, 활성화, 에이징 등 프로세스를 거쳐 리튬 이온 배터리를 제조한다.
실시예1-2:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예1-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 양극 활물질LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, 양극용 접착제PVDF, 전기전도 탄소의 질량비가97:1:2이고, 음극 활물질인 탄소규소혼합물, 음극용 접착제, 탄소 노튜브의 질량비가 97:2.5:0.5인 것이다.
제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 양극의 막층중의 양극용 접착제 함량(질량%)m1의 비값
Figure pct00053
은 80:1이다. 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 음극의 막층중의 음극용 접착제 함량(질량%)m2의 비값
Figure pct00054
는 32:1이다.
실시예1-3:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예1-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 양극 활물질LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, 양극용 접착제PVDF, 전기전도 탄소의 질량비가 97:0.91:2.09이고 음극 활물질인 탄소규소혼합물, 음극용 접착제, 탄소 노튜브의 질량비가 97:2.2:0.8인 것이다.
제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 양극의 막층중의 양극용 접착제 함량(질량%)m1의 비값
Figure pct00055
은 87:1이다. 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 음극의 막층중의 음극용 접착제 함량(질량%)m2의 비값
Figure pct00056
는 36:1이다.
실시예1-4:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예1-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 양극 활물질LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, 양극용 접착제PVDF, 전기전도 탄소의 질량비가 97:0.86:2.14이고 음극 활물질인 탄소규소혼합물, 음극용 접착제, 탄소 노튜브의 질량비가 97:2:1인 것이다.
제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 양극의 막층중의 양극용 접착제 함량(질량%)m1의 비값
Figure pct00057
은 93:1이다. 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 음극의 막층중의 음극용 접착제 함량(질량%)m2의 비값
Figure pct00058
는 40:1이다.
실시예1-5:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예1-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 양극 활물질LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, 양극용 접착제PVDF, 전기전도 탄소의 질량비가 97:0.82:2.18이고 음극 활물질인 탄소규소혼합물, 음극용 접착제, 탄소 노튜브의 질량비가 97:1.77:1.23인 것이다.
제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 양극의 막층중의 양극용 접착제 함량(질량%)m1의 비값
Figure pct00059
은 97:1이다. 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 음극의 막층중의 음극용 접착제 함량(질량%)m2의 비값
Figure pct00060
는 45:1이다.
실시예1-6:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예1-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 양극 활물질LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, 양극용 접착제PVDF, 전기전도 탄소의 질량비가 97:0.8:2.2이고 음극 활물질인 탄소규소혼합물, 음극용 접착제, 탄소 노튜브의 질량비가 97:1.6:1.4인 것이다.
제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 양극의 막층중의 양극용 접착제 함량(질량%)m1의 비값
Figure pct00061
은 100:1이다. 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 음극의 막층중의 음극용 접착제 함량(질량%)m2의 비값
Figure pct00062
는 50:1이다.
실시예1-7:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예1-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 양극 활물질LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, 양극용 접착제PVDF, 전기전도 탄소를 질량비 97:0.76:2.24의 비례로 혼합하고, 음극 활물질인 탄소규소혼합물, 음극용 접착제, 탄소 노튜브를 질량비97:1.5:1.5의 비례로 혼합하는 것이다.
제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 양극의 막층중의 양극용 접착제 함량(질량%)m1의 비값
Figure pct00063
은 105:1이다. 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 음극의 막층중의 음극용 접착제 함량(질량%)m2의 비값
Figure pct00064
는 53:1이다.
실시예2-1:
1. 분리막의 제조
1) 제1 극물질PAM와 산화알루미늄을 질량비 96.8:3.2의 비례로 NMP중에 용해시키고 균일하게 교반하여 제1 도포층 페이스트를 제조하고, 그라비아 코팅공정을 통하여 제1 도포층 페이스트를 PE베이스막의 A면(PE베이스막의 양극에 가까운 일면)에 도포한다.
2) 제2 극물질PEO와 산화알루미늄을 질량비 77.5:22.5의 비례로 탈이온수중에 용해시키고 균일하게 교반하여 제2 도포층 페이스트를 제조하고, 그라비아 코팅공정을 통하여 제2 도포층 페이스트를 PE베이스막의 B면(PE베이스막음극에 가까운 일면)에 도포한다.
3) 제1 도포층 페이스트 도포단계(단계1))와 제2 도포층 페이스트 도포단계(단계2)) 가 완료된 PE베이스막을 60℃에서 1h 건조시켜, PE베이스막의 양측 표면에 제1 도포층과 제2 도포층을 형성함으로써 분리막을 제조한다.
여기서, 제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2의 비값
Figure pct00065
은 1:0.8이다.
2. 양극의 제조
양극 활물질LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, 양극용 접착제PVDF, 전기전도 탄소를 질량비 97:1:2의 비례로 혼합하여 NMP중에 용해시키고 6h 교반하여 양극 페이스트를 제조하고, 양극 페이스트를 알루미늄박상에 도포한 후, 건조, 냉압처리를 거쳐 양극을 제조한다.
3. 음극의 제조
SA와 SBR를 질량비80:20의 비례로 혼합하여 음극용 접착제를 제조한 후, 음극 활물질인 탄소규소혼합물(C:Si=95:5), 음극용 접착제, 탄소 노튜브를 질량비 97:2.5:0.5의 비례로 혼합하여 물중에 용해시키고 6h 교반하여 음극 페이스트를 제조하고, 음극 페이스트를 동박상에 도포한 후, 건조, 냉압처리를 거쳐 음극을 제조한다.
4. 배터리의 제조
양극, 분리막, 음극을 순차적으로 적층한 후 권취하여 베어셀을 제조한다. 여기서, 분리막의 제1 도포층은 양극과 접촉하고, 분리막의 제2 도포층은 음극과 접촉하도록 한다. 베어셀을 알루미늄 하우징내에 삽입하고 탑 커버를 용접한 후, 전해액 주입, 고온 방치, 활성화, 에이징 등 프로세스를 거쳐 리튬 이온 배터리를 제조한다.
실시예2-2:
실시예2-1와 기본적으로 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질PAM과 산화알루미늄의 질량비가 85:15이고, 제2 극물질PEO와 산화알루미늄의 질량비가 85:15인 것이다. 제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2의 비값
Figure pct00066
은 1:1이다.
실시예2-3:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예2-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질PAM과 산화알루미늄의 질량비가 71.1:28.9이고, 제2 극물질PEO와 산화알루미늄의 질량비가 92.5:7.5인 것이다. 제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2의 비값
Figure pct00067
은 1:1.3이다.
실시예2-4:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예2-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질PAM과 산화알루미늄의 질량비가 65:35이고, 제2 극물질PEO와 산화알루미늄의 질량비가 97.5:2.5인 것이다. 제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2의 비값
Figure pct00068
은 1:1.5이다.
실시예3-1:
1. 분리막의 제조
1) 제1 극물질인 폴리우레아와 산화알루미늄을 질량비 75:25의 비례로 NMP중에 용해시키고 균일하게 교반하여 제1 도포층 페이스트를 제조하고, 그라비아 코팅공정을 통하여 제1 도포층 페이스트를 PE베이스막의 A면(PE베이스막의 양극에 가까운 일면)에 도포한다.
2) 제2 극물질PAM과 산화알루미늄을 질량비 75:25의 비례로 탈이온수중에 용해시키고 균일하게 교반하여 제2 도포층 페이스트를 제조하고, 그라비아 코팅공정을 통하여 제2 도포층 페이스트를 PE베이스막의 B면(PE베이스막음극에 가까운 일면)에 도포한다.
3) 제1 도포층 페이스트 도포단계(단계1))와 제2 도포층 페이스트 도포단계(단계2)) 가 완료된 PE베이스막을 60℃에서 1h 건조시켜, PE베이스막의 양측 표면에 제1 도포층과 제2 도포층을 형성함으로써 분리막을 제조한다.
2. 양극의 제조
양극 활물질LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, 양극용 접착제PVDF, 전기전도 탄소를 질량비 97:0.8:2.2의 비례로 혼합하여 NMP중에 용해시키고 6h 교반하여 양극 페이스트를 제조하고, 양극 페이스트를 알루미늄박상에 도포한 후, 건조, 냉압처리를 거쳐 양극을 제조한다.
3. 음극의 제조
SA와 SBR를 질량비80:20의 비례로 혼합하여 음극용 접착제를 제조한 후, 음극 활물질인 탄소규소혼합물(C:Si=95:5), 음극용 접착제, 탄소 노튜브를 질량비 97:1.8:1.2의 비례로 혼합하여 물중에 용해시키고 6h 교반하여 음극 페이스트를 제조하고, 음극 페이스트를 동박상에 도포한 후, 건조, 냉압처리를 거쳐 음극을 제조한다.
4. 배터리의 제조
양극, 분리막, 음극을 순차적으로 적층한 후 권취하여 베어셀을 제조한다. 여기서, 분리막의 제1 도포층은 양극과 접촉하고, 분리막의 제2 도포층은 음극과 접촉하도록 한다. 베어셀을 알루미늄 하우징내에 삽입하고 탑 커버를 용접한 후, 전해액 주입, 고온 방치, 활성화, 에이징 등 프로세스를 거쳐 리튬 이온 배터리를 제조한다.
실시예3-2:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예3-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질인 폴리우레아가 제1 도포층중에서 차지하는 질량 비율이 80%이고, 제2 극물질PAM이 제2 도포층중에서 차지하는 질량 비율이 80%인 것이다. 양극 활물질LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, 양극용 접착제PVDF, 전기전도 탄소의 질량비는 97:0.9:2.3이고, 음극 활물질인 탄소규소혼합물, 음극용 접착제, 탄소 노튜브의 질량비는 97:2:1이다.
실시예3-3:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예3-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질인 폴리우레아가 제1 도포층중에서 차지하는 질량 비율이 85%이고, 제2 극물질PAM이 제2 도포층중에서 차지하는 질량 비율이 85%인 것이다. 양극 활물질LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, 양극용 접착제PVDF, 전기전도 탄소의 질량비는 97:1:2이고, 음극 활물질인 탄소규소혼합물, 음극용 접착제, 탄소 노튜브의 질량비는 97:2.6:0.4이다.
실시예3-4:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예3-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질인 폴리우레아가 제1 도포층중에서 차지하는 질량 비율이 90%이고, 제2 극물질PAM이 제2 도포층중에서 차지하는 질량 비율이 90%인 것이다. 양극 활물질LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, 양극용 접착제PVDF, 전기전도 탄소의 질량비는 97:1.2:1.8이도, 음극 활물질인 탄소규소혼합물, 음극용 접착제, 탄소 노튜브의 질량비는 97:3:0이다.
실시예3-5:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예3-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질인 폴리우레아가 제1 도포층중에서 차지하는 질량 비율이 92%이고, 제2 극물질PAM이 제2 도포층중에서 차지하는 질량 비율이 92%인 것이다. 양극 활물질LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, 양극용 접착제PVDF, 전기전도 탄소의 질량비는 97:1.5:0.5이고, 음극 활물질인 탄소규소혼합물, 음극용 접착제, 탄소 노튜브의 질량비는 96.8:3.2:0이다.
실시예4-1:
1. 분리막의 제조
1) 제1 극물질PEO, 제1 접착력 증강제PVDF, 산화알루미늄을 질량비 80:14:6의 비례로 NMP중에 용해시키고 균일하게 교반하여 제1 도포층 페이스트를 제조하고, 그라비아 코팅공정을 통하여 제1 도포층 페이스트를 PE베이스막의 A면(PE베이스막의 양극에 가까운 일면)에 도포한다.
2) 제2 극물질PEI와 제1 접착력 증강제PVDF를 질량비 80:20의 비례로 탈이온수중에 용해시키고 균일하게 교반하여 제2 도포층 페이스트를 제조하고, 그라비아 코팅공정을 통하여 제2 도포층 페이스트를 PE베이스막의 B면(PE베이스막음극에 가까운 일면)에 도포한다.
3) 제1 도포층 페이스트 도포단계(단계1))와 제2 도포층 페이스트 도포단계(단계2)) 가 완료된 PE베이스막을 60℃에서 1h 건조시켜, PE베이스막의 양측 표면에 제1 도포층과 제2 도포층을 형성함으로써 분리막을 제조한다.
여기서, 제1 도포층중의 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1과 제2 도포층중의 제2 접착력 증강제 함량(질량%)k2의 비값
Figure pct00069
은 0.7:1이다.
2. 양극의 제조
양극 활물질LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, 양극용 접착제PVDF, 전기전도 탄소를 질량비 97:1:2의 비례로 혼합하여 NMP중에 용해시키고 6h 교반하여 양극 페이스트를 제조하고, 양극 페이스트를 알루미늄박상에 도포한 후, 건조, 냉압처리를 거쳐 양극을 제조한다.
3. 음극의 제조
SA와 SBR를 질량비80:20의 비례로 혼합하여 음극용 접착제를 제조한 후, 음극 활물질인 탄소규소혼합물(C:Si=95:5), 음극용 접착제, 탄소 노튜브를 질량비 97:2.5:0.5의 비례로 혼합하여 물중에 용해시키고 6h 교반하여 음극 페이스트를 제조하고, 음극 페이스트를 동박상에 도포한 후, 건조, 냉압처리를 거쳐 음극을 제조한다.
4. 배터리의 제조
양극, 분리막, 음극을 순차적으로 적층한 후 권취하여 베어셀을 제조한다. 여기서, 분리막의 제1 도포층은 양극과 접촉하고, 분리막의 제2 도포층은 음극과 접촉하도록 한다. 베어셀을 알루미늄 하우징내에 삽입하고 탑 커버를 용접한 후, 전해액 주입, 고온 방치, 활성화, 에이징 등 프로세스를 거쳐 리튬 이온 배터리를 제조한다.
실시예4-2:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예4-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질PEO, 제1 접착력 증강제PVDF, 산화알루미늄의 질량비가 80:16.6:3.4인 것이다. 제1 도포층중의 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1과 제2 도포층중의 제2 접착력 증강제 함량(질량%)k2의 비값
Figure pct00070
은 0.8:1이다.
실시예4-3:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예4-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질PEO, 제1 접착력 증강제PVDF, 산화알루미늄의 질량비가 80:18:2인 것이다. 제1 도포층중의 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1과 제2 도포층중의 제2 접착력 증강제 함량(질량%)k2의 비값
Figure pct00071
은 0.9:1이다.
실시예4-4:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예4-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질PEO, 제1 접착력 증강제PVDF, 산화알루미늄의 질량비가 80:19:1인 것이다. 제1 도포층중의 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1과 제2 도포층중의 제2 접착력 증강제 함량(질량%)k2의 비값
Figure pct00072
은 0.95:1이다.
실시예4-5:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예4-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질PEO, 제1 접착력 증강제PVDF의 질량비가 80:20인 것이다. 제1 도포층중의 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1과 제2 도포층중의 제2 접착력 증강제 함량(질량%)k2의 비값
Figure pct00073
은 1:1이다.
실시예5-1:
1. 분리막의 제조
1) 제1 극물질PAM, 제1 접착력 증강제PVDF, 산화알루미늄을 질량비 80:17.4:2.6의 비례로 NMP중에 용해시키고 균일하게 교반하여 제1 도포층 페이스트를 제조하고, 그라비아 코팅공정을 통하여 제1 도포층 페이스트를 PE베이스막의 A면(PE베이스막의 양극에 가까운 일면)에 도포한다.
2) 제2 극물질PEO와 제1 접착력 증강제PVDF를 질량비 83:17의 비례로 탈이온수중에 용해시키고 균일하게 교반하여 제2 도포층 페이스트를 제조하고, 그라비아 코팅공정을 통하여 제2 도포층 페이스트를 PE베이스막의 B면(PE베이스막음극에 가까운 일면)에 도포한다.
3) 제1 도포층 페이스트 도포단계(단계1))와 제2 도포층 페이스트 도포단계(단계2)) 가 완료된 PE베이스막을 60℃에서 1h 건조시켜, PE베이스막의 양측 표면에 제1 도포층과 제2 도포층을 형성함으로써 분리막을 제조한다.
여기서, 제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 제1 도포층중의 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1의 질량비
Figure pct00074
은 4.6:1이다. 제2 도포층은 제2 접착력 증강제를 포함하고, 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 제2 도포층중의 제2 접착력 증강제 함량(질량%)k2의 질량비
Figure pct00075
는 4.9:1이다.
2. 양극의 제조
양극 활물질LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, 양극용 접착제PVDF, 전기전도 탄소를 질량비 97:1:2의 비례로 혼합하여 NMP중에 용해시키고 6h 교반하여 양극 페이스트를 제조하고, 양극 페이스트를 알루미늄박상에 도포한 후, 건조, 냉압처리를 거쳐 양극을 제조한다.
3. 음극의 제조
SA와 SBR를 질량비80:20의 비례로 혼합하여 음극용 접착제를 제조한 후, 음극 활물질인 탄소규소혼합물(C:Si=95:5), 음극용 접착제, 탄소 노튜브를 질량비 97:2.5:0.5의 비례로 혼합하여 물중에 용해시키고 6h 교반하여 음극 페이스트를 제조하고, 음극 페이스트를 동박상에 도포한 후, 건조, 냉압처리를 거쳐 음극을 제조한다.
4. 배터리의 제조
양극, 분리막, 음극을 순차적으로 적층한 후 권취하여 베어셀을 제조한다. 여기서, 분리막의 제1 도포층은 양극과 접촉하고, 분리막의 제2 도포층은 음극과 접촉하도록 한다. 베어셀을 알루미늄 하우징내에 삽입하고 탑 커버를 용접한 후, 전해액 주입, 고온 방치, 활성화, 에이징 등 프로세스를 거쳐 리튬 이온 배터리를 제조한다.
실시예5-2:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예5-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질PAM, 제1 접착력 증강제PVDF, 산화알루미늄의 질량비가 80:16:4인 것이다. 제2 극물질PEO, 제2 접착력 증강제PVDF의 질량비는 83.4:16.6이다.
제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 제1 도포층중의 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1의 질량비
Figure pct00076
은 5:1이고, 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 제2 도포층중의 제2 접착력 증강제 함량(질량%)k2의 질량비
Figure pct00077
는 5:1이다.
실시예5-3:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예5-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질PAM, 제1 접착력 증강제PVDF, 산화알루미늄의 질량비가 80:15:5인 것이다. 제2 극물질PEO, 제2 접착력 증강제PVDF, 산화알루미늄의 질량비는 84.2:15.8이다.
제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 제1 도포층중의 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1의 질량비
Figure pct00078
은 5.3:1이고, 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 제2 도포층중의 제2 접착력 증강제 함량(질량%)k2의 질량비
Figure pct00079
는 5.3:1이다.
실시예5-4:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예5-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질PAM, 제1 접착력 증강제PVDF, 산화알루미늄의 질량비가 80:13.3:6.7인 것이다. 제2 극물질PEO, 제2 접착력 증강제PVDF의 질량비는 86:14이다.
제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 제1 도포층중의 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1의 질량비
Figure pct00080
은 6:1이고, 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 제2 도포층중의 제2 접착력 증강제 함량(질량%)k2의 질량비
Figure pct00081
는 6:1이다.
실시예5-5:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예5-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질PAM, 제1 접착력 증강제PVDF, 산화알루미늄의 질량비가 80:10:10인 것이다. 제2 극물질PEO, 제2 접착력 증강제PVDF의 질량비는 89:11이다.
제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 제1 도포층중의 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1의 질량비
Figure pct00082
은 8:1이고, 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 제2 도포층중의 제2 접착력 증강제 함량(질량%)k2의 질량비
Figure pct00083
는 8:1이다.
실시예5-6:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예5-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질PAM, 제1 접착력 증강제PVDF, 산화알루미늄의 질량비가 80:8.9:11.1인 것이다. 제2 극물질PEO, 제2 접착력 증강제PVDF, 산화알루미늄의 질량비는 90:10이다.
제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 제1 도포층중의 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1의 질량비
Figure pct00084
은 9:1이다. 제2 도포층은 제2 접착력 증강제를 포함하고, 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 제2 도포층중의 제2 접착력 증강제 함량(질량%)k2의 질량비
Figure pct00085
는 9:1이다.
실시예5-7:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예5-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질PAM, 제1 접착력 증강제PVDF, 산화알루미늄의 질량비가 80:8.6:11.4인 것이다. 제2 극물질PEO, 제2 접착력 증강제PVDF의 질량비는 90.3:9.7이다.
제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 제1 도포층중의 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1의 질량비
Figure pct00086
은 9.3:1이다. 제2 도포층은 제2 접착력 증강제를 포함하고, 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 제2 도포층중의 제2 접착력 증강제 함량(질량%)k2의 질량비
Figure pct00087
는 9.3:1이다.
실시예6-1:
1. 분리막의 제조
1) 제1 극물질PEO, 제1 접착력 증강제PVDF를 질량비 80:20의 비례로 NMP중에 용해시키고 균일하게 교반하여 제1 도포층 페이스트를 제조하고, 그라비아 코팅공정을 통하여 제1 도포층 페이스트를 PE베이스막의 A면(PE베이스막의 양극에 가까운 일면)에 도포한다.
2) 제2 극물질PEO와 제1 접착력 증강제PVDF를 질량비 80:20의 비례로 탈이온수중에 용해시키고 균일하게 교반하여 제2 도포층 페이스트를 제조하고, 그라비아 코팅공정을 통하여 제2 도포층 페이스트를 PE베이스막의 B면(PE베이스막음극에 가까운 일면)에 도포한다.
3) 제1 도포층 페이스트 도포단계(단계1))와 제2 도포층 페이스트 도포단계(단계2)) 가 완료된 PE베이스막을 60℃에서 1h 건조시켜, PE베이스막의 양측 표면에 제1 도포층과 제2 도포층을 형성함으로써 분리막을 제조한다.
2. 양극의 제조
양극 활물질LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, 양극용 접착제PVDF, 전기전도 탄소를 질량비 97:1:2의 비례로 혼합하여 NMP중에 용해시키고 6h 교반하여 양극 페이스트를 제조하고, 양극 페이스트를 알루미늄박상에 도포한 후, 건조, 냉압처리를 거쳐 양극을 제조한다.
3. 음극의 제조
SA와 SBR를 질량비80:20의 비례로 혼합하여 음극용 접착제를 제조한 후, 음극 활물질인 탄소규소혼합물(C:Si=95:5; Si의 입경은 0.05μm), 음극용 접착제, 탄소 노튜브를 질량비 95.9:2.5:1.6의 비례로 혼합하여 물중에 용해시키고 6h 교반하여 음극 페이스트를 제조하고, 음극 페이스트를 동박상에 도포한 후, 건조, 냉압처리를 거쳐 음극을 제조한다.
4. 배터리의 제조
양극, 분리막, 음극을 순차적으로 적층한 후 권취하여 베어셀을 제조한다. 여기서, 분리막의 제1 도포층은 양극과 접촉하고, 분리막의 제2 도포층은 음극과 접촉하도록 한다. 베어셀을 알루미늄 하우징내에 삽입하고 탑 커버를 용접한 후, 전해액 주입, 고온 방치, 활성화, 에이징 등 프로세스를 거쳐 리튬 이온 배터리를 제조한다.
실시예6-2:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예6-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 음극 활물질인 탄소규소혼합물(C:Si=95:5; Si의 입경은 0.1μm), 음극용 접착제, 탄소 노튜브의 질량비가 96.7:2.5:0.8인 것이다.
실시예6-3:
실시예6-1과 기본적으로 동일한데, 그 차이점은 음극 활물질인 탄소규소혼합물(Si의 입경은 0.3μm), 음극용 접착제, 탄소 노튜브의 질량비가 97:2.5:0.5인 것이다.
실시예6-4:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예6-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 음극 활물질인 탄소규소혼합물(C:Si=95:5; Si의 입경은 0.5μm), 음극용 접착제, 탄소 노튜브의 질량비가 96.8:2.5:0.7인 것이다.
실시예6-5:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예6-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 음극 활물질인 탄소규소혼합물(Si의 입경은 0.6μm), 음극용 접착제, 탄소 노튜브의 질량비가 96:2.5:1.5인 것이다.
실시예7-1:
1. 분리막의 제조
1) 제1 극물질PEO, 제1 접착력 증강제PVDF를 질량비 80:20의 비례로 NMP중에 용해시키고 균일하게 교반하여 제1 도포층 페이스트를 제조하고, 그라비아 코팅공정을 통하여 제1 도포층 페이스트를 PE베이스막의 A면(PE베이스막의 양극에 가까운 일면)에 도포한다.
2) 제2 극물질PEO와 제1 접착력 증강제PVDF를 질량비 80:20의 비례로 탈이온수중에 용해시키고 균일하게 교반하여 제2 도포층 페이스트를 제조하고, 그라비아 코팅공정을 통하여 제2 도포층 페이스트를 PE베이스막의 B면(PE베이스막음극에 가까운 일면)에 도포한다.
3) 제1 도포층 페이스트 도포단계(단계1))와 제2 도포층 페이스트 도포단계(단계2)) 가 완료된 PE베이스막을 60℃에서 1h 건조시켜, PE베이스막의 양측 표면에 제1 도포층과 제2 도포층을 형성함으로써 분리막을 제조한다.
2. 양극의 제조
양극 활물질LiNi0.4Co0.4Mn0.2O2, 양극용 접착제PVDF, 전기전도 탄소를 질량비 97:1:2의 비례로 혼합하여 NMP중에 용해시키고 6h 교반하여 양극 페이스트를 제조하고, 양극 페이스트를 알루미늄박상에 도포한 후, 건조, 냉압처리를 거쳐 양극을 제조한다.
3. 음극의 제조
SA와 SBR를 질량비80:20의 비례로 혼합하여 음극용 접착제를 제조한 후, 음극 활물질인 탄소규소혼합물(C:Si=95:5; Si의 입경은 0.3μm), 음극용 접착제, 탄소 노튜브를 질량비 97:2.5:0.5의 비례로 혼합하여 물중에 용해시키고 6h 교반하여 음극 페이스트를 제조하고, 음극 페이스트를 동박상에 도포한 후, 건조, 냉압처리를 거쳐 음극을 제조한다.
4. 배터리의 제조
양극, 분리막, 음극을 순차적으로 적층한 후 권취하여 베어셀을 제조한다. 여기서, 분리막의 제1 도포층은 양극과 접촉하고, 분리막의 제2 도포층은 음극과 접촉하도록 한다. 베어셀을 알루미늄 하우징내에 삽입하고 탑 커버를 용접한 후, 전해액 주입, 고온 방치, 활성화, 에이징 등 프로세스를 거쳐 리튬 이온 배터리를 제조한다.
실시예7-2:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예7-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 양극 활물질이 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2인 것이다.
실시예7-3:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예7-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 양극 활물질이 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2인 것이다.
실시예7-4:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예7-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 양극 활물질이 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2인 것이다.
실시예7-5:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예7-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 양극 활물질이 LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2인 것이다.
실시예8-1:
1. 분리막의 제조
1) PEO와 PAM을 질량비 1.8:1의 비례로 혼합하여 제1 극물질을 얻고, 제1 극물질과 제1 접착력 증강제PVDF를 질량비 80:20의 비례로 NMP중에 용해시키고 균일하게 교반하여 제1 도포층 페이스트를 제조하고, 그라비아 코팅공정을 통하여 제1 도포층 페이스트를 PE베이스막의 A면(PE베이스막의 양극에 가까운 일면)에 도포한다.
2) PEI와 PEO를 질량비1.8:1의 비례로 혼합하여 제2 극물질을 얻고, 제2 극물질과 제1 접착력 증강제PVDF를 질량비 80:20의 비례로 탈이온수중에 용해시키고 균일하게 교반하여 제2 도포층 페이스트를 제조하고, 그라비아 코팅공정을 통하여 제2 도포층 페이스트를 PE베이스막의 B면(PE베이스막음극에 가까운 일면)에 도포한다.
3) 제1 도포층 페이스트 도포단계(단계1))와 제2 도포층 페이스트 도포단계(단계2)) 가 완료된 PE베이스막을 60℃에서 1h 건조시켜, PE베이스막의 양측 표면에 제1 도포층과 제2 도포층을 형성함으로써 분리막을 제조한다.
2. 양극의 제조
양극 활물질LiNi0.4Co0.4Mn0.4O2, 양극용 접착제PVDF, 전기전도 탄소를 질량비 97:1:2의 비례로 혼합하여 NMP중에 용해시키고 6h 교반하여 양극 페이스트를 제조하고, 양극 페이스트를 알루미늄박상에 도포한 후, 건조, 냉압처리를 거쳐 양극을 제조한다.
3. 음극의 제조
SA와 SBR를 질량비80:20의 비례로 혼합하여 음극용 접착제를 제조한 후, 음극 활물질인 탄소규소혼합물(C:Si=95:5; Si의 입경은 0.3μm), 음극용 접착제, 탄소 노튜브를 질량비 97:2.5:0.5의 비례로 혼합하여 물중에 용해시키고 6h 교반하여 음극 페이스트를 제조하고, 음극 페이스트를 동박상에 도포한 후, 건조, 냉압처리를 거쳐 음극을 제조한다.
4. 배터리의 제조
양극, 분리막, 음극을 순차적으로 적층한 후 권취하여 베어셀을 제조한다. 여기서, 분리막의 제1 도포층은 양극과 접촉하고, 분리막의 제2 도포층은 음극과 접촉하도록 한다. 베어셀을 알루미늄 하우징내에 삽입하고 탑 커버를 용접한 후, 전해액 주입, 고온 방치, 활성화, 에이징 등 프로세스를 거쳐 리튬 이온 배터리를 제조한다.
실시예8-2:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예8-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질중의 PEO와PAM의 질량비가 2:1이고, 제1 극물질중의 PEI와PEO의 질량비가 2:1인 것이다.
실시예8-3:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예8-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질중의 PEO와PAM의 질량비가 3:1이고, 제1 극물질중의 PEI와PEO의 질량비가 3:1인 것이다.
실시예8-4:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예8-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질중의 PEO와PAM의 질량비가 4.5:1이고, 제1 극물질중의 PEI와PEO의 질량비가 4.5:1인 것이다.
실시예8-5:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예8-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질중의 PEO와PAM의 질량비가 5:1이고, 제1 극물질중의 PEI와PEO의 질량비가 5:1인 것이다.
실시예8-6:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예8-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질중의 PEO와PAM의 질량비가 6:1이고, 제1 극물질중의 PEI와PEO의 질량비가 6:1인 것이다.
실시예8-7:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예8-1과 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질중의 PEO와PAM의 질량비가 6.3:1이고, 제1 극물질중의 PEI와PEO의 질량비가 6.3:1인 것이다.
비교예1:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예1-2와 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질PEO와 제2 극물질PEI를 포함하지 않는 것이다.
비교예2:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예1-2와 거의 동일한데, 그 차이점은 제1 극물질중의 PEO를 포함하지 않고, 제2 도포층중의 제2 극물질PEI의 비율이 100%인 것이다.
비교예3:
리튬 이온 배터리의 제조과정은 전체적으로 실시예1-2와 거의 동일한데, 그 차이점은 제2 극물질중의 PEI를 포함하지 않고, 제1 도포층중의 제1 극물질PEO의 비율이 100%인 것이다.
성능측정
1. 양극 음극 표면과 분리막 도포층 사이 박리력 측정방법
실시예와 비교예의 분리막을 각각 길이100mm, 너비10mm인 측정시료로 커팅한다. 너비25mm인 스테인리스강판위에 양면테이프(너비11mm)를 붙이고, 측정시료를 스테인리스강판 위의 양면테이프에 부착하고 나서, 2000g의 압착롤러를 사용하여 그 표면위에서 왕복 롤링(300mm/min)을 3차례 진행한다. 측정시료 단부를 180도 굽히고 수동으로 측정시료의 유기-무기혼합층과 베이스막을 25mm 박리한 후, 당해 측정시료를 박리면과 시험기의 힘의 작용선이 일치하도록 시험기(예를 들면 INSTRON 336)에 고정하고, 시험기를 사용하여 30mm/min의 연속적인 박리를 진행하여 박리력 곡선을 취득하여 박리력 곡선중의 평활한 구간의 평균값을 박리력F0으로 하고, 이하의 공식을 통하여 측정시료의 유기-무기혼합층과 집전체 사이의 접착력F를 계산한다.
F=F0/측정시료의 너비(F의 계량단위 :N/m)
2. 적외선 분광 측정
중국 국가표준GB/T6040-2002 적외선 분광 분석방법에 따라 미국 Nicolet사의 IS10형 푸리에 변환 적외선 분광기를 사용한다. 실시예와 비교예에서 제조한 양극 페이스트를 흡인 여과하여 양극 분체를 얻는다. 실시예와 비교예에서 제조한 제1 도포층 페이스트를 PE베이스막위에 도포한 후, 흡인 여과하고나서 PE베이스막을 제거하여 제1 도포층 분체를 얻는다. 양극 분체와 제1 도포층 분체를 혼합한 후, 진일보 건조하여 혼합분체를 얻는다. 혼합분체에 대하여 적외선 측정을 진행한다. 제2 도포층과 음극의 적외선 측정방법도 위와 동일하다.
3. 상온 사이클 성능: 在 25℃의 환경에서, 모든 실시예와 비교예의 배터리에 대하여 1C의 충전 전류하에서 상한값 전압이 4.35V가 될 때까지 정전류 및 정전압 충전을 진행한다. 그 다음, 1C의 방전 전류하에서 최종 전압이 2.8V가 될 때까지 정전류 방전을 진행하고, 이때의 초기 방전 용량값C0을 기록한다. 그 다음 모든 실시예와 비교예의 배터리에 대하여 3.3~4.3V의 전압하에서 0.33C0으로 충전 및 1C0으로 방전 사이클을 부단히 반복하면서, 사이클을 1000차 반복한 후의 방전 용량을 기록한다. 제1000차 사이클의 용량유지율=(제1000차 사이클의 방전 용량/초기 사이클의 방전 용량)Х100%일 수 있다.
4. 고배율 방전 용량: 25℃의 환경에서, 모든 실시예와 비교예의 배터리에 대하여 1/3C의 충전 전류하에서 상한값 전압이 4.35V가 될 때까지 정전류 및 정전압 충전을 진행한다. 그 다음, 1/3C, 3C, 5C의 방전 전류하에서 최종 전압이 2.8V가 될 때까지 정전류 방전을 진행하고, 이때의 방전 용량값을 기록한다.
5. 권취 어셈블리 사이클 팽창율 측정방법
열압처리 후의 베어셀을 노기스로 그 두께를 측정하고, 사이클을 1000차 반복한 후 배터리 셀을 해체하여 베어셀 두께를 측정한다. 팽창율=(사이클후 베어셀 직경-사이클전 베어셀 직경)/사이클전 베어셀 두께일 수 있다.
상술한 실시예 1-1~1-7에 따르는 배터리 파라미터 및 성능 측정 결과는 아래의 표 1에 보여 준다.
Figure pct00088
상술한 실시예 2-1~2-4에 따르는 배터리 파라미터 및 성능 측정결과는 아래의 표 2에 보여준다.
Figure pct00089
상술한 실시예 3-1~3-5에 따르는 배터리 파라미터 및 성능 측정결과는 아래의 표 3에 보여준다.
Figure pct00090
상술한 실시예 4-1~4-5에 따르는 배터리 파라미터 및 성능 측정결과는 아래의 표 4에 보여준다.
Figure pct00091
상술한 실시예 5-1~5-7에 따르는 배터리 파라미터 및 성능 측정결과는 아래의 표 5에 보여준다.
Figure pct00092
상술한 실시예 6-1~6-5에 따르는 배터리 파라미터 및 성능 측정결과는 아래의 표 6에 보여준다.
Figure pct00093
상술한 실시예 7-1~7-5에 따르는 배터리 파라미터 및 성능 측정결과는 아래의 표 7에 보여준다.
Figure pct00094
상술한 실시예 8-1~8-7에 따르는 배터리 파라미터 및 성능 측정결과는 아래의 표 8에 보여준다.
Figure pct00095
상술한 비교예 1~3에 따르는 배터리 파라미터 및 성능 측정결과는 아래의 표 9에 보여준다.
Figure pct00096
상술한 결과로 부터 알 수 있는 바와 같이, 표 1에서,
Figure pct00097
는 분리막중의 제1 극물질과 양극용 접착제의 상대적인 함량관계, 제2 극물질과 음극중의 접착제의 상대적인 함량관계가 배터리 성능에 대한 영향을 보여 준다. 실시예 1-1~1-7에서는
Figure pct00098
및
Figure pct00099
를 조절하는 것을 통하여, 예를 들면 사이클 팽창율, 사이클1000차 용량 유지율 및 5C방전 용량등 배터리 성능이 모두 양호한 효과를 얻었으며, 특히
Figure pct00100
이 (80~100):1,
Figure pct00101
이 (32~50):1일 경우 배터리의 성능이 더욱 양호하다.
표 2에서,
Figure pct00102
은 분리막에서의 제1 도포층중의 제1 극물질의 상대적인 함량과 제2 도포층중의 제2 극물질의 상대적인 함량의 비율이 배터리 성능에 대한 영향을 보여 준다. 실시예 2-1~2-4에서는
Figure pct00103
,을 조절하는 것을 통하여, 예를 들면 사이클 팽창율, 사이클 1000차 용량유지율 및 5C방전 용량 등 배터리 성능이 모두 양호한 효과를 얻었으며, 특히
Figure pct00104
이 1:(1~1.3)범위일 경우 배터리 성능이 더욱 양호하다.
표 3에서,
Figure pct00105
이 기본상 고정값일 경우, 실시예 3-1~3-5에서 제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1, 양극의 막층중의 양극용 접착제 함량(질량%)m1, 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2, 음극의 막층중의 음극용 접착제 함량(질량%)m2를 종합적으로 조절하는 것을 통하여, 예를 들면 사이클 팽창율, 사이클 1000차 용량유지율 및 5C 방전 용량 등 배터리 성능이 모두 양호한 효과를 얻었으며, 특히 m1이 1~1.2%, m2가 2%~3%범위내일 경우 배터리 성능이 더욱 양호하다.
표 4에서, 실시예 4-1~4-5에서 제1 도포층중의 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1과 제2 도포층중의 제2 접착력 증강제 함량(질량%)k2의 질량비를 조절하는 것을 통하여, 예를 들면 사이클 팽창율, 사이클 1000차 용량유지율 및 5C 방전 용량 등 배터리 성능이 모두 양호한 효과를 얻었으며, 특히
Figure pct00106
이 (0.8-1):1범위내일 경우 배터리 성능이 더욱 양호하다.
표 5에서, 실시예 5-1~5-7에서 제1 도포층중의 제1 극물질 함량(질량%)w1과 제1 도포층중의 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1의 질량비
Figure pct00107
, 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 제2 도포층중의 제2 접착력 증강제 함량(질량%)k2의 질량비
Figure pct00108
를 조절하는 것을 통하여, 접착력 증강제와 극물질 사이에 수소결합을 쉽게 형성하므로써 베어셀 팽창을 억제할 수 있어 배터리 성능을 향상할 수 있다. 이로써, 예를 들면 사이클 팽창율, 사이클 1000차 용량유지율 및 5C 방전 용량 등 배터리 성능이 모두 양호한 효과를 얻었으며, 특히
Figure pct00109
,
Figure pct00110
모두가 (5~9):1범위내일 경우 배터리 성능이 더욱 양호하다.
표 6에서, 실시예 6-1~6-5에 따르는 규소의 입경이 배터리 성능에 대한 영향을 보여 준다. 예를 들면 사이클 팽창율, 사이클 1000차 용량유지율 및 5C 방전 용량 등 배터리 성능이 모두 양호한 효과를 얻었으며, 특히 규소의 입경이 0.1~0.5μm범위내일 경우 배터리 성능이 더욱 양호하다.
표 7에서, 실시예 7-1~7-4에서 3원 양극 물질중의 Ni함량를 조절하는 것을 통하여, 베어셀 팽창이 현저히 개선되었으며, 예를 들면 사이클 팽창율, 사이클 1000차 용량유지율 등 배터리 성능 모두가 양호한 효과를 얻었으며, 특히 Ni함량이 0.5~0.9범위내일 경우 배터리 성능이 더욱 양호하다.
표 8에서, 실시예 8-1~8-7에서 폴리옥시에틸렌과 폴리아크릴아미드의 질량비C1과 폴리에틸렌이민과 폴리옥시에틸렌의 질량비C2를 조절하는 것을 통하여, 예를 들면 사이클 팽창율, 사이클 1000차 용량유지율 및 5C 방전 용량 등 배터리 성능이 모두 양호한 효과를 얻었으며, 특히 C1과 C2의 값이 각각 (2~6):1범위내일 경우 배터리 성능이 더욱 양호하다.
이에 반하여, 표 9에서, 비교예 1~3에 따르는 배터리는 예를 들면 사이클 팽창율, 사이클 1000차 용량유지율 및 5C 방전 용량 등 방면의 성능이 모두 효과적인 향상을 이루지 못했다.
또한 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 극물질은 PEO이고, 제1 접착력 증강제는 PVDF이며, 양극용 접착제는 PEO이고, 제2 극물질은 PEI이며, 제2 접착력 증강제는 PVDF이고, 음극용 접착제는 SA와SBR이며, 음극 활물질은 탄소규소혼합물이다.
양극과 분리막 사이에서, 양극용 접착제PVDF상의 F와 제1 극물질PEO의 H가 수소결합을 형성한다.
제1 도포층에서, 제1 접착력 증강제PVDF상의 F와 제1 극물질PEO의 H가 수소결합을 형성한다.
음극과 분리막 사이에서, 전기음성도가 N<O<F이기에 탄소규소혼합물중-OH상의 H는 -NH2의 H보다 전자가 더욱 모자라므로, 제2 극물질PEI중의 -NH2상의 N와 탄소규소혼합물중의 -OH상의 H는 수소결합을 쉽게 형성한다. 유사하게, 제2 극물질PEI중의 -NH2상의 N와 음극용 접착제SA중의 -COOH상의 H는 수소결합을 형성한다. 탄소규소혼합물중의 -OH상의 H와 SA중의 -COOH상의 H 사이에도 수소결합을 형성할 수 있다.
제2 도포층에서, 제2 접착력 증강제PVDF의 F와 PEI의 H는 수소결합을 형성한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 3200cm-1~3600cm-1 사이는 수소결합의 피크인데, 비교예1에서 제1 극물질 또는 제2 극물질을 첨가하지 않았을 경우 수소결합이 거의 형성되지 않지만, 실시예 1에서 AB면 모두에 수소결합이 형성되기에 피크가 현저히 넓어졌다. 진일보 설명이 필요한 것은, O-H-O, F-H-O, N-H-O, F-H-N의 네가지 수소결합의 결합 에너지 크기 순서는 F-H-O>F-H-N>O-H-O>N-H-O이고, 25~40KJ/mol 구간의 결합 에너지 차이가 상대적으로 작으며, 하나의 파수 범위에 복수의 수소결합이 존재하고, 정상적인 정황하에서 수소결합이 많을 수록 표시되는 피크도 많고 그 너비도 더욱 넓다.
설명이 필요한 것은, 본 출원은 상술한 실시방식에 한정되지 않는다. 상술한 실시방식은 오직 예시일 뿐, 본 출원의 발명범위내에서 실질적으로 동일한 기술적 사상을 구비하는 구성, 동일한 작용과 효과를 발휘하는 실시방식은 모두 본 출원의 기술범위내에 속한다. 또한 본 출원의 취지를 벗어나지 않는 범위내에서, 실시방식에 대하여 당업자가 예상할 수 있는 각종 변형을 실시하거나 실시방식중의 일부 구성요소를 조합하여 새로 구성하는 기타 방식도 본 출원의 범위내에 속한다.

Claims (17)

  1. 양극과,
    베이스막, 상기 베이스막의 제1 표면에 위치하는 제1 도포층 및 상기 베이스막의 제2 표면에 위치하는 제2 도포층을 포함하는 분리막과,
    음극을 포함하고,
    상기 제1 도포층은 제1 극물질을 포함하고, 상기 제1 극물질은 폴리올레핀아미드계, 폴리올레핀이미드계, 폴리옥 사이드올레핀계, 폴리우레탄계, 폴리우레아계로 구성되는 조합중의 하나 또는 복수의 물질을 포함하고, 상기 제1 극물질과 상기 양극의 양극용 접착제 사이에 수소결합을 구비하며,
    상기 제2 도포층은 제2 극물질을 포함하고, 상기 제2 극물질은 폴리올레핀아미드계, 폴리올레핀이미드계, 폴리옥 사이드올레핀계, 폴리우레탄계, 폴리우레아계로 구성되는 조합중의 하나 또는 복수의 물질을 포함하고, 상기 제2 극물질과 상기 음극의 음극용 접착제 및/또는 음극 활물질 사이에 수소결합을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도포층과 상기 양극 사이의 박리력은 0.075N보다 작지 않고, 0.075N~0.125N이 바람직하며,
    상기 제2 도포층과 상기 음극 사이의 박리력은 0.075N보다 작지 않고, 0.075N~0.15N이 바람직한 것을 특징으로 하는 배터리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 도포층중의 상기 제1 극물질 함량(질량%)w1과 상기 양극의 막층중의 상기 양극용 접착제 함량(질량%)m1의 비값
    Figure pct00111
    은 (80~100):1이고,
    상기 제2 도포층중의 상기 제2 극물질 함량(질량%)w2와 상기 음극의 막층중의 상기 음극용 접착제 함량(질량%)m2의 비값
    Figure pct00112
    는 (32~50):1인 것을 특징으로 하는 배터리.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 도포층중의 상기 제1 극물질 함량(질량%)w1과 상기 제2 도포층중의 상기 제2 극물질 함량(질량%)w2의 비값
    Figure pct00113
    은 1:(1~1.3)인 것을 특징으로 하는 배터리.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 도포층중의 상기 제1 극물질 함량(질량%)w1은 80%~90%이고, 상기 양극의 막층중의 상기 양극용 접착제 함량(질량%)m1은 0.9%~1.2%이며,
    상기 제2 도포층중의 상기 제2 극물질 함량(질량%)w2는 80%~90%이고, 상기 음극의 막층중의 상기 음극용 접착제 함량(질량%)m2는 2%~3%인 것을 특징으로 하는 배터리.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 극물질은 폴리옥시에틸렌과 폴리아크릴아미드를 포함하고, 상기 폴리옥시에틸렌과 폴리아크릴아미드의 질량비C1은 (2~6):1이고,
    상기 제2 극물질은 폴리에틸렌이민과 폴리옥시에틸렌을 포함하고, 상기 폴리에틸렌이민과 폴리옥시에틸렌의 질량비C2는 (2~6):1인 것을 특징으로 하는 배터리.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 도포층은 제1 접착력 증강제를 포함하고, 상기 제1 도포층중의 상기 제1 극물질 함량(질량%)w1과 상기 제1 도포층중의 상기 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1의 질량비
    Figure pct00114
    은 (5~9):1이고, 상기 제2 도포층은 제2 접착력 증강제를 포함하고, 상기 제2 도포층중의 제2 극물질 함량(질량%)w2와 상기 제2 도포층중의 상기 제2 접착력 증강제 함량 (질량%)k2의 질량비
    Figure pct00115
    는 (5~9):1인것을 특징으로 하는 배터리.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 도포층중의 상기 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1은 상기 제2 도포층중의 상기 제2 접착력 증강제 함량 (질량%)k2보다 높지 않은 것을 특징으로 하는 배터리.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 도포층중의 상기 제1 접착력 증강제 함량(질량%)k1과 상기 제2 도포층중의 상기 제2 접착력 증강제 함량 (질량%)k2의 비값
    Figure pct00116
    은 (0.8~1):1인 것을 특징으로 하는 배터리
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 접착력 증강제 또는 제2 접착력 증강제는 폴리비닐리덴디플루오라이드, 알길산나트륨중의 하나 또는 복수를 포함하고,
    상기 양극용 접착제는 폴리비닐리덴플루오라이드를 포함하고, 상기 음극용 접착제는 스틸렌부타디엔고무, 알길산나트륨중의 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 음극 활물질은 규소-탄소 혼합물을 포함하고, 상기 규소-탄소 혼합물에서, 규소의 입경은 0.1~0.5μm이고, 탄소는 인조 흑연과 천연 흑연의 혼합탄소이며, 상기 음극의 막층중의 상기 규소-탄소 혼합물 함량은 95%-97%인 것을 특징으로 하는 배터리
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 도포층과 상기 제2 도포층의 질량비는 1:(1~1.5)인 것을 특징으로 하는 배터리.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제1 도포층은 상기 제1 극물질, 상기 제1 접착력 증강제와 제1 용매를 포함하는 제1 도포층 페이스트를 사용하여 제조되고,
    상기 제1 도포층 페이스트의 점도는 8000mpa.s~12000mpa.s이며,
    상기 제2 도포층은 상기 제2 극물질, 상기 제2 접착력 증강제와 제2 용매를 포함하는 제2 도포층 페이스트를 사용하여 제조되고,
    상기 제2 도포층 페이스트의 점도는 5000mpa.s~20000mpa.s인 것을 특징으로 하는 배터리.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양극은 양극 물질LiNixCoyMnzO2을 포함하는데, 여기서 x+y+z=1, x=0.5~0.9이고, 바람직하게는 x=0.5~0.7, x=0.8~0.9인 것을 특징으로 하는 배터리.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따르는 상기 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  16. 제15항에 따르는 상기 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따르는 상기 배터리, 제15항에 따르는 상기 배터리 모듈 또는 제16항에 따르는 상기 배터리 팩 중의 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 소모 장치.










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