KR20230065916A - 이차전지용 전극조립체, 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

이차전지용 전극조립체, 및 이를 포함하는 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이차전지용 전극조립체로서,
시트형의 양극, 시트형의 음극, 및 상기 시트형의 양극과 상기 시트형의 음극 사이에 개재되는 시트형의 분리막을 포함하는 적층체가 권취된 구조를 가지고,
상기 권취된 상태의 전극조립체에서 코어에 위치하는 상기 시트형의 양극의 일단부에 대응하는 부위를 포함하는 영역에서 상기 적층체의 적층방향을 기준으로 상기 시트형의 양극보다 내측에 다공성 구조를 가지는 부직포를 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.

Description

이차전지용 전극조립체, 및 이를 포함하는 이차전지{ELECTRODE ASSEMBLY FOR SECONDARY BATTERY, AND SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 이차전지용 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
또한, 최근에는 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로는 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지가 주로 연구, 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 일반적으로, 양극과 음극의 전극을 분리막을 사이에 개재하여 적층 또는 권취하고, 이를 전해액과 함께 전지 케이스에 내장하는 방식으로 제조된다.
이때, 전지 케이스의 종류에 따라 이차전지는 원통형, 각형, 파우치형 이차전지로 구분되며, 상기 케이스의 종류에 따라, 전극조립체의 형태도 구분된다.
구체적으로, 원통형 또는 각형에는 권취된 상태의 전극조립체가 주로 적용된다, 예를 들어, 젤리롤 전극조립체 또는, 스택 앤 폴딩형 전극조립체가 적용된다.
특히, 원통형 전지에서 최근 양극 프리 엣지(free-edge) 구조를 가지는 모델에서 충방전 과정에 내부 단락이 발생하여 충방전이 중단되는 문제가 발생하고 있다. 여기서, 상기 양극 프리 엣지 구조는 양극 탭이 일단부에 형성된 형태가 아니라, 양극 시트의 중간 부분에 형성된 형태를 의미한다.
기존에는 이러한 문제를 해결하고자 분리막의 두께를 증가시키는 등으로 내부 단락을 방지하고자 하였으나, 전체적인 두께 증가에 따라 저항 증가로 인한 출력 특성이 저하되는 문제가 있었다.
따라서, 이를 모두 해결할 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 출력 특성의 저하를 최소화하면서도 충방전에 따른 내부 단락을 방지할 수 있는 전극조립체, 및 이를 포함하는 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체는,
시트형의 양극, 시트형의 음극, 및 상기 시트형의 양극과 상기 시트형의 음극 사이에 개재되는 시트형의 분리막을 포함하는 적층체가 권취된 구조를 가지고, 상기 권취된 상태의 전극조립체에서 코어에 위치하는 상기 시트형의 양극의 일단부에 대응하는 부위를 포함하는 영역에서 상기 적층체의 적층방향을 기준으로 상기 시트형의 양극보다 내측에 다공성 구조를 가지는 부직포를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상세하게는, 상기 다공성 구조를 가지는 부직포는 상기 권취된 상태의 전극조립체에서 코어에 위치하는 상기 시트형의 양극의 일단부에 대응하는 부위에만 형성되어 있을 수 있다.
이때, 상기 시트형의 양극의 일단부에 대응하는 부위는, 상기 일단부 모서리 전체 영역 또는 상기 일단부의 2개의 꼭지점 영역일 수 있으며, 구체적으로, 상기 시트형 양극의 일단부 모서리에서 양측으로 각각 0.5mm 내지 10mm의 연장된 부위, 또는 상기 일단부의 2개의 꼭지점에서 상하 좌우 방향으로 각각 0.5mm 내지 10mm의 연장된 부위일 수 있다.
하나의 예에서, 상기 시트형의 분리막은 베이스 기재를 포함하고 상기 다공성 구조를 가지는 부직포는 상기 권취된 상태의 전극조립체에서 코어에 위치하는 상기 시트형의 양극의 일단부에 대응하는 부위를 포함하는 영역에서 상기 시트형의 분리막과 상기 시트형의 양극 사이에 형성되어 있을 수 있다.
이때, 상기 다공성 구조를 가지는 부직포는 1.0 내지 20.0㎛의 두께로 형성될 수 있다.
또는, 또 하나의 예에서, 상기 시트형의 분리막은 베이스 기재를 포함하고, 상기 다공성 구조를 가지는 부직포는 상기 권취된 상태의 전극조립체에서 코어에 위치하는 상기 시트형의 양극의 일단부에 대응하는 부위를 포함하는 영역에서 베이스 기재가 다공성 구조를 가지는 부직포로 치환되어 형성되어 있는 구조를 가질 수 있다.
이때, 상기 베이스 기재는 폴리올레핀계 수지, 불소계 수지, 폴리에스터계 수지, 폴리아크릴로 니트릴 수지, 셀룰로오스계 재질 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 다공성 필름, 또는 이러한 다공성 필름 상에 유무기 혼합층이 형성된 구조일 수 있다.
또한, 상기 다공성 구조를 가지는 부직포는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물의 부직포일 수 있다. 한편, 상기 시트형의 양극은 활물질이 도포되어 있지 않은 무지부 및 상기 무지부 상에 형성되어 있는 양극 탭을 포함 수 있고, 구체적으로, 상기 양극 탭은 상기 시트형의 양극의 중간 부분에 위치할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 전극조립체, 및 상기 전극조립체가 전해액과 함께 내장되는 전지 케이스를 포함하는 이차전지가 제공된다.
이때, 상기 이차전지는 원통형 또는 각형 이차전지일 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지용 전극조립체는, 권취된 상태의 전극조립체에서 코어에 위치하는 시트형의 양극의 일단부에 대응하는 부위를 포함하는 영역에서 상기 시트형의 양극 내측에 다공성 구조를 가지는 부직포를 포함함으로써으로써, 이를 포함하는 이차전지의 출력 특성의 저하를 최소화하면서도, 양극과 음극의 내부 단락을 방지할 수 있어, 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 권취 전 모식도이다.
도 2는 도 1의 시트형의 분리막의 하나의 예에 따른 측면도이다.
도 3은 도 1의 시트형의 분리막의 또 하나의 예에 따른 측면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전극조립체 권취 전 모식도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자들은 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 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있으며 본 발명의 범위가 다음에 기술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.
또한, 이하 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 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 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 일 실시예에 따르면, 이차전지용 전극조립체로서,
시트형의 양극, 시트형의 음극, 및 상기 시트형의 양극과 상기 시트형의 음극 사이에 개재되는 시트형의 분리막을 포함하는 적층체가 권취된 구조를 가지고,
상기 권취된 상태의 전극조립체에서 코어에 위치하는 상기 시트형의 양극의 일단부에 대응하는 부위를 포함하는 영역에서 상기 적층체의 적층방향을 기준으로 상기 시트형의 양극보다 내측에 다공성 구조를 가지는 부직포를 포함하는 전극조립체가 제공된다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체(100)의 권취 전 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 이차전지용 전극조립체(100)는, 시트형의 양극(110), 시트형의 음극(120), 및 시트형의 양극(110)과 시트형의 음극(120) 사이에 개재되는 시트형의 분리막(130)을 포함하는 적층체가 화살표 방향으로 권취되는 구조를 가진다.
이때, 시트형의 양극(110)은 활물질이 도포된 유지부(111) 및 활물질이 도포되어 있지 않은 무지부(112)를 포함하고, 무지부(112) 상에는 양극 탭(113)이 형성되어 있는 구조로 이루어져 있다. 이때, 무지부(112)는 시트형의 양극(110)의 중간 부분에 위치할 수 있다. 여기서, 중간 부분이란 무지부(112)가 양단부에 형성되어 있지 아니하여, 무지부(112)가 유지부(111) 사이에 개재된 구조를 모두 포함하는 개념이다.
시트형의 음극(120)은 시트형의 양극(110)보다 그 길이 및 폭에서 더 크게 형성될 수 있으며, 시트형의 양극(110)과 시트형의 분리막(130)을 사이에 두고 대면하는 형태로 적층된다.
한편, 본 발명에 따른 전극조립체(100)은 권취되었을 때, 코어에 위치하는 시트형의 양극(110)의 일단부에 대응하는 부위를 포함하는 영역에서 적층체의 적층방향을 기준으로 시트형의 양극(110)보다 내측에, 즉, 시트형의 분리막(230)과 대면하는 부위에 다공성 구조를 가지는 부직포(132)를 포함한다. 즉, 권취가 시작되는 부위에서의 시트형의 양극(110) 일단부에 대응하는 부위를 포함한 영역 다공성 구조를 가지는 부직포(132)를 포함한다.
즉, 시트형의 양극(110) 일단부를 포함하기만 하면 부직포의 형성 넓이 등이 한정되지 아니하나, 가격, 전지 성능, 안전성을 모두 고려할 때, , 상세하게는 시트형의 양극(110)의 일단부에 대응하는 부위에서만 포함할 수 있다.
이때, 시트형의 양극(110)의 일단부에 대응하는 부위는, 상기 일단부 모서리 전체 영역이며, 구체적으로, 시트형 양극(110)의 일단부 모서리에서 양측으로 각각 연장되어 있는 부위를 의미하며, 그 각각의 연장 길이(w1, w2)는 예를 들어, 0.5mm 내지 10mm, 상세하게는 1mm 내지 3mm일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 너무 넓은 범위로 형성되면, 이 부분에서 저항이 증가하여 출력 특성 저하가 일어날 수 있으며, 너무 얇은 범위로 형성되면 본원이 의도한 효과를 충분히 달성할 수 없어, 바람직하지 않다.
또한, 다공성 구조를 가지는 부직포(132)의 포함 형태는, 구체적으로, 하나의 예에서, 시트형의 분리막(130)을 구성하는 베이스 기재와 시트형의 양극(110) 사이에 형성되는 형태, 또는 다른 예에서, 베이스 기재를 치환하는 형태로 형성될 수 있다.
이러한 구조를 보다 상세히 설명하기 위해 도 2 및 도 3에는 다공성 구조를 가지는 부직포의 포함 형태를 모식적으로 도시하기 위해, 시트형의 분리막(130)의 측면도를 도시하였다.
먼저, 하나의 예로서, 도 2 및 도 1과 함께 참조하면, 시트형의 분리막(130)은 베이스 기재(131)로 구성되고, 전극조립체(100)가 권취된 상태에서 코어에 위치하는 시트형의 양극(110)의 일단부에 대응하는 부위를 포함하는 영역에서 베이스 기재(131)와 시트형의 양극(110) 사이에 형성된 구조를 가지는 부직포(132)를 포함한다. 이해의 편의를 위해 다공성 구조를 가지는 부직포(132)가 베이스 기재(131) 상에 형성되어 있는 형태로 도시하였다 이때, 베이스 기재(131)와 다공성 구조를 가지는 부직포(132)는 간단히 접착제에 의해 접착되어 있을 수 있고, 또는 열압연 등으로 부착되어 있을 수도 있으며, 부착의 방법은 한정되지 아니한다. 반대로, 시트형의 양극(110) 내측에 형성되어 있을 수도 있으며, 시트형의 분리막(130)과 시트형의 양극(110) 사이에서 형성된 구조라면 한정되지 아니한다.
이때 다공성 구조를 가지는 부직포(132)의 두께(t)는 1.0 내지 20.0㎛일 수 있고, 상세하게는 1.0 내지 15.0㎛일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 너무 얇게 형성되면 충분한 강성을 얻을 수 없어, 본원이 의도한 효과를 충분히 발휘하기 어렵고, 너무 두껍게 형성되면 부피가 증가하여 바람직하지 않다.
다음으로, 또 하나의 예로서, 도 3 및 도 1를 함께 참조하면, 시트형의 분리막(130’)은 베이스 기재(131’)를 포함하고, 다공성 구조를 가지는 부직포(132’)는 전극조립체(100)가 권취된 상태에서 코어에 위치하는 시트형의 양극(110)의 일단부에 대응하는 부위를 포함하는 영역에서 베이스 기재(131’)가 다공성 구조를 가지는 부직포(132’)로 치환되어 형성되어 있는 구조일 수 있다.
어떤 구조이든지 상관없이, 상기 베이스 기재는 당업계에 공지된 두께 범위내에서 선택될 수 있으며, 상세하게는 5 ~ 300 ㎛일 수 있다.
상기 베이스 기재는, 종래 분리막 기재로 사용될 수 있는 것이라면 한정되지 아니하나, 예를 들어, 폴리올레핀계 수지, 불소계 수지, 폴리에스터계 수지, 폴리아크릴로 니트릴 수지, 셀룰로오스계 재질 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 다공성 필름일 수 있다.
더욱 구체적으로, 폴리올레핀계 수지일 수 있고, 상세하게는, 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 등과 같은 폴리에틸렌; 폴리프로필렌; 폴리부틸렌; 폴리펜텐: 폴리헥센: 폴리옥텐: 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 펜텐, 4-메틸펜텐, 헥센, 옥텐 중 2종 이상의 공중합체; 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.
또는, 상기 베이스 기재는, 상기와 같은 다공성 필름 상에 유무기 혼합층이 형성된 구조일 수도 있다.
상기 유무기 혼합층은, (a) 유전율 상수가 1 이상인 무기물 입자, (b) 압전성(piezoelectricity)을 갖는 무기물 입자, (c) 열전도성 무기물 입자 및 (d) 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기물 입자, 및 바인더 고분자를 포함할 수 있다.
상기 압전성(piezoelectricity) 무기물 입자는 상압에서는 부도체이나, 일정 압력이 인가되었을 경우 내부 구조 변화에 의해 전기가 통하는 물성을 갖는 물질을 의미하는 것으로서, 유전율 상수가 100 이상인 고유전율 특성을 나타낼 뿐만 아니라 일정 압력을 인가하여 인장 또는 압축되는 경우 전하가 발생하여 한 면은 양으로, 반대편은 음으로 각각 대전됨으로써, 양쪽 면 간에 전위차가 발생하는 기능을 갖는 물질이다.
상기 압전성을 갖는 무기물 입자의 예로는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT), Pb(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT) hafnia (HfO2) 또는 이들의 혼합체 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기물 입자를 지칭하는 것이다.
상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자의 예로는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0<x<2, 0<y<3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), 14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5 등과 같은 (LiAlTiP)xOy 계열 glass (0<x<4, 0<y<13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0<x<2, 0<y<3), Li3.25Ge0.25P0.75S4 등과 같은 리튬게르마니움티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), Li3N 등과 같은 리튬나이트라이드(LixNy, 0<x<4, 0<y<2), Li3PO4-Li2S-SiS2 등과 같은 SiS2 계열 glass (LixSiySz, 0<x<3, 0<y<2, 0<z<4), LiI-Li2S-P2S5 등과 같은 P2S5 계열 glass (LixPySz, 0<x<3, 0<y<3, 0<z<7), 또는 이들의 혼합물 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 유전율 상수 1 이상인 무기물 입자의 예로는 SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2, SiC 또는 이들의 혼합물 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 열전도성 무기물 입자는, 낮은 열 저항성을 제공하나 전기 전도성은 제공하지 않아 절연 특성을 갖는 물질로서, 예를 들어, 알루미늄 나이트라이드(AlN), 보론 나이트라이드(BN), 알루미나(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC), 및 베릴륨 옥사이드(BeO)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 고유전율 무기물 입자, 압전성을 갖는 무기물 입자, 열전도성 무기물 입자와 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자들을 혼용하여 사용할 수도 있다.
상기 무기물 입자의 크기는 제한이 없으나, 무기물 입자간의 적절한 공극률을 위하여 가능한 한 0.001 내지 10 ㎛ 범위인 것이 바람직하다. 0.001 ㎛ 미만인 경우 분산성이 저하되어 유무기 혼합층을 제조시 물성을 조절하기가 어려우며, 10 ㎛를 초과하는 경우 두께가 증가하여 기계적 물성이 저하되며, 또한 지나치게 큰 기공 크기로 인해 충분한 부식방지의 역할을 수행하지 못하고 전지 충방전시 내부 단락이 일어날 확률이 높아진다.
상기 무기물 입자의 함량은 특별한 제한이 없으나, 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물 100 중량% 당 1 내지 99 중량% 범위가 바람직하며, 특히 10 내지 95 중량%가 더욱 바람직하다. 1 중량% 미만일 경우, 고분자의 함량이 지나치게 많게 되어 무기물 입자들 사이에 형성되는 빈 공간의 감소로 인한 기공 크기 및 기공도가 감소될 수 있다. 반대로, 99 중량%를 초과할 경우, 고분자 함량이 너무 적기 때문에 무기물 사이의 접착력 약화로 인해 최종 기계적 물성이 저하된다.
이때, 상기 기공 크기 및 기공도를 무기물 입자 크기 및 함량을 조절함으로써 함께 조절할 수 있다.
또한, 상기 무기물 입자 및 바인더 고분자로 이루어진 유무기 혼합층은 무기물 입자의 내열성으로 인해 고온 조건에서도 견고하다. 따라서, 고온, 과충전, 외부 충격 등의 내부 또는 외부 요인으로 인한 과도한 조건에서도 단락 방지에 효과적이며, 무기물 입자의 흡열 효과로 열 폭주를 지연할 수도 있다.
상기 바인더 고분자는, 전해액과의 부반응을 일으키지 않는 것이라면 한정되지 아니하나, 특히, 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg)가 가능한 낮은 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 -200 내지 200℃ 범위이다.
이러한 바인더 고분자의 예로는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-cotrichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트(celluloseacetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트(cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(cyanoethylsucrose), 풀루란(pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose), 아크리로니트릴스티렌부타디엔 공중합체(acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer), 폴리이미드(polyimide) 또는 이들의 혼합체 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상술한 특성을 포함하는 물질이라면 어느 재료라도 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다
한편, 상기 다공성 구조를 가지는 부직포는, 상기 베이스 기재보다 기계적 강도가 향상될 수 있는 물질이 더욱 바람직하며, 한정되지 아니하나, 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물의 부직포일 수 있다.
이와 같이, 권취된 상태의 전극조립체에서 코어에 위치하는 상기 시트형의 양극의 일단부에 대응하는 부위를 포함하는 영역에, 다공성 구조를 가지는 부직포를 포함하는 경우, 이 부분에서 기계적 강도가 향상되어, 시트형의 양극 단부가 시트형의 분리막을 뚫고 음극과 맞닿는 내부 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있으면서도, 다공성 구조로 형성되어 전해액 내의 리튬 이온의 이동 저하도 최소화할 수 있다.
또한, 그 위치를 한정하여 저항 증가를 막고, 출력 특성이 저하되는 문제가 발생되지 않는다.
더 나아가, 도 4에는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전극조립체(200)의 권취 전 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 도 1과 비교하여, 다공성 구조를 가지는 부직포(232)의 형성 형태에 차이가 있다.
구체적으로, 이차전지용 전극조립체(200)는, 시트형의 양극(210), 시트형의 음극(220), 및 시트형의 양극(210)과 시트형의 음극(220) 사이에 개재되는 시트형의 분리막(230)을 포함하는 적층체가 화살표 방향으로 권취되는 구조를 가진다.
이때, 시트형의 양극(210)은 활물질이 도포된 유지부(211) 및 활물질이 도포되어 있지 않은 무지부(212)를 포함하고, 무지부(212) 상에는 양극 탭(213)이 형성되어 있는 구조로 이루어져 있다. 이때, 무지부(212)는 시트형의 양극(210)의 중간 부분에 위치할 수 있다. 여기서, 중간 부분이란 무지부(212)가 양단부에 형성되어 있지 아니하여, 무지부(212)가 유지부(211) 사이에 개재된 구조를 모두 포함하는 개념이다.
한편, 전극조립체(200)가 권취되었을 때, 코어에 위치하는 시트형의 양극(210)의 일단부에 대응하는 부위를 포함하는 영역에서 적층체의 적층방향을 기준으로 시트형의 양극(210) 내측, 즉, 시트형의 분리막(230)과 대면하는 부위에 다공성 구조를 가지는 부직포(232)를 포함하는데, 이때, 시트형의 양극(210)의 일단부에 대응하는 부위는, 상기 일단부의 2개의 꼭지점 영역일 수 있다. 구체적으로, 시트형 양극(210)의 일단부 꼭지점에서 상하 좌우 방향으로 각각 연장되어 있는 부위를 의미하며, 그 각각의 연장 길이(w3, w4, w5, w6)는 예를 들어, 0.5mm 내지 10mm, 상세하게는 1mm 내지 3mm일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 너무 넓은 범위로 형성되면, 이 부분에서 저항이 증가하여 출력 특성 저하가 일어날 수 있으며, 너무 얇은 범위로 형성되면 본원이 의도한 효과를 충분히 달성할 수 없어, 바람직하지 않다.
이때, 다공성 구조를 가지는 부직포(232) 역시, 하나의 예에서, 시트형의 분리막(230)을 구성하는 베이스 기재와 시트형의 양극(210) 사이에 형성되는 형태, 또는 다른 예에서, 베이스 기재를 치환하는 형태로 형성될 수 있으며, 이의 구체적인 내용은 상기에서 설명한 바와 같다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 전극조립체, 및 상기 전극조립체가 전해액과 함께 내장되는 전지 케이스를 포함하는 이차전지가 제공된다.
이때, 상기 이차전지는 상기 전극조립체가 내장될 수 있는 형태라면 한정되지 아니하나, 원통형 또는 각형 이차전지일 수 있다.
상기 이차전지의 그밖의 제조방법이나, 구성요소들은 당업계에 알려져 있는 바, 본 명세서에서는 이에 대한 설명을 생략하며, 본 발명의 범주에 포함된다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (13)

  1. 이차전지용 전극조립체로서,
    시트형의 양극, 시트형의 음극, 및 상기 시트형의 양극과 상기 시트형의 음극 사이에 개재되는 시트형의 분리막을 포함하는 적층체가 권취된 구조를 가지고,
    상기 권취된 상태의 전극조립체에서 코어에 위치하는 상기 시트형의 양극의 일단부에 대응하는 부위를 포함하는 영역에서 상기 적층체의 적층방향을 기준으로 상기 시트형의 양극보다 내측에 다공성 구조를 가지는 부직포를 포함하는 전극조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 구조를 가지는 부직포는 상기 권취된 상태의 전극조립체에서 코어에 위치하는 상기 시트형의 양극의 일단부에 대응하는 부위에만 형성되어 있는 전극조립체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 시트형의 양극의 일단부에 대응하는 부위는, 상기 일단부 모서리 전체 영역 또는 상기 일단부의 2개의 꼭지점 영역인 전극조립체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 시트형의 양극의 일단부에 대응하는 부위는, 상기 시트형 양극의 일단부 모서리에서 양측으로 각각 0.5mm 내지 10mm의 연장된 부위, 또는 상기 일단부의 2개의 꼭지점에서 상하 좌우 방향으로 각각 0.5mm 내지 10mm의 연장된 부위인 전극조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시트형의 분리막은 베이스 기재를 포함하고 상기 다공성 구조를 가지는 부직포는 상기 권취된 상태의 전극조립체에서 코어에 위치하는 상기 시트형의 양극의 일단부에 대응하는 부위를 포함하는 영역에서 상기 시트형의 분리막과 상기 시트형의 양극 사이에 형성되어 있는 전극조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다공성 구조를 가지는 부직포는 0.1 내지 20㎛의 두께로 형성되는 전극조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 시트형의 분리막은 베이스 기재를 포함하고, 상기 다공성 구조를 가지는 부직포는 상기 권취된 상태의 전극조립체에서 코어에 위치하는 상기 시트형의 양극의 일단부에 대응하는 부위를 포함하는 영역에서 베이스 기재가 다공성 구조를 가지는 부직포로 치환되어 형성되어 있는 구조인 전극조립체.
  8. 제5항 또는 제7항에 있어서,
    상기 베이스 기재는 폴리올레핀계 수지, 불소계 수지, 폴리에스터계 수지, 폴리아크릴로 니트릴 수지, 셀룰로오스계 재질 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 다공성 필름, 또는 이러한 다공성 필름 상에 유무기 혼합층이 형성된 구조인 전극조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 구조를 가지는 부직포는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물의 부직포인 전극조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 시트형의 양극은 활물질이 도포되어 있지 않은 무지부 및 상기 무지부 상에 형성되어 있는 양극 탭을 포함하는 전극조립체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 양극 탭은 상기 시트형의 양극의 중간 부분에 위치하는 전극조립체.
  12. 제1항에 따른 전극조립체, 및 상기 전극조립체가 전해액과 함께 내장되는 전지 케이스를 포함하는 이차전지.
  13. 제12항에 있어서, 상기 이차전지는 원통형 또는 각형 이차전지인 이차전지.
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