KR20230098048A - 전극 조립체 제조 방법, 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지 - Google Patents

전극 조립체 제조 방법, 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지 Download PDF

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KR20230098048A
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Abstract

본 출원은 전극 조립체 제조 방법, 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.

Description

전극 조립체 제조 방법, 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지{MANUFACTURING METHOD FOR ELECTRODE ASSEMBLY, ELECTRODE ASSEMBLY AND SECOND BATTERY COMPRISING SAME}
본 출원은 2021년 12월 24일에 각각 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2021-0187135호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 전극 조립체 제조 방법, 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택 앤 폴딩형으로 대략 분류할 수 있다.
여기서, 스택 앤 폴딩형의 전극 조립체에서 분리막이 지그 재그로 폴딩되어 전극이 사이사이에 위치된 형태에서 분리막의 텐션(tension)이 적절하게 조절되지 않아서 분리막의 주름 발생 또는 전극의 위치가 틀어지는 문제가 있어 왔다.
한국 공개특허 제10-2013-0132230호
본 발명은 전극 조립체 제조 방법, 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 전극 조립체 제조방법은 분리막, 양극 및 음극을 권취하여 권취 중심을 가지는 전극 조립체의 제조방법으로서, 상기 분리막 사이사이에 상기 양극 및 상기 음극을 적층하는 단계; 상기 권취 중심의 내벽에 대응되는 상기 분리막의 일면에 핫-멜트(Hot-Melt) 접착제를 도포하여 접착제층을 형성하는 단계; 상기 적층된 분리막, 양극 및 음극을 권취하여 권취 중심을 형성하는 단계; 및 상기 접착제층을 이용하여 형성된 권취 중심의 형태를 고정시켜주는 단계를 포함하는 것인 전극 조립체의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 상기 전극 조립체 제조방법에 의해 제조된 분리막, 양극 및 음극을 권취하여 권취 중심을 가지는 전극 조립체로서, 상기 권취 중심은 핫-멜트 접착제를 도포하여 형성된 접착제층에 의해 형태가 고정된 것인 전극 조립체를 제공한다.
본 발명은 상기 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 내장하는 케이스 및 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되고 상기 케이스 개구에 절연 상태로 결합되는 캡 조립체를 포함하는 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 전극 조립체 제조방법에 의해 제조된 전극 조립체는 권취 중심(코어부)의 형태를 유지할 수 있어, 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 성능을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 전극 조립체 제조방법에 의해 제조된 전극 조립체는 권취 중심(코어부)의 형태를 유지할 수 있어, 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지는 수명이 길고, 성능 및 안전성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 전극 조립체의 제조방법을 대략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 전극 조립체의 제조방법에 의해 제조된 전극 조립체를 나타내는 도이다.
도 3은 기존의 전극 조립체의 제조방법에 의해 제조된 전극 조립체를 나타내는 도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구성에만 한정되지 않는다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 일 실시상태는, 분리막, 양극 및 음극 를 권취하여 권취 중심을 가지는 전극 조립체의 제조방법으로서, 상기 분리막 사이사이에 상기 양극 및 상기 음극을 적층하는 단계; 상기 권취 중심의 내벽에 대응되는 상기 분리막의 일면에 핫-멜트(Hot-Melt) 접착제를 도포하여 접착제층을 형성하는 단계; 상기 적층된 분리막, 양극 및 음극 권취하여 권취 중심을 형성하는 단계; 및 상기 접착제층을 이용하여 형성된 권취 중심의 형태를 고정시켜주는 단계를 포함하는 것인 전극 조립체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막, 양극 및 음극은 각각 시트(sheet) 형태를 갖는다. 즉, 본 발명의 전극 조립체는 분리막 시트, 양극 시트 및 음극 시트가 적층되고, 권취되어 제조되는 것일 수 있다. 여기서 "시트(sheet) 형태"란 해당 분야에서 일반적으로 사용되는 의미하며 동일하며, 보다 구체적으로 일정 두께를 가지고 사각형의 형태를 갖는 모양을 의미한다.
이 때, 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극을 둥글게 권취한 전극 조립체를 젤리-롤(Jelly-Roll, J/R) 전극 조립체라고 명칭한다. 보다 구체적으로 상기 젤리-롤(Jelly-Roll, J/R) 전극 조립체는 분리막 시트가 개재된 상태에서 양극 및 음극을 권취한 전극 조립체일 수 있다. 즉, 본 발명의 전극 조립체는 젤리-롤(Jelly-Roll, J/R) 전극 조립체일 수 있다.
상기 분리막 사이사이에 상기 양극 및 상기 음극을 적층한다는 것은 복수 개의 분리막과 복수 개의 양극 및 복수 개의 음극이 상기 분리막을 사이에 두고 교대로 적층되는 구조를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 상기 핫-멜트(Hot-Melt) 접착제는 용제를 사용하지 않고 열을 이용하여 수지를 녹인 후, 식혀가면서 굳는 성질을 이용하여 물체를 접착시키는 접착제로서, 접착이 어려운 표면에도 접착을 보다 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 경우, 상기 핫-멜트 접착제를 사용함으로써, 전극 조립체의 권취 중심에도 적용하기 쉬운 장점이 있고, 이를 이용하여 전극 조립체의 안전성 및 성능을 향상시키는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 핫-멜트 접착제는 폴리올레핀계 (polyolefin-based) 수지, 폴리염화비닐계(polyvinylchloride-based) 수지, EVA(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer-based)계 수지, 폴리아마이드계(polyamide-based) 수지, 폴리에스테르계(polyester-based) 수지, 실리콘 고무 및 이들을 포함하는 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 본 발명의 실시에 문제가 있지 않는 범위 내에서 상온에서 경화 상태이나 고온 상태 도달시 용융되는 성질을 갖는 열가소성 수지라면 특별히 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 핫-멜트 접착제는 폴리올레핀계 (polyolefin-based) 수지, 폴리염화비닐계(polyvinylchloride-based) 수지, EVA(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer-based)계 수지, 폴리아마이드계(polyamide-based) 수지, 폴리에스테르계(polyester-based) 수지, 실리콘 고무, 및 이들을 포함하는 공중합체; 및 아이오노머(ionically crosslinked 구조를 가지는 열가소성 수지)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 본 발명의 실시에 문제가 있지 않는 범위 내에서 상온에서 경화 상태이나 고온 상태 도달시 용융되는 성질을 갖는 열가소성 수지라면 특별히 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 접착제층을 이용하여 형성된 권취 중심의 형태를 고정시켜주는 단계는 상기 접착제층에 열을 가하여 접착제층을 용융시키는 단계; 및 상기 권취 중심의 내벽에 접착체층이 용융된 상태에서 권취 중심이 원형 형태를 가지도록 상기 권취 중심의 형태를 형성하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 권취 중심의 형태를 형성하는 단계 이후, 상기 접착체층을 냉각시켜 형성된 권취 중심의 형태를 고정하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 권취 중심의 내벽에 접착체층이 용융된 상태에서 권취 중심이 원형 형태를 가지도록 상기 권취 중심의 형태를 형성할 때, 리폼 핀(reform pin)을 이용할 수 있으며, 상기 리폼핀은 통상적으로 사용되는 제품이 사용될 수 있다.
이처럼 본 발명에 따른 전극 조립체 제조방법은 전극 조립체의 권취 중심(코어부)의 형태를 유지하는 전극 조립체의 제조가 가능하여 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 성능 및 안전성을 높일 수 있다.
즉, 본 발명은 전극 조립체의 권취 중심(코어부)의 형태를 원형으로 제조하고, 사이클 진행 시에도 상기 원형 형태를 유지할 수 있는 전극 조립체를 제조하는 것에 그 목적이 있으며, 이를 통해 전극 조립체의 안정성을 확보하고자 한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 접착제층을 이용하여 형성된 권취 중심의 형태를 고정시켜주는 단계는 상기 접착제층에 열을 가하여 접착제층을 용융시키는 단계; 상기 권취 중심의 내벽에 접착체층이 용융된 상태에서 권취 중심이 원형 형태를 가지도록 상기 권취 중심의 형태를 형성하는 단계; 및 상기 접착체층을 냉각시켜 형성된 권취 중심의 형태를 고정하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
도 1은 본 발명의 전극 조립체의 제조방법을 대략적으로 나타낸 것으로, 도 분리막(20, 21)과 양극 (30) 및 음극(40)을 교대로 적층한다. 이 후, 분리막(20)에서 중심의 내벽에 대응되는 부분(A)에 핫-멜트 접착제를 도포하여 접착제층(핫-멜트 잡착제층)을 형성한다. 이 후, 상기 적층된 분리막, 양극 및 음극을 권취하여 상기 접착제층이 형성된 부분이 권취 중심이 되도록 전극 조립체의 형태를 형성한다. 이 후, 상기 접착제층에 열을 가하여 접착제층을 용융시키고, 권취 중심이 원형 형태를 가지도록 형상을 잡게 된다. 이 때, 분리막, 양극, 및 음극은 상술한 바와 같이 각각 시트 형태일 수 있다.
그 결과 도 2에 나타난 바와 같이 제조된 전극 조립체가 권취 중심(코어부)의 형태로 원형을 유지함을 확인할 수 있었다. 참고로, 도 1에 표시한 적층 순서는 예시에 해당하는 것으로 중심의 내벽에 대응되는 부분(A)에 핫-멜트 접착제를 도포하여 접착제층(핫-멜트 잡착제층)을 형성하고, 이를 이용하여 권취 중심이 원형 형태를 가지도록 형상을 잡는 것을 제외하고, 적층 순서는 변경될 수 있다.
반면, 기존의 방법으로 제조한 전극 조립체는 도 3에 나타난 바와 같이 권취 중심(코어부)의 형태가 원형을 이루지 못 하고 무너져있음을 확인할 수 있었다.
즉, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조방법에 의해 제조된 전극 조립체는 권취 중심(코어부)의 형태를 유지할 수 있어, 상기 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 성능을 높일 수 있고, 안정적인 구조를 가짐으로 인하여 전지의 수명 및 안전성을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 접착제층에 열을 가하여 접착제층을 용융시키는 단계의 열은 100 ℃ 내지 160 ℃, 바람직하게는 110 ℃ 내지 150 ℃일 수 있다. 상기 온도 범위를 만족하는 경우, 핫-멜트 접착제를 용융시키면서도 전극 또는 분리막에 온도에 의한 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 권취 중심의 내벽에 대응되는 상기 분리막의 일면에 핫-멜트 접착제를 도포하여 접착제층을 형성하는 단계의 상기 접착체층의 두께는 10 ㎛ 내지 130 ㎛, 바람직하게는 15 ㎛ 내지 120 ㎛일 수 있다. 상기 접착제층의 두께가 10 ㎛ 미만의 경우, 권취 중심의 형태를 고정하기 어렵고, 상기 접착제층의 두께가 130 ㎛ 초과의 경우 완성된 전극 조립체의 전체 두께나 부피를 커지게 하여 전지의 성능을 저하시킬 수 있다.
보다 구체적으로 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 권취 중심의 내벽에 대응되는 상기 분리막의 일면에 핫-멜트(Hot-Melt) 접착제를 도포하여 접착제층을 형성하는 단계의 상기 접착제층의 두께 및 상기 접착제층을 이용하여 형성된 권취 중심의 형태를 고정시켜주는 단계의 상기 접착제층의 두께는 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 권취 중심의 내벽에 대응되는 상기 분리막의 일면에 핫-멜트(Hot-Melt) 접착제를 도포하여 접착제층을 형성하는 단계의 상기 접착제층의 두께는 40 ㎛ 내지 130 ㎛, 바람직하게는 45 ㎛ 내지 120 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 접착제층을 이용하여 형성된 권취 중심의 형태를 고정시켜주는 단계의 상기 접착제층의 두께는 10 ㎛ 내지 120 ㎛, 바람직하게는 15 ㎛ 내지 110 ㎛일 수 있다.
즉, 핫-멜트 접착제를 분리막에 도포하고, 일정 온도(리폼 온도)를 가하여 핫-멜트 접착제를 용융시킨 후, 상기 권취 중심의 내벽에 접착체층이 용융된 상태에서 권취 중심이 원형 형태를 가지도록 상기 권취 중심의 형태를 형성하는 과정에서 접착제층의 두께는 단계 핫-멜트 접착제를 분리막에 도포하는 단계보다 감소할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 권취 중심의 내벽에 대응되는 상기 분리막의 일면에 핫-멜트 접착제를 도포하여 접착제층을 형성하는 단계의 상기 접착체층은 상기 권취 중심의 내벽의 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상을 덮는 것일 수 있다. 상기 접착체층이 상기 권취 중심의 내벽을 덮는 면적이 내벽의 80% 미만인 경우, 권취 중심의 형태를 고정하기 어렵다.
본 발명의 일 실시상태는, 상술한 전극 조립체의 제조방법으로 제조된 분리막, 양극 및 음극을 권취하여 권취 중심을 가지는 전극 조립체로서, 상기 권취 중심은 핫-멜트 접착제를 도포하여 형성된 접착제층에 의해 형태가 고정된 전극 조립체를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는, 분리막, 양극 및 음극을 권취하여 권취 중심을 가지는 전극 조립체로서, 상기 권취 중심은 핫-멜트 접착제를 도포하여 형성된 접착제층에 의해 형태가 고정된 전극 조립체를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는, 상기 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 내장하는 케이스 및 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되고 상기 케이스 개구에 절연 상태로 결합되는 캡 조립체를 포함하는 이차전지를 제공한다.
본 명세서에서 권취 중심에 핫-멜트 접착제를 도포하는 구성을 제외하고, 상기 분리막, 양극 및 음극 등은 해당 분야에서 사용되는 통상적인 재료 및 방법이 사용될 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 이차전지는 특히, 전극 조립체를 전지케이스에 내장한 상태에서 리튬 함유 전해액을 함침시켜 제조되는 리튬 이차전지에 바람직하게 적용될 수 있으므로, 이하에서, 리튬 이차전지의 기타 성분들에 대해서 보다 자세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ㎛ ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ㎛ ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있으며, 그 중에서도 올레핀계 폴리머가 더욱 바람직하다.
리튬 이차전지용 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 슬러리의 형태로 도포한 후 건조 및 압축하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
리튬 이차전지용 음극은 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조 및 압축하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 양극의 성분들(바인더, 도전재, 충진제 등)이 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 재료는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-C-oNi 계 재료 등을 사용할 수 있다.
리튬 이차전지용 비수계 전해질은, 비수 전해액과 리튬 염으로 이루어져 있다.
상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 리튬 염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 본 출원에 따른 이차 전지를 단위셀로 포함하는 전지모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 본 출원에 따른 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.
이상에서 본 명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
10: 전극 조립체
20, 21: 분리막
30: 양극 시트
40: 음극 시트

Claims (9)

  1. 분리막, 양극 및 음극을 권취하여 권취 중심을 가지는 전극 조립체의 제조방법으로서,
    상기 분리막 사이사이에 상기 양극 및 상기 음극을 적층하는 단계;
    상기 권취 중심의 내벽에 대응되는 상기 분리막의 일면에 핫-멜트(Hot-Melt) 접착제를 도포하여 접착제층을 형성하는 단계;
    상기 적층된 분리막, 양극 및 음극을 권취하여 권취 중심을 형성하는 단계; 및
    상기 접착제층을 이용하여 형성된 권취 중심의 형태를 고정시켜주는 단계를 포함하는 것인 전극 조립체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 핫-멜트 접착제는 폴리올레핀계 (polyolefin-based) 수지, 폴리염화비닐계(polyvinylchloride-based) 수지, EVA(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer-based)계 수지, 폴리아마이드계(polyamide-based) 수지, 폴리에스테르계(polyester-based) 수지, 실리콘 고무 및 이들을 포함하는 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 전극 조립체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 접착제층을 이용하여 형성된 권취 중심의 형태를 고정시켜주는 단계는
    상기 접착제층에 열을 가하여 접착제층을 용융시키는 단계; 및
    상기 권취 중심의 내벽에 접착체층이 용융된 상태에서 권취 중심이 원형 형태를 가지도록 상기 권취 중심의 형태를 형성하는 단계를 포함하는 것인 전극 조립체의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 권취 중심의 형태를 형성하는 단계 이후, 상기 접착제층을 냉각시켜 형성된 권취 중심의 형태를 고정하는 단계를 더 포함하는 것인 전극 조립체의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 접착제층에 열을 가하여 접착제층을 용융시키는 단계의 열은 100 ℃ 내지 160 ℃인 것인 전극 조립체의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 권취 중심의 내벽에 대응되는 상기 분리막의 일면에 핫-멜트 접착제를 도포하여 접착제층을 형성하는 단계의 상기 접착체층의 두께는 10 ㎛ 내지 130 ㎛인 것인 전극 조립체의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 권취 중심의 내벽에 대응되는 상기 분리막의 일면에 핫-멜트 접착제를 도포하여 접착제층을 형성하는 단계의 상기 접착체층은 상기 권취 중심의 내벽의 80% 이상을 덮는 것인 전극 조립체의 제조방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 전극 조립체의 제조방법으로 제조된 분리막, 양극 및 음극을 권취하여 권취 중심을 가지는 전극 조립체로서,
    상기 권취 중심은 핫-멜트 접착제를 도포하여 형성된 접착제층에 의해 형태가 고정된 것인 전극 조립체.
  9. 제8항에 따른 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 내장하는 케이스 및
    상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되고 상기 케이스 개구에 절연 상태로 결합되는 캡 조립체를 포함하는 이차전지.
KR1020220180671A 2021-12-24 2022-12-21 전극 조립체 제조 방법, 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지 KR20230098048A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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