KR20230138833A - 전극판, 이를 포함하는 전극 조립체 및 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 기재 상에 활물질이 형성된 활물질부 및 상기 활물질이 형성되지 않은 무지부를 포함하며, 상기 무지부는 무지부 탭이 형성된 제1 무지부 및 상기 제1 무지부에서 상기 활물질부의 폭 방향으로 연장된 제2 무지부를 포함하고, 상기 제1 무지부의 면적 및 상기 제2 무지부의 면적은 식 1(발명의 설명에 기재)을 만족하는 전극판, 이를 포함하는 전극 조립체 및 이차전지가 제공될 수 있다.

Description

전극판, 이를 포함하는 전극 조립체 및 이차전지{ELECTRODE PLATE, ELECTRODE ASSEMBLY AND SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME}
본 발명은 무지부의 구조가 개선된 전극판, 이를 포함하는 전극 조립체 및 이차전지에 관한 것이다.
전자, 통신 및 우주 산업이 발전됨에 따라, 에너지 동력원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증대되고 있다. 특히, 글로벌 친환경 정책의 중요성이 강조됨에 따라 전기 자동차 시장이 비약적으로 성장 중이며, 국내외에서 이차전지에 관한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다.
통상적으로 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차전지는 외부기기의 종류에 따라 단일전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 전지 모듈의 형태로 사용되기도 한다. 이차전지는 전극 조립체를 포함하고 있으며, 전극 조립체는 전극판들 간에 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층된 구조를 포함하고 있다.
도 1은 종래의 전극판의 형태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 전극판(100)은 기재 상에 활물질이 형성된 활물질부(10), 활물질이 형성되지 않은 무지부(11), 및 무지부(11) 상에 형성된 전극 탭(12)의 구조로 이루어져 있다.
일반적으로, 무지부(11)는 노칭(notching) 공정에 의해 전극 탭으로 사용되거나, 무지부(11) 상에 별도의 전극 탭(12)이 배치될 수 있는 형태로 제조된다.
다만, 활물질이 형성되지 않은 무지부(11)에서는 전류의 흐름이 꺾이며 발생하는 확산 및 집중 저항(Spreading & Constriction resistance)으로 인해 무지부(11) 또는 전극 탭(12) 부위에서 전압 및 전류가 높아지며 발열 현상이 일어나기 쉽다. 이처럼, 높아진 저항으로 인해 전지의 충방전 효율이 저하되며, 발열에 의해 전지의 수명이 저하되어, 전지의 품질 및 안정성이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 무지부에서의 전류의 흐름을 개선하여 전극의 저항을 감소시킬 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 무지부의 구조를 개선하여 전극의 저항을 감소시킬 수 있는 전극판, 이를 포함하는 전극 조립체 및 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 전극판은 기재 상에 활물질이 형성된 활물질부 및 상기 활물질이 형성되지 않은 무지부를 포함하며, 상기 무지부는 무지부 탭이 형성된 제1 무지부 및 상기 제1 무지부에서 상기 활물질부의 폭 방향으로 연장된 제2 무지부를 포함하고, 상기 제1 무지부의 면적 및 상기 제2 무지부의 면적은 하기 식 1을 만족한다.
[식 1]
1.0 < (A+B)/A < 2.0
상기 식 1에서 A는 제1 무지부의 면적(mm2)을 나타내며, B는 제2 무지부의 면적(mm2)을 나타낸다.
실시예에 따르면, 상기 제1 무지부의 면적 및 상기 제2 무지부의 면적은 하기 식 2를 만족할 수 있다.
[식 2]
1.2 ≤ (A+B)/A ≤ 1.8
상기 식 2에서 A 및 B는 상기 식 1에서 정의한 바와 같다.
실시예에 따르면, 상기 무지부 탭은 상기 전극판의 전극 탭을 형성할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 무지부는 상기 활물질부와 접촉하는 제1 영역 및 상기 제1 영역에서 상기 활물질부의 길이 방향으로 이격되는 제2 영역을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제2 무지부는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 연결된 직선 형상을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제1 영역의 길이는 상기 제2 영역의 길이보다 길게 형성될 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제2 무지부의 폭 길이는 상기 제1 영역에서 상기 제2 영역으로 갈수록 점점 작아질 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제2 무지부는 다각형 형상을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제2 무지부는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 연결된 라운드 형상을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 라운드 형상은 볼록하게 돌출된 형상일 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 라운드 형상은 오목하게 만입된 형상일 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제1 무지부의 폭 길이와 상기 활물질부의 폭 길이는 1:1 내지 1:4의 비를 가질 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제1 무지부의 폭 길이와 상기 활물질부의 폭 길이는 1:1 내지 1:2의 비를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 전극 조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하며, 상기 양극 또는 상기 음극은 본 발명에 따른 전극판을 포함한다.
본 발명에 따른 이차전지는 본 발명에 따른 전극 조립체를 포함한다.
본 발명은 무지부 탭이 형성된 제1 무지부의 면적과 상기 제1 무지부로부터 연장된 제2 무지부의 면적에 관한 특정 식을 만족하도록 제1 무지부 및 제2 무지부의 면적을 조절함으로써, 무지부에서의 전류의 흐름이 꺾이며 발생하는 확산 및 집중 저항을 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 낮아진 저항으로 인해 전류의 흐름이 개선되어 무지부 탭 부위에 인가되는 전압 밀도 및 전류 밀도를 감소시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전지의 충방전 시 발생하는 발열을 감소시킬 수 있어, 발열로 인해 발생되는 전지의 부반응이 감소되며, 전지의 수명이 증가되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전극판의 형태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극판의 형태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 영역 및 제2 영역이 표시된 무지부의 형태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라운드 형상이 포함된 무지부의 형태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 폭 길이가 상이한 제1 무지부의 형태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7 및 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 무지부의 형태를 개략적으로 나타낸 것이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 실시예들에 대한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들은 본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 실시예들 이외에도 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상이 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 기재 상에 활물질이 형성된 활물질부 및 상기 활물질이 형성되지 않은 무지부를 포함하며, 상기 무지부는 무지부 탭이 형성된 제1 무지부 및 상기 제1 무지부에서 상기 활물질부의 폭 방향으로 연장된 제2 무지부를 포함하고, 상기 제1 무지부의 면적 및 상기 제2 무지부의 면적은 하기 식 1을 만족하는 전극판에 관한 것이다.
[식 1]
1.0 < (A+B)/A < 2.0
상기 식 1에서 A는 제1 무지부의 면적(mm2)을 나타내며, B는 제2 무지부의 면적(mm2)을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극판의 형태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 전극판(200)은 기재 상에 활물질이 형성된 활물질부(20) 및 상기 활물질이 형성되지 않은 무지부(30)를 포함하며, 상기 무지부(30)는 무지부 탭이 형성된 제1 무지부(31)를 포함한다.
상기 전극판(200)은 이차전지용 양극(cathode)판 또는 음극(anode)판일 수 있다. 상기 기재는 집전체(Current Collector)일 수 있으며, 집전체는 이차전지 내에서 화학적 반응을 일으키지 않는 범위에서 공지된 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 집전체는 스테인리스 강(stainless steel), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 구리(Cu), 및 이들의 합금 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 필름(film), 시트(sheet), 호일(foil) 등 다양한 형태로 제공될 수 있다.
상기 활물질부(20)는 활물질을 포함하며, 전극판(200)이 양극판으로 사용되는 경우, 활물질부(20)는 양극 활물질을 포함할 수 있다. 양극 활물질은 리튬(Li) 이온이 삽입 및 탈리될 수 있는 물질일 수 있다. 양극 활물질은 리튬 금속 산화물일 수 있다. 예를 들어, 양극 활물질은 리튬망간계 산화물, 리튬니켈계 산화물, 리튬코발트계 산화물, 리튬니켈망간계 산화물, 리튬니켈코발트망간계 산화물, 리튬니켈코발트알루미늄계 산화물, 리튬인산철계화합물, 리튬인산망간계 화합물, 리튬인산코발트계 화합물, 및 리튬인산바나듐계 화합물 중 하나일 수 있으나, 특정한 예시에 반드시 한정되는 것은 아니다.
전극판(200)이 음극판으로 사용되는 경우, 활물질부(20)는 음극 활물질을 포함할 수 있다. 음극 활물질은 리튬 이온이 흡장 및 탈리될 수 있는 물질일 수 있다. 예를 들어, 음극 활물질은 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소계 물질, 리튬 합금, 규소(Si), 및 주석(Sn) 중 어느 하나일 수 있다. 실시예에 따라, 음극 활물질은 천연 흑연 혹은 인조 흑연일 수 있으나, 특정한 예시에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 활물질부(20)는 바인더 및 도전재를 더 포함할 수 있다. 바인더는 기재와 활물질 간 결합을 매개하여, 기계적 안정성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 바인더는 유기계 바인더 또는 수계 바인더일 수 있으며, 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 같은 증점제와 함께 사용될 수도 있다. 보다 구체적으로, 유기계 바인더는 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 및 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 중 어느 하나이고, 수계 바인더는 스티렌-부타디엔 러버(SBR)일 수 있으나, 특정한 예시에 한정되는 것은 아니다.
도전재는 이차전지의 전기 전도성을 향상시킬 수 있다. 도전재는 금속 계열 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도전재는 통상적인 탄소 계열 도전재를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 도전재는 흑연, 카본블랙, 그래핀, 및 탄소 나노 튜브와 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 도전재는 탄소 나노 튜브를 포함할 수 있으나, 특정한 예시에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 무지부(31)에는 무지부 탭이 형성된다. 상기 무지부 탭은 전극판(200)의 전극 탭으로 사용될 수 있다. 상기 무지부 탭은 전극판(200)의 용도에 따라 양극 탭 또는 음극 탭으로 사용될 수 있다. 또한, 필요에 따라 제1 무지부(31) 상에 별도의 전극 탭(40)이 부착될 수 있다. 상기 전극 탭(40)은 제1 무지부(31) 상에 초음파 용접, 레이저 용접, 저항 용접 등의 방식에 의해 부착될 수 있으나, 특정한 방식에 한정되는 것은 아니다. 보다 구체적으로, 상기 제1 무지부(31)는 활물질부(20)와의 경계영역 및 제2 무지부(32, 33)와의 경계영역에 의해 구획된 형태를 나타낼 수 있다. 또는, 상기 제1 무지부(31)는 전극 탭(40)이 부착된 상태에서 활물질부(20)와의 경계영역 및 제2 무지부(32, 33)와의 경계영역에 의해 구획된 형태를 나타낼 수 있다.
상기 무지부(30)는 상기 제1 무지부(31)에서 상기 활물질부(20)의 폭 방향(X)으로 연장된 제2 무지부(32, 33)를 포함한다. 상기 제2 무지부(32, 33)는 제1 무지부(31)의 양측에 형성될 수 있다. 종래의 무지부는 직사각형 형태로서 전극 탭으로 사용되거나 전극 탭이 부착된 형태를 나타내나, 본 발명의 무지부(30)는 전극 탭으로 사용되거나 전극 탭이 부착될 수 있는 제1 무지부(31) 뿐만 아니라 제2 무지부(32, 33)를 포함함으로써, 무지부의 폭이 증가되어 무지부에서의 전류의 흐름이 꺾이며 발생하는 확산 및 집중 저항을 낮출 수 있는 효과가 있다.
상기 제1 무지부(31)의 면적 및 상기 제2 무지부(32, 33)의 면적은 하기 식 1을 만족한다.
[식 1]
1.0 < (A+B)/A < 2.0
상기 식 1에서 A는 제1 무지부(31)의 면적(mm2)을 나타내며, B는 제2 무지부(32, 33)의 면적(mm2)을 나타낸다.
여기서, 제2 무지부(32, 33)의 면적은 제1 무지부(31)의 일측에 형성되는 제2 무지부(32)의 면적과 제1 무지부(31)의 타측에 형성되는 제2 무지부(33)의 면적의 합을 의미한다. 상기 제1 무지부(31) 및 제2 무지부(32, 33)의 면적은 제1 무지부(31) 및 제2 무지부(32, 33)의 표면적(surface area)을 의미한다.
상기 식 1에서 (A+B)/A이 1.0 이하인 경우, 상기 무지부(30)가 제2 무지부(32, 33)를 포함하지 않는 것으로 이해될 수 있으며, 이 경우 전류의 흐름이 꺾이며 발생하는 확산 및 집중 저항(Spreading & Constriction resistance)으로 인해 전극 탭 부위에서 전압 및 전류가 높아지며 발열 현상이 일어나는 문제가 발생될 수 있다. 또한, 높아진 저항으로 인해 전지의 충방전 효율이 저하되며, 발열에 의해 전지의 수명이 저하되어, 전지의 품질 및 안정성이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.
상기 식 1에서 (A+B)/A이 2.0 이상인 경우, 전극 탭 부위에서 전압 및 전류가 높아지며 발열 현상이 일어나며 전지의 충방전 효율이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.
바람직하게는 상기 제1 무지부(31)의 면적 및 상기 제2 무지부(32, 33)의 면적은 하기 식 2를 만족할 수 있다.
[식 2]
1.2 ≤ (A+B)/A ≤ 1.8
상기 식 2에서 A 및 B는 상기 식 1에서 정의한 바와 같다.
상기 식 2에서 (A+B)/A이 1.2 내지 1.8을 만족하는 경우, 무지부에서의 전류의 흐름이 꺾이며 발생하는 확산 및 집중 저항이 감소되어, 전지의 품질 및 안정성이 향상되는 효과가 있다.
도 3 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 영역 및 제2 영역이 표시된 무지부의 형태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2 내지 5를 참조하면, 전극판(200, 300, 400, 500)은 다양한 형태의 무지부를 포함할 수 있다. 상기 무지부(30)는 활물질부(20)와 접촉하는 제1 영역(C) 및 상기 제1 영역(C)에서 활물질부(20)의 길이 방향(Y)으로 이격되는 제2 영역(D)를 포함할 수 있다. 상기 제1 영역의 길이(T)는 활물질부(20)의 폭 길이와 동일하거나 작게 형성될 수 있다. 상기 제2 영역의 길이(S)는 제1 무지부(31)의 폭 길이와 동일하거나 길게 형성될 수 있다.
상기 제2 무지부(32, 33)는 제1 영역(C)과 상기 제2 영역(D)이 연결된 직선 형상(E)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 무지부(32, 33)는 제1 영역(C), 제2 영역(D), 제1 무지부와의 경계영역 및 직선 형상(E)에 의해 구획된 형태를 나타낼 수 있다.
상기 제1 영역의 길이(T)는 상기 제2 영역의 길이(S)보다 길게 형성될 수 있다. 상기 제2 무지부(32, 33)의 폭 길이(F1, F2, F3)는 제1 영역(C)에서 제2 영역(D)으로 갈수록 점점 작아질 수 있다.
상기 제2 무지부(32, 33)는 다각형 형상을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 무지부(32, 33)는 상기 제1 영역(C)에서 상기 제2 영역(D)의 방향으로 폭 길이(F1, F2, F3)가 점차 좁아지는 삼각형 또는 사다리꼴 형상을 포함할 수 있다.
상기 제2 무지부(32, 33)는 제1 영역(C)과 제2 영역(D)이 연결된 라운드 형상을 포함할 수 있다. 상기 라운드 형상은 볼록하게 돌출된 형상(G)일 수 있고, 오목하게 만입된 형상(H)일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 폭 길이가 상이한 제1 무지부의 형태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 상기 제1 무지부(31)의 폭 길이(p)와 활물질부(20)의 폭 길이(q)는 조절될 수 있다. 상기 활물질부(20)의 폭 길이(q) 대비 제1 무지부(31)의 폭 길이(p)가 증가된다면, 전극판(200, 800)의 양극 탭 또는 음극 탭으로 사용되거나, 전극 탭이 부착될 수 있는 제1 무지부(31)의 면적이 증가되는 것을 의미할 수 있다. 또한, 상기 무지부(30)에서 제1 무지부(31)의 면적 대비 제2 무지부(32, 33)의 면적이 감소되는 것을 의미할 수 있다. 반대로, 상기 활물질부(20)의 폭 길이(q) 대비 제1 무지부(31)의 폭 길이(p)가 감소된다면, 전극판(200, 800)의 양극 탭 또는 음극 탭으로 사용되거나, 전극 탭이 부착될 수 있는 제1 무지부(31)의 면적이 감소되는 것을 의미할 수 있다. 또한, 상기 무지부(30)에서 제1 무지부(31)의 면적 대비 제2 무지부(32, 33)의 면적이 증가되는 것을 의미할 수 있다.
상기 제1 무지부(31)의 폭 길이(p)와 활물질부(20)의 폭 길이(q)는 1:1 내지 1:4의 비를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 무지부(31)의 폭 길이(p)와 상기 활물질부(20)의 폭 길이(q)는 1:1 내지 1:2의 비를 가질 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 전류의 흐름이 개선되어 무지부 탭 부위에 인가되는 전압 밀도 및 전류 밀도를 감소시키는 효과가 있다.
본 발명의 전극 조립체는 양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하며, 상기 양극 또는 상기 음극은 본 발명에 따른 전극판을 포함한다.
분리막은 양극과 음극 간 전기적 단락을 방지하고, 이온의 흐름이 발생되도록 구성된다. 분리막은 다공성 고분자 필름 또는 다공성 부직포를 포함할 수 있다. 여기서, 다공성 고분자 필름은 에틸렌(ethylene) 중합체, 프로필렌(propylene) 중합체, 에틸렌/부텐(ethylene/butene) 공중합체, 에틸렌/헥센(ethylene/hexene) 공중합체, 및 에틸렌/메타크릴레이트(ethylene/methacrylate) 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자를 포함한 단일층 혹은 다중층으로 구성될 수 있다. 다공성 부직포는 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 섬유를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것이 아니며, 실시예에 따라 분리막은 세라믹(ceramic)을 포함한 고내열성 분리막(CCS; Ceramic Coated Separator)일 수 있다.
상기 전극 조립체는 전해액과 함께 케이스 내에 포함될 수 있다. 전해액은 비수 전해액일 수 있다. 전해액은 리튬염과 유기 용매를 포함할 수 있다. 유기 용매는 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 디프로필 카보네이트(DPC), 비닐렌 카보네이트(VC), 디메틸 설포 옥사이드(dimethyl sulfoxide), 아세토니트릴(acetonitrile), 디메톡시에탄(dimethoxyethane), 디에톡시에탄(diethoxyethane), 설포란(sulfolane), 감마-부티로락톤(gamma-butyrolactone), 프로필렌 설파이드(propylene sulfide), 및 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 이차전지는 본 발명에 따른 전극 조립체를 포함한다. 상기 이차전지는 전극 조립체를 수납하는 전지용기, 및 상기 전지용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 또는 전지팩은 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예
제조예 1 내지 14: 이차전지용 양극의 제조
양극 활물질로 LiNi0.80Co0.10Mn0.10O2 94 중량%, 도전제로 카본 블랙(carbon black) 3 중량%, 결합제로 PVdF 3 중량%를 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 이후, 양극 집전체인 알루미늄(Al) 박막에 상기 양극 혼합물 슬러리를 20 ㎛의 두께로 코팅하여 건조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하여 활물질부를 제조하였다. 이후, 노칭(notching) 공정에 의해 상기 양극 혼합물 슬러리가 코팅되지 않은 무지부를 다양한 형상으로 펀칭하여 양극을 제조하였다.
이때, 제조된 무지부의 형상을 도 7 및 도 8에 나타내었으며, 전극 탭이 형성되는 제1 무지부의 폭 길이(p) 및 면적(A), 제1 무지부에서 연장된 제2 무지부의 면적(B`, B``)을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
또한, 상기 측정 결과를 토대로 제1 무지부의 면적 대비 제1, 2 무지부의 면적 총합의 비율((A+B)/A)을 계산하였으며, 제1 무지부의 폭 길이(p)와 활물질부의 폭 길이(q)의 비율(p:q)을 계산하여 하기 표 1에 나타내었다.
한편, 무지부의 높이(m)는 12mm, 활물질부의 폭(q)은 93mm로 고정하였다.
무지부 형상 A(mm2) B`+B``(mm2) (A+B1))/A p(mm) p:q
제조예 1 도 7 (a) 540.0 108.0 1.20 45.0 1:2.07
제조예 2 도 7 (b) 540.0 216.0 1.40 45.0 1:2.07
제조예 3 도 7 (c) 540.0 288.0 1.53 45.0 1:2.07
제조예 4 도 7 (d) 540.0 324.0 1.60 45.0 1:2.07
제조예 5 도 7 (e) 540.0 432.0 1.80 45.0 1:2.07
제조예 6 도 7 (f) 540.0 288.0 1.53 45.0 1:2.07
제조예 7 도 7 (g) 540.0 287.8 1.53 45.0 1:2.07
제조예 8 도 7 (h) 540.0 288.2 1.53 45.0 1:2.07
제조예 9 도 8 (i) 600.0 258.0 1.43 50.0 1:1.86
제조예 10 도 8 (j) 600.0 405.1 1.68 50.0 1:1.86
제조예 11 도 8 (k) 600.0 516.0 1.86 50.0 1:1.86
제조예 12 도 8 (l) 540.0 - 1.00 45.0 1:2.07
제조예 13 도 8 (m) 480.0 636.0 2.33 40.0 1:2.33
제조예 14 도 8 (n) 480.0 516.8 2.08 40.0 1:2.33
1) B: 제2 무지부의 면적(B`+B``)
실시예 1 내지 11 및 비교예 1 내지 3: 이차전지의 제조
음극 활물질로 천연 흑연 96 중량%, 도전제로 덴카 블랙(Denka black) 1 중량%, 결합제로 SBR 2 중량%, 및 증점제로 CMC 1중량%를 물에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 이후, 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 상기 음극 혼합물 슬러리를 100 ㎛의 두께로 코팅하여 건조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하여 음극을 제조하였다.
상기 제조예 1 내지 14에서 제조된 각각의 양극과 상기 제조된 음극 사이에 두께 17 ㎛의 폴리에틸렌제의 다공막을 배치시킨 후, 에틸렌 카보네이트(EC) 및 디에틸 카보네이트(DEC)를 30:70의 부피비로 혼합한 용매에 1M LiPF6가 용해된 전해질을 주입하여 실시예 1 내지 11 및 비교예 1 내지 3의 이차전지를 제조하였다.
실험예 - 저항 특성 평가
실시예 1 내지 11 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 이차전지를 2.5V에서 4.2V까지 0.33C의 전류로 3번의 충전/방전을 진행하였다. 이후, 4.2V까지 충전을 진행하였으며 마지막 3번째 방전용량의 50%를 방전시켰다. 이후, 1시간의 휴지기를 거친 뒤 2.5C의 전류를 인가하여 감소된 전압을 기준으로 저항을 계산하여 하기 표 2에 나타내었다.
양극 저항(mohm)
0.1s 1s 10s
실시예 1 제조예 1 0.7564 0.7615 0.7657
실시예 2 제조예 2 0.7540 0.7590 0.7633
실시예 3 제조예 3 0.7524 0.7575 0.7618
실시예 4 제조예 4 0.7526 0.7577 0.7620
실시예 5 제조예 5 0.7519 0.7569 0.7612
실시예 6 제조예 6 0.7532 0.7583 0.7625
실시예 7 제조예 7 0.7526 0.7577 0.7620
실시예 8 제조예 8 0.7531 0.7582 0.7624
실시예 9 제조예 9 0.7412 0.7472 0.7584
실시예 10 제조예 10 0.7408 0.7458 0.7573
실시예 11 제조예 11 0.7401 0.7448 0.7569
비교예 1 제조예 12 0.7638 0.7689 0.7732
비교예 2 제조예 13 0.7709 0.7752 0.7811
비교예 3 제조예 14 0.7712 0.7763 0.7822
상기 표 1 및 표 2에 의하면, 무지부 탭이 형성된 제1 무지부 및 상기 제1 무지부에서 상기 활물질부의 폭 방향으로 연장된 제2 무지부를 포함하고, 상기 제1 무지부의 면적(A) 및 상기 제2 무지부의 면적(B)이 1.0 < (A+B)/A < 2.0을 만족하는 실시예 1 내지 11의 경우, 비교예 1 내지 3 대비 이차전지의 저항 값이 낮아진 것을 확인할 수 있었다.
구체적으로, 상기 제1 무지부에서 상기 활물질부의 폭 방향으로 연장된 제2 무지부를 포함하지 않는 비교예 1의 경우, 실시예 1 내지 11 대비 0.1s, 1s 및 10s에서의 이차전지의 저항 값이 모두 높아진 것을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 제1 무지부에서 상기 활물질부의 폭 방향으로 연장된 제2 무지부를 포함하더라도 상기 제1 무지부의 면적(A) 및 상기 제2 무지부의 면적(B)이 1.0 < (A+B)/A < 2.0을 만족하지 않는 비교예 2 및 3의 경우, 실시예 1 내지 11 대비 0.1s, 1s 및 10s에서의 이차전지의 저항 값이 모두 높아진 것을 확인할 수 있었다.
한편, 제1 무지부의 폭 길이가 장폭인 실시예 9 내지 11의 경우, 실시예 1 내지 8 대비 0.1s, 1s 및 10s에서의 이차전지의 저항 값이 낮아졌는 바, 상기 1.0 < (A+B)/A < 2.0을 만족하는 동시에 제1 무지부의 폭 길이가 장폭인 경우, 전류의 흐름이 개선되어 무지부 탭 부위에 인가되는 전압 밀도 및 전류 밀도를 감소시키는 효과가 보다 우수한 것을 확인할 수 있었다.
결론적으로, 실시예 1 내지 11의 경우, 비교예 1 내지 3 대비 낮아진 저항으로 인해 전류의 흐름이 개선되어 무지부 탭 부위에 인가되는 전압 밀도 및 전류 밀도를 감소시키는 효과가 있고, 전지의 충방전 시 발열로 인해 발생되는 전지의 부반응이 감소되며, 전지의 수명이 증가되는 효과를 확인할 수 있었다.
10, 20: 활물질부
11, 30: 무지부
12, 40: 전극 탭
31: 제1 무지부
32, 33: 제2 무지부
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800: 전극판

Claims (15)

  1. 기재 상에 활물질이 형성된 활물질부; 및
    상기 활물질이 형성되지 않은 무지부; 를 포함하며,
    상기 무지부는 무지부 탭이 형성된 제1 무지부 및 상기 제1 무지부에서 상기 활물질부의 폭 방향으로 연장된 제2 무지부를 포함하고, 상기 제1 무지부의 면적 및 상기 제2 무지부의 면적은 하기 식 1을 만족하는 전극판:
    [식 1]
    1.0 < (A+B)/A < 2.0
    상기 식 1에서 A는 제1 무지부의 면적(mm2)을 나타내며, B는 제2 무지부의 면적(mm2)을 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무지부의 면적 및 상기 제2 무지부의 면적은 하기 식 2를 만족하는 전극판:
    [식 2]
    1.2 ≤ (A+B)/A ≤ 1.8
    상기 식 2에서 A 및 B는 상기 식 1에서 정의한 바와 같다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무지부 탭은 상기 전극판의 전극 탭을 형성하는 것인 전극판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무지부는 상기 활물질부와 접촉하는 제1 영역 및 상기 제1 영역에서 상기 활물질부의 길이 방향으로 이격되는 제2 영역을 포함하는 것인 전극판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 무지부는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 연결된 직선 형상을 포함하는 것인 전극판.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 영역의 길이는 상기 제2 영역의 길이보다 길게 형성되는 것인 전극판.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제2 무지부의 폭 길이는 상기 제1 영역에서 상기 제2 영역으로 갈수록 점점 작아지는 것인 전극판.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제2 무지부는 다각형 형상을 포함하는 것인 전극판.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제2 무지부는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 연결된 라운드 형상을 포함하는 것인 전극판.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 라운드 형상은 볼록하게 돌출된 형상인 것인 전극판.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 라운드 형상은 오목하게 만입된 형상인 것인 전극판.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무지부의 폭 길이와 상기 활물질부의 폭 길이는 1:1 내지 1:4의 비를 가지는 것인 전극판.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무지부의 폭 길이와 상기 활물질부의 폭 길이는 1:1 내지 1:2의 비를 가지는 것인 전극판.
  14. 양극;
    음극; 및
    상기 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막; 을 포함하며,
    상기 양극 또는 상기 음극은 제1항에 따른 전극판을 포함하는 전극 조립체.
  15. 제14항에 따른 전극 조립체를 포함하는 이차전지.
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