KR20230140594A - 전기화학장치 및 이를 이용한 전자장치 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 전기화학장치 및 이를 이용한 전자장치에 관한 것이다. 상기 전기화학장치는 극편을 포함하고, 상기 극편은 제1 집전체와, 상기 제1집전체로부터 돌출된 제1 탭과, 상기 제1 집전체의 적어도 일면에 설치된 제1 활성물질층과, 상기 제1 집전체의 상기 제1 탭에 가까운 측변을 따라 설치되고 상기 제1 활성물질층에 인접하는 절연층을 포함하며, 상기 절연층은 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 제1 탭에 가까운 일측에 설치되고, 상기 제2 영역은 상기 제1 탭으로부터 멀리 떨어지고 상기 제1 활성물질층과 인접하여 설치되며, 상기 제1 영역의 상기 절연층의 두께는 상기 제2 영역의 상기 절연층의 두께보다 작다. 본 출원의 전기화학장치는 절연층의 두께와 제1 활성물질층의 두께 사이의 비율과 절연층의 얇은 형상을 제어하여, 극편의 압연과정에서 받는 힘의 균일성을 향상시킨다.
Description
본 출원은 배터리 기술 분야에 관한 것으로, 특히 전기화학장치 및 이를 이용한 전자장치에 관한 것이다.
고에너지 밀도 배터리에 대한 사람들의 요구가 높아짐에 따라, 일반적으로 배터리 용량을 늘리기 위해 극편에 더 큰 코팅 중량을 가진 활성물질층을 형성해야 한다. 그러나, 코팅 중량(두꺼운 전극)이 크면 일반적으로 활성물질층의 두께가 두꺼워지므로 버(Burr) 방지를 위해 극편의 가장자리에 코팅된 절연층과 활성층 사이에 명백한 두께의 단차가 생겨 극편의 외관에 영향을 미치게 된다. 또한, 절연코팅층을 코팅할 때, 코팅 장치 표면의 추가 응력에 의한 절연 코팅 슬러리의 유체의 팽창 효과와 건조 과정에서 슬러리의 표면장력에 의한 유연 현상의 이중 영향으로 절연코팅층의 가장자리가 두꺼운 테두리를 형성한다. 절연코팅층의 두꺼운 테두리로 인해 극편을 감을 때 테두리가 부풀어 오르는 현상이 나타나며, 심한 경우 극편이 파손될 수 있다. 동시에 극편이 롤링(rolling, 압연)될 때 극편의 장력 분포가 고르지 않고 정렬이 요구 사항을 충족하지 못하므로 극편 가공의 크기에 영향을 미치게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 종래 기술은 일반적으로 전극을 제작할 때 절연층을 전극의 실제 필요 크기보다 크게 코팅한 다음 극편 가장자리의 두꺼운 테두리 영역을 잘라낸다. 그러나, 절연층의 코팅 크기가 전극의 실제 필요 크기보다 크고 또한 두꺼운 테두리가 있어 재료의 과도한 낭비를 초래한다. 당업자는 두꺼운 전극 극편의 외관을 개선할 뿐만 아니라 절연층의 테두리가 부풀어 오르는 현상을 제거하고, 높은 에너지 밀도 수요를 충족시킴과 더불어 배터리 제품의 수율을 높일 수 있는 방안을 고려할 필요가 있다.
종래기술에서 극편의 코팅이 과도하게 두꺼워서 발생하는 문제를 해결하기 위하여, 본원 실시예에서는 다음과 같은 전기화학장치를 제공한다. 상기 전기화학장치는 극편을 포함하고, 상기 극편은 제1 집전체와, 상기 제1집전체로부터 돌출된 제1 탭과, 상기 제1 집전체의 적어도 일면에 설치된 제1 활성물질층과, 상기 제1 집전체의 상기 제1 탭에 가까운 측변을 따라 설치되고 상기 제1 활성물질층에 인접하는 절연층을 포함하며, 상기 절연층은 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 제1 탭에 가까운 일측에 설치되고, 상기 제2 영역은 상기 제1 탭으로부터 멀리 떨어지고 상기 제1 활성물질층과 인접하여 설치되며, 상기 제1 영역의 상기 절연층의 두께는 상기 제2 영역의 상기 절연층의 두께보다 작다.
가능한 실시 형태에서, 상기 제1 영역은 상기 제1 집전체와 멀리 떨어져 있는 제1 표면을 포함하며, 상기 제1 표면이 위치하는 평면은 상기 제1 집전체가 위치하는 평면과 교차하여 예각 α를 형성하며, 상기 제2 영역의 두께는 H이고, 상기 절연층의 폭은 W이며, 여기서 W/H≥cotα이다.
가능한 실시 형태에서, 상기 예각 α의 범위는 5°내지 75°이다.
가능한 실시 형태에서, 상기 제2 영역의 두께 H의 범위는 20μm 내지 100μm이고, 상기 절연층의 폭 W의 범위는 1mm 내지 10mm이다.
가능한 실시 형태에서, 상기 제1 활성물질층의 두께 L의 범위는 30 μm 내지 200 μm이다.
가능한 실시 형태에서, 상기 제2 영역의 두께 H와 상기 제1 활성물질층의 두께 L은 0.3≤H/L≤0.8의 관계를 만족시킨다.
가능한 실시 형태에서, 상기 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.06 mg/mm2 내지 0.35 mg/mm2이다.
가능한 실시 형태에서, 상기 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2g/cc 내지 6g/cc이다.
가능한 실시 형태에서, 상기 절연층은 무기물 입자 및 접착제를 포함하고, 상기 무기물 입자는 보헤마이트(Boehmite), 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화붕소 또는 육방질화붕소 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 접착제는 폴리불화비닐리덴, 비닐리덴 플루오라이드-헥사 플루오로 프로필렌 공중합체, 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염 또는 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨 중 적어도 하나를 포함한다.
본 출원은 또한 전술한 전기화학장치를 포함하는 전자장치를 제공한다.
종래기술에 비해, 본 출원의 전기화학장치는 제1 활성물질층 외측에 두께가 다른 제1 영역 및 제2 영역의 절연층을 설치하고, 제1 활성물질층에 가까운 제2 영역의 두께를 제1 활성물질층에서 멀리 떨어진 제1 영역의 두께보다 크게 하되, 즉 절연층의 극편 가장자리에 가까운 영역을 얇게 하되, 이 얇게 한 영역이 제1 활성물질층까지 확장되지 않도록 제어하여, 두꺼운 테두리 형태를 제거하고 제1 활성물질층의 활성물질 손실을 방지하며, 전기화학장치의 에너지 밀도를 높이는 전제하에 두꺼운 테두리 형태를 제거하여 극편의 테두리 부풀림 문제를 극복하고, 제1 활성물질층과 절연층 사이의 두께 차이를 줄인다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 전기화학장치의 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 전기화학장치의 극편의 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 2의 III-III 방향에 따른 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 전기화학장치의 개략적인 입체도이다.
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 전기화학장치의 극편의 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 2의 III-III 방향에 따른 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 전기화학장치의 개략적인 입체도이다.
이하, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 있어서, 본 출원에 대하여 상기 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
다음의 설명은 본 출원의 내용을 보다 완전하게 설명하기 위해 첨부된 도면을 참조할 것이다. 첨부도면은 본 출원의 예시적인 실시예를 나타낸다. 그러나, 본 출원은 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 이러한 예시적인 실시예는 본 출원을 철저하고 완전하게 만들고 본 출원의 범위를 당업자에게 완전히 전달하기 위해 제공된다. 동일한 참조번호는 동일한 요소를 가리킨다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 특정 실시예를 설명하기 위한 목적으로만 사용되며, 본 발명을 한정하려는 것이 아니다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수형은 문맥상 명백하게 다른 것을 나타내지 않는 한, 복수형도 포함하는 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용될 때, "포함한다" 및/또는 "포함하는" 또는 "가진다" 및/또는 "가지는"이라는 단어는 언급된 특징(feature), 영역(region), 정수, 단계, 동작, 요소(element), 및/또는 구성요소(component)의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성요소, 및/또는 그 그룹의 추가를 배제하지는 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 기술 및 과학 용어를 포함하는 모든 용어는 일반적으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 또한 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어는, 관련 기술과 본 발명의 문맥에서의 그 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에 명시적으로 그렇게 정의하지 않는 한, 이상적으로 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
이하의 내용은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 설명한다. 참조 도면에 묘사된 구성 요소는 반드시 축척으로 표시되지는 않으며 동일하거나 유사한 구성 요소에는 동일하거나 유사한 참조 번호 또는 유사한 기술 용어가 부여된다.
이하, 본 출원의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 출원의 실시예는 극편(10)을 포함하는 전기화학장치(1)를 제공한다. 일 실시예에서, 본 출원의 전기화학장치(1)는 리튬이온전지를 예로 들어 본 출원을 설명하지만, 본 출원의 전기화학장치(1)는 리튬이온전지에 한정되지 않는다.
도 2는 본 출원의 일 실시 형태인 전기화학장치(1)의 극편(10)의 개략적인 부분 확대도이며, 극편(10)은 도시된 바와 같이 제1 집전체(11), 제1 탭(12), 제1 활성물질층(13) 및 절연층(14)를 포함한다. 여기서, 제1 탭(12)은 제1 집전체(11)로부터 돌출되어 있고, 제1 활성물질층(13)은 제1 집전체(11)의 적어도 일면에 설치되어 있으며, 절연층(14)은 제1 집전체(11)의 제1 탭(12)에 가까운 측변을 따라 설치되어 있고, 제1 활성물질층(13)에 인접해 있다. 절연층(14)은 제1 영역(141)과 제2 영역(142)을 포함하고, 제1 영역(141)은 제1 탭(12)에 가까운 일측에 설치되어 있고, 제2 영역(142)은 제1 영역(141)과 제1 활성물질층(13) 사이에 설치되어 있으며, 상기 제1 영역(141) 및 제1 활성물질층(13)에 인접해 있다. 절연층(14)이 설치된 제1 집전체(11)의 표면에 수직인 방향을 따라, 제1 영역(141)에 위치하는 절연층(14)의 두께는 제2 영역(142)에 위치하는 절연층(14)의 두께보다 작다. 일 실시 형태에서, 제1 영역(141)에 위치하는 절연층(14)의 두께가 제2 영역(142)에 위치하는 절연층(14)의 두께보다 작다는 것은, 제1 영역(141)에 위치하는 각 절연층(14)의 두께가 제2 영역(142)에 위치하는 절연층(14)의 두께보다 작다는 것을 의미한다. 또 다른 실시 형태에서, 제1 영역(141)에 위치하는 절연층(14)의 두께가 제2 영역(142)에 위치하는 절연층(14)의 두께보다 작다는 것은, 제1 영역(141)에 위치하는 절연층(14)의 최대 두께가 제2 영역(142)에 위치하는 절연층(14)의 최소 두께보다 작다는 것을 의미한다.
제1 활성물질층(13)의 외측에 두께가 다른 제1 영역(141) 및 제2 영역(142)의 절연층을 설치하고, 제1 활성물질층(13)에 가까운 제2 영역(142)의 두께를 제1 활성물질층(13)으로부터 멀리 떨어진 제1 영역(141)의 두께보다 크게 하되, 즉 절연층(14)의 극편(10)의 가장자리에 가까운 영역을 얇게 하되, 이 얇게 한 영역이 제1 활성물질층(13)까지 확장되지 않도록 제어하여, 두꺼운 테두리 형태를 제거하고 제1 활성물질층(13)의 활성물질 손실을 방지하며, 전기화학장치(1)의 에너지 밀도를 높이는 전제하에 두꺼운 테두리 형태를 제거하여 극편(10)의 테두리 부풀림 문제를 극복하고, 제1 활성물질층(13)과 절연층(14) 사이의 두께 차이를 줄인다.
본 출원의 실시예의 양극은 본 출원의 목적을 달성할 수 있는 한 양극에 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 양극은 일반적으로 양극 집전체와 양극 활성물질층을 포함한다. 양극 집전체에 대한 특별한 제한은 없으며 일반적으로 알루미늄 호일, 알루미늄 합금 호일 또는 복합 집전체의 적어도 하나를 포함한다. 양극 활성물질층은 양극 활성물질을 포함하며, 양극 활성물질에 특별한 제한은 없으며, 니켈코발트망간산 리튬, 니켈코발트알루미늄산 리튬, 인산철 리튬, 리튬망간 리치계 물질, 코발트산 리튬, 망간산 리튬, 인산망간철 리튬 또는 티타늄산 리튬 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 출원의 실시예의 음극은 본 출원의 목적을 달성할 수 있는 한 음극에 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 음극은 일반적으로 음극 집전체와 음극 활성물질층을 포함한다. 여기서, 음극 집전체는 특별히 제한은 없으며 동박, 알루미늄 호일, 알루미늄 합금 호일 및 복합 집전체의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 음극 활성물질층은 음극 활성물질을 포함하며, 음극 활성물질에 특별한 제한이 없으며, 인조 흑연, 천연 흑연, 메조페이스 탄소 미소구체, 소프트 카본, 하드 카본, 실리콘, 실리콘 탄소, 티타늄산 리튬 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 극편(10)은 양극 또는 음극일 수 있으며, 본 출원의 실시예에서는 극판(10)이 양극인 경우를 예로 들어 본 출원을 설명한다. 이에 대응하여, 제1 활성물질층(13)은 양극 활성물질층 또는 음극 활성물질층일 수 있으며, 본 출원의 실시예에서는 양극 활성물질층을 예로 들어 본 출원을 설명한다. 일 실시예에서, 제1 탭(12)은 제1 집전체(11)로부터 돌출되어 있는바, 즉 제1 탭(12)은 제1 집전체(11)의 가장자리보다 제1 집전체(11)의 중심 영역으로부터 멀어지는 방향으로 돌출되어 있다. 본 실시예에서, 제1 탭(12)이 제1 집전체(11)로부터 돌출되어 있다는 것은, 제1 탭(12)이 제1 집전체(11)와 일체로 형성되고, 제1 집전체(11)의 가장자리가 연장되어 볼록하게 형성되어 있는 것을 의미하며, 다른 실시예에서는 제1 탭(12)과 제1 집전체(11)는 비일체형 구조일 수 있으며, 제1 탭(12)은 극편(10)에 절연층(14)를 코팅하기 전에 예를 들어 용접에 의해 제1 집전체(11)에 접속될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 활성물질층(13)은 제1 집전체(11)의 적어도 하나의 표면에 설치되며, 예를 들어 제1 활성물질층(13)은 제1 집전체(11)의 양면에 설치될 수 있다.
일 실시예에서 절연층(14)은 제1 집전체(11)의 표면에 코팅되고 제1 활성물질층(13)과 인접해 있으며, 절연층(14)은 제1 집전체(11)의 가장자리에 설치되고 적어도 제1 집전체(11)의 절단된 후의 가장자리를 덮을 수 있으며, 이 가장자리에 위치한 절단된 버를 커버링하여 버가 분리막을 관통하는 것을 방지한다. 또한, 절연층(14)은 제1 집전체(11)와 제1 탭(12)의 접합부의 적어도 일부 영역를 덮고, 제1 탭(12)의 제1 집전체(11)에 인접한 일단부의 절단된 버를 커버링하여, 버가 분리막을 관통하는 것을 방지한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 영역(141)은 제1 표면(143)을 포함하고, 제1 표면(143)이 위치한 평면은 제1 집전체(11)가 위치한 평면과 교차하여 예각 α를 형성하며, 제2 영역(12)의 두께는 H이고, 상기 절연층의 폭은 W이며, 여기서 W/H≥cotα이다.
일 실시예에서, 절연층(14)의 극편 두께 방향을 따르는 단면은 사다리꼴이며, 구체적으로는 절연층(14)의 제1 활성물질층(13)과 인접한 일측(즉, 제2 영역(142))의 두께는 거의 동일하며, 절연층(14)의 제1활성물질층(13)과 멀리 떨어져 있고, 제1 탭(12)에 가까운 일측은 제1 영역(141)이며, 절연층(14)의 두께는 제1 영역(141)과 제2 영역(142)과의 접합부에서 제1 탭(12) 측을 향해 점차 감소하여 제1 표면(143)과 제1 집전체(11)가 교차하여 상술한 예각 α를 형성한다.
일 실시예에서, W/H<cotα인 경우, 제1 집전체(11)를 절단하여 제1 탭(12)을 얻는 과정에서, 절연층(14)의 극편 두께 방향을 따르는 단면은 대략 사다리꼴이 아니라 대략 삼각형일 것이다. 즉, 절연층(14)에 가까운 제1 활성물질층(13)의 부분이 제거되어, 전기화학장치(1)의 전체 에너지 밀도가 감소하고 에너지 손실이 발생할 수 있으며, 제1 활성물질층(13)과 절연층(14)의 경계가 흐려질 수 있다.
일 실시예에서, 예각 α의 범위는 5°내지 75°이다. 예각 α가 5° 미만이면 절연층(14)이 박막화 과정에서 각도 요구 사항을 충족시키지 못할 수 있으며, 예각 α가 75°보다 크면 제1 영역(141)에서의 절연층(14)의 평균 두께가 너무 커서 극편(10)의 가장자리가 부풀어 오를 수 있다. 일 실시예에서, 예각 α는 CCD 카메라를 이용하여 절연층(14)의 단면의 이미지를 획득하고, 이미지 상의 예각 α에 대응하는 영역의 각도를 측정하여 얻을 수 있다.
일 실시예에서, 절연층(14)의 두께, 즉 제2 영역의 두께는 마이크로미터 또는 CCD 카메라로 측정할 수 있다. 예를 들어, 적어도 한 면에 제1 영역(141) 및 제2 영역(142)의 단면을 포함하는 소정 길이의 극편(10)을 절단하거나 선택하고, 극편(10)상의 제2 영역(142)를 마이크로미터로 여러 번 측정하여 절연층(14)의 두께를 얻는다. 예를 들어, 제2 영역(142)의 두께를 각각 15번 측정한 후, 여러 번 측정한 평균값을 제2 영역(142)의 두께로 취한다. 또는 CCD 카메라를 이용하여 제1 영역(141) 및 제2 영역(142)의 단면을 포함하는 면을 촬영하고, CCD 카메라와 매칭되는 측정 도구(예를 들어, 소프트웨어)를 통해 절연층(14)의 두께를 얻고, 다른 이미지 또는 동일한 이미지의 다른 부위를 여러 번(예를 들어, 15회) 반복적으로 획득하여, 여러 번 측정한 두께의 평균을 얻어 절연층(14)의 두께를 얻는다.
일 실시예에서, 절연층(14)의 폭은 CCD 카메라에 의해 측정될 수 있다. 예를 들어, CCD 카메라를 이용하여 연속된 제1 영역(141) 및 제2 영역(142)을 포함하는 절연층(14)의 이미지를 촬영하고, 구체적으로는 저배율 상태의 CCD 카메라로 이미지를 얻을 수 있으며, CCD 카메라와 매칭하는 측정 도구(예를 들어, 소프트웨어)를 통해 절연층(14)의 양쪽 가장자리를 설정한 상태에서 절연층(14)의 폭을 얻고, 다른 이미지 또는 동일한 이미지의 다른 부위를 여러 번(예를 들어, 15회) 반복적으로 획득하여, 여러 번 측정한 폭의 평균을 얻어 절연층(14)의 폭을 얻는다.
일 실시예에서, 제2 영역(142)의 두께 H의 범위는 20μm 내지 100μm이고, 절연층(14)의 폭 W의 범위는 1mm 내지 10mm이다. 제2 영역(142)의 두께 H가 20μm 미만이면 절연층(14)의 두께가 일반 버의 길이보다 작아 버를 효과적으로 코팅할 수 없어 전기화학장치(1)가 단락될 위험이 있으며, 제2 영역(142)의 두께가 100μm보다 크면 극편(10)이 냉압 파라미터 요구 사항을 충족시키지 못할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 활성물질층(13)의 두께 L의 범위는 30 μm 내지 200 μm이다. 제2 영역(142)의 두께 H와 제1 활성물질층(13)의 두께 L은 0.3≤H/L≤0.8의 관계를 만족시킨다. 비율이 너무 작아 절연층(14)이 너무 얇으면, 버를 예방할 수 없으며, 비율이 너무 커서 절연층이 너무 두꺼우면, 극편(10)의 냉압 과정에서 설정된 압축 밀도를 달성하기 어렵다.
일 실시예에서, 상기 제1 활성물질층(13)의 코팅 중량은 0.06 mg/mm2 내지 0.35 mg/mm2이다. 일 실시예에서, 단위 면적당의 제1 활성물질층(13) 또는 극편(10)의 중량은 10,000분의 1 분석 저울로 측정할 수 있으며, 하기의 식
코팅 중량 = (극편 중량 - 집전체 중량) / 극판 면적
에 의해 상기 코팅 중량을 환산하고, 평균값을 취한다. 코팅 중량이 0.06mg/mm2 미만이면 에너지 밀도가 낮아 요구 사항을 충족시키기 어렵거나 제1 활성물질층(13)에 입자나 흠집 등의 문제가 생기기 쉽다. 코팅 중량이 0.35mg/mm2보다 크면 극편(10)이 건조하기 어렵거나 갈라지는 등의 가공상의 문제가 발생할 수 있으며, 두께가 두꺼워 코팅 공정을 실현하기 어렵고, 제1 활성물질층(13)(예를 들어 인산리튬철 소재의 활성물질)은 쉽게 갈라지며 리튬 이온의 확산에 도움이 되지 않아 전기화학적 순환에 부정적인 영향을 미친다.
일 실시예에서, 제1 활성물질층(13)의 압축 밀도는 2g/cc 내지 6g/cc이다. 일 실시예에서, 단위 면적당의 제1 활성물질층(13) 또는 극편(10)의 중량을 10,000분의 1 분석 저울로 측정할 수 있으며, 더 나아가 (단위 면적당 절연층 극편의 중량 - 집전체 중량)/기재를 제외한 절연층 두께로 압축 밀도를 구하고 평균값을 구할 수 있다. 압축 밀도가 너무 낮으면(2g/cc 미만), 단위 체적당의 활성물질이 적어 에너지 밀도가 낮아 요구 사항을 충족시키기 어렵고, 압축 밀도가 너무 높으면(6g/cc 이상), 제1 활성물질층(13)의 공극률이 너무 작아 이온 전달 능력이 약해지거나 내부 저항(DCR)이 너무 크거나 극편(10)이 취화되어 냉압 과정에서 밴드가 끊어지기 쉽다.
일 실시예에서, 절연층(14)은 무기물 입자 및 접착제를 포함하고, 상기 무기물 입자는 보헤마이트, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화붕소 또는 육방질화붕소 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 접착제는 폴리불화비닐리덴, 비닐리덴 플루오라이드-헥사 플루오로 프로필렌 공중합체, 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염 또는 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨 중 적어도 하나를 포함한다.
본 출원의 전기화학장치는 분리막을 더 포함할 수 있으며, 분리막은 양극과 음극을 분리하고, 전기화학장치 내부의 단락을 방지하며, 전해질 이온의 자유로운 통과를 허용하여 전기화학 충전 및 방전 과정을 완료할 수 있다. 본 출원에서, 분리막은 본 출원의 목적을 달성할 수 있는 한 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 기반 폴리올레핀(PO) 타입 분리 필름, 폴리에스테르 필름(예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름), 셀룰로오스 필름, 폴리이미드 필름(PI), 폴리아미드 필름(PA), 스판덱스 또는 아라미드 필름, 직포 필름, 부직포 필름(non-woven fabric), 미세 다공성 필름, 복합 필름, 분리지, 적층 필름(積層膜), 방사 필름 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 분리막은 기재층 및 표면 처리층을 포함할 수 있다. 기재층은 다공성 구조를 갖는 부직포, 필름 또는 복합 필름일 수 있으며, 기재층의 재료는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리이미드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에서는, 폴리프로필렌 다공성 필름, 폴리에틸렌 다공성 필름, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에틸렌 부직포, 또는 폴리프로필렌-폴리에틸렌-폴리프로필렌 다공성 복합 필름이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 표면 처리층은 기재층의 적어도 하나의 표면에 설치되며, 표면 처리층은 고분자층 또는 무기물층일 수 있고, 고분자와 무기물이 혼합되어 형성된 층일 수 있다.
또한, 예를 들어 무기물층은 무기물 입자와 접착제를 포함할 수 있으며, 무기물 입자는 특별히 제한은 없으며, 예를 들어 산화알루미늄, 산화규소, 산화마그네슘, 산화티타늄, 이산화하프늄, 산화주석, 이산화세륨, 산화니켈, 산화아연, 산화칼슘, 산화 지르코늄, 산화이트륨, 실리콘 카바이드, 보헤마이트, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화칼슘 및 황산바륨 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 접착제는 특별히 제한되지 않으며, 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 비닐리덴 플루오라이드-헥사 플루오로 프로필렌 공중합체(vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer), 폴리아미드(Polyamide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리아크릴산(polyacrylic acids), 폴리아크릴산 염(polyacrylic acid salt), 폴리에틸렌 피롤리돈(polyethylene pyrrolidone), 폴리비닐 에테르(polyvinyl ether), 폴리메틸 메타 크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리테트라 플루오로 에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리헥사 플루오로 프로필렌(polyhexafluoropropylene) 중으로부터 선택된 하나 및 이들의 조합을 포함한다. 예를 들어, 고분자층은 고분자를 포함하고, 고분자 재료는 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 염, 폴리에틸렌 피롤리돈, 폴리비닐 에테르, 폴리불화비닐리덴 또는 폴리(비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌) 중 적어도 하나를 포함한다.
본 출원의 전기화학장치는 또한 전해질을 포함할 수 있으며, 전해질은 겔 전해질, 고체 전해질 및 전해액 중 하나 이상일 수 있으며, 전해액은 리튬염 및 비수성 용매를 포함한다.
일 실시예에서, 전기화학장치(10)가 리튬이온 배터리일 때, 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiClO4, LiB(C6H5)4, LiCH3SO3, LiCF3SO3, LiN(SO2CF3)2, LiC(SO2CF3)3, LiSiF6, LiBOB 및 리튬디플루오로보레이트 중 하나 이상으로부터 선택된다. 예를 들어, 리튬염은 LiPF6을 선택할 수 있는데, 이는 LiPF6이 비교적 높은 이온 전기 전도성을 제공할 수 있고 사이클 특성을 개선할 수 있기 때문이다.
비수성 용매는 카보네이트 화합물, 카르복실레이트 화합물, 에테르 화합물, 다른 유기 용매 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 카보네이트 화합물은 사슬형 카보네이트 화합물, 환상 카보네이트 화합물, 플루오로 카보네이트 화합물 또는 이들의 조합일 수 있다.
위에서 언급한 사슬형 카보네이트 화합물의 예는, 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC) 및 이들의 조합을 들 수 있다. 환형 카보네이트 화합물의 예로는, 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC), 비닐에틸렌 카보네이트(VEC) 및 이들의 조합을 들 수 있다. 플루오로카보네이트 화합물의 예는, 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC), 1,2-디플루오로에틸렌 카보네이트, 1,1-디플루오로에틸렌 카보네이트, 1,1,2-트리플루오로에틸렌 카보네이트, 1,1,2,2-테트라플루오로에틸렌 카보네이트, 1-플루오로 -2-메틸에틸렌 카보네이트, 1-플루오로-1-메틸에틸렌 카보네이트, 1,2-디플루오로-1-메틸에틸렌 카보네이트, 1,1,2-트리플루오로-2-메틸에틸렌 카보네이트, 트리플루오로메틸에틸렌 카보네이트, 및 이들의 조합을 들 수 있다.
위에서 언급한 카르복실레이트 화합물의 예로는, 메틸포르메이트, 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, n-프로필 아세테이트, tert-부틸 아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, 프로필프로피오네이트, γ-부티로락톤, 데칼락톤, 발레로락톤, 메발로노락톤, 카프로락톤 및 이들의 조합을 들 수 있다.
상기 에테르 화합물의 예로는, 디부틸에테르, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(Tetraethylene glycol dimethyl ether), 디에틸렌글리콜디메틸에테르(diethylene glycol dimethyl ether), 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 에톡시메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로프란,테트라히드로푸란 및 이들의 조합을 들 수 있다.
상기 다른 유기 용매의 예로는, 디메틸설폭사이드, 1,2-디옥솔란, 술포란, 메틸술포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, N-메틸-2-피롤리돈, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 아세토니트릴, 트리메틸포스페이트, 트리에틸포스페이트, 트리옥틸포스페이트, 인산에스테르 및 이들의 조합을 들 수 있다.
전기화학장치(1)의 제조과정은 해당 분야의 기술자에게 잘 알려져 있으며, 본 출원은 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 전기화학장치는 아래와 같은 공정을 통해 제조될 수 있다. 즉 분리막을 통해 양극과 음극을 중첩시켜 필요에 따라 권취, 접는 등의 작업을 거쳐 케이스에 넣고 전해액을 케이스에 주입하여 밀봉하는 공정을 통해 제조할 수 있으며, 사용된 분리막은 본 출원에서 제공한 상기 분리막이다. 또한 필요에 따라 과전류 방지 소자, 전도판 등을 케이스에 배치하여 전기화학장치 내부의 압력 상승 및 과충방전을 방지할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 본 출원의 실시예에서 제공되는 전자 장치(100)의 개략적인 입체도를 나타낸다. 본 출원은 전자 장치(100)를 더 제공하고, 당해 전자 장치(100)는 전기화학장치(1)를 포함한다. 도 4에서는 전자 장치(100)가 핸드폰인 경우를 예로 들고 있으며, 다른 실시예에서 본 출원의 전자 장치(100)는 특별히 제한은 없으며 종래 기술에 알려진 모든 전자 장치일 수 있다. 일부 실시예에서, 전자 장치(100)는 노트북, 펜 입력 컴퓨터, 모바일 컴퓨터, 전자책 플레이어, 휴대용 전화기, 휴대용 팩스, 휴대용 복사기, 휴대용 프린터, 헤드셋, 비디오, 액정 TV, 휴대용 청소기, 휴대용 CD 플레이어, 미니디스크, 송수신기, 전자 메모장, 계산기, 메모리 카드, 휴대용 녹음기, 라디오, 백업 전원 공급 장치, 모터, 자동차, 오토바이, 어시스트 자전거, 자전거, 조명 장비, 장난감, 게임기, 시계, 전동 공구, 섬광등, 카메라, 가정용 대용량 축전지 및 리튬이온 캐패시터 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
극편 가장자리 두께 COV 테스트:
1) (25±3)℃의 환경에서 완성된 배터리로부터 극편을 분리한다. 극편 표면에 남아 있는 전해액을 먼지 없는 종이로 닦아낸다.
2) 극편을 절단하여 일정한 면적의 극편 샘플을 얻는다.
3) 마이크로미터로 2) 중 극편 샘플의 탭과 가까운 일측의 극편 가장자리 두께를 측정하고, 극편의 가장자리를 따라 15개의 다른 지점의 두께 값을 차례로 테스트하고, 모든 테스트 지점의 두께 값의 COV 값을 계산한다.
배터리 체적 에너지 밀도 테스트:
1) (25±3)℃의 환경에서 배터리를 정전류로 3.6V까지 충전한 후, 0.5C배율에서 2.5V까지 방전하여 실제 용량 Cap을 얻는다.
2) 배터리 방전 플랫폼은 E이다.
3) 배터리의 길이, 너비, 높이를 측정하고, 각 면의 10개 지점을 측정하여 평균값을 취하며, 체적 V=길이*너비*높이이다.
4) 체적 에너지 밀도 V.ED=Cap*E/V이다.
실시예 1
<1-1. 양극 극편의 제조>
양극 활성물질인 코발트산리튬, 아세틸렌블랙, 폴리불화비닐리덴(PVDF)을 94:3:3의 질량비로 혼합한 후 N-메틸피롤리돈(NMP)을 용매로 첨가하여 고형분 75% 슬러리를 제조하고 균일하게 저어준다. 슬러리를 두께 12μm의 알루미늄 호일의 한쪽 표면에 고르게 도포하고, 90°C에서 건조시킨 후 냉압하여 양극 활성물질층 두께가 100μm인 양극 극편을 얻은 다음, 양극 극편의 다른쪽 표면에 위의 단계를 반복하여 양극 활성물질층이 양면으로 코팅된 양극 극편을 얻는다. 여기서, 양극 활성물질층(제1 활성물질층)의 두께 L은 100μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.2mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2.0g/cc이다.
양극 극편의 탭과 가까운 일측의 양극 활성물질층의 가장자리에 절연층이 설치되며, 여기서 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 20μm, 절연층의 폭 W는 1.2mm, 예각 α에 해당하는 cotα는 1이다.
양극 극편을 74mm×867mm 크기로 절단하고 탭을 용접한 후 사용한다.
<1-2. 음극 극편의 제조>
음극 활성물질인 인조흑연, 아세틸렌블랙, 스티렌부타디엔고무, 카르복시메틸셀룰로오스나트륨을 질량비 96:1:1.5:1.5로 혼합한 후 탈이온수를 용매로 첨가하여 고형분 70% 슬러리를 제조하고 균일하게 저어준다. 슬러리를 두께가 8μm인 동박의 한쪽 표면에 고르게 도포하고, 110°C에서 건조시킨 후 냉압착하여 음극 활성물질층 두께가 150μm인 한쪽면에 음극 활성물질층이 코팅된 음극 극편을 얻은 다음, 음극 극편의 다른쪽 표면에 위의 코팅단계를 반복하여 양면에 음극 활성물질층이 코팅된 음극 극편을 얻는다. 음극 극편을 74mm×867mm 크기로 절단하고 탭을 용접한 후 사용한다.
<1-3. 전해액의 조제>
수분함량이 10ppm 미만인 환경에서, 비수성 유기용매인 에틸렌카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 프로필렌카보네이트(PC), 프로필프로피오네이트(PP), 비닐렌카보네이트(VC)를 질량비 20:30:20:28:2로 혼합한 후 비수성 유기용매에 헥사플루오로인산리튬(LiPF6)을 첨가하여 용해 및 혼합하여 전해액을 얻는데, 이 중 LiPF6와 비수성 유기용매의 질량비는 8:92이다.
<1-4 리튬이온 배터리의 제조>
상기 양극 극편과 상기 음극 극편을 권취하고, 상기 양극 극편과 상기 음극 극편 사이는 폴리에틸렌(PE) 필름을 분리막으로 사용하여 분리하며, 전극 조립체가 제조된다. 전극 조립체를 알루미늄 플라스틱 필름 포장 백에 넣고 80°C에서 수분을 제거하고 준비된 전해액을 주입하고 진공 포장, 정치(定置), 화성(畵成) 및 성형 등의 공정을 거쳐 리튬이온 배터리를 얻는다.
실시예 2
실시예 2는 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 100μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.2mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2.0g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 40μm, 절연층 폭 W는 1.2mm, 예각 α에 해당하는 cotα는 1이다.
실시예 3
실시예 3은 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 100μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.2mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2.0g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 50μm, 절연층 폭 W는 1.2mm, 예각 α에 해당하는 cotα는 1이다.
실시예 4
실시예 4는 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 100μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.2mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2.0g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 80μm, 절연층 폭 W는 1.2mm, 예각 α에 해당하는 cotα는 1이다.
실시예 5
실시예 5는 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 125μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.2mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2.0g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 100μm, 절연층 폭 W는 1.2mm, 예각 α에 해당하는 cotα는 1이다.
실시예 6
실시예 6은 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 100μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.2mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2.0g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 50μm, 절연층 폭 W는 1mm, 예각 α에 해당하는 cotα는 1이다.
실시예 7
실시예 7은 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 100μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.2mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2.0g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 50μm, 절연층 폭 W는 1.2mm, 예각 α에 해당하는 cotα는 1이다.
실시예 8
실시예 8는 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 100μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.2mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2.0g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 80μm, 절연층 폭 W는 10mm, 예각 α에 해당하는 cotα는 1이다.
실시예 9
실시예 9는 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 100μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.2mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2.0g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 30μm, 절연층 폭 W는 1.2mm, 예각 α에 해당하는 cotα는 1이다.
실시예 10
실시예 10은 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 100μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.2mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2.0g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 50μm, 절연층 폭 W는 10mm, 예각 α에 해당하는 cotα는 0.3다.
실시예 11
실시예 11는 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 100μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.2mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2.0g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 80μm, 절연층 폭 W는 10mm, 예각 α에 해당하는 cotα는 1이다.
실시예 12
실시예 12는 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 30μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.06 mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2.0g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 24μm, 절연층 폭 W는 1.2mm, 예각 α에 해당하는 cotα는 1이다.
실시예 13
실시예 13은 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 175μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.35 mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2.0g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 88μm, 절연층 폭 W는 1.2mm, 예각 α에 해당하는 cotα는 1이다.
실시예 14
실시예 14는 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 88μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.35 mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 4.0 g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 44μm, 절연층 폭 W는 1.2mm, 예각 α에 해당하는 cotα는 1이다.
실시예 15
실시예 15는 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 58μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.35 mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 6.0 g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 30μm, 절연층 폭 W는 1.2mm, 예각 α에 해당하는 cotα는 1이다.
실시예 16
실시예 16은 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 100μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.2mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2.0g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 폴리아크릴산: 산화지르코늄=30%:70%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 50μm, 절연층 폭 W는 1.2mm, 예각 α에 해당하는 cotα는 1이다.
실시예 17
실시예 17는 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 100μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.2mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2.0g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 87.5μm, 절연층 폭 W는 1mm, 예각 α에 해당하는 cotα는 11.4다.
비교예 1
비교예 1은 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 30μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.045 mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 1.5 g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 30μm, 절연층 폭 W는 1mm로 절연층을 얇게 하지 않는다.
비교예 2
비교예 2는 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 100μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.2mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2.0g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 50μm, 절연층 폭 W는 1.2mm로 절연층을 얇게 하지 않는다.
비교예3
비교예 3은 실시예 1과 동일한 리튬 이온 배터리 제조 공정을 가지지만 성분 파라미터에는 차이가 있으며, 여기서 양극 활성물질(제1 활성물질층)의 두께 L는 100μm, 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.2mg/mm2, 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2.0g/cc, 절연층 성분(질량 비율)은 PVDF: 보헤마이트=40%:60%, 절연층 제2 영역의 두께 H는 0μm, 절연층 폭 W는 1.2mm로 절연층을 얇게 하지 않는다.
위의 실시예 1∼17 및 비교예 1∼3에 대해 권취 냉압 등의 공정을 수행하고, 극편의 외관을 관찰하여, 에너지 밀도를 계산하였는바, 그 결과는 아래 표 1과 같다.
실시예 | 절연층 제2 영역의 두께 H/μm | 절연층 폭 W/mm | W/H | cotα | 제1 활성물질층의 두께 L/μm | H/L | 활성물질층의 코팅 중량 (mg / mm2) |
활성물질층의 압축 밀도 (g/cc) |
절연층 성분 (질량 비율) |
극편 외관 | 체적 에너지 밀도 V.ED/Wh/L |
1 | 20 | 1.2 | 60 | 1 | 100 | 0.2 | 0.2 | 2.0 | PVDF:보헤마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀지 않고, 극편 가장자리의 두께가 COV≤0.5% | 303.7 |
2 | 40 | 1.2 | 30 | 1 | 100 | 0.4 | 0.2 | 2.0 | PVDF:베마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀지 않고, 극편 가장자리의 두께가 COV≤0.5% | 308.4 |
3 | 50 | 1.2 | 24 | 1 | 100 | 0.5 | 0.2 | 2.0 | PVDF:베마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀지 않고, 극편 가장자리의 두께가 COV≤0.5% | 305.9 |
4 | 80 | 1.2 | 15 | 1 | 100 | 0.8 | 0.2 | 2.0 | PVDF:보헤마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀지 않고, 극편 가장자리의 두께가 COV≤0.5% | 304.1 |
5 | 100 | 1.2 | 12 | 1 | 125 | 0.8 | 0.25 | 2.0 | PVDF:보헤마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀지 않고, 극편 가장자리의 두께가 COV≤0.5% | 308.1 |
6 | 50 | 1 | 20 | 1 | 100 | 0.5 | 0.2 | 2.0 | PVDF:보헤마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀지 않고, 극편 가장자리의 두께가 COV≤0.5% | 306.4 |
7 | 50 | 1.2 | 24 | 1 | 100 | 0.5 | 0.2 | 2.0 | PVDF:보헤마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀지 않고, 극편 가장자리의 두께가 COV≤0.5% | 303.4 |
8 | 80 | 10 | 125 | 1 | 100 | 0.8 | 0.2 | 2.0 | PVDF:보헤마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀지 않고, 극편 가장자리의 두께가 COV≤0.5% | 309.0 |
9 | 30 | 1.2 | 40 | 1 | 100 | 0.3 | 0.2 | 2.0 | PVDF:보헤마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀지 않고, 극편 가장자리의 두께가 COV≤0.5% | 301.4 |
10 | 50 | 10 | 50 | 0.3 | 100 | 0.5 | 0.2 | 2.0 | PVDF:보헤마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀지 않고, 극편 가장자리의 두께가 COV≤0.5% | 307.6 |
11 | 80 | 10 | 50 | 1 | 100 | 0.5 | 0.2 | 2.0 | PVDF:보헤마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀지 않고, 극편 가장자리의 두께가 COV≤0.5% | 300.2 |
12 | 24 | 1.2 | 50 | 1 | 30 | 0.8 | 0.06 | 2.0 | PVDF:보헤마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀지 않고, 극편 가장자리의 두께가 COV≤0.5% | 201.4 |
13 | 88 | 1.2 | 14 | 11.4 | 175 | 0.5 | 0.35 | 2.0 | PVDF:보헤마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀지 않고, 극편 가장자리의 두께가 COV≤0.5% | 448.2 |
14 | 44 | 1.2 | 27 | 1 | 88 | 0.5 | 0.35 | 4.0 | PVDF:보헤마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀지 않고, 극편 가장자리의 두께가 COV≤0.5% | 375.2 |
15 | 30 | 1.2 | 40 | 1 | 58 | 0.5 | 0.35 | 6.0 | PVDF:보헤마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀지 않고, 극편 가장자리의 두께가 COV≤0.5% | 408.4 |
16 | 50 | 1.2 | 24 | 1 | 100 | 0.5 | 0.2 | 2.0 | 폴리아크릴산: 산화지르코늄=30%:70% | 극편의 가장자리가 부풀지 않고, 극편 가장자리의 두께가 COV≤0.5% | 302.6 |
17 | 87.5 | 1 | 11 | 11.4 | 100 | 0.9 | 0.2 | 2.0 | PVDF:보헤마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀지 않고, 극편 가장자리의 두께가 COV≤0.5% | 253.1 |
비교예1 | 30 | 1 | 33 | / | 30 | 1.0 | 0.045 | 1.5 | PVDF:보헤마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀지 않고, 극편 가장자리의 두께가 COV=0.7% | 180.5 |
비교예2 | 50 | 1.2 | 24 | / | 100 | 0.5 | 0.2 | 2.0 | PVDF:보헤마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀고, 극편 가장자리의 두께가 COV≤0.5% | / |
비교예3 | 0 | 1.2 | / | / | 100 | 0.0 | 0.2 | 2.0 | PVDF:보헤마이트=40%:60% | 극편의 가장자리가 부풀고, 극편 가장자리의 두께가 COV> 1% | / |
본 출원의 전기화학장치는, 종래기술에 비해 극편에 인접한 제1 활성물질층 및 절연층을 설치하여 절연층이 제1 집전체 및 탭의 일부 커팅 버를 덮도록 하여 전기화학장치의 단락을 방지하고, 절연층 외측에 얇은 제1 영역을 설치하여 절연층의 두께와 제1 활성물질층의 두께 사이의 비율과 절연층의 얇은 형상을 제어함으로써, 전기화학장치의 안전성이 보장된 상태에서 극편의 압연과정에서 받는 힘의 균일성을 향상시켜 전기화학장치의 전반적인 성능을 향상시킬 수 있다. 이상에서는, 본 출원의 구체적인 실시 형태가 첨부된 도면을 참조하여 설명되었다. 그러나, 당업자는 본 출원의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 출원의 특정 실시예에 대해 다양한 변경 및 대체가 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 변경 및 대체는 본 출원에서 정의된 범위 내에 있다.
1:
전기화학 장치
10: 극편
11: 제1 집전체
12: 제1 탭
13: 제1 활성물질층
14: 절연층
141: 제1 영역
142: 제2 영역
143: 제1 표면
α: 예각
100: 전자 장치
10: 극편
11: 제1 집전체
12: 제1 탭
13: 제1 활성물질층
14: 절연층
141: 제1 영역
142: 제2 영역
143: 제1 표면
α: 예각
100: 전자 장치
Claims (10)
- 극편을 포함하는 전기화학장치로서,
상기 극편은,
제1 집전체,
상기 제1집전체로부터 돌출된 제1 탭,
상기 제1 집전체의 적어도 일면에 설치된 제1 활성물질층,및
상기 제1 집전체의 상기 제1 탭에 가까운 측변을 따라 설치되고 상기 제1 활성물질층에 인접하는 절연층을 포함하며,
상기 절연층은 제1 영역 및 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 영역은 상기 제1 탭에 가까운 일측에 설치되고, 상기 제2 영역은 상기 제1 탭으로부터 멀리 떨어지고 상기 제1 활성물질층과 인접하여 설치되며, 상기 제1 영역의 상기 절연층의 두께는 상기 제2 영역의 상기 절연층의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 전기화학장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 영역은 제1 표면을 포함하고, 상기 제1 표면이 위치하는 평면은 상기 제1 집전체가 위치하는 평면과 교차하여 예각 α를 형성하며, 상기 제2 영역의 두께는 H이고, 상기 절연층의 폭은 W이며, 여기서 W/H≥cotα인 것을 특징으로 하는 전기화학장치.
- 제2항에 있어서,
상기 예각 α의 범위는 5°내지 75°인 것을 특징으로 하는 전기화학장치.
- 제2항에 있어서,
상기 제2 영역의 두께 H의 범위는 20μm 내지 100μm이고, 상기 절연층의 폭 W의 범위는 1mm 내지 10mm인 것을 특징으로 하는 전기화학장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 활성물질층의 두께 L의 범위는 30 μm 내지 200 μm인 것을 특징으로 하는 전기화학장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 영역의 두께는 H이고,상기 제2 영역의 두께 H와 상기 제1 활성물질층의 두께 L은 0.3≤H/L≤0.8의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 전기화학장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 활성물질층의 코팅 중량은 0.06 mg/mm2 내지 0.35 mg/mm2인 것을 특징으로 하는 전기화학장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 활성물질층의 압축 밀도는 2g/cc 내지 6g/cc인 것을 특징으로 하는 전기화학장치.
- 제1항에 있어서,
상기 절연층은 무기물 입자 및 접착제를 포함하고, 상기 무기물 입자는 보헤마이트, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화붕소 또는 육방질화붕소 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 접착제는 폴리불화비닐리덴, 비닐리덴 플루오라이드-헥사 플루오로 프로필렌 공중합체, 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염 또는 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학장치.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 전기화학장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
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