KR20240068277A - 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20240068277A
KR20240068277A KR1020220149501A KR20220149501A KR20240068277A KR 20240068277 A KR20240068277 A KR 20240068277A KR 1020220149501 A KR1020220149501 A KR 1020220149501A KR 20220149501 A KR20220149501 A KR 20220149501A KR 20240068277 A KR20240068277 A KR 20240068277A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
electrode assembly
jelly
protective tape
roll type
Prior art date
Application number
KR1020220149501A
Other languages
English (en)
Inventor
김재희
이관수
구성모
김영수
이병준
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020220149501A priority Critical patent/KR20240068277A/ko
Publication of KR20240068277A publication Critical patent/KR20240068277A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.

Description

젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 {JELLY-ROLL ELECTRODE ASSEMBLY AND SECONDARY BATTERY COMPRISING SAME}
본 발명은 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 특정범위의 마찰계수를 갖는 보호테이프를 포함하는 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 원통형 이차전지에 관한 것이다.
원통형 전지의 경우 폭이 정해진 긴 전극을 롤 형태로 말아 젤리-롤(Jelly Roll) 형태의 전극조립체를 제조한다. 이러한 젤리-롤형 전극조립체를 전지케이스에 삽입하여 제조되는 원통형 전지는 충방전시 전극의 수축/팽창을 반복하게 된다. 특히, 젤리-롤형 전극조립체의 코어에 탭(In tab)이 위치하거나, 음극 전극 내 실리콘계 활물질이 첨가되어 전극조립체의 수축/팽창 정도가 증가하는 경우 전극조립체의 코어부에 작용하는 압력은 크게 증가하게 된다.
최근 저저항/고용량 설계가 증가함에 따라 젤리-롤형 전극조립체가 복수의 탭을 포함하거나, 실리콘계 활물질이 첨가되는 경우가 증가하고 있으며, 이에 따라, 전극조립체의 수축/팽창에 따른 상기 코어부에 위치하는 전극조립체의 변형 가능성이 증가하고, 특히 음극 및 양극 사이에 위치하는 분리막이 파손되는 경우 음극 및 양극이 직접 접촉하여 내부 쇼트로 인해 발열 및 발화가 발생하는 문제가 있었다.
이러한 전극조립체의 변형에 따른 분리막 파손 및 내부 쇼트 발생 문제를 해결하기 위하여 해당 영역의 양극 및 분리막을 보호하고, 내부 쇼트 발생을 억제할 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 젤리-롤형 전극조립체의 설계를 변경한 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 제공하고자 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시상태는 제1전극, 분리막 및 제2전극이 적층되어 권취된 젤리-롤형 전극조립체에 있어서, 상기 제1전극의 권취가 시작되는 길이방향 단부는 상기 분리막과 대면하는 일면 상에 부착되는 보호테이프를 더 포함하고, 상기 보호테이프의 마찰계수는 0.3 이상인 것인 젤리-롤형 전극조립체를 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태는 상기 젤리-롤형 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 수용하기 위한 전지케이스를 포함하는 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체는 양극의 길이방향 일 단부에 부착되는 보호테이프를 포함하고, 상기 보호테이프의 마찰계수를 조절함으로써, 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형으로부터 분리막 손상을 방지하고, 전극 간 내부 쇼트를 방지하여 전지 안정성 및 수명 특성이 개선될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지는 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형 시에도 전극 간 내부 쇼트를 방지함으로써, 전지 안정성 및 수명 특성이 개선될 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본원 명세서 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 보호테이프를 포함하는 젤리-롤형 전극조립체를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 보호테이프를 포함하는 젤리-롤형 전극조립체의 전극조립체의 중심부를 기준으로, SOC(State of charge) 0 %에서의 제1전극의 길이방향 단부의 위치와, SOC(State of charge) 변화에 따른 제1전극의 길이방향 단부의 위치 사이의 각도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 보호테이프를 포함하는 젤리-롤형 전극조립체의 전극조립체의 중심부를 기준으로, SOC(State of charge) 0 %에서의 제1전극의 길이방향 단부의 위치와, 보호테이프의 길이방향 길이 변화에 따른 제1전극의 길이방향 단부의 위치 사이의 각도를 도시한 것이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 발명의 일 실시상태는 제1전극, 분리막 및 제2전극이 적층되어 권취된 젤리-롤형 전극조립체에 있어서, 상기 제1전극의 권취가 시작되는 길이방향 단부는 상기 분리막과 대면하는 일면 상에 부착되는 보호테이프를 더 포함하고, 상기 보호테이프의 마찰계수는 0.3 이상인 것인 젤리-롤형 전극조립체를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체는 양극의 길이방향 일 단부에 부착되는 보호테이프를 포함함으로써, 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형으로부터 분리막 손상을 방지하고, 전극 간 내부 쇼트를 방지하여 전지 안정성 및 수명 특성이 개선될 수 있다. 또한, 전극에 직접 점착층을 도포하는 경우에 발생할 수 있는 융착 등의 불량을 저감할 수 있으며, 보호테이프 부착을 통해 전극-분리막 간의 마찰력을 조절할 수 있으므로 전극조립체의 생산성이 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 보호테이프를 포함하는 젤리-롤형 전극조립체를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 보호테이프의 일 단부는 상기 제1전극의 길이방향 단부와 일치하도록 부착되는 것일 수 있다. 구체적으로, 도 1을 참고하면, 상기 보호테이프(40)는 일 단부가 상기 제1전극(100)의 코어부에 위치하는 길이방향 일 단부(110)와 일치하도록 부착되는 것일 수 있다. 이를 통해, 상기 보호테이프(40)가 전지 충방전에 따른 전극의 수축/팽창 및 전극조립체의 변형 시에도, 코어부에 위치하는 제1전극(100)의 슬라이딩에 의한 분리막(20)의 손상을 방지하는 것일 수 있고, 분리막 손상이 일어나는 경우에도 제1전극(100) 및 제2전극(300) 간 내부 쇼트를 방지하는 것일 수 있다.
후술하는 바와 같이, 제1전극(100)의 제1전극 집전체(101); 및 상기 제1전극 집전체(101) 상에 구비되는 제1전극 활물질층(102, 103)은 동일한 위치에서 길이방향 단부를 갖는 프리엣지(Free-edge)형태일 수 있으며, 제1전극의 길이방향 단부(110)에 부착된 보호테이프(40)가 날카로운 제1전극의 프리엣지(Free-edge)와 분리막(20)이 직접 맞닿는 것을 방지할 수 있으므로, 제1전극의 길이방향 단부(110)에 의한 분리막(20) 손상을 저감할 수 있다. 또한, 제1전극의 길이방향 단부(110)의 슬라이딩에 의해 분리막(20)의 손상이 발생하는 경우에도, 제1전극(100) 및 제2전극(300)은 제1전극의 길이방향 단부(110)에 부착된 보호테이프(40)를 게재하여 맞닿게 되므로, 제1전극(100) 및 제2전극(300) 간 내부 쇼트를 방지하는 것일 수 있다. 여기서 상기 '일치'의 의미는, 전극조립체의 길이방향에 수직한 단면을 기준으로, 각 단부의 위치가 물리적으로 완전히 동일한 경우 외에 공정상의 오차가 존재하는 경우를 포함한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 보호테이프의 마찰계수는 0.3 이상인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 보호테이프의 마찰계수는 0.4 이상, 0.5 이상 또는 0.6 이상인 것일 수 있다. 전술한 상기 보호테이프의 마찰계수 범위를 만족하는 경우, 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형으로부터 분리막 손상 방지 효과가 보다 우수할 수 있다. 구체적으로, 특정 범위의 마찰계수를 갖는 보호테이프를 부착하여 분리막에 대한 제1전극의 슬라이딩을 방지함으로써, 제1전극의 길이방향 단부에 의해 발생할 수 있는 분리막 손상을 저감할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극의 슬라이딩 정도는 SOC(State of charge) 변화에 따른 이동각도로 표현되는 것일 수 있다. 즉, 상기 전극조립체의 중심부를 기준으로, 특정 SOC(State of charge) 에서의 상기 전극의 길이방향 단부의 위치와, SOC(State of charge) 0 %에서의 상기 전극의 길이방향 단부의 위치 사이의 각도를 측정하여 도출되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1전극의 슬라이딩 정도는, 상기 전극조립체의 중심부를 기준으로, SOC(State of charge) 90 % 이상 또는 100 %에서의 상기 제1전극의 길이방향 단부의 위치와, SOC(State of charge) 0 %에서의 상기 제1전극의 길이방향 단부의 위치 사이의 각도를 의미하는 것일 수 있다. 여기서, SOC(State of charge)는 충전상태, 즉 전지의 전체 용량에서 충전된 %를 나타내는 것일 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 전극의 슬라이딩 정도, 즉 SOC(State of charge) 변화에 따른 이동각도가 특정 범위, 예를 들어 3° 이하 또는 2°이하로 조절되는 경우, 전지 충방전에 따른 전극의 수축/팽창 및 전극조립체의 변형 시에도 전극의 길이방향 단부에 의한 분리막 손상 방지 효과가 보다 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 보호테이프의 길이방향 길이는 상기 젤리-롤형 전극조립체의 내주면 둘레를 기준으로, 30 % 이상 150 % 이하인 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 보호테이프의 길이방향 길이는 상기 젤리-롤형 전극조립체의 내주면 둘레를 기준으로 50 % 이상, 75 % 이상 또는 100 % 이상일 수 있고, 125 % 이하, 100 % 이하 또는 75 % 이하인 것일 수 있다. 다시 말해, 상기 보호테이프의 길이방향 길이는 상기 젤리-롤형 전극 조립체의 내주면 둘레를 기준으로, 1/3 턴(turn) 이상 3/2 턴 이하인 것일 수 있고, 1/2 턴 이상, 3/4 턴 이상 또는 1 턴 이상일 수 있고, 5/4 턴 이하, 1 턴 이하 또는 3/4 턴 이하인 것일 수 있다. 여기서, 상기 '내주면 둘레'는 상기 전극조립체의 권취축을 중심으로, 상기 전극조립체의 중공에 접하는 최내각 층까지의 거리 중 가장 큰 값을 반지름으로 하는 가상의 원의 둘레를 의미하는 것일 수 있다.
상기 보호테이프의 길이방향 길이가 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 보호테이프를 포함하는 전지의 전기화학적 물성에 영향을 최소화하면서, 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형 시에도 분리막에 대한 제1전극의 슬라이딩을 보다 효과적으로 방지할 수 있고, 분리막 손상 방지 효과가 보다 우수할 수 있다. 또한, 전극의 수축/팽창에 의한 분리막 손상이 발생하는 경우에도 전극 간 내부 쇼트를 방지함으로써, 전지 안정성 및 수명 특성이 개선될 수 있다.
구체적으로, 상기 보호테이프의 길이방향 길이가 전술한 범위를 초과하는 경우, 리튬 이온을 주는 양극의 면적이 감소하여 전지의 충방전 용량이 감소할 수 있다. 한편, 상기 보호테이프의 길이방향 길이가 전술한 범위에 미달하는 경우, 소정의 오차가 존재하는 자동화 공정에서 보호테이프 부착 확인을 위한 별도의 검사 공정이 필요하므로 생산성이 감소할 수 있으며, 분리막 손상이 발생하는 경우 상기 보호테이프의 면적 감소에 따라 내부 쇼트 방지효과가 열등할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 보호테이프의 폭방향 길이는 상기 제1전극의 폭 100 %를 기준으로, 50 % 이상 100 % 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 보호테이프의 폭방향 길이는 상기 제1전극의 폭 100 %를 기준으로, 60 % 이상 100 % 이하, 70 % 이상 100 % 이하, 80 % 이상 100 % 이하, 50 % 이상 90 % 이하, 50 % 이상 80 % 이하, 50 % 이상 70 % 이하, 60 % 이상 90 % 이하 또는 70 % 이상 80 % 이하인 것일 수 있다. 상기 보호테이프의 폭방향 길이가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형 시 분리막에 대한 제1전극의 슬라이딩을 보다 효과적으로 방지함으로써, 분리막 손상 방지 효과가 우수할 수 있고, 분리막의 손상이 발생하는 경우에도 양극 및 음극 간 내부 쇼트를 방지하는 역할을 보다 효율적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전극조립체의 중심부를 기준으로, SOC(State of charge) 90 % 이상에서의 상기 제1전극의 길이방향 단부의 위치와, SOC(State of charge) 0 %에서의 상기 제1전극의 길이방향 단부의 위치 사이의 각도는 2° 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 전극조립체의 중심부를 기준으로, SOC(State of charge) 90 % 이상에서의 상기 제1전극의 길이방향 단부의 위치와, SOC(State of charge) 0 %에서의 상기 제1전극의 길이방향 단부의 위치 사이의 각도는 1.75° 이하, 1.5° 이하 또는 1.25° 이하인 것일 수 있다. 상기 각도가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형 시 분리막에 대한 제1전극의 슬라이딩을 보다 효과적으로 방지하고, 슬라이딩 일어나는 경우에도 이를 일정범위 내로 제어함으로써, 분리막 손상 방지 효과가 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전극조립체의 중심부를 기준으로, SOC(State of charge) 100 %에서의 상기 제1전극의 길이방향 단부의 위치와, SOC(State of charge) 0 %에서의 상기 제1전극의 길이방향 단부의 위치 사이의 각도는 3° 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 전극조립체의 중심부를 기준으로, SOC(State of charge) 100 %에서의 상기 제1전극의 길이방향 단부의 위치와, SOC(State of charge) 0 %에서의 상기 제1전극의 길이방향 단부의 위치 사이의 각도는 2.8° 이하, 2.6° 이하, 2.4° 이하, 2.2° 이하 또는 2.0° 이하인 것일 수 있다. 상기 각도가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형 시 분리막에 대한 제1전극의 슬라이딩을 보다 효과적으로 방지하고, 슬라이딩 일어나는 경우에도 이를 일정범위 내로 제어함으로써, 분리막 손상 방지 효과가 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 보호테이프는 기재층 및 점착층을 포함하고, 상기 점착층은 상기 기재층의 적어도 일면 상에 구비되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 보호테이프는 특정범위의 마찰계수를 갖는 기재층과 상기 보호테이프를 상기 제1전극에 부착하는 점착층의 다층구조를 포함하는 것일 수 있고, 상기 점착층은 상기 기재층의 상기 제1전극에 대향하는 일면 상에 구비되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 점착층은 폴리아크릴계 수지를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 점착층은 PMMA(poly methyl methacrylate), PEMA(poly ethyl methacrylate) 및 PBMA(poly butyl methacrylate)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하는 것일 수 있다. 상기 점착층이 전술한 소재를 포함하는 경우, 상기 보호테이프를 포함하는 전지의 전기화학적 물성에 영향을 최소화하면서, 상기 보호테이프의 점착력을 적절한 수준으로 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 기재층은 폴리이미드(Polyimide), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리에스터(Polyester) 및 폴리우레탄(Polyurethane)으로 이루어진 군에서 선택되는 수지를 1 이상 포함하는 것일 수 있다. 상기 기재층이 전술한 소재를 포함하는 경우, 상기 보호테이프를 포함하는 전지의 전기화학적 물성에 영향을 최소화하면서, 상기 보호테이프의 마찰계수를 분리막에 대한 제1전극의 슬라이딩을 효과적으로 방지 가능한 수준으로 조절하는 것이 보다 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 보호테이프의 마찰계수는 상기 보호테이프의 상기 분리막과 대면하는 일면 상에서 측정되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 보호테이프의 상기 분리막과 대면하는 일면인 기재층 상에서, ASTM-D1894에 따라 측정되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1전극은 양극이고, 상기 제2전극은 음극인 것일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체는 양극; 분리막; 및 음극이 차례대로 적층되어 권취된 젤리-롤형 전극조립체인 것일 수 있고, 상기 양극의 권취가 시작되는 길이방향 단부는 상기 분리막과 대면하는 일면 상에 부착되는 보호테이프를 더 포함하고, 상기 보호테이프의 마찰계수는 0.3 이상인 것인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1전극(100)은 제1전극 집전체(101) 및 상기 제1전극 집전체(101) 상에 구비된 제1전극 활물질층(102, 103)을 포함하는 것일 수 있다. 즉, 상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 상에 구비된 양극 활물질층을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 일면 또는 양면에 형성되며, 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질층을 포함할 수 있다. 다시 말해, 상기 양극 활물질층은 상기 양극 집전체의 양극 유지부에 형성되고, 상기 양극 활물질층이 구비되지 않은 면은 양극 무지부로 표현될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극 집전체는 양극 활물질이 도포되는 양극 유지부와 양극 활물질이 도포되지 않는 양극 무지부를 포함하는 것일 수 있고, 양극 무지부 상에 탭을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 양극 집전체는 양극 무지부를 포함할 수 있으며, 상기 양극 무지부에 형성된 양극 탭을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1전극(100)의 상기 제1 집전체(101); 및 상기 제1전극 집전체(101) 상에 구비되는 제1전극 활물질층(102, 103)은 동일한 위치에서 길이방향 단부(110)를 갖는 것 일 수 있다. 즉, 상기 양극의 상기 양극 집전체; 및 상기 양극 집전체 상에 구비되는 양극 활물질층은 동일한 위치에서 길이방향 단부를 갖는 것 일 수 있다. 다시 말해, 상기 양극의 길이방향 일 단부는 프리엣지(Free-edge)형태인 것일 수 있다. 이를 통해, 불필요한 양극 집전체 무지부 면적을 감소시켜 경제성을 확보할 수 있고, 전극 상에 활물질층을 형성한 후 슬리팅 공정이 이루어질 수 있어 슬리팅 공정 및 와인딩 공정을 포함하는 롤-투-롤 공정이 보다 효율적으로 이루어질 수 있다. 여기서, '동일한 위치'란 길이방향 단부가 동일한 것을 의미하고, 슬리팅 공정 등에서 발생할 수 있는 공정상의 오차로 인해 실질적으로 동일한 위치에서 단부를 형성하는 경우를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 구체적으로, 상기 양극 집전체로는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 즉, 양극 집전체는 표면 처리된 스테인리스 스틸, 알루미늄 호일 등의 형태로 제공될 수 있다.
또한, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3 내지 50 ㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극 활물질은 통상적으로 사용되는 양극 활물질일 수 있다. 구체적으로, 상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; LiFe3O4 등의 리튬 철 산화물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (0≤x≤0.33), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M은 Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 및 Ga으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나이고, 0.01≤y≤0.3를 만족한다.)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-zMzO2 (여기서, M은 Co, Ni, Fe, Cr, Zn 및 Ta 으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나이고, 0.01≤z≤0.1를 만족한다.) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M은 Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나이다.)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 상기 양극은 Li-metal일 수도 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극 활물질층은 양극 도전재 및 양극 바인더를 더 포함할 수 있다. 상기 양극 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. 구체적으로, 상기 양극 도전재는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 사용할 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
또한, 상기 양극 바인더는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극 활물질과 양극 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2전극(300)은 제2전극 집전체(301) 및 상기 제2전극 집전체(301) 상에 구비된 제2전극 활물질층(302, 303)을 포함하는 것일 수 있다. 즉, 상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 구비된 음극 활물질층을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체의 일면 또는 양면에 형성되며, 음극 활물질을 포함하는 음극 활물질층을 포함할 수 있다. 다시 말해, 상기 음극 활물질층은 상기 음극 집전체의 음극 유지부에 형성되고, 상기 음극 활물질층이 구비되지 않은 면은 음극 무지부로 표현될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 음극 집전체는 음극 활물질층이 형성되는 음극 유지부와 음극 활물질층이 형성되지 않는 음극 무지부를 포함하는 것일 수 있고, 음극 무지부 상에 탭을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 음극 집전체는 음극 무지부를 포함할 수 있으며, 상기 음극 무지부에 형성된 음극 탭을 포함하는 것일 수 있다. 이에 따라, 제조되는 전극조립체는 음극 탭을 1개 이상 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 음극 활물질층은 실리콘계 물질 및 탄소계 물질로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하는 음극 활물질을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 음극 활물질층은 음극 도전재 및 음극 바인더를 더 포함할 수 있으며, 상기 음극 활물질; 음극 도전재; 및 음극 바인더는 당업계에 사용되는 물질이 제한 없이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 되고, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 음극 집전체로는 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 구체적으로는, 구리, 니켈과 같은 탄소를 잘 흡착하는 전이 금속을 음극 집전체로 사용할 수 있다. 상기 음극 집전체의 두께는 8 ㎛ 이상 80 ㎛ 이하일 수 있으나, 상기 음극 집전체의 두께가 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 음극 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 폴리 아크릴산 (poly acrylic acid) 및 이들의 수소를 Li, Na 또는 Ca 등으로 치환된 물질로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 또한 이들의 다양한 공중합체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 음극 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 나노 튜브 등의 도전성 튜브; 플루오로카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 젤리-롤형 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 수용하기 위한 전지케이스를 포함하는 것인 이차전지를 제공한다. 구체적으로, 상기 이차전지는 상술한 일 실시상태에 따른 전극조립체 및 상기 전극조립체를 수용하기 위한 전지케이스를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지는 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형 시에도 양극 및 음극 간 내부 쇼트를 방지함으로써, 전지 안정성 및 수명 특성이 개선될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전지케이스는 원통형인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 전지케이스는 용도에 따라 원통형, 각형 또는 파우치형 등일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전지케이스의 내부는 전해질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 전해질은 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질 또는 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 전해질은 비수계 유기용매와 금속염을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라하이드로푸란, 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.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속염은 리튬염일 수 있고, 상기 리튬염은 상기 비수 전해액에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, I-, NO3 -, N(CN)2-, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 디플루오로에틸렌카보네이트 등과 같은 할로알킬렌카보네이트계 화합물, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예
실시예 1-1
전극조립체 제조
양극 집전체로서 두께 15 ㎛, 폭방향 길이 64 mm의 Al 호일을 준비하고, 상기 양극 집전체 상에 양극 활물질로서 LiNi1-x-y-zCoxMnyAlzO2(0＜x＜0.12, 0＜y＜0.12, 0＜z＜0.12)를 포함하는 양극 활물질 슬러리를 도포 및 건조함으로써 양극 활물질층을 형성하여 154 ㎛의 두께를 갖는 양극을 제조하였다.
이후, 폴리우레탄(PU) 소재의 기재층 일면 상에 폴리에틸메타크릴레이트(PEMA) 소재의 점착층을 갖는 두께 52 ㎛의 보호테이프를 준비하고, 상기 양극의 분리막과 대면하는 일면 상에 상기 양극의 권취가 시작되는 길이방향 단부와 길이방향 일 단부가 일치하도록 폭방향 길이 64 mm, 길이방향 길이 10 mm, 두께 30 ㎛인 보호테이프를 부착하였다. 이 때, 상기 보호테이프는 분리막과 대면하는 기재층의 일면 상에서 측정한 마찰계수가 0.3인 것을 사용하였다.
다음으로, 음극 집전체로서 두께 8 ㎛, 폭방향 길이 62 mm의 Cu 호일을 준비하고, 상기 음극 집전체 상에 음극 활물질로서 인조흑연 및 천연흑연을 각각 50 중량부로 포함하는 음극 활물질 슬러리를 도포 및 건조함으로써 음극 활물질층을 형성하여 174 ㎛의 두께를 갖는 음극을 제조하였다.
한편, 분리막으로서 시트형의 폴리에틸렌 분리막 2 장을 준비하였다.
이후, 양극, 분리막 및 음극을 차례로 배치하여 적층체를 형성한 뒤 가압 및 열융착하고, 상기 양극의 보호테이프가 부착된 길이방향 단부가 코어부에 위치하도록 상기 적층체를 권취하고, 권취가 종료되는 길이방향 단부에 PET 소재의 실 테이프(Seal tape)를 젤리-롤의 상단 및 하단 외주면을 감싸도록 부착 및 마감하여 내주면의 둘레가 7 mm인 젤리-롤형 전극조립체를 제조하였다.
이차전지의 제조
상기 젤리-롤형 전극조립체를 원통형 전지케이스에 삽입한 후, 에틸렌카보네이트(EC):에텔메틸카보네이트(EMC)를 30:70의 부피비로 혼합하여 LiPF6가 1.0 M이 되도록 용해한 전해액을 주액하고, 캡 조립체로 원통형 전지 캔을 밀봉하여 이차전지를 제조하였다.
실시예 1-2
분리막과 대면하는 기재층의 일면 상에서 측정한 마찰계수가 0.4인 보호테이프를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 젤리-롤형 전극조립체 및 이차전지를 제조하였다.
실시예 1-3
분리막과 대면하는 기재층의 일면 상에서 측정한 마찰계수가 0.5인 보호테이프를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 젤리-롤형 전극조립체 및 이차전지를 제조하였다.
실시예 1-4
분리막과 대면하는 기재층의 일면 상에서 측정한 마찰계수가 0.6인 보호테이프를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 젤리-롤형 전극조립체 및 이차전지를 제조하였다.
실시예 1-5
분리막과 대면하는 기재층의 일면 상에서 측정한 마찰계수가 0.7인 보호테이프를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 젤리-롤형 전극조립체 및 이차전지를 제조하였다.
실시예 1-6
분리막과 대면하는 기재층의 일면 상에서 측정한 마찰계수가 0.8인 보호테이프를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 젤리-롤형 전극조립체 및 이차전지를 제조하였다.
실시예 1-7
분리막과 대면하는 기재층의 일면 상에서 측정한 마찰계수가 0.9인 보호테이프를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 젤리-롤형 전극조립체 및 이차전지를 제조하였다.
실시예 1-8
분리막과 대면하는 기재층의 일면 상에서 측정한 마찰계수가 1.0인 보호테이프를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 젤리-롤형 전극조립체 및 이차전지를 제조하였다.
실시예 2-1 내지 2-3 및 실시예 2-6
길이방향 길이 2 mm인 보호테이프를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1-1 내지 실시예 1-3 및 실시예 1-6과 동일한 방법으로 젤리-롤형 전극조립체 및 이차전지를 제조하였다.
실시예 3-1 내지 3-3 및 실시예 3-6
길이방향 길이 4 mm인 보호테이프를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1-1 내지 실시예 1-3 및 실시예 1-6과 동일한 방법으로 젤리-롤형 전극조립체 및 이차전지를 제조하였다.
실시예 4-1 내지 4-3 및 실시예 4-6
길이방향 길이 6 mm인 보호테이프를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1-1 내지 실시예 1-3 및 실시예 1-6과 동일한 방법으로 젤리-롤형 전극조립체 및 이차전지를 제조하였다.
실시예 5-1 내지 5-3 및 실시예 5-6
길이방향 길이 8 mm인 보호테이프를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1-1 내지 실시예 1-3 및 실시예 1-6과 동일한 방법으로 젤리-롤형 전극조립체 및 이차전지를 제조하였다.
비교예 1-1
분리막과 대면하는 기재층의 일면 상에서 측정한 마찰계수가 0.1인 보호테이프를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 젤리-롤형 전극조립체 및 이차전지를 제조하였다.
비교예 1-2
분리막과 대면하는 기재층의 일면 상에서 측정한 마찰계수가 0.2인 보호테이프를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 젤리-롤형 전극조립체 및 이차전지를 제조하였다.
실험예 1 - 전극 슬라이딩 평가
실시예들 및 비교예들의 리튬 이차전지를 CC/CV 0.3C, 4.25V(0.05C CUT OFF)으로 SOC(State of Charge) 10 %, 30 %, 60 %, 90 % 및 100 %까지 충전하였다. 상기 이차전지의 코어부 단층촬영(CT)을 통해, 전극조립체의 전극조립체의 중심부를 기준으로, SOC(State of charge) 0 %에서의 제1전극의 길이방향 단부의 위치와, SOC(State of charge) 변화에 따른 슬라이딩 후 제1전극의 길이방향 단부의 위치 사이의 각도를 측정하여 하기 표 1, 도 2 및 도 3에 나타내었다.
보호테이프
길이(mm)		 마찰계수 SOC 변화에 따른 이동각도(°)
10 % 30 % 60 % 90 % 100 %
실시예 1 실시예 1-1 10 0.3 0.32 0.20 0.48 1.22 2.18
실시예 1-2 0.4 0.32 0.19 0.47 1.22 1.91
실시예 1-3 0.5 0.32 0.20 0.47 1.22 1.79
실시예 1-4 0.6 0.32 0.19 0.47 1.22 1.77
실시예 1-5 0.7 0.32 0.19 0.47 1.21 1.76
실시예 1-6 0.8 0.32 0.20 0.47 1.22 1.76
실시예 1-7 0.9 0.32 0.19 0.47 1.22 1.76
실시예 1-8 1.0 0.32 0.20 0.47 1.22 1.76
실시예 2 실시예 2-1 2 0.3 - - - - 2.75
실시예 2-2 0.4 - - - - 2.71
실시예 2-3 0.5 - - - - 2.68
실시예 2-6 0.8 - - - - 2.65
실시예 3 실시예 3-1 4 0.3 - - - - 2.64
실시예 3-2 0.4 - - - - 2.63
실시예 3-3 0.5 - - - - 2.61
실시예 3-6 0.8 - - - - 2.58
실시예 4 실시예 4-1 6 0.3 - - - - 2.58
실시예 4-2 0.4 - - - - 2.55
실시예 4-3 0.5 - - - - 2.53
실시예 4-6 0.8 - - - - 2.50
실시예 5 실시예 5-1 8 0.3 - - - - 2.19
실시예 5-2 0.4 - - - - 2.10
실시예 5-3 0.5 - - - - 1.95
실시예 5-6 0.8 - - - - 1.91
비교예 1 비교예 1-1 10 0.1 0.32 1.03 1.47 2.20 16.32
비교예 1-2 0.2 0.32 0.30 0.56 1.28 13.09
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 보호테이프를 포함하는 젤리-롤형 전극조립체의 전극조립체의 중심부를 기준으로, SOC(State of charge) 0 %에서의 제1전극의 길이방향 단부의 위치와, SOC(State of charge) 변화에 따른 제1전극의 길이방향 단부의 위치 사이의 각도를 도시한 것이다. 구체적으로, 마찰계수 조절에 따른 전극 슬라이딩 정도를 평가하기 위해, 보호테이프의 마찰계수가 0.1 내지 1.0인 경우, SOC(State of charge)를 10 %, 30 %, 60 %, 90 % 및 100 %로 조절하면서, 제1전극의 길이방향 단부의 이동 각도를 각각 측정하여 나타낸 것이다. 이때, 보호테이프의 길이방향 길이는 10 mm로 동일하게 조절하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 보호테이프를 포함하는 젤리-롤형 전극조립체의 전극조립체의 중심부를 기준으로, SOC(State of charge) 0 %에서의 제1전극의 길이방향 단부의 위치와, 보호테이프의 길이방향 길이 변화에 따른 제1전극의 길이방향 단부의 위치 사이의 각도를 도시한 것이다. 구체적으로, 보호테이프의 길이방향 길이 조절에 따른 전극 슬라이딩 정도를 평가하기 위해, 보호테이프의 마찰계수가 0.3, 0.4, 0.5 및 0.8인 경우, 보호테이프의 길이방향 길이를 4mm, 6mm, 8mm 및 10 mm로 조절하면서, 제1전극의 길이방향 단부의 이동 각도를 각각 측정하여 나타낸 것이다. 이때, 전극조립체의 중심부를 기준으로, SOC(State of charge) 0 %에서의 제1전극의 길이방향 단부의 위치와, SOC(State of charge) 100 %에서의 제1전극의 길이방향 단부의 위치 사이의 각도를 측정하였다.
상기 표 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 5에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 경우, SOC(State of charge) 90 %에서의 양극의 길이방향 단부의 위치와, SOC(State of charge) 0 %에서의 상기 제1전극의 길이방향 단부의 위치 사이의 각도가 2° 이하인 것을 확인하였다. 또한, SOC(State of charge) 100 %에서의 양극의 길이방향 단부의 위치와, SOC(State of charge) 0 %에서의 상기 제1전극의 길이방향 단부의 위치 사이의 각도가 3° 이하인 것을 확인하였다.
도 3을 참조하면, 부착되는 보호테이프의 길이방향 길이가 2 mm, 4 mm, 6 mm 또는 8 mm인 실시예 2 내지 실시예 5의 경우에도 전극의 슬라이딩 정도, 즉 SOC(State of charge) 변화에 따른 이동각도가 3° 이하로, 전극 슬라이딩 방지효과가 우수한 것을 알 수 있다. 이를 통해, 전지 충방전에 따른 전극의 수축/팽창 및 전극조립체의 변형 시에도 전극의 길이방향 단부에 의한 분리막 손상 방지 효과가 우수한 것을 알 수 있다.
표 1을 참조하면, 특히, 실시예 1-2 내지 실시예 1-8에 따른 젤리-롤형 전극 조립체의 경우, SOC(State of charge) 90 % 이상에서의 양극의 길이방향 단부의 위치와, SOC(State of charge) 0 %에서의 상기 제1전극의 길이방향 단부의 위치 사이의 각도가 모두 2° 이하로, 전극 슬라이딩 방지효과가 보다 우수한 것을 알 수 있다.
반면, 본 발명에 따른 보호테이프의 마찰계수 수치범위에 미달하는 비교예 1-1 및 비교예 1-2에 따른 전극조립체는 SOC 100 %에서의 이동각도가 각각 16.32° 및 13.09°로서, 전극의 슬라이딩 방지 효과가 현저히 열등한 것을 확인하였다.
특히, 부착되는 보호테이프의 마찰계수가 0.1인 비교예 1-1에 따른 전극조립체는, 보호테이프의 길이방향 길이가 10 mm인 경우에도 SOC 90 %에서의 이동각도가 2°초과로서, 전극의 슬라이딩 방지 효과가 열등한 것을 확인하였다.
즉, 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체는 양극의 길이방향 일 단부에 부착되는 보호테이프의 마찰계수를 조절함으로써, 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형으로부터 분리막 손상을 방지하고, 전극 간 내부 쇼트를 방지하여 전지 안정성 및 수명 특성이 개선될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 이차전지는 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형 시에도 전극 간 내부 쇼트를 방지함으로써, 전지 안정성 및 수명 특성이 개선될 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하고 설명하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시상태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 전술한 바와 같이 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있으며, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 전술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
1000: 젤리-롤형 전극조립체
100: 제1전극
101: 제1전극 집전체
102, 103: 제1전극 활물질층
110: 제1전극의 길이방향 단부
20, 20': 분리막
300, 300': 제2전극
301: 제2전극 집전체
302, 303: 제2전극 활물질층
40: 보호테이프

Claims (13)

  1. 제1전극, 분리막 및 제2전극이 적층되어 권취된 젤리-롤형 전극조립체에 있어서,
    상기 제1전극의 권취가 시작되는 길이방향 단부는 상기 분리막과 대면하는 일면 상에 부착되는 보호테이프를 더 포함하고,
    상기 보호테이프의 마찰계수는 0.3 이상인 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호테이프의 일 단부는 상기 제1전극의 길이방향 단부와 일치하도록 부착되는 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보호테이프의 길이방향 길이는 상기 젤리-롤형 전극조립체의 내주면 둘레를 기준으로, 30 % 이상 150 % 이하인 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보호테이프의 폭방향 길이는 상기 제1전극의 폭 100 %를 기준으로, 50 % 이상 100 % 이하인 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극조립체의 중심부를 기준으로,
    SOC(State of charge) 90 % 이상에서의 상기 제1전극의 길이방향 단부의 위치와, SOC(State of charge) 0 %에서의 상기 제1전극의 길이방향 단부의 위치 사이의 각도는 2° 이하인 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극조립체의 중심부를 기준으로,
    SOC(State of charge) 100 %에서의 상기 제1전극의 길이방향 단부의 위치와, SOC(State of charge) 0 %에서의 상기 제1전극의 길이방향 단부의 위치 사이의 각도는 3° 이하인 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보호테이프는 기재층 및 점착층을 포함하고,
    상기 점착층은 상기 기재층의 적어도 일면 상에 구비되는 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 점착층은 폴리아크릴계 수지를 포함하는 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 기재층은 폴리이미드(Polyimide), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리에스터(Polyester) 및 폴리우레탄(Polyurethane)으로 이루어진 군에서 선택되는 수지를 1 이상 포함하는 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 보호테이프의 마찰계수는 상기 보호테이프의 상기 분리막과 대면하는 일면 상에서 측정되는 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극은 양극이고, 상기 제2전극은 음극인 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 젤리-롤형 전극조립체; 및
    상기 전극조립체를 수용하기 위한 전지케이스를 포함하는 것인 이차전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전지케이스는 원통형인 것인 이차전지.
KR1020220149501A 2022-11-10 2022-11-10 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 KR20240068277A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220149501A KR20240068277A (ko) 2022-11-10 2022-11-10 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220149501A KR20240068277A (ko) 2022-11-10 2022-11-10 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240068277A true KR20240068277A (ko) 2024-05-17

Family

ID=91331367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220149501A KR20240068277A (ko) 2022-11-10 2022-11-10 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240068277A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9099721B2 (en) High-power lithium secondary battery
KR102209830B1 (ko) 리튬 이차 전지
EP3343675A1 (en) Negative electrode and secondary battery including same negative electrode
KR102553116B1 (ko) 음극 및 상기 음극을 포함하는 이차 전지
KR102391534B1 (ko) 음극, 및 상기 음극을 포함하는 리튬 이차 전지
CN111801837A (zh) 包括具有绝缘层的电极的堆叠型电极组件和包括该堆叠型电极组件的锂二次电池
KR102379221B1 (ko) 파우치형 이차전지 외장재 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
EP4064396A1 (en) Electrode and electrode assembly
KR20240068277A (ko) 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR20080009354A (ko) 방열에 의해 안전성이 향상된 원통형 이차전지
KR20240086250A (ko) 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR102555493B1 (ko) 비수전해질 이차전지
KR20210030142A (ko) 음극 및 상기 음극을 포함하는 이차 전지
KR20240081969A (ko) 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR102118548B1 (ko) 권취형 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
KR20240074668A (ko) 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR20240081973A (ko) 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR20240043113A (ko) 젤리-롤형 전극조립체, 젤리-롤형 전극조립체 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지
KR20240097601A (ko) 리폼 핀, 리폼 장치, 이를 이용한 젤리-롤형 전극조립체 제조방법 및 젤리-롤형 전극조립체
EP4369467A1 (en) Jelly-roll type electrode assembly and secondary battery comprising same
KR101606442B1 (ko) 전극의 구성이 상이한 단위셀들을 포함하고 있는 전지셀
KR101508051B1 (ko) 젤리-롤형 전극조립체, 이를 포함하는 리튬 이차 전지 및 그 제조방법
KR20240074420A (ko) 원통형 전지
KR20240082171A (ko) 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR20240050881A (ko) 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지