WO2011126310A2 - 스택 타입 셀, 개선된 바이-셀, 이들을 이용한 이차 전지용 전극 조립체 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an improved stack type cell and a bi-cell, an electrode assembly for a secondary battery using the same, and a method of manufacturing the same. More particularly, the stack type cell and bi-cell for a lithium ion secondary battery, and an electrode for a lithium ion secondary battery using the same An assembly and a method of manufacturing the same.
  • lithium secondary batteries with high energy density, high operating voltage, and excellent storage and life characteristics are used for various mobile devices as well as various electronic products. It is widely used as an energy source.
  • a secondary battery has a structure in which a unit cell composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode is stacked or wound and built in a case of a metal can or laminate sheet, and the electrolyte is injected therein. do.
  • secondary batteries may be subjected to high temperatures inside the cell, which may be caused by abnormal operating conditions of the battery, such as internal short circuits, overcharge conditions exceeding the allowed currents and voltages, exposure to high temperatures, deformation due to drops or external shocks, and High pressure may cause the battery to ignite or explode.
  • abnormal operating conditions of the battery such as internal short circuits, overcharge conditions exceeding the allowed currents and voltages, exposure to high temperatures, deformation due to drops or external shocks, and High pressure may cause the battery to ignite or explode.
  • a porous polymer film such as polyethylene or polypropylene is used, and such a separator has advantages of being inexpensive and excellent in chemical resistance, which is advantageous for the operating state of the battery.
  • these secondary batteries have a disadvantage in that they tend to shrink in a high temperature environment.
  • the electrode assembly of the positive electrode / separator / negative electrode structure constituting the secondary battery is largely divided into jelly-roll type (winding type) and stack type (lamination type).
  • the jelly-roll type electrode assembly coats an electrode active material or the like on a metal foil used as a current collector, dries and presses it, cuts it into a band of a desired width and length, and isolates the negative electrode and the positive electrode using a separator. It is then wound into a spiral and manufactured.
  • Such a jelly-roll type electrode assembly can be preferably used in a cylindrical battery.
  • the stacked electrode assembly is a structure in which a plurality of anode and cathode unit cells are sequentially stacked, and it is easy to obtain a rectangular shape, but when the manufacturing process is complicated and an impact is applied, the electrode is pushed and a short circuit occurs. There is a disadvantage that is caused.
  • the stack / folding electrode assembly of the jelly-roll type and the stack type has been developed. It is a long-length continuous series of bicells with a fixed unit size of a full cell of a cathode / membrane / cathode structure or a cathode (cathode) / separator / cathode (anode) / membrane / anode (cathode) structure. It was folded using a separation film. Examples of such stack / foldable electrode assemblies are disclosed in Korean Patent Application Publication Nos. 2001-82058, 2001-82059, 2001-82060, and the like, respectively filed by the applicant.
  • the stack / foldable electrode assembly is a structure in which a separator film is wound in a rolled form in a state in which unit cells composed of full cells or bi-cells are placed on a long sheet-type separator film in a predetermined pattern.
  • the electrodes or the unit cells are positive. There may be a case that can not be fixed in position, there is a problem that requires a lot of effort to obtain or maintain a precise position.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-107832 discloses a crosslinkable polymer having an ethylenic double bond and an epoxy group having photoreactivity in a molecule as a reactive polymer that crosslinks by an optical reaction of an ethylenic double bond.
  • a battery separator film having a structure in which a microcapsule containing an epoxy resin curing agent is dispersed into a sheet.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-143363 discloses an adhesive / gelling agent-supported porous separation film produced by supporting a heat-curable thermal crosslinkable adhesive and a gelling agent on a porous film.
  • a stack / foldable electrode assembly having an assembly process in which each electrode of a full cell or bi-cell and a separator are first laminated, and each cell is placed on a separator film and then secondly laminated for folding.
  • the primary lamination strength in the process of manufacturing a full cell or bi-cell and the secondary lamination strength in the folding process is a significant difference occurs. This difference in strength affects the processability of the secondary battery a lot, and acts as a factor that degrades the performance of the secondary battery.
  • the impregnation characteristics (impregnation rate and impregnation rate) of the electrolyte are reduced by the folding process.
  • the present invention has been conceived to overcome the above problems, the structure is improved so that the electrode assembly can be configured only by the stacking process, eliminating the folding process of the manufacturing process of the electrode assembly through the conventional stacking process and folding process It is an object of the present invention to provide a stack type cell and a bi-cell, an electrode assembly for a secondary battery using the same, and a method of manufacturing the same.
  • a first polar electrode / separation membrane / second polar electrode / separation membrane / first polar electrode is sequentially stacked, and the first An outer separator is laminated on the polar electrodes, respectively.
  • the first polar electrode is an anode
  • the second polar electrode is a cathode
  • the negative electrode has a negative electrode active material coated on at least one side of both sides of the negative electrode current collector
  • the positive electrode has a positive electrode active material coated on at least one side of both sides of the positive electrode current collector.
  • the first polar electrode is a cathode and the second polar electrode is an anode.
  • the negative electrode has a negative electrode active material coated on at least one side of both sides of the negative electrode current collector
  • the positive electrode has a positive electrode active material coated on at least one side of both sides of the positive electrode current collector.
  • the separator and / or the outer separators are a polyethylene film, a polypropylene film, or a multilayer film prepared by a combination thereof, and polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyacrylonitrile Or any one selected from the group consisting of a polymer film for polymer electrolyte of polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene copolymer.
  • an electrode assembly for a secondary battery includes at least one or more first stack type cells having a structure of a stack type cell of the above-described embodiment; And at least one or more second stack type cells sequentially stacked with a second polar electrode / separator / first polar electrode / separator / second polar electrode, wherein the at least one or more first stack type cells The at least one or more stack type cells are stacked sequentially one another.
  • At least one or more first stack type cells in which a first polar electrode / separator / second polar electrode / separator / first polar electrode are sequentially stacked; And at least one or more second stack type cells in which an outer separator / second polar electrode / separator / first polar electrode / separator / second polar electrode / outer separator are sequentially stacked, the at least one or more First stack type cells and the at least one or more second stack type cells are stacked alternately.
  • the first polar electrode is an anode
  • the second polar electrode is a cathode
  • the negative electrode has a negative electrode active material coated on at least one side of both sides of the negative electrode current collector
  • the positive electrode has a positive electrode active material coated on at least one side of both sides of the positive electrode current collector.
  • the first polar electrode is a cathode and the second polar electrode is an anode.
  • the negative electrode is coated with a negative electrode active material on at least one side of both sides of the negative electrode current collector
  • the positive electrode is coated with a positive electrode active material on at least one side of both sides of the positive electrode current collector.
  • the separator and / or the outer separators are a polyethylene film, a polypropylene film, or a multilayer film prepared by a combination thereof, and polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyacrylonitrile Or any one selected from the group consisting of a polymer film for polymer electrolyte of polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene copolymer.
  • the auxiliary separator may further include an auxiliary separator that may be stacked on an outer surface of one polar electrode on which the outer separator is not formed.
  • a secondary battery for achieving the above object, the above-described electrode assembly; A case accommodating the electrode assembly; And an electrolyte impregnated in the electrode assembly housed in the case.
  • At least one of the first polar electrode / separator / second polar electrode / separator / first polar electrode is sequentially stacked Or preparing more first stacked cells; Preparing at least one or more second stacked cells in which an outer separator / second polar electrode / separator / first polar electrode / separator / second polar electrode / outer separator are sequentially stacked; And alternately stacking the at least one or more first stacked cells and the at least one or more second stacked cells.
  • the method further comprises the step of stacking the auxiliary separator on any one of the polar electrodes on which the outer separator is not laminated.
  • At least one or more bi-cells in which the first polar electrode / separator / second polar electrode / separator / first polar electrode are sequentially stacked (Bi-cells); And outer separators stacked on the outer sides of the first polar electrodes, respectively.
  • the first polar electrode is an anode
  • the second polar electrode is a cathode
  • the negative electrode has a structure in which a negative electrode active material is coated on at least one side of both sides of the negative electrode current collector
  • the positive electrode has a structure in which a positive electrode active material is coated on at least one side of both sides of the positive electrode current collector.
  • the first polar electrode is a cathode and the second polar electrode is an anode.
  • the negative electrode has a structure in which a negative electrode active material is coated on at least one side of both sides of the negative electrode current collector
  • the positive electrode has a structure in which a positive electrode active material is coated on at least one side of both sides of the positive electrode current collector.
  • the separator and / or the outer separators are a polyethylene film, a polypropylene film, or a multilayer film prepared by a combination thereof, and polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyacrylonitrile Or any one selected from the group consisting of a polymer film for polymer electrolyte of polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene copolymer.
  • an electrode assembly for a secondary battery may include at least one or more first bi-cells sequentially stacked with a second polar electrode / separator / first polar electrode / separator / second polar electrode. Bi-cells); And at least one or more second bi-cells having a bi-cell structure of the foregoing embodiment, wherein the at least one or more first bi-cells and the at least one or more second bi-cells Laminated sequentially one another.
  • an electrode assembly for a secondary battery includes at least one or more first bi-cells in which a first polar electrode / separator / second polar electrode / separator / first polar electrode is sequentially stacked. Bi-cells); And at least one or more second bi-cells in which an outer separator / second polar electrode / separator / first polar electrode / separator / second polar electrode / outer separator are sequentially stacked, the at least one or more First bi-cells and the at least one or more second bi-cells are stacked alternately.
  • the first polar electrode is an anode
  • the second polar electrode is a cathode
  • the negative electrode has a structure in which a negative electrode active material is coated on at least one side of both sides of the negative electrode current collector
  • the positive electrode has a structure in which a positive electrode active material is coated on at least one side of both sides of the positive electrode current collector.
  • the first polar electrode is a cathode and the second polar electrode is an anode.
  • the negative electrode has a structure in which a negative electrode active material is coated on at least one side of both sides of the negative electrode current collector
  • the positive electrode has a structure in which a positive electrode active material is coated on at least one side of both sides of the positive electrode current collector.
  • the separator and / or the outer separators are a polyethylene film, a polypropylene film, or a multilayer film prepared by a combination thereof, and polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyacrylonitrile Or any one selected from the group consisting of a polymer film for polymer electrolyte of polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene copolymer.
  • auxiliary separator that can be laminated on the outer surface of any one of the polar electrode, the outer separator is not formed.
  • a method of manufacturing an electrode assembly for a secondary battery includes at least one or more first bi-layers in which a first polar electrode / separator / second polar electrode / separator / first polar electrode is sequentially stacked.
  • Preparing cells Bi-cells
  • Preparing at least one or more second bi-cells in which an outer separator / second polar electrode / separator / first polar electrode / separator / second polar electrode / outer separator are sequentially stacked; And alternately stacking the at least one or more first bi-cells and the at least one or more second bi-cells.
  • the method further includes the step of stacking the auxiliary separator on any one of the polar electrodes on which the outer separator is not stacked.
  • An improved stack type cell or bi-cell, an electrode assembly for a secondary battery using the same, and a method of manufacturing the same according to the present invention have the following effects.
  • Improved stack type cells or bi-cells and conventional stack type cells or bi-cells can be stacked sequentially (stack or lamination) to construct secondary batteries of the required capacity, thereby shortening the manufacturing process.
  • the secondary battery according to the present invention can increase the impregnation rate and the impregnation rate of the electrolyte by eliminating the folding process and the structure of the separation film.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of an improved stack type cell or bi-cell according to a preferred exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the configuration of a corresponding stack type cell or bi-cell for use with the improved stack type cell or bi-cell of FIG. 1 to construct an electrode assembly for a secondary battery.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of the improved stack type cell or bi-cell of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating another example of the improved stack type cell or bi-cell of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an example of a corresponding stack type cell or bi-cell of FIG. 2.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating another example of the corresponding stack type cell or bi-cell of FIG. 2.
  • FIG. 7 is an exploded cross-sectional view of an electrode assembly for a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the combination of FIG.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an improved stack type cell or bi-cell according to another preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the configuration of a corresponding stack type cell or bi-cell for use with the improved stack type cell or bi-cell of FIG. 9 to construct an electrode assembly for a secondary battery.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating an example of the improved stack type cell or bi-cell of FIG. 9.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating another example of the improved stack type cell or bi-cell of FIG. 9.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an example of a corresponding stack type cell or bi-cell of FIG. 10.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating another example of the corresponding stack type cell or bi-cell of FIG. 10.
  • FIG. 15 is an exploded cross-sectional view of an electrode assembly for a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a cross sectional view of FIG. 15.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of an improved stack type cell or bi-cell according to a preferred exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is used with the improved stack type cell or bi-cell of FIG.
  • an improved stack type cell or bi-cell 10 in accordance with a preferred exemplary embodiment of the present invention is an outer separator 18 / first polar electrode 12 / separator 16 / agent.
  • the bipolar electrode 14 / separator 16 / the first polar electrode 12 / the outer separator 18 is sequentially laminated and laminated.
  • the improved stack type cell or bi-cell 10 according to FIG. 1 has a structure of a so-called 'A-type' stack type cell or bi-cell, and the stacking method according to the present embodiment has a first polarity electrode 12.
  • Separation membrane 16 / second polar electrode 14 / separation membrane 16 / first polar electrode 12 are laminated or laminated first, and outer separators 18 are later laminated and laminated on the outer surface.
  • the outer separator 18 / first polar electrode 12 / separator 16 / second polar electrode 14 / separator 16 / first polar electrode 12 / outer separator 18 may be temporarily suspended. It can also be laminated or laminated to a.
  • 'lamination' refers to fixing and bonding between an electrode and a separator or between a cell and a cell using an adhesive
  • 'lamination' refers to bonding between a electrode and a separator or between a cell and a cell by thermal fusion. It means to be. Therefore, in the present specification, an A-type C-type cell or an improved bi-cell or stack type cell and a corresponding bi-cell may be formed only in a laminated structure in which an adhesive layer exists, or may be formed only in a lamination structure in which an adhesive layer does not exist. In the lamination process, two stack-type cells or corresponding bi-cells or A-type C-type cells may be laminated to additionally laminate the stacked stacks. Can be.
  • the corresponding stack type cell or bi-cell 20 used with the improved stack type cell or bi-cell 10 of FIG. 1 is a stack type cell or bi-cell according to the prior art,
  • the second polarizing electrode 14 / separator 16 / the first polarizing electrode 12 / separator 16 / the second polarizing electrode 14 are sequentially stacked or laminated.
  • the first polar electrode 12 is an anode and the second polar electrode 14 is a cathode.
  • the first polarizing electrode 12, the second polarizing electrode 14, the separator 16, and the outer separator 18 are cut into regular shapes and sizes to form a layered structure of a stack type cell or a bi-cell, respectively. It is apparent to those skilled in the art that they are then laminated or laminated.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of the improved stack type cell or bi-cell of FIG. 1.
  • the same components as those described in FIGS. 1 and 2 are the same members with the same functions.
  • the improved stack type cell or bi-cell 110 includes an outer separator 18 / anode 112 / separator 16 / cathode 114 / separator 16 / anode 112 /.
  • the outer separator 18 is sequentially stacked.
  • the positive electrode active material 112b is coated on both surfaces of the positive electrode current collector 112a in the positive electrode 112
  • the negative electrode current collector 114a is coated on both sides of the negative electrode current collector 114a.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating another example of the improved stack type cell or bi-cell of FIG. 1.
  • the same components as those described in FIGS. 1 to 3 are the same members with the same functions.
  • the improved stack type cell or bi-cell 210 may include a first outer separator 18a / a first anode 212 / separator 16 / a cathode 114 / separator 16 / agent.
  • the second anode 112 and the second outer separator 18b are sequentially stacked.
  • the first positive electrode 212 has a single-sided coating structure, and has a positive electrode active material coated on the positive electrode current collector 212a to be in contact with the positive electrode current collector 212a and the separator 16 in contact with the first outer separator 18. 212b).
  • the second anode 112 has the same structure as the anode 112 of FIG. 3 described above.
  • the improved stack type cell or bi-cell 210 of FIG. 4 is different from the stack type cell or bi-cell 110 of FIG. 3, as described below, stacking or lamination of the electrode assembly 300 for a secondary battery.
  • the process is intended to be located on any one of the outermost faces of the electrode assembly 300 among several stack type cells or bi-cells.
  • the improved stack type cell or bi-cell 110 of FIG. 3 may also be disposed at the outermost portion of the electrode assembly, in which case it can tolerate loss of capacity (performance).
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an example of a corresponding stack type cell or bi-cell of FIG. 2.
  • the corresponding stack type cell or bi-cell 120 has a structure in which a cathode 114, a separator 16, an anode 112, a separator 16, and an anode 114 are sequentially stacked.
  • the negative electrode 114 has a structure in which the negative electrode active material 114b is coated on both surfaces of the negative electrode current collector 114a
  • the positive electrode 112 has a structure in which the negative electrode active material 114b is coated on both sides of the positive electrode current collector 112a. to be.
  • the cathodes 114 of the corresponding stack type cell or bi-cell 120 of FIG. 5 are outside the stack type cell or bi-cell 110 of FIG. 3.
  • the separator 18 and / or the second outer separator 18b of the improved stack type cell or bi-cell 210 of FIG. 4 are contacted and stacked or laminated.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating another example of the corresponding stack type cell or bi-cell of FIG. 2.
  • the first cathode 114, the separator 16, the anode 112, the separator 16, and the second cathode 214 are sequentially stacked. Or a laminated structure.
  • the first negative electrode 114 has a structure in which the negative electrode active material 114b is coated on both surfaces of the negative electrode current collector 114a, and is the same as the negative electrode 114 described above, and the second negative electrode 214 is a negative electrode current collector (
  • the structure in which the negative electrode active material 214b is coated only on one surface of 214a it will be apparent to those skilled in the art that the electrode active material 214b is positioned at the outermost part of the electrode assembly during lamination and lamination of the electrode assembly.
  • the corresponding stack type cell or bi-cell 120 of FIG. 5 may be located on the outermost side of the electrode assembly. In this case, a loss of capacity is caused.
  • the positive electrode active material 112b is lithium manganese oxide (lithiated magnesium). oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide (lithiated nickel oxide), or a composite oxide formed by a combination thereof, such as a lithium intercalation material (lithium intercalation material) as a main component, this is a positive electrode current collector ( 112a), that is, the positive electrode 112 is formed in a form of a binder made of aluminum, nickel, or a combination thereof, and the negative electrode active material 114b is lithium metal, or lithium alloy and carbon.
  • Lithium adsorbent material such as petroleum coke, activated carbon, graphite, or other carbons, as a main component, and this is the negative electrode current collector 114a, that is, copper, gold, nickel It may constitute a negative electrode 114 with foil and the binder form as produced by the copper alloys or a combination thereof.
  • the separators 16 and the outer separators 18, 18a and 18b and the auxiliary separator 330 to be described later may be made of different materials, but may be made of the same material. It is preferable.
  • these 16, 18, 18a, 18b, 330 may be opened to form bi-cells 10, 20, 110, 120, 210, 220 and / or electrode assemblies. Since adhesion by fusion is preferable, they are each a polyethylene film, a polypropylene film, or a multilayer film produced by a combination of these films, including micropores, and polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyacrylonitrile. Or any one selected from the group consisting of a polymer film for polymer electrolyte of polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene copolymer.
  • FIG. 7 is an exploded cross-sectional view of an electrode assembly for a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the combination of FIG. 7.
  • the electrode assembly 300 according to the present embodiment is not by a stack / folding process according to the prior art, but only by a stacking process, and the above-described improved stack type cell or bi
  • the cells 10, 110, 210 and the corresponding stack type cells or bi-cells 20, 120, 220 are sequentially or alternately stacked or laminated.
  • the electrode assembly 300 firstly comprises a plurality of improved stack type cells or bi-cells 10, 110, 210 and a plurality of corresponding stack type cells or bi-cells 20 ( After stacking or laminating 120 and 220 primarily, respectively, the improved stack type cell or bi-cell 10, 110, 210 and the corresponding stack type cell or bi-cell 20, 120 ( 220) can be configured by laminating as many as necessary in order and then laminating secondly under appropriate conditions.
  • electrode assembly 300 is an improved stack type cell or bi-cell 210 / corresponding bi-cell having a first outer separator 18a at the top of the figure.
  • the cell 120 / enhanced bi-cell 110 / corresponding bi-cell 220 may be stacked sequentially, and the negative electrode current collector of the outermost second negative electrode 214 of the corresponding bi-cell 220
  • the auxiliary separator 330 is laminated or laminated to contact the surface of the 212a.
  • the electrode assembly 300 described a structure in which two improved stack type cells or bi-cells and two corresponding stack type cells or bi-cells are sequentially or alternately stacked and laminated, but the stack type used is It will be apparent to those skilled in the art that the number of cells or bi-cells may be appropriately selected depending on the capacity required by the battery and the like.
  • the cathode is disposed at the outermost sides of both sides of the electrode assembly being commercialized. It is desirable to stack or laminate to be positioned.
  • the outer surface of the outermost negative electrode may be in the form of the negative electrode active material is not applied, even in this case there is no loss of capacity of the secondary battery.
  • the thickness of the cathode disposed at the outermost portion of the electrode assembly may be configured differently, and may be configured to be thinner than other neighboring cathodes.
  • each anode may be arranged at the outermost sides of both the stacked or laminated electrode assemblies.
  • each anode has a structure without a cathode active material coating, and / or that the cathode active material is thinner than that of other anodes.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of an improved stack type cell or bi-cell according to another preferred exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is in conjunction with the improved stack type cell or bi-cell of FIG.
  • the same components as those described in FIGS. 1 to 8 are the same members with the same functions.
  • an improved stack type cell or bi-cell 30 is a second polarized electrode 14 / separator 16 / first polarized electrode 12. ) / Separation membrane 16 / second polar electrode 14 are sequentially stacked, and have outer separation membranes 18 that may be stacked on outer surfaces of the second polar electrodes 14, respectively.
  • the improved stack type cell or bi-cell 30 according to FIG. 9 has a structure of a so-called 'C-type' bi-cell.
  • the corresponding stack type cell or bi-cell 40 used with the improved stack type cell or bi-cell 30 of FIG. 9 is a stack type cell or bi-cell according to the prior art,
  • the first polarizing electrode 12, the separator 16, the second polarizing electrode 14, the separator 16, and the first polarizing electrode 12 are sequentially stacked.
  • the first polarity electrode 12 is an anode and the second polarity electrode 14 is a cathode.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating an example of the improved stack type cell or bi-cell of FIG. 9.
  • the improved stack type cell or bi-cell 130 includes an outer separator 18 / cathode 114 / separator 16 / anode 112 / separator 16 / cathode 114 /.
  • the outer separator 18 is sequentially stacked.
  • the negative electrode 114 has a negative electrode active material 114b coated on both surfaces of the negative electrode current collector 114a
  • the positive electrode 112 has a positive electrode current collector 112b coated on both sides of the positive electrode current collector 112a.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating another example of the improved stack type cell or bi-cell of FIG. 9.
  • an improved stack type cell or bi-cell 230 may include a first outer separator 18a / a first cathode 232 / separator 16 / an anode 112 / separator 16 / agent.
  • the second cathode 114 and the second outer separator 18b are sequentially stacked.
  • the first negative electrode 232 has a single-sided coating structure and includes a negative electrode current collector 232a in contact with the first outer separator 18a and a negative electrode active material coated on the negative electrode current collector 232a in contact with the separator 16. 232b.
  • This improved stack type cell or bi-cell 230 may be located on any one of the outermost surfaces of the electrode assembly 400 in the process of stacking the electrode assembly 400 for secondary batteries. have.
  • the improved stack type cell or bi-cell 130 of FIG. 11 may also be disposed at the outermost part of the electrode assembly, and in this case, may be advantageous in terms of capacity (performance).
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an example of a corresponding stack type cell or bi-cell of FIG. 10.
  • the corresponding stack type cell or bi-cell 140 has a structure in which the anode 112, the separator 16, the cathode 114, the separator 16, and the anode 112 are sequentially stacked.
  • the positive electrode 112 has a structure in which the positive electrode active material 112b is coated on both surfaces of the positive electrode current collector 112a
  • the negative electrode 114 has a structure in which the negative electrode active material 114b is coated on both sides of the negative electrode current collector 114a. to be.
  • the anodes 112 of the corresponding stack type cell or bi-cell 20 of FIG. 13 may have an outer separator (ie, the stack type cell or bi-cell 130 of FIG. 11). 18 and / or in contact with the second outer separator 18b of the improved stack type cell or bi-cell 230 of FIG. 12.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating another example of the corresponding stack type cell or bi-cell of FIG. 10.
  • the first anode 112 has a structure in which the positive electrode active material 112b is coated on both surfaces of the positive electrode current collector 112a and is the same as the positive electrode 112 described above, and the second positive electrode 242 is the positive electrode current collector 242a.
  • the positive electrode active material 242b is coated only on one surface of the substrate), and as described below, the cathode active material 242b may be positioned at the outermost portion of the electrode assembly 400 when the electrode assembly is stacked.
  • the corresponding stack type cell or bi-cell 130 of FIG. 13 may be located at the outermost portion of the electrode assembly 400.
  • FIG. 15 is an exploded cross-sectional view of an electrode assembly for a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the bonding of FIG. 15.
  • the electrode assembly 400 according to the present embodiment is similar to the electrode assembly 300 described with reference to FIGS. 7 and 8, by a stack / folding process according to the prior art. Rather, it is merely configured by a stacking process, and the above-described improved stack type cell or bi-cell 30, 130, 230 and the corresponding stack type cell or bi-cell 40, 140, 240 are sequential. Stacked and laminated structure. That is, the electrode assembly 400 according to the present embodiment firstly comprises a plurality of improved stack type cells or bi-cells 30, 130, 230 and a plurality of corresponding bi-cells 40, 140, 240.
  • the improved stack type cells or bi-cells 30, 130, 230 and corresponding bi-cells 40, 140, 240 in order or alternately. It is constructed by laminating as many times as necessary and then secondary under appropriate conditions.
  • the electrode assembly 400 is an improved stack type cell or bi-cell 130 / corresponding stack type cell or bi-cell 140 / improved with outer separators 18a.
  • the bi-cell 130 / corresponding bi-cell 240 may be stacked sequentially, and an auxiliary surface of the positive electrode current collector 242a of the outermost second positive electrode 242 of the corresponding bi-cell 240 is provided.
  • the separator 330 is contacted and stacked. As described above, the number of stack type cells or bi-cells can be adjusted to any number.
  • step (b) is the same as the conventional stack type cell or bi-cell configuration and manufacturing method.
  • step (a) the outer separators 18 are respectively contacted with the outermost sides of the conventional stack type cell or bi-cell and then laminated.
  • the stack type cells or the bi-cells 10 and 20 assembled in steps (a) and (b) are alternately arranged with each other as described in the above-described embodiments.
  • the maximum of the corresponding bi-cell 20 may further include stacking the auxiliary separator 330 on any one of the polar electrodes on which the outer separator 18 employed in the improved bi-cell 10 is not stacked. The reason is to protect this outermost polarity electrode.
  • the improved stack type cell or bi-cell is the first stack type cell or bi-cell and the corresponding stack type cell or bi-cell is the second bi-cell. May be named respectively.
  • the improved bi-cell and the corresponding bi-cell are stacked sequentially or alternately a plurality of times, and the bi-cell without the outer separator is located at the outermost part of the electrode assembly.
  • the auxiliary separator for protecting the current collector (electrode) is additionally laminated.
  • the number of improved bi-cells and corresponding bi-cells configured in one electrode assembly can be configured one more number for the other, as needed.
  • the stack type cell according to the present invention is a structure in which the outer separators at the outermost side of the three-stack cell are simultaneously or successively stacked in the so-called stack of anode / separator / cathode / separator / anode.
  • the present invention is not limited thereto, and for example, the outer separators may be simultaneously or continuously stacked on the outermost side of the 5-stack cell in which the cathode / separator / anode / separator / cathode / separator / anode / cathode are sequentially stacked.
  • outer separators are simultaneously or continuously stacked on the outermost side of a 7-stack cell in which an anode / separator / cathode / separator / anode / separator / cathode / separator / anode / cathode / separator / anode is sequentially stacked
  • the outer separators may be stacked on the outermost sides of a plurality of stack cells.
  • a plurality of such stack cells may be stacked or a stacked or laminated structure in which at least one of the three stacks / 5-stacks / 7-stacks may be combined, respectively, depending on the desired capacity.
  • the electrode assembly in which a structure in which an outer separator is laminated at the outermost side of an 'A-type stack cell' or 'C-type stack cell' is laminated or laminated, the electrode assembly It can be easily implemented by those skilled in the art that the outside of the assembly can be fixed by adhesive or thermal fusion using the same material as the separator or a fixing film such as PE, PP, PET, or the like.
  • the auxiliary separator used in the embodiments described above can be elongated to wind up all of the stacks in an extended portion of such auxiliary separator, and to roll up all the stacks in addition to the auxiliary separator. It may have a configuration including a second auxiliary separator present.
  • the second auxiliary separator may be a general tape, or may be a separator of the same material as the separator described herein (eg, SRS-coated separator). That is, each of the separators between the stack, the auxiliary separator, and the second auxiliary separator may be all made of the same material or different materials.
  • the separator used in the above embodiments is preferably an SRS coated separator as follows.
  • a porous coating layer may be provided on at least one surface of the separator.
  • the porous coating layer is formed of a mixture of a plurality of inorganic particles and a binder polymer.
  • the inorganic particles used for forming the porous coating layer are not particularly limited as long as they are electrochemically stable. That is, the inorganic particles that can be used in the present invention are not particularly limited as long as the oxidation and / or reduction reactions do not occur in the operating voltage range (for example, 0 to 5 V on the basis of Li / Li + ) of the applied electrochemical device.
  • the ionic conductivity of the electrolyte may be improved by contributing to an increase in the dissociation degree of the electrolyte salt, such as lithium salt, in the liquid electrolyte.
  • the inorganic particles preferably comprise high dielectric constant inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, preferably 10 or more.
  • inorganic particles having a dielectric constant greater than 5 include BaTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1-x La x Zr 1-y Ti y O 3 (PLZT), PB (Mg / 1 3 Nb 2/3 ) O 3- PbTiO 3 (PMN-PT), Hafnia (HfO 2 ), SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2, SiC Or mixtures thereof.
  • the inorganic particles may be inorganic particles having lithium ion transfer capability, that is, inorganic particles containing lithium elements but having a function of transferring lithium ions without storing lithium.
  • inorganic particles having a lithium ion transfer capacity include lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0 ⁇ x ⁇ 2, 0 ⁇ y ⁇ 3), lithium aluminum titanium phosphate (Li x Al y Ti z ( PO 4) 3, 0 ⁇ x ⁇ 2, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ z ⁇ 3), 14Li 2 O-9Al 2 O 3- 38TiO 2- 39P 2 (LiAlTiP) x O y series glass such as O 5 (0 ⁇ x ⁇ 4, 0 ⁇ y ⁇ 13), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3 , 0 ⁇ x ⁇ 2, 0 ⁇ y ⁇ 13), lithium lan
  • the inorganic particle size of the porous coating layer is not limited, but in order to form a coating layer of uniform thickness and an appropriate porosity, it is preferable to be in the range of 0.001 to 10 ⁇ m as much as possible. If the thickness is less than 0.001 ⁇ m, the dispersibility may be lowered. If the thickness is more than 10 ⁇ m, the thickness of the porous coating layer may be increased, and a large pore size may increase the probability of internal short circuit during battery charging and discharging.
  • the binder polymer contained in the porous coating layer may be a polymer commonly used to form a porous coating layer in the separator in the art.
  • a polymer having a glass transition temperature (T g ) of ⁇ 200 to 200 ° C. because it may improve mechanical properties such as flexibility and elasticity of the finally formed porous coating layer.
  • the binder polymer serves as a binder for stably connecting and stably connecting the inorganic particles or the inorganic particles and the separator.
  • the binder polymer does not necessarily have an ion conducting ability, but when a polymer having an ion conducting ability is used, the performance of the electrochemical device may be further improved. Therefore, the binder polymer is preferably as high as possible dielectric constant. In fact, since the dissociation degree of the salt in the electrolyte depends on the dielectric constant of the solvent of the electrolyte, the higher the dielectric constant of the binder polymer, the higher the dissociation of the salt in the electrolyte.
  • the binder polymer may have a feature that can exhibit a high degree of swelling of the electrolyte by gelling upon impregnation of the liquid electrolyte. Accordingly, it is preferred to use polymers having a solubility index of 15 to 45 MPa 1/2 , more preferred solubility indices in the range of 15 to 25 MPa 1/2 and 30 to 45 MPa 1/2 . Therefore, it is preferable to use hydrophilic polymers having more polar groups than hydrophobic polymers such as polyolefins. This is because when the solubility index is less than 15 MPa 1/2 and more than 45 MPa 1/2 , it is difficult to be swelled by a conventional battery liquid electrolyte.
  • Non-limiting examples of such polymers include polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene, polymethyl Polymethylmethacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, ethylene vinyl acetate copolymer, polyethylene oxide oxide, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinylalcohol, Cyanoethylcellulose, poetry No-ethyl and the like sucrose (cyanoethylsucrose), pullulan (pullulan), carboxymethyl cellulose (carboxyl methyl cellulose).
  • the composition ratio of the inorganic particles and the binder polymer of the porous coating layer coated on the separator substrate is preferably in the range of 50:50 to 99: 1, more preferably 70:30 to 95: 5.
  • the content ratio of the inorganic particles to the binder polymer is less than 50:50, the content of the polymer is increased, thereby reducing the pore size and porosity of the porous coating layer.
  • the content of the inorganic particles exceeds 99 parts by weight, since the binder polymer content is small, the peeling resistance of the porous coating layer may be weakened.
  • Pore size and porosity of the porous coating layer is not particularly limited, pore size is preferably in the range of 0.001 to 10 ⁇ m, porosity is preferably in the range of 10 to 90%. Pore size and porosity depend mainly on the size of the inorganic particles. For example, when using inorganic particles having a particle diameter of 1 ⁇ m or less, the pores formed also exhibit approximately 1 ⁇ m or less.
  • the pore structure is filled with the electrolyte solution to be poured later, the electrolyte thus filled serves to transfer the ion.
  • the pore size and porosity are less than 0.001 ⁇ m and 10%, respectively, the pore size and porosity may act as a resistive layer. When the pore size and porosity exceed 10 ⁇ m and 90%, respectively, mechanical properties may be deteriorated.
  • the electrode assemblies according to the above embodiments are very effective for the square or pouch type secondary battery.
  • a liquid electrolyte is injected together, and as a container used therein, an aluminum square can or an aluminum laminate film may be used.
  • an electrode assembly employing the same may include a super capacitor, an ultra capacitor, another type of secondary cell, a primary cell, Those skilled in the art will appreciate that the invention can be extended to other similar applications such as fuel cells, various sensors, electrolysis devices, electrochemical reactors and the like.

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Abstract

본 발명에 따른 이차 전지용 스택 타입 셀은 제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극이 순차적으로 적층된 스택 타입 셀; 및 제1 극성 전극들의 외측에 각각 적층된 외측 분리막들을 구비한다. 또한, 본 발명은 이러한 스택 타입 셀을 이용한 이차 전지용 전극 조립체 및 그 제조 방법이 개시된다.

Description

스택 타입 셀, 개선된 바이-셀, 이들을 이용한 이차 전지용 전극 조립체 및 그 제조 방법
본 발명은 개선된 스택 타입 셀 및 바이-셀, 이를 이용한 이차 전지용 전극 조립체 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리튬 이온 이차 전지용 스택 타입 셀 및 바이-셀, 이를 이용한 리튬 이온 이차 전지용 전극 조립체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도 및 작동 전압이 높고, 보존 및 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자 제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
일반적으로, 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 단위 셀이 적층 또는 권취된 구조로 금속 캔 또는 라미네이트 시트 형태의 케이스에 내장되고, 그 내부에 전해액이 주입함으로써 구성된다.
이러한 이차전지의 주요 연구 과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 예를 들어, 이차전지는 내부 단락, 허용된 전류 및 전압을 초과한 과충전 상태, 고온에의 노출, 낙하 또는 외부 충격에 의한 변형 등 전지의 비정상적인 작동 상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압에 의해 전지의 발화 또는 폭발이 초래될 수도 있다.
안전성의 문제 중 하나로, 전지가 고온에 노출되었을 때 발생되는 분리막의 수축 또는 파손으로 인한 내부 단락은 매우 심각한 실정이고, 이에 대한 원인 규명 및 그 대안에 대한 연구가 많이 행해지고 있다.
이차전지에 이용되는 분리막은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 다공성 고분자 필름이 사용되고 있으며, 이러한 분리막은 저렴하고 내화학성이 우수하여 전지의 작동 상태에 유리한 장점들을 가진다. 그러나, 이러한 이차전지는 고온 환경에서 수축하기 쉬운 단점이 있다.
한편, 이차전지를 구성하는 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체는 크게 젤리-롤형(권취형)과 스택형(적층형)으로 구분된다. 젤리-롤형 전극 조립체는, 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극 활물질 등을 코팅하고, 이것을 건조 및 프레싱 한 후, 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고, 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격리시킨 후 나선형으로 감아 제조된다. 이러한 젤리-롤형 전극 조립체는 원통형 전지에는 바람직하게 사용될 수 있다. 그러나, 젤리-롤형 전극 조립체를 각형 또는 파우치형 전지에 적용할 경우, 국부적으로 응력이 집중되어 전극 활물질이 박리되거나 충방전 과정에서 반복되는 수축 및 팽창 현상에 의해 전지의 변형을 유발하는 문제점이 있다.
반면에, 스택형 전극 조립체는 다수의 양극 및 음극 단위 셀들이 순차적으로 적층된 구조로서, 각형의 형태를 얻기가 용이한 장점이 있지만, 제조 과정이 번잡하고 충격이 가해졌을 때 전극이 밀려서 단락이 유발되는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태의 스택/폴딩형 전극 조립체가 개발되었다. 이것은 일정한 단위 크기의 양극/분리막/음극 구조의 풀셀(full cell) 또는 양극(음극)/분리막/음극(양극)/분리막/양극(음극) 구조의 바이-셀(bicell)을 긴 길이의 연속적인 분리 필름을 이용하여 폴딩한 것이다. 이러한 스택/폴딩형 전극 조립체의 예들은 본 출원인에 의해 각각 출원된 한국 특허출원공개 번호 제2001-82058호, 제2001-82059호, 및 제2001-82060호 등에 개시되어 있다. 스택/폴딩형 전극 조립체는, 긴 시트형의 분리 필름 상에 풀셀 또는 바이-셀로 구성된 단위셀들을 소정 패턴으로 올려놓은 상태에서, 분리 필름을 두루마리 형태로 권취한 구조이다.
그런데, 전술한 스택형 또는 스택/폴딩형 전극 조립체들에 있어서, 분리막 및 전극들의 적층(라미네이션) 공정 또는 단위셀들을 분리 필름 상에 올려 놓는 공정 및 이들을 권취하는 공정에서, 전극 또는 단위셀들이 정위치에 고정되지 못하는 경우가 발생할 수 있고, 정교한 정위치를 얻거나 유지하기 위해서는 많은 노력들이 요구되는 문제점이 있다.
이와 관련하여, 스택형 전극 조립체에서 전극과 분리 필름 사이의 미끄러짐을 방지하기 위한 기술들이 일부 알려져 있다. 예를 들어, 일본 특허출원공개 제2006-107832호에는 분자내에 광반응성을 가지는 에틸렌성 이중 결합과 에폭시기를 가지는 가교성 폴리머를 에틸렌성 이중 결합의 광반응에 의해 가교시키는 반응성 폴리머로 하고, 여기에 에폭시 수지 경화제를 내포한 미소캡슐을 분산시켜 시트로 만드는 구성의 전지용 분리 필름이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허출원공개 제2004-143363호에는, 가열에 의해 경화하는 열 가교성 접착제와 겔화제를 다공질 필름에 담지시켜 제조되는 접착제/겔화제 담지 다공질 분리 필름이 개시되어 있다.
그러나, 상기 기술들에 따르면, 분리막의 제조 비용 자체가 매우 높을 뿐만 아니라, 특정한 성분들이 분리 필름에 포함됨으로써 전지용 분리 필름으로서의 물성 저하가 불가피해지는 단점이 있다. 또한, 분리 필름과 전지 셀 자체가 접착 방식으로 고정되므로, 적층 및/또는 위치 고정 공정들에서 정렬이 어긋난 전지 셀들의 위치를 보정(조절)할 수 없다는 문제점이 있다. 특히, 스택/폴딩형 전극 조립체에서는 분리 필름 상에 다수의 단위셀들을 올려 놓은 공정에서 이러한 오정렬은 심각한 문제를 야기한다.
전술한 바와 같이, 풀셀 또는 바이-셀의 각각의 전극과 분리막이 1차적으로 라미네이션되고, 각각의 셀들이 분리 필름에 놓여진 후 폴딩을 위해 2차적으로 라미네이션되는 조립 공정을 가진 스택/폴딩형 전극 조립체의 경우, 풀셀 또는 바이-셀을 제조하는 과정에서의 1차 라미네이션 강도와 폴딩 과정에서의 2차 라미네이션 강도는 현격한 차이가 발생된다. 이러한 강도의 차이는 이차전지의 공정성에 많은 영향을 미치게 되어 이차전지의 성능을 저하시키는 하나의 요인으로 작용한다. 또한, 종래의 스택/폴딩형 전극 조립체의 경우, 폴딩 공정에 의해 전해액의 함침 특성(함침 속도 및 함침률)이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 극복하기 위해 착상된 것으로서, 종래의 스택 공정과 폴딩 공정을 거치는 전극 조립체의 제조 공정들 중에서 폴딩 공정을 없애고 단지 스택 공정만으로 전극 조립체를 구성할 수 있도록 구조가 개선된 스택 타입 셀 및 바이-셀, 이를 이용한 이차 전지용 전극 조립체 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 스택 타입 셀은, 제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극이 순차적으로 적층되고, 상기 제1 극성 전극들에 각각 적층된 외측 분리막을 구비한다.
바람직하게, 상기 제1 극성 전극은 양극이고, 상기 제2 극성 전극은 음극이다.
바람직하게, 상기 음극은 음극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 음극 활물질이 코팅되어 있고, 상기 양극은 양극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 양극 활물질이 코팅된다.
바람직하게, 상기 제1 극성 전극은 음극이고, 상기 제2 극성 전극은 양극이다.
바람직하게, 상기 음극은 음극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 음극 활물질이 코팅되어 있고, 상기 양극은 양극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 양극 활물질이 코팅된다.
바람직하게, 상기 분리막 및/또는 상기 외측 분리막들은 미세 다공을 포함하는 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름들의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 또는 폴리비닐리덴 플로오라이드 헥사플로오르프로필렌 공중합체의 고분자 전해질용 고분자 필름으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체는, 전술한 실시예의 스택 타입 셀의 구조를 가진 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 스택 타입 셀들; 및 제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극으로 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 스택 타입 셀들을 구비하고, 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 스택 타입 셀들과 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 스택 타입 셀들이 상호 순차적으로 적층된다.
바람직하게, 제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극이 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 스택 타입 셀들; 및 외측 분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/외측 분리막이 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 스택 타입 셀들을 구비하고, 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 스택 타입 셀들과 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 스택 타입 셀들이 상호 교호적으로 적층된다.
바람직하게, 상기 제1 극성 전극은 양극이고, 상기 제2 극성 전극은 음극이다.
바람직하게, 상기 음극은 음극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 음극 활물질이 코팅되어 있고, 상기 양극은 양극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 양극 활물질이 코팅된다.
바람직하게, 상기 제1 극성 전극은 음극이고, 상기 제2 극성 전극은 양극이다.
바람직하게, 상기 음극은 음극 집전체의 양면 중 적어도 어느 하나의 면에 음극 활물질이 코팅되어 있고, 상기 양극은 양극 집전체의 양면 중 적어도 어느 하나의 면에 양극 활물질이 코팅된다.
바람직하게, 상기 분리막 및/또는 상기 외측 분리막들은 미세 다공을 포함하는 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름들의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 또는 폴리비닐리덴 플로오라이드 헥사플로오르프로필렌 공중합체의 고분자 전해질용 고분자 필름으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함한다.
바람직하게, 상기 외측 분리막이 형성되지 않는 어느 하나의 극성 전극의 외면에 적층될 수 있는 보조 분리막을 더 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 이차 전지는, 전술한 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스; 및 상기 케이스에 수납된 상기 전극 조립체에 함침된 전해질을 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 제조 방법은, 제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극이 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 스택형 셀들을 준비하는 단계; 외측 분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/외측 분리막이 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 스택형 셀들을 준비하는 단계; 및 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 스택형 셀들과 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 스택형 셀들을 상호 교호적으로 적층시키는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 외측 분리막이 적층되지 않은 어느 하나의 극성 전극에 보조 분리막을적층시는 단계를 더 포함한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따르면, 제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극이 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 바이-셀들(Bi-cells); 및 상기 제1 극성 전극들의 외측에 각각 적층된 외측 분리막들을 구비한다.
바람직하게, 상기 제1 극성 전극은 양극이고, 상기 제2 극성 전극은 음극이다.
바람직하게, 상기 음극은 음극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 음극 활물질이 코팅되어 있고, 상기 양극은 양극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 양극 활물질이 코팅된 구조이다.
바람직하게, 상기 제1 극성 전극은 음극이고, 상기 제2 극성 전극은 양극이다.
바람직하게, 상기 음극은 음극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 음극 활물질이 코팅되어 있고, 상기 양극은 양극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 양극 활물질이 코팅된 구조이다.
바람직하게, 상기 분리막 및/또는 상기 외측 분리막들은 미세 다공을 포함하는 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름들의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 또는 폴리비닐리덴 플로오라이드 헥사플로오르프로필렌 공중합체의 고분자 전해질용 고분자 필름으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함한다.
본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체는, 제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극으로 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 바이-셀들(Bi-cells); 및 전술한 실시예의 바이-셀의 구조를 가진 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 바이-셀들을 구비하고, 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 바이-셀들과 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 바이-셀들이 상호 순차적으로 적층된다.
본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체는, 제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극이 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 바이-셀들(Bi-cells); 및 외측 분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/외측 분리막이 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 바이-셀들을 구비하고, 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 바이-셀들과 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 바이-셀들이 상호 교호적으로 적층된다.
바람직하게, 상기 제1 극성 전극은 양극이고, 상기 제2 극성 전극은 음극이다.
바람직하게, 상기 음극은 음극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 음극 활물질이 코팅되어 있고, 상기 양극은 양극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 양극 활물질이 코팅된 구조이다.
바람직하게, 상기 제1 극성 전극은 음극이고, 상기 제2 극성 전극은 양극이다.
바람직하게, 상기 음극은 음극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 음극 활물질이 코팅되어 있고, 상기 양극은 양극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 양극 활물질이 코팅된 구조이다.
바람직하게, 상기 분리막 및/또는 상기 외측 분리막들은 미세 다공을 포함하는 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름들의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 또는 폴리비닐리덴 플로오라이드 헥사플로오르프로필렌 공중합체의 고분자 전해질용 고분자 필름으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함한다.
상기 외측 분리막이 형성되지 않는 어느 하나의 극성 전극의 외면에 적층될 수 있는 보조 분리막을 더 구비한다.
본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체 제조 방법은, 제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극이 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 바이-셀들(Bi-cells)을 준비하는 단계; 외측 분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/외측 분리막이 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 바이-셀들을 준비하는 단계; 및 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 바이-셀들과 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 바이-셀들을 상호 교호적으로 적층시키는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 외측 분리막이 적층되지 않은 어느 하나의 극성 전극에 보조 분리막을 적층시는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀, 이를 이용한 이차 전지용 전극 조립체 및 그 제조 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 종래의 스택 타입 셀 또는 바이-셀('C-타입' 또는 'A-타입')의 어느 하나에 외측 분리막이 미리 적층된 구조의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀을 이용함으로써 즉, 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀과 종래의 스택 타입 셀 또는 바이-셀을 순차적 적층시켜(스택 또는 라미네이션) 필요한 용량의 이차 전지를 구성할 수 있으므로 제조 공정을 단축시킬 수 있다.
둘째, 종래의 경우 스택/폴딩 전극 조립체의 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 구성을 위한 공정에서 라미네이션 강도와 폴딩 공정에서의 라미네이션의 강도의 차이 때문에 공정성에 대한 제약이 발생하였는데, 본 발명에서는 스택만을 위한 라미네이션 강도에 모든 공정의 강도를 거의 근접시킴으로써 종래의 라미네이션 강도 차이에 따른 공정성 저하 문제를 해결하였을 뿐만 아니라 이차 전지의 성능 및 수율을 향상시킬 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 이차 전지는 분리 필름의 폴딩 공정 및 그 구조가 없어짐으로써 전해액의 함침 속도 및 함침율을 증대시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 예시적 실시예들을 예시하는 것에 불과하며, 본 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면들에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀과 함께 사용되어 이차전지용 전극 조립체를 구성하기 위한 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 2의 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 2의 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 분해 단면도이다.
도 8은 도 7의 결합 단면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 10은 도 9의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀과 함께 사용되어 이차전지용 전극 조립체를 구성하기 위한 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 11은 도 9의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 12는 도 9의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 13은 도 10의 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 14는 도 10의 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 분해 단면도이다.
도 16은 도 15의 결합 단면도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀과 함께 사용되어 이차전지용 전극 조립체를 구성하기 위한 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(10)은, 외측 분리막(18)/제1 극성 전극(12)/분리막(16)/제2 극성 전극(14)/분리막(16)/제1 극성 전극(12)/외측 분리막(18)이 순차적으로 적층되어 라미네이션된 구조이다. 도 1에 따른 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(10)은 소위, 'A-type' 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 구조를 가지며, 본 실시예에 따른 적층 방법은 제1 극성 전극(12)/분리막(16)/제2 극성 전극(14)/분리막(16)/제1 극성 전극(12)을 먼저 적층 또는 라미네이션하고, 그 외면에 외측 분리막들(18)을 추후에 적층 및 라미네이션 할 수도 있고, 외측 분리막(18)/ 제1 극성 전극(12)/분리막(16)/제2 극성 전극(14)/분리막(16)/제1 극성 전극(12)/외측 분리막(18)을 일시에 적층 또는 라미네이션할 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 '적층'은 전극과 분리막 사이 또는 셀과 셀 사이를 접착제를 이용하여 고정, 결합시키는 것을 의미하며, '라미네이션'은 전극과 분리막 사이 또는 셀과 셀 사이를 열융착에 의해 결합되는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 중에 A-타입 C-타입셀 또는 개선된 바이셀 또는 스택 타입 셀과 대응 바이셀들 사이에는 접착층이 존재하는 적층 구조로만 형성될 수도 있고, 접착층이 존재하지 않는 라미네이션 구조로만 형성될 수도 있으며, 이들이 일부 혼재된 상태일 수도 있고, 라미네이션 공정 시에는 2개의 스택 타입 셀 또는 대응 바이셀 또는 A-타입 C-타입셀들을 각각 라미네이션하여 라미네이션된 상태의 스택들을 추가적으로 라미네이션하는 공정으로 제조될 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 1의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(10)과 함께 사용되는 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀(20)은 종래기술에 따른 스택 타입 셀 또는 바이-셀로서, 제2 극성 전극(14)/분리막(16)/제1 극성 전극(12)/분리막(16)/제2 극성 전극(14)이 순차적으로 적층 또는 라미네이션된 구조이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 극성 전극(12)은 양극이고, 제2 극성 전극(14)은 음극이다. 제1 극성 전극(12)과 제2 극성 전극(14), 분리막(16), 외측 분리막(18)은 각각 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 층상 조직을 형성하기 위해 규칙적인 모양과 크기로 절단된 후 적층 또는 라미네이션되는 것은 당업자에게 명백하다.
도 3은 도 1의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 일 예를 도시한 단면도이다. 도 1 및 도 2에서 설명된 참조부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.
도 3을 참조하면, 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(110)은 외측 분리막(18)/양극(112)/분리막(16)/음극(114)/분리막(16)/양극(112)/외측 분리막(18)이 순차적으로 적층된 구조이다. 여기서, 양극(112)은 양극 집전체(112a)의 양면에 양극 활물질(112b)이 도포되어 있고, 음극(114)은 음극 집전체(114a)의 양면에 음극 집전체(114a)가 도포되어 있다.
도 4는 도 1의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 다른 예를 도시한 단면도이다. 도 1 내지 도 3에서 설명된 참조부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.
도 4를 참조하면, 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(210)은 제1 외측 분리막(18a)/제1 양극(212)/분리막(16)/음극(114)/분리막(16)/제2 양극(112)/제2 외측 분리막(18b)이 순차적으로 적층된 구조이다. 여기서, 제1 양극(212)은 단면 코팅구조로서, 제1 외측 분리막(18)에 접촉되는 양극 집전체(212a) 및 분리막(16)에 접촉되도록 양극 집전체(212a)에 코팅된 양극 활물질(212b)을 구비한다. 또한, 제2 양극(112)은 전술한 도 3의 양극(112)과 동일한 구조이다.
도 4의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(210)은 도 3의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(110)과 달리, 후술하는 바와 같이, 이차전지용 전극 조립체(300)의 적층 또는 라미네이션 공정에서, 여러 개의 스택 타입 셀 또는 바이-셀들 중에서 전극 조립체(300)의 최외각의 면들 중 어느 하나의 면에 위치되기 위한 것임을 당업자는 이해할 것이다. 물론, 도 3의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(110) 역시 전극 조립체의 최외각에 배치될 수 있음은 물론이고, 이 경우 용량(성능)의 손실을 감내할 수 있다.
도 5는 도 2의 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀(120)은 음극(114)/분리막(16)/양극(112)/분리막(16)/음극(114)이 순차적으로 적층된 구조이다. 여기서, 음극(114)은 음극 집전체(114a)의 양면에 음극 활물질(114b)이 코팅된 구조이고, 양극(112)은 양극 집전체(112a)의 양면에 음극 활물질(114b)이 코팅된 구조이다. 후술하는 바와 같이, 전극 조립체의 적층 또는 라미네이션 공정시, 도 5의 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀(120)의 음극들(114)은 도 3의 스택 타입 셀 또는 바이-셀(110)의 외측 분리막(18) 및/또는 도 4의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(210)의 제2 외측 분리막(18b)과 접촉되어 적층 또는 라미네이션 된다.
도 6은 도 2의 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀(20)은 제1 음극(114)/분리막(16)/양극(112)/분리막(16)/제2 음극(214)이 순차적으로 적층 또는 라미네이션 된 구조이다. 여기서, 제1 음극(114)은 음극 집전체(114a)의 양면에 음극 활물질(114b)이 코팅된 구조로서, 전술한 음극(114)과 동일하고, 제2 음극(214)은 음극 집전체(214a)의 일면에만 음극 활물질(214b)이 코팅된 구조로서, 후술하는 바와 같이, 전극 조립체의 적층 및 라미네이션 시 전극 조립체의 최외각에 위치되는 것은 당업자에게 명백하다. 물론, 도 5의 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀(120)이 전극 조립체의 최외곽에 위치될 수도 있다. 이 경우, 용량의 손실이 초래된다.
도 3 내지 도 6을 참조하는 전술한 실시예들에 있어서, 예를 들어, 리튬 충방전을 위한 이차 전지에 사용되는 바이-셀을 구성하는 경우, 양극 활물질(112b)은 리튬망간산화물(lithiated magnesium oxide), 리튬코발트산화물(lithiated cobalt oxide), 리튬니켈산화물 (lithiated nickeloxide), 또는 이들의 조합에 의해서 형성되는 복합산화물 등과 같이 리튬흡착물질(lithium intercalation material)을 주성분으로 하고, 이것이 양극 집전체(112a) 즉, 알루미늄, 니켈, 또는 이들의 조합에 의해서 제조되는 호일(foil)과 결착된 형태로 양극(112)을 구성하고, 음극 활물질(114b)은 리튬금속, 또는 리튬합금과 카본(carbon), 석유코크(petroleum coke), 활성화 카본(activated carbon), 그래파이트(graphite), 또는 여타 카본류 등과 같은 리튬흡착물질을 주성분으로 하고 이것이 음극 집전체(114a) 즉, 구리, 금, 니켈 혹은 구리 합금 혹은 이들의 조합에 의해서 제조되는 호일과 결착된 형태로 음극(114)을 구성할 수 있다.
전술한 실시예들에 있어서, 분리막들(16)과 외측 분리막들(18)(18a)(18b) 및 후술하게 될 보조 분리막(330)은 서로 다른 재질에 의해 구성될 수도 있지만 동일한 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 이들(16)(18)(18a)(18b)(330)은 바이-셀(10)(20)(110)(120)(210)(220) 및/또는 전극 조립체를 구성하기 위해 열융착에 의한 접착이 가능한 것이 바람직하므로, 이들은 각각 미세 다공을 포함하는 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름들의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 또는 폴리비닐리덴 플로오라이드 헥사플로오르프로필렌 공중합체의 고분자 전해질용 고분자 필름으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 분해 단면도이고, 도 8은 도 7의 결합 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체(300)는 종래기술에 따른 스택/폴딩 공정에 의한 것이 아니라, 단지 적층 공정에 의해 구성되고, 전술한 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(10)(110)(210)과 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀(20)(120)(220)이 순차적으로 또는 교호적으로 적층 또는 라미네이션된 구조이다. 즉, 본 실시예에 따른 전극 조립체(300)는 먼저, 다수의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀들(10)(110)(210) 및 다수의 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀들(20)(120)(220)을 1차적으로 각각 적층 또는 라미네이션 한 후, 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(10)(110)(210)과 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀(20)(120)(220)을 순서대로 필요한 개수만큼 포갠 후 적절한 조건들 하에서 2차적으로 라미네이션 시킴으로써 구성할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 전극 조립체(300)는, 도면의 최상부에 제1 외측 분리막(18a)를 가진 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(210)/대응 바이-셀(120)/개선된 바이-셀(110)/대응 바이-셀(220)이 순차적으로 적층될 수 있고, 대응 바이-셀(220)의 최외각의 제2 음극(214)의 음극 집전체(212a)의 면에 보조 분리막(330)이 접촉되도록 적층 또는 라미네이션 된다. 여기서, 전극 조립체(300)는 2개의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀들과 2개의 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀들을 순차적으로 또는 교호적으로 적층 및 라미네이션시킨 구조를 설명하였으나, 사용되는 스택 타입 셀 또는 바이-셀들의 개수는 전지가 필요로 하는 용량 등에 따라 적절히 선택될 수 있음은 당업자에게 명백하다.
한편, 도 7 및 도 8에서는 적층 또는 라미네이션된 전극 조립체의 최외곽에양극과 음극이 위치되는 것으로 도시되어 있지만 이것은 예시적 실시예에 지나지 않으며, 상용화되는 전극 조립체의 양측의 최외각에는 모두 음극이 위치되도록 적층 또는 라미네이션하는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, 최외각 음극의 바깥면은 음극활물질이 도포되지 않은 형태일 수 있으며, 이러한 경우에도 이차 전지의 용량의 손실이 없다. 바람직하게, 전극 조립체의 최외각에 배치되는 음극의 두께는 서로 다르게 구성될 수 있으며, 이웃하는 다른 음극보다 더 얇게 구성될 수 있다.
대안적 실시예에 있어서, 적층 또는 라미네이션된 전극 조립체의 양쪽의 최외각에는 양극만 배치되도록 구성할 수도 있다. 여기서, 각각의 양극은 양극활물질 코팅이 없는 구조, 및/또는 양극활물질이 다른 양극의 그것보다 얇게 구성되는 것이 바람직하다.
도 9는 본 발명의 다른 바람직한 예시적 실시예에 따른 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 10은 도 9의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀과 함께 사용되어 이차전지용 전극 조립체를 구성하기 위한 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1 내지 도 8에서 설명된 참조부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 바람직한 예시적 실시예에 따른 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(30)은, 제2 극성 전극(14)/분리막(16)/제1 극성 전극(12)/분리막(16)/제2 극성 전극(14)이 순차적으로 적층되고, 제2 극성 전극들(14)의 외측면에 각각 적층될 수 있는 외측 분리막들(18)을 구비한다. 도 9에 따른 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(30)은 소위, 'C-type' 바이-셀의 구조를 가진다.
도 10을 참조하면, 도 9의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(30)과 함께 사용되는 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀(40)은 종래기술에 따른 스택 타입 셀 또는 바이-셀로서, 제1 극성 전극(12)/분리막(16)/제2 극성 전극(14)/분리막(16)/제1 극성 전극(12)이 순차적으로 적층된 구조이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 극성 전극(12)은 양극이고, 제2 극성 전극(14)은 음극이다.
도 11은 도 9의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 11을 참조하면, 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(130)은 외측 분리막(18)/음극(114)/분리막(16)/양극(112)/분리막(16)/음극(114)/외측 분리막(18)이 순차적으로 적층된 구조이다. 여기서, 음극(114)은 음극 집전체(114a)의 양면에 음극 활물질(114b)이 도포되어 있고, 양극(112)은 양극 집전체(112a)의 양면에 양극 집전체(112b)가 도포되어 있다.
도 12는 도 9의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 12를 참조하면, 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(230)은 제1 외측 분리막(18a)/제1 음극(232)/분리막(16)/양극(112)/분리막(16)/제2 음극(114)/제2 외측 분리막(18b)이 순차적으로 적층된 구조이다. 여기서, 제1 음극(232)은 단면 코팅구조로서, 제1 외측 분리막(18a)에 접촉되는 음극 집전체(232a)와, 분리막(16)에 접촉되도록 음극 집전체(232a)에 코팅된 음극 활물질(232b)을 구비한다. 이러한 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(230)은 후술하는 바와 같이, 이차전지용 전극 조립체(400)를 적층하는 공정에서 전극 조립체(400)의 최외각의 면들 중 어느 하나의 면에 위치시킬 수 있다. 한편, 도 11의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(130) 역시 전극 조립체의 최외각에 배치될 수 있음은 물론이며, 이 경우 용량(성능) 측면에서 유리할 수 있다.
도 13은 도 10의 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 13을 참조하면, 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀(140)은 양극(112)/분리막(16)/음극(114)/분리막(16)/양극(112)이 순차적으로 적층된 구조이다. 여기서, 양극(112)은 양극 집전체(112a)의 양면에 양극 활물질(112b)이 코팅된 구조이고, 음극(114)은 음극 집전체(114a)의 양면에 음극 활물질(114b)이 코팅된 구조이다. 후술하는 바와 같이, 전극 조립체의 적층 공정시, 도 13의 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀(20)의 양극들(112)은 도 11의 스택 타입 셀 또는 바이-셀(130)의 외측 분리막(18) 및/또는 도 12의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(230)의 제2 외측 분리막(18b)과 접촉되어 적층된다.
도 14는 도 10의 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 14를 참조하면, 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀(240)은 제1 양극(112)/분리막(16)/음극(114)/분리막(16)/제2 양극(242)이 순차적으로 적층 및 라미네이션 된 구조이다. 여기서, 제1 양극(112)은 양극 집전체(112a)의 양면에 양극 활물질(112b)이 코팅된 구조로서 전술한 양극(112)와 동일하고, 제2 양극(242)은 양극 집전체(242a)의 일면에만 양극 활물질(242b)이 코팅된 구조로서, 후술하는 바와 같이, 전극 조립체의 적층시 전극 조립체(400)의 최외각에 위치될 수 있다. 물론, 도 13의 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀(130)이 전극 조립체(400)의 최외곽에 위치될 수도 있다.
도 15는 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 이차 전지용 전극 조립체의 분해 단면도이고, 도 16은 도 15의 결합 단면도이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체(400)는 도 7 및 도 8을 참조하여 설명된 전극 조립체(300)와 유사하게, 종래기술에 따른 스택/폴딩 공정에 의한 것이 아니라, 단지 적층 공정에 의해 구성되고, 전술한 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(30)(130)(230)과 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀(40)(140)(240)이 순차적으로 스택킹 및 라미네이션 된 구조이다. 즉, 본 실시예에 따른 전극 조립체(400)는 먼저, 복수의 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀들(30)(130)(230) 및 복수의 대응 바이-셀들(40)(140)(240)을 1차적으로 적층 또는 라미네이션 한 후, 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(30)(130)(230)과 대응 바이-셀(40)(140)(240)을 순서대로 또는 교호적으로 필요한 개수만큼 포갠 후 적절한 조건들 하에서 2차적으로 라미네이션시킴으로써 구성된다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 전극 조립체(400)는 외측 분리막들(18a)를 가진 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(130)/대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀(140)/개선된 바이-셀(130)/대응 바이-셀(240)이 순차적으로 적층될 수 있고, 대응 바이-셀(240)의 최외각의 제2 양극(242)의 양극 집전체(242a)의 면에는 보조 분리막(330)이 접촉되어 적층된다. 전술한 바와 같이, 스택 타입 셀 또는 바이-셀들의 개수는 얼마든지 조절될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체의 제조 방법을 설명한다.
본 실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체의 제조 방법은, (a) 외측 분리막(18)/제2 극성 전극(14)/분리막(16)/제1 극성 전극(12)/분리막(16)/제2 극성 전극(14)/외측 분리막(18)이 순차적으로 적층 또는 라미네이션된 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(10)을 준비하는 단계; (b) 제1 극성 전극(12)/분리막(16)/제2 극성 전극(14)/분리막(16)/제1 극성 전극(12)이 순차적으로 적층 및 라미네이션된 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀(20)을 준비하는 단계; 및 (c) 다수의 개선된 스택 타입 셀 또는 제1 바이-셀들(10)과 다수의 대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀들(20)을 서로 교호적으로 또는 순차적으로 적층 및 라미네이션시키는 단계를 포함한다.
여기서, (a) 단계 및 (b) 단계의 순서는 무의미하다. 또한, (b) 단계는 종래의 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 구성 및 제조 방법과 동일하다. 다만, (a) 단계는 종래의 스택 타입 셀 또는 바이-셀의 최외각에 각각 외측 분리막들(18)을 접촉시킨 후 라미네이션시킨다. 또한, (a) 단계 및 (b) 단계에서 조립되는 스택 타입 셀 또는 바이-셀들(10)(20)은 서로 극성이 교호되게 배치되는 것은 전술한 실시예들에서 설명한 바와 같다.
또한, 본 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법에서, 개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀(10)과 대응 바이-셀(20)이 순차적으로 적층되는 경우, 대응 바이-셀(20)의 최외곽에 개선된 바이-셀(10)에서 채용되는 외측 분리막(18)이 적층되지 않은 어느 하나의 극성 전극에 보조 분리막(330)을 적층시는 단계를 더 포함한다. 그 이유는 이러한 최 외곽의 극성 전극을 보호하기 위함이다.
전술한 실시예들에 있어서, '개선된 스택 타입 셀 또는 바이-셀'은 '제1 스택 타입 셀 또는 바이-셀'로서 '대응 스택 타입 셀 또는 바이-셀'은 '제2 바이-셀'로서 각각 명명될 수도 있다. 또한, 전술한 실시예들에서는 개선된 바이-셀과 대응 바이-셀이 순차적으로 또는 교호적으로 다수회 적층되는 것으로 설명되었고, 외측 분리막이 마련되지 않은 바이-셀이 전극 조립체의 최외곽에 위치되는 경우 그 집전체(전극)을 보호하기 위한 보조 분리막을 추가적으로 적층시키는 것으로 설명되었다. 그러나, 필요에 따라서는 하나의 전극 조립체에 구성되는 개선된 바이-셀과 대응 바이-셀의 개수는 어느 하나에 대해 다른 하나의 개수가 하나 더 많게 구성할 수 있음을 당업자는 충분히 이해할 것이다.
대안적 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 스택 타입 셀은 양극/분리막/음극/분리막/양극이 적층된 소위, 3-스택 셀의 최외곽에 외측 분리막들을 동시 또는 연속적으로 적층된 구조에 대해서는 설명되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 음극/분리막/양극/분리막/음극/분리막/양극/음극이 순차적으로 적층된 5-스택 셀의 최외곽에 외측 분리막들이 동시 또는 연속적으로 적층된 구조, 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극/분리막/양극/음극/분리막/양극이 순차적으로 적층된 7-스택 셀의 최외곽에 외측 분리막들이 동시 또는 연속적으로 적층된 구조, 또는 그 이상의 다수의 스택 셀의 최외곽에 외측 분리막들이 적층된 구조를 취할 수 있음은 당업자가 이해할 것이다.
또한, 이러한 3-스택 셀들을 복수로 적층하거나 목적하는 용량에 따라 3-스택/5-스택/7-스택이 각각 적어도 하나 이상 조합된 적층 또는 라미네이션된 구조를 취할 수 있음을 당업자가 이해할 것이다.
또 다른 대안적 실시예에 있어서, 'A-type 스택 셀' 또는 'C-type 스택 셀'의 최외곽에 외측 분리막이 동시에 라미네이션되어 있는 구조를 적층 또는 라미네이션한 상태의 전극 조립체에 있어서, 그러한 전극 조립체의 외곽을 분리막과 동일한 재질 또는 PE, PP, PET 등과 같은 고정 필름을 이용하여 전극 조립체의 외부를 접착 또는 열융착에 의해 고정할 수 있음은 당업자에 의해 용이하게 구현될 수 있다.
다른 바람직한 대안적 실시예에 있어서, 전술한 실시예들에서 사용된 보조 분리막을 길게 연장하여 그러한 보조 분리막의 연장된 부분을 스택들을 모두 권취시킬 수 있고, 보조 분리막에 추가로 스택들을 모두 권취시킬 수 있는 제2 보조 분리막을 포함하는 구성을 가질 수 있다. 이 경우, 제2 보조 분리막은 전술한 바와 같이, 일반적인 tape일 수도 있고, 본 명세서에서 설명한 분리막과 동일한 재질의 분리막(예, SRS 코팅된 분리막-후술 참조)일 수 있다. 즉, 스택 사이에 있는 각각의 분리막들과, 보조 분리막, 제2 보조 분리막이 모두 동일 재질일 수도 있고, 다른 재질일 수도 있다.
전술한 실시예들에서 사용된 분리막은 다음과 같은 SRS 코팅된 분리막인 것이 바람직하다.
SRS 코팅된 분리막은, 분리막의 적어도 일면에는 다공성 코팅층이 마련될 수 있다. 다공성 코팅층은 다수의 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 형성된다.
다공성 코팅층 형성에 사용되는 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전기화학소자의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 무기물 입자로서 유전율이 높은 무기물 입자를 사용하는 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.
전술한 이유들로 인해, 상기 무기물 입자는 유전율 상수가 5 이상, 바람직하게는 10 이상인 고유전율 무기물 입자를 포함하는 것이 바람직하다. 유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자의 비제한적인 예로는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT), PB(Mg/13Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2, SiC 또는 이들의 혼합체 등이 있다.
또한, 무기물 입자로는 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자, 즉 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기물 입자를 사용할 수 있다. 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자의 비제한적인 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 있다.
다공성 코팅층의 무기물 입자 크기는 제한이 없으나, 균일한 두께의 코팅층 형성 및 적절한 공극률을 위하여, 가능한 한 0.001 내지 10 ㎛ 범위인 것이 바람직하다. 0.001 ㎛ 미만인 경우 분산성이 저하될 수 있고, 10 ㎛를 초과하는 경우 다공성 코팅층의 두께가 증가할 수 있고, 큰 기공 크기로 인해 전지 충방전시 내부 단락이 일어날 확률이 높아진다.
또한, 다공성 코팅층에 함유되는 바인더 고분자로는 당 업계에서 분리막에 다공성 코팅층을 형성하는데 통상적으로 사용되는 고분자를 사용할 수 있다. 특히, 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg)가 -200 내지 200 ℃인 고분자를 사용하는 것이 바람직한데, 이는 최종적으로 형성되는 다공성 코팅층의 유연성 및 탄성 등과 같은 기계적 물성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 이러한 바인더 고분자는 무기물 입자들 사이 또는 무기물 입자와 분리막 사이를 연결 및 안정하게 고정시켜주는 바인더 역할을 수행한다.
또한, 바인더 고분자는 이온 전도 능력을 반드시 가질 필요는 없으나, 이온 전도 능력을 갖는 고분자를 사용할 경우 전기화학소자의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 바인더 고분자는 가능한 유전율 상수가 높은 것이 바람직하다. 실제로 전해액에서 염의 해리도는 전해액 용매의 유전율 상수에 의존하기 때문에, 바인더 고분자의 유전율 상수가 높을수록 전해질에서의 염 해리도를 향상시킬 수 있다. 이러한 바인더 고분자의 유전율 상수는 1.0 내지 100 (측정 주파수 = 1 kHz) 범위가 사용 가능하며, 특히 10 이상인 것이 바람직하다.
전술한 기능 이외에, 바인더 고분자는 액체 전해액 함침시 겔화됨으로써 높은 전해액 함침율(degree of swelling)을 나타낼 수 있는 특징을 가질 수 있다. 이에 따라, 용해도 지수가 15 내지 45 MPa1/2 인 고분자를 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직한 용해도 지수는 15 내지 25 MPa1/2 및 30 내지 45 MPa1/2 범위이다. 따라서, 폴리올레핀류와 같은 소수성 고분자들보다는 극성기를 많이 갖는 친수성 고분자들을 사용하는 것이 바람직하다. 용해도 지수가 15 MPa1/2 미만 및 45 MPa1/2를 초과할 경우, 통상적인 전지용 액체 전해액에 의해 함침(swelling)되기 어렵기 때문이다.
이러한 고분자의 비제한적인 예로는 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타클릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 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) 등을 들 수 있다.
본 발명에 따라 분리막 기재에 코팅된 다공성 코팅층의 무기물 입자와 바인더 고분자의 조성비는 예를들어 50:50 내지 99:1 범위가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 70:30 내지 95:5이다. 바인더 고분자에 대한 무기물 입자의 함량비가 50:50 미만일 경우 고분자의 함량이 많아지게 되어 다공성 코팅층의 기공 크기 및 기공도가 감소될 수 있다. 무기물 입자의 함량이 99 중량부를 초과할 경우 바인더 고분자 함량이 적기 때문에 다공성 코팅층의 내필링성이 약화될 수 있다. 다공성 코팅층의 기공 크기 및 기공도는 특별한 제한이 없으나, 기공 크기는 0.001 내지 10㎛ 범위가 바람직하며, 기공도는 10 내지 90% 범위가 바람직하다. 기공 크기 및 기공도는 주로 무기물 입자의 크기에 의존하는데, 예컨대 입경이 1 ㎛ 이하인 무기물 입자를 사용하는 경우 형성되는 기공 역시 대략 1 ㎛ 이하를 나타내게 된다. 이와 같은 기공 구조는 추후 주액되는 전해액으로 채워지게 되고, 이와 같이 채워진 전해액은 이온 전달 역할을 하게 된다. 기공 크기 및 기공도가 각각 0.001㎛ 및 10% 미만일 경우 저항층으로 작용할 수 있으며, 기공 크기 및 기공도가 10㎛ 및 90%를 각각 초과할 경우에는 기계적 물성이 저하될 수 있다.
전술한 실시예들에 따른 전극 조립체들은 각형 또는 파우치형 이차 전지에 매우 효과적이다. 일반적으로, 이차 전지를 포장할 때 액체 전해질을 함께 주입시키는데 이것에 사용되는 용기로는 알루미늄 각형 캔 혹은 알루미늄 라미네이트 필름을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 많은 실시예들에 따른 바이-셀들, 이를 채용한 전극 조립체는 슈퍼 캐퍼스터(super capacitor), 울트라 캐퍼스터(ultra capacitor), 다른 형태의 2차 전지, 1차 전지, 연료전지, 각종 센서, 전기분해장치, 전기화학적 반응기 등과 같은 다른 유사한 분야들에도 확장 적용될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다.
이상에서, 본 발명은 비록 한정된 실시예들과 도면들에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (34)

  1. 제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극이 순차적으로 적층되고,
    상기 제1 극성 전극들에 각각 적층된 외측 분리막을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 스택 타입 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 극성 전극은 양극이고, 상기 제2 극성 전극은 음극인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 스택 타입 셀 .
  3. 제2항에 있어서,
    상기 음극은 음극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 음극 활물질이 코팅되어 있고, 상기 양극은 양극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 양극 활물질이 코팅된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 스택 타입 셀.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 극성 전극은 음극이고, 상기 제2 극성 전극은 양극인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 스택 타입 셀.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 음극은 음극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 음극 활물질이 코팅되어 있고, 상기 양극은 양극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 양극 활물질이 코팅된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 스택 타입 셀.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분리막 및/또는 상기 외측 분리막들은 미세 다공을 포함하는 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름들의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 또는 폴리비닐리덴 플로오라이드 헥사플로오르프로필렌 공중합체의 고분자 전해질용 고분자 필름으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 스택 타입 셀.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 구조를 가진 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 스택 타입 셀들; 및
    제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극으로 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 스택 타입 셀들을 구비하고,
    상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 스택 타입 셀들과 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 스택 타입 셀들이 상호 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체.
  8. 제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극이 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 스택 타입 셀들; 및
    외측 분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/외측 분리막이 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 스택 타입 셀들을 구비하고,
    상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 스택 타입 셀들과 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 스택 타입 셀들이 상호 교호적으로 적층된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 극성 전극은 양극이고, 상기 제2 극성 전극은 음극인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 음극은 음극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 음극 활물질이 코팅되어 있고, 상기 양극은 양극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 양극 활물질이 코팅된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 극성 전극은 음극이고, 상기 제2 극성 전극은 양극인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 음극은 음극 집전체의 양면 중 적어도 어느 하나의 면에 음극 활물질이 코팅되어 있고, 상기 양극은 양극 집전체의 양면 중 적어도 어느 하나의 면에 양극 활물질이 코팅된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 분리막 및/또는 상기 외측 분리막들은 미세 다공을 포함하는 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름들의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 또는 폴리비닐리덴 플로오라이드 헥사플로오르프로필렌 공중합체의 고분자 전해질용 고분자 필름으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 외측 분리막이 형성되지 않는 어느 하나의 극성 전극의 외면에 적층될 수 있는 보조 분리막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체.
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항의 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수납하는 케이스; 및
    상기 케이스에 수납된 상기 전극 조립체에 함침된 전해질을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  16. 제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극이 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 스택형 셀들을 준비하는 단계;
    외측 분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/외측 분리막이 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 스택형 셀들을 준비하는 단계; 및
    상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 스택형 셀들과 상기 적어도 하나 또는그 이상의 제2 스택형 셀들을 상호 교호적으로 적층시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 외측 분리막이 적층되지 않은 어느 하나의 극성 전극에 보조 분리막을적층시는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체의 제조 방법.
  18. 제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극이 순차적으로 적층되고,
    상기 제1 극성 전극들의 적어도 어느 하나의 외측에 적층된 외측 분리막을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 바이-셀.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 극성 전극은 양극이고, 상기 제2 극성 전극은 음극인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 바이-셀.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 음극은 음극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 음극 활물질이 코팅되어 있고, 상기 양극은 양극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 양극 활물질이 코팅된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 바이-셀.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 제1 극성 전극은 음극이고, 상기 제2 극성 전극은 양극인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 바이-셀.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 음극은 음극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 음극 활물질이 코팅되어 있고, 상기 양극은 양극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 양극 활물질이 코팅된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 바이-셀.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 분리막 및/또는 상기 외측 분리막들은 미세 다공을 포함하는 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름들의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 또는 폴리비닐리덴 플로오라이드 헥사플로오르프로필렌 공중합체의 고분자 전해질용 고분자 필름으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 바이-셀.
  24. 제18항 내지 제23항 중 어느 한 항의 바이-셀의 구조를 가진 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 바이-셀들; 및
    제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극으로 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 바이-셀들(Bi-cells)을 구비하고;
    상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 바이-셀들과 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 바이-셀들이 상호 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체.
  25. 제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극이 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 바이-셀들(Bi-cells); 및
    외측 분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/외측 분리막이 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 바이-셀들을 구비하고,
    상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 바이-셀들과 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 바이-셀들이 상호 교호적으로 적층된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제1 극성 전극은 양극이고, 상기 제2 극성 전극은 음극인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 음극은 음극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 음극 활물질이 코팅되어 있고, 상기 양극은 양극 집전체의 양면들 중 적어도 어느 하나의 면에 양극 활물질이 코팅된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체.
  28. 제24항에 있어서,
    상기 제1 극성 전극은 음극이고, 상기 제2 극성 전극은 양극인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 음극은 음극 집전체의 양면 중 적어도 어느 하나의 면에 음극 활물질이 코팅되어 있고, 상기 양극은 양극 집전체의 양면 중 적어도 어느 하나의 면에 양극 활물질이 코팅된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체.
  30. 제24항에 있어서,
    상기 분리막 및/또는 상기 외측 분리막들은 미세 다공을 포함하는 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름들의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 또는 폴리비닐리덴 플로오라이드 헥사플로오르프로필렌 공중합체의 고분자 전해질용 고분자 필름으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체.
  31. 제24항에 있어서,
    상기 외측 분리막이 형성되지 않는 어느 하나의 극성 전극의 외면에 적층될 수 있는 보조 분리막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체.
  32. 제24항 내지 제31항 중 어느 한 항의 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용할 수 있는 케이스; 및
    상기 케이스에 수용된 상기 전극 조립체에 함침된 전해질를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  33. 제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극이 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 바이-셀들(Bi-cell)을 준비하는 단계;
    외측 분리막/제2 극성 전극/분리막/제1 극성 전극/분리막/제2 극성 전극/외측 분리막이 순차적으로 적층된 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 바이-셀들을 준비하는 단계; 및
    상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제1 바이-셀들과 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 제2 바이-셀들을 상호 교호적으로 적층시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체의 제조 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 외측 분리막이 적층되지 않은 어느 하나의 극성 전극에 보조 분리막을 적층시는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극 조립체의 제조 방법.
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