WO2018066886A1 - 이차전지 - Google Patents

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WO2018066886A1
WO2018066886A1 PCT/KR2017/010794 KR2017010794W WO2018066886A1 WO 2018066886 A1 WO2018066886 A1 WO 2018066886A1 KR 2017010794 W KR2017010794 W KR 2017010794W WO 2018066886 A1 WO2018066886 A1 WO 2018066886A1
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WO
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electrode assembly
secondary battery
electrode
electrode plate
coating layer
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PCT/KR2017/010794
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English (en)
French (fr)
Inventor
정연복
강태경
김영화
김학규
민기홍
박정대
손희명
이서재
한수희
Original Assignee
삼성에스디아이(주)
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Filing date
Publication date
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    • 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
    • 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
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery.
  • a secondary battery is a battery that can be charged and discharged unlike a primary battery that cannot be charged.
  • a secondary battery is used in portable electronic devices such as a mobile phone and a camcorder. Large capacity batteries with dozens of cells connected are used as motor power sources for electric bicycles, electric scooters, hybrid cars, and electric cars.
  • Secondary batteries are manufactured in various shapes, and typical shapes include square, cylindrical, and pouch types.
  • the secondary battery is configured by accommodating an electrode assembly and an electrolyte in a case, and installing a cap plate on the case.
  • the electrode assembly is connected to the electrode tab, the terminal of the positive electrode, etc., which is exposed or protruded to the outside through the cap plate.
  • the electrode assembly of the secondary battery is formed with a separator interposed between the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the positive electrode plate and the negative electrode plate.
  • the electrode assembly may be formed by winding a laminate of a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator, or may be formed by stacking a plurality of positive electrode plates, a negative electrode plate, and a separator. In the method of forming an electrode assembly by stacking a plurality of electrode plates, the positive electrode plate and the negative electrode plate are alternately stacked at the boundary of the separator.
  • Such secondary batteries may be classified into cylindrical, square, and pouch types according to the shape of the case, and are classified into a polymer electrolyte type nonaqueous electrolyte type according to the electrolyte used.
  • the electrode assembly housed in the case frequently rotates or flows easily inside the case due to external vibration or shock. This flow can generate a short inside the battery and can damage the electrode tabs provided in the electrode assembly.
  • the outermost tape of the electrode assembly is attached to the outer surface of the electrode assembly in order to prevent loosening or flow of the electrode assembly in the event of external shock.
  • the outermost tape has been manufactured in the form of a single-sided or double-sided tape on the surface of the wound electrode assembly to be integrated with the packaging material.
  • the present invention provides a secondary battery that is resistant to external shocks and prevents the electrode assembly from flowing inside the case and at the same time realizes a material thinning capable of realizing a high energy density of the battery.
  • a secondary battery according to the present invention includes an electrode assembly, an electrolyte including a first electrode plate, a second electrode plate having a different polarity from the first electrode plate, and a separator between the first electrode plate and the second electrode plate. And an adhesive coating layer applied to an outer surface of the electrode assembly, and a case accommodating the electrode assembly and the electrolyte.
  • the adhesive coating layer has a thickness of 5 ⁇ m 10 ⁇ m, comma coater (gravure coater), gravure coater (Gravure Coater), die coater (Die Coater), spray coater (Spray Coater), electron spin It can be applied by any one of the coater method (Electro Spinning Coater).
  • the adhesive coating layer is applied to the entire outer surface of the electrode assembly.
  • the adhesive coating layer is applied to one side or both sides of the outer surface of the electrode assembly.
  • the electrode assembly is provided, applying an adhesive to the outer surface of the electrode assembly to form an adhesive coating layer, drying the adhesive, the electrode assembly in the secondary battery case And accommodating the case and thermally compressing the case to bond the case and the electrode assembly to each other through the adhesive coating layer.
  • a material thin film capable of realizing a high energy density of the secondary battery may be implemented.
  • the secondary battery according to an embodiment of the present invention may be resistant to external impact and prevent the electrode assembly from flowing inside the case while implementing a material thinning.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a pouch type secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view comparing the conventional adhesive tape method and the adhesive coating method of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows a secondary battery manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a photograph comparing the external deformation during the fall of the secondary battery of the method using the conventional adhesive tape and the method using the adhesive coating layer of the present invention.
  • first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers, and / or parts, these members, parts, regions, layers, and / or parts are defined by these terms. It is obvious that not. These terms are only used to distinguish one member, part, region, layer or portion from another region, layer or portion. Accordingly, the first member, part, region, layer or portion, which will be described below, may refer to the second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a pouch type secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • a secondary battery may include a case 20, an electrode assembly 10 accommodated in the case 20, and an adhesive applied to an outer surface of the electrode assembly 10. It is composed of layer 100.
  • the case 20 has a substantially hexahedral shape having an opening in which the electrode assembly 10 may be inserted and seated.
  • An opening of the case 20 includes a space for accommodating the electrode assembly 10 and the electrolyte.
  • the case 20 may be formed of a metal such as aluminum or an aluminum alloy.
  • the electrolyte may be formed of a lithium salt in an organic solvent, and the electrolyte may be liquid, solid, or gel.
  • the electrode assembly 10 is composed of a positive electrode, a negative electrode facing the positive electrode, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode.
  • the separator may include a porous substrate and a coating layer formed on at least one surface of the porous substrate.
  • the electrode assembly 10 may have a jelly-roll form in which the positive electrode, the separator, and the negative electrode are sequentially wound.
  • the electrode assembly 10 is inserted into the case 20 and includes a separator disposed between the first electrode plate, the second electrode plate, and the first electrode plate and the second electrode plate.
  • a jelly-roll is formed by winding a laminate of a first electrode plate, a second electrode plate, and a separator.
  • the first electrode plate may serve as an anode
  • the second electrode plate may have a negative electrode having a polarity opposite to that of the first electrode plate.
  • Each of the first electrode plate and the second electrode plate includes a coating part coated with an active material on a current collector of a metal plate, and an uncoated part formed of a current collector exposed by not applying an active material.
  • the uncoated portion may be formed at different ends of the first electrode plate and the second electrode plate to be wound, respectively, and serve as a passage of current flow between each electrode and the outside.
  • the first electrode plate as the anode may be formed of a metal foil such as aluminum, and both surfaces of the coating portion of the first electrode plate are coated with an active material containing lithium-based oxide as a main component.
  • the second electrode plate as the negative electrode may be formed of a metal foil such as copper, and both surfaces of the coating portion of the second electrode plate are coated with an active material containing a carbon material as a main component.
  • the cerapater is positioned between the first electrode plate and the second electrode plate to prevent shorts and to allow movement of ions.
  • the separator may be made of polystyrene (PE), polypropylene (PP), or a composite film of polyethylene (PE) and polypropylene (PP).
  • the adhesive coating layer 100 is applied to the outer surface of the electrode assembly 10. Since the adhesive coating layer 100 does not have a base layer unlike a general adhesive tape, it is not possible to apply a component in an attachment form as in the past, so that the adhesive coating layer 100 must be applied directly on the surface of the electrode assembly 10. . On the other hand, since the adhesive coating layer 100 does not use a separate adhesive tape, its thickness can be reduced to about 5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the adhesive coating layer 100 may be applied using a brush, a roller, or a spray, and may be a comma coater, a gravure coater, a die coater, or a spray coater.
  • Thin film controllable coaters such as the Electro Spinning Coater, can be used.
  • Any adhesive material used as the adhesive coating layer 100 may be used as long as the material can realize the adhesive force.
  • Typical materials that can be used universally include acrylics including polyacrylates, fluorine resins such as PVdF, and rubbers represented by SBR.
  • acrylics including polyacrylates, fluorine resins such as PVdF, and rubbers represented by SBR.
  • the adhesive itself to be applied in advance may be separately manufactured in the form of a mono layer film and attached in the form of a sticker.
  • the difference from the conventional adhesive tape method is that in the case of the conventional adhesive tape type, since the adhesive layer and the base layer exist separately, the adhesive tape has a thickness of about 56 ⁇ m, and when the adhesive tape is attached to both electrode assemblies, That is 112 times the thickness of twice.
  • the self-membrane since it is a single layer composed of pure adhesive, it is possible to make an extremely thin film having a level of 5 ⁇ m to 10 ⁇ m, unlike a conventional tape method.
  • the adhesive coating layer 100 may be applied to the entire outer surface of the electrode assembly 10, or may be applied to both sides of the front, rear of the electrode assembly.
  • FIG. 2 is a view comparing the conventional adhesive tape method and the adhesive coating method of the present invention.
  • FIG. 2 illustrates a method of attaching existing outermost tapes 11 and 11 ′ to the outside of the existing electrode assembly 10, and on the right side of FIG. 2, an adhesive coating layer according to an embodiment of the present invention. 100 is applied.
  • the electrode assembly 10 is surrounded by the shape or size of the adhesive tape. Since the portion to be attached to is determined, there is a problem that the entire outer periphery of the electrode assembly 10 cannot be covered, and there is a problem that it is difficult to attach to the side of the electrode assembly 10.
  • OPS Oriented polystyrene
  • the film substrate as a component of the tape can be omitted, there is an advantage that can be manufactured to cover the entire outer assembly of the electrode assembly 10 The stability of the electrode assembly can be improved.
  • the thickness of the tape is attached to both sides of 56 ⁇ m, it is often attached only to one surface of the electrode assembly 10 to reduce the thickness of the secondary battery. In this case, there is a problem that the adhesion is inferior and the stability is lowered when the battery falls.
  • the adhesive coating layer 100 according to an embodiment of the present invention is used, it is possible to make the entire surface construction on the outer side as well as the outer side of the electrode assembly 10 while forming the pole thin film, and also causes the overlapping problem with the tab part. I never do that.
  • the adhesive coating layer 100 is applied to the site where the adhesive is to be located on the electrode assembly surface with respect to the electrode plate substrate portion before winding the electrode assembly 10, and then assembled and after the drying process Adhesion may be implemented in the process, and after the winding of the electrode assembly 10 is completed, a method of selectively applying a desired portion on the surface of the electrode assembly 10 may be applied.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows a secondary battery manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
  • an adhesive is applied to an outer surface of the electrode assembly (S42). Then the adhesive is dried (S43). When the adhesive is dried, the adhesive force of the adhesive coating layer is temporarily dropped, and subsequent work such as case assembly work is convenient, and the defect rate such as the aggregation of the adhesive can be reduced. Then, assembling the case (S44), the case is bonded to the electrode assembly through a thermal compression process (S45). Applying the thermal compression increases the adhesive strength of the dried adhesive coating layer and at the same time allows the case to be firmly fixed to the adhesive coating layer by pressing.
  • the electrolyte is divided into a polymer electrolyte or a non-aqueous electrolyte, even when using the polymer electrolyte further includes a lithium salt and a non-aqueous electrolyte.
  • the nonaqueous electrolyte is used for dissolving or dissociating a lithium salt, and is not particularly limited as long as it is used as a normal battery electrolyte solvent.
  • the negative electrode may be prepared by conventional methods known in the art.
  • a binder, an organic solvent and, if necessary, a conductive material and a dispersant may be mixed and stirred to prepare a slurry, which is then applied to a current collector of a metal material, compressed, and dried to prepare a negative electrode.
  • the negative electrode active material may be used at 70 to 98% by weight, the binder at 1 to 30% by weight, and the conductive material at 1 to 25% by weight.
  • a cathode active material that may be used for a cathode of a secondary battery includes a lithium-containing transition metal oxide.
  • the positive electrode is manufactured by a conventional method known in the art using the positive electrode active material, and the other positive electrode related information is omitted as a general content.
  • the separator is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used.
  • the pore diameter of the separator is generally 0.01 ⁇ 10 ⁇ m, the thickness is generally 5 ⁇ 300 ⁇ m.
  • a separator For example, Olefin type polymers, such as chemical-resistance and hydrophobic polypropylene; Sheets or non-woven fabrics made of glass fibers or polyethylene are used.
  • a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.
  • FIG. 5 is a photograph comparing the external deformation during the fall of the secondary battery of the method using the conventional adhesive tape and the method using the adhesive coating layer of the present invention.
  • the left photograph is an external deformed photograph when the secondary battery is dropped using the conventional adhesive tape
  • the right photograph is an outer deformed photograph when the secondary battery is dropped using the adhesive coating layer according to an embodiment of the present invention.
  • the right picture has the maximum effect of suppressing the flow between the exterior material (generally aluminum pouch) and the internal structure (generally the electrode assembly) when the secondary battery is dropped, compared to the left picture, thereby reducing external deformation after the drop. It can be seen that it is significantly improved compared to the existing secondary battery.
  • the secondary battery according to the embodiment of the present invention is resistant to external impact and prevents the electrode assembly from flowing inside the case, and at the same time, it is possible to implement a material thin film capable of realizing a high energy density of the battery.

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Abstract

제1 전극판, 제1 전극판과 다른 극성을 갖는 제2 전극판, 및 제1 전극판 및 제2 전극판 사이에 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 전해질, 전극 조립체의 외면에 도포되는 접착제 도포층 및 전극 조립체와 전해질을 수용하는 케이스를 포함하는 이차전지가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 외부 충격에 강하고 케이스 내부에서 전극 조립체가 유동하는 것을 방지함과 동시에, 전지의 고 에너지 밀도를 구현할 수 있는 소재 박막화를 구현할 수 있다.

Description

이차전지
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 배터리 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 배터리 셀이 수십 개 연결된 대용량 전지의 경우 전기 자전거, 전기 스쿠터, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용되고 있다.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데 대표적인 형상으로는 각형, 원통형 및 파우치형 등을 들 수 있으며, 전극조립체와, 전해액을 함께 케이스에 수용하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 또한, 상기 전극조립체에는 전극탭, 양극의 단자 등이 연결되며, 이는 상기 캡 플레이트를 통하여 외부로 노출 또는 돌출된다.
이차전지의 전극조립체는 양극판, 음극판 및 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터가 개재하여 형성된다. 전극조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 적층체를 권취하여 형성되기도 하고, 복수개의 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 적층하여 형성하기도 한다. 복수개의 전극판을 적층하여 전극조립체를 형성하는 방법은 양극판과 음극판을 세퍼레이터를 경계로 교대로 적층시킨다.
이러한 이차전지는 케이스의 형상에 따라 원통형, 각형 및 파우치형으로 분류될 수 있으며, 사용되는 전해질에 따라 폴리머 전해질형 비수 전해질형으로 구분된다.
케이스에 수납된 전극 조립체는 외부 진동 또는 충격에 의해 케이스의내부에서 쉽게 회전하거나 유동하는 경우가 자주 발생한다. 이러한 유동은 전지 내부 쇼트를 발생시킬 수 있고, 전극 조립체에 마련한 전극 탭을 손상시킬 수가 있다.
따라서 외부 충격에도 전극 조립체의 풀림이나 유동이 발생하는 것을 방지하기 위하여 전극 조립체의 외면에 전극 조립체 최외곽 테이프를 부착하고 있다. 이러한 최외곽 테이프는 권취된 전극 조립체 표면에 단면 또는 양면 테이프를 적용하여 외장재와 일체화 시키는 형태로 전지를 제조해 오고 있다.
본 발명은 외부 충격에 강하고 케이스 내부에서 전극 조립체가 유동하는 것을 방지함과 동시에, 전지의 고 에너지 밀도를 구현할 수 있는 소재 박막화를 구현할 수 있는 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지는, 제1 전극판, 상기 제1 전극판과 다른 극성을 갖는 제2 전극판, 및 상기 제1 전극판 및 상기 제2 전극판 사이에 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 전해질, 상기 전극 조립체의 외면에 도포되는 접착제 도포층 및 상기 전극 조립체와 상기 전해질을 수용하는 케이스를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 접착제 도포층은 5㎛ 내지 10㎛ 의 두께를 가지며, 코마 코터(Comma Coater), 그라비아 코터(Gravure Coater), 다이 코터(Die Coater), 스프레이 코터(Spray Coater), 전자 스핀 코터(Electro Spinning Coater) 중 어느 한 코터 방법으로 도포될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 접착제 도포층은 상기 전극 조립체 외면 전체에 도포된다.
다른 실시예에서, 상기 접착제 도포층은 상기 전극 조립체 외면 일측 또는 양측에 도포된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지는, 전극 조립체가 제공되는 단계, 상기 전극 조립체 외면에 접착제를 도포하여 접착제 도포층을 형성하는 단계, 상기 접착제를 건조시키는 단계, 이차전지 케이스 내에 상기 전극 조립체를 수용시키는 단계 및 상기 케이스를 열압착하여 상기 케이스와 상기 전극조립체를 상기 접착제 도포층을 통해 접착시키는 단계를 포함하는 제조 방법으로 제작된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 따르면 5㎛ 내지 10㎛ 정도의 극 박막화가 가능한 낙하 보완용 접착층을 제공하여, 이차전지의 고 에너지 밀도를 구현할 수 있는 소재 박막화를 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 소재 박막화를 구현하면서도 외부 충격에 강하고 케이스 내부에서 전극 조립체가 유동하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지를 보여주는 개략도이다.
도 2는 기존의 접착 테이프 방식과 본 발명의 접착제 도포 방식을 비교한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 제조 방법을 나타낸 다.
도 5는 기존의 접착 테이프를 이용한 방식과 본 발명의 접착 도포층을 이용한 방식의 이차전지의 낙하 시 외부 변형을 비교한 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지를 보여주는 개략도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 케이스(20), 상기 케이스(20) 내로 수납되는 전극 조립체(10), 상기 전극 조립체(10)의 외면에 도포되는 접착제 도포층(100)으로 구성된다.
상기 파우치 케이스(20)의 두 면은 서로 마주보는 면을 겹쳐 밀봉하게 된다. 또한 전극 조립체(10)를 담고 있는 파우치 내부로 폴리머 전해질이 주입된다. 일 실시예에서, 상기 케이스(20)는 전극조립체(10)가 삽입 안착될 수 있는 개구부가 형성된 대략 육면체 형상으로 이루어진다. 케이스(20)의 개구부 내측에는 전극조립체(10) 및 전해질을 수용할 수 있는 공간을 포함한다. 상기 케이스(20)는 알루미늄, 알루미늄 합금과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전해질은 유기용매에 리튬염으로 이루어질 수 있고, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 젤상일 수 있다.
상기 전극 조립체(10)는 양극, 상기 양극과 대향하는 음극, 그리고 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되어 있는 세퍼레이터로 구성된다. 상기 세퍼레이터는 다공성 기재 및 상기 다공성 기재의 적어도 일면에 형성되는 코팅층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전극 조립체(10)는 상기 양극, 상기 세퍼레이터 및 상기 음극이 순차적으로 감겨져 있는 젤리-롤 형태를 가질 수 있다.
일 실시예에서 전극 조립체(10)는 케이스(20) 내부에 삽입되고, 제1 전극판, 제2 전극판 및 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 게재되는 세퍼레이터를 포함한다. 그리고 전극조립체(10)는 제1 전극판, 제2 전극판 및 세퍼레이터의 적층제를 권취하여 젤리-롤(Jelly-Roll)이 형성된다. 상기 제1 전극판은 양극으로 작용할 수 있으며, 상기 제2 전극판은 제1 전극판과 반대의 극성인 음극을 가질 수 있다.
제1 전극판 및 제2 전극판은 각각 금속판의 집전체에 활물질이 도포된 코팅부 및 활물질이 도포되지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 무지부를 포함한다. 상기 무지부는 권취되는 제1 전극판 및 제2 전극판의 서로 다른 한쪽 단부에 각각 형성될 수 있으며, 각 전극과 외부 간 전류 흐름의 통로가 된다.
양극으로서의 제1 전극판은 알루미늄과 같은 금속 포일로 형성될 수 있고, 제1 전극판의 코팅부 양면은 리튬계 산화물을 주성분으로 하는 활물질이 도포되어 있다.
음극으로서의 제2 전극판은 구리와 같은 금속 포일로 형성될 수 있고, 제2 전극판의 코팅부 양면은 탄소재를 주성분으로 하는 활물질이 도포되어 있다.
세러페이터는 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 한다. 그리고 세퍼레이터는 폴레이틸렌(PE)이나, 폴리프로필렌(PP)이나, 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 복합필름으로 이루어질 수 있다.
접착제 도포층(100)은 전극 조립체(10)의 외면에 도포된다. 상기 접착제 도포층(100)은 일반적인 접착 테이프와 달리 기재층이 없기 때문에 기존과 같이 부착형태로 부품을 적용할 수 없어 접착제를 전지에 적용하기 위해서는 전극 조립체(10) 표면상에 직접 도포를 해야 한다. 한편, 상기 접착제 도포층(100)은 별도의 접착 테이프를 사용하는 것이 아니기 때문에 그 두께를 5㎛ 내지 10㎛ 정도로 얇게 할 수 있다.
상기 접착제 도포층(100)은 붓이나, 롤러, 또는 스프레이를 이용하여 도포할 수 있으며, 코마 코터(Comma Coater), 그라비아 코터(Gravure Coater), 다이 코터(Die Coater), 스프레이 코터(Spray Coater), 전자 스핀 코터(Electro Spinning Coater) 등 박막으로 제어 가능한 코터는 모두 사용 가능하다.
접착제 도포층(100)으로 이용되는 접착성 물질로는 접착력을 구현할 수 있는 재료라면 모두 사용 가능할 것이다. 범용적으로 사용 가능한 대표적 재료로는 폴리아크릴레이트를 비롯한 아크릴계와, PVdF와 같은 불소계 수지, 그리고 SBR로 대표되는 러버(Rubber)계가 있으며, 이 외에도 말레인산, 아라비아 검, 구아바 검, 키토산, 폴리도파민 등 천연 고분자 물질을 사용할 수 있을 것이다.
한편, 사전에 적용하고자 하는 접착제 자체를 단일층 필름(Mono Layer Film) 형태로 별도 제작하여 스티커 형식으로 부착할 수도 있다. 이 경우, 기존의 접착 테이프 방식과 다른 점은 기존 접착 테이프 형태의 경우, 접착층과 기재층이 별도로 존재하기 때문에 접착 테이프는 56㎛ 정도의 두께가 생기고, 전극 조립체 양쪽에 접착 테이프를 부착하는 경우에는 그 2배인 112㎛ 의 두께가 생기게 된다. 그러나 본 발명의 일 실시예와 같은 자체 멤브레인의 경우, 순수 접착제로 구성된 단일 층이기 때문에 기존의 테이프 방식과 달리 5㎛ 내지 10㎛ 수준의 극 박막화가 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 다른 접착제 도포층(100)은 전극 조립체(10)의 외면 전체에 도포될 수도 있으며, 또는 전극 조립체의 앞, 뒷면 양측에 도포될 수도 있다.
도 2는 기존의 접착 테이프 방식과 본 발명의 접착제 도포 방식을 비교한 도면이다.
도 2의 좌측에는 기존의 전극 조립체(10) 외곽에 기존의 최외곽 테이프(11, 11')를 부착하는 방식을 도시하며, 도 2의 우측에는 본 발명의 일 실시예에 따라 접착제 도포층(100)을 도포한 방식을 도시한다.
도 2를 참조하면, 기존의 방식과 같이 낙하 보완용 양면 테이프인 OPS(Oriented polystyrene) 최외곽 테이프(11, 11')를 부착하는 경우에는 접착 테이프의 형태나 크기에 따라 전극 조립체(10) 외곽에 부착되는 부위가 정해지기 때문에, 전극 조립체(10) 외곽 전체를 모두 덮을 수 없다는 문제가 있고, 아울러 전극 조립체(10)의 측면에는 부착하기 어려운 문제가 있었다.
또한, 최외곽 테이프(11')가 탭부(12)를 덮도록 넓게 제작되는 경우에는 탭부와 최외곽 테이프가 중첩되는 문제가 발생한다.
그러나 본 발명의 일 실시예와 같이 접착제를 도포하는 방식을 사용하면, 테이프의 구성요소인 필름 기재가 생략될 수 있기 때문에, 전극 조립체(10) 외곽 전체를 모두 덮을 수 있도록 제작할 수 있는 장점이 있어 전극 조립체의 안정성을 높일 수 있다.
또한, 기존의 최외곽 테이프 방식의 경우 테이프의 두께가 56㎛ 양면에 부착 정도 되기 때문에 이차전지의 두께 감소를 위해 전극 조립체(10)의 일면에만 부착하는 경우가 많다. 이 경우 접착성이 떨어지고 전지 낙하 시 안정성이 떨어지는 문제가 있다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 접착제 도포층(100)을 이용하면 극 박막화를 이루면서도 전극 조립체(10) 외곽 양면 뿐만 아니라 외곽에 전면적 시공이 가능하게 할 수 있으며, 탭부와의 중첩 문제도 발생하지 않는다.
한편, 접착제 도포층(100)은 전극 조립체(10)의 권취 이전에 극판 기재 부위에 대해 전극 조립체 표면 상에 접착제가 위치하고자 하는 부위에 사전에 도포를 한 후, 건조 과정을 거친 뒤 조립 및 후 공정에서 접착을 구현할 수도 있으며, 전극 조립체(10)의 권취가 완료된 후 전극 조립체(10)의 표면 상에 원하는 부위에 선택적으로 도포하는 방법을 적용할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조 방법에서는 우선 전극 조립체를 준비한 후(S31), 접착제를 전극 조립체 외곽면에 도포한다(S32). 그리고 나서 케이스를 조립하고(S33), 열 압착 과정을 통해 케이스를 전극 조립체에 접착 시킨다(S34).
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 제조 방법을 나타낸 다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 제조 방법에서는 우선 전극 조립체를 준비한 후(S41), 접착제를 전극 조립체 외곽면에 도포한다(S42). 그리고 나서 접착제를 건조한다(S43). 접착제를 건조하게 되면 접착제 도포층의 접착력이 일시적으로 떨어지게 되며, 케이스 조립 작업 등의 후속 작업이 편리하고, 접착제가 뭉치는 등의 불량률을 줄일 수 있다. 그런 다음 케이스를 조립하고(S44), 열 압착 과정을 통해 케이스를 전극 조립체에 접착 시킨다(S45). 열 압착을 가하면, 건조되었던 접착제 도포층의 접착력이 높아지고 동시에 가압을 통해 케이스가 접착제 도포층에 단단히 고정될 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 전해질은 폴리머 전해질 또는 비수 전해질로 구분되며, 상기 폴리머 전해질을 사용하는 경우에도 리튬염 및 비수 전해액을 더 포함한다.
상기 비수 전해액은 리튬염을 용해 또는 해리시키기 위해 사용하는 것으로서, 통상적인 전지용 전해액 용매로 사용하고 있는 것이면 특별히 제한하지 않는다.
또한, 일 실시예에서 음극은 당 분야에서 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들어, 바인더, 유기용매, 필요에 따라서, 도전재, 분산제를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포하고 압축한 뒤 건조하여 음극을 제조할 수 있다.
일 실시예에 의하면 음극활물질은 70~98중량%, 바인더는 1~30중량% 및 도전재는 1~25중량%로 사용될 수 있다.
그리고 일 실시예에서 이차전지의 양극에 사용가능한 양극활물질로는 리튬 함유 전이금속 산화물이 있다. 상기 양극활물질을 이용하여 당해 기술분야에 알려진 통상의 방법에 따라 양극을 제조하며, 기타 양극 제조에 관련한 내용은 일반적인 내용으로 그 기술을 생략한다.
또한, 일 실시예에서, 세퍼레이터는 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다.
일 실시예에서, 상기 세퍼레이터의 기공 직경은 일반적으로 0.01~10㎛이고, 두께는 일반적으로 5~300㎛이다. 이러한 세퍼레이터로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 　전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 세퍼레이터를 겸할 수도 있다.
도 5는 기존의 접착 테이프를 이용한 방식과 본 발명의 접착 도포층을 이용한 방식의 이차전지의 낙하 시 외부 변형을 비교한 사진이다.
도 5를 참조하면, 좌측 사진은 기존의 접착 테이프를 이용한 이차전지의 낙하 시 외부 변형 사진이며, 우측 사진은 본 발명의 실시예에 따른 접착제 도포층을 이용한 이차전지의 낙하 시 외부 변형 사진을 나타낸다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 우측 사진은 좌측 사진에 비해 이차전지의 낙하 시 외장재 (일반적으로 알루미늄 파우치)와 내부 구조물(일반적으로 전극조립체) 간의 유동이 억제되는 효과가 극대화되어 낙하 이후의 외부 변형이 기존의 이차전지에 비해 현저히 개선되고 있음을 확인할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 외부 충격에 강하고 케이스 내부에서 전극 조립체가 유동하는 것을 방지함과 동시에, 전지의 고 에너지 밀도를 구현할 수 있는 소재 박막화를 구현할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 제1 전극판, 상기 제1 전극판과 다른 극성을 갖는 제2 전극판, 및 상기 제1 전극판 및 상기 제2 전극판 사이에 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    전해질;
    상기 전극 조립체의 외면에 도포되는 접착제 도포층; 및
    상기 전극 조립체와 상기 전해질을 수용하는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착제 도포층은 5㎛ 내지 10㎛ 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서.
    상기 접착제 도포층은, 코마 코터(Comma Coater), 그라비아 코터(Gravure Coater), 다이 코터(Die Coater), 스프레이 코터(Spray Coater), 전자 스핀 코터(Electro Spinning Coater) 중 어느 한 코터 방법으로 도포되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착제 도포층은 상기 전극 조립체 외면 전체에 도포되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착제 도포층은 상기 전극 조립체 외면 일측 또는 양측에 도포되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 전극 조립체가 제공되는 단계;
    상기 전극 조립체 외면에 접착제를 도포하여 접착제 도포층을 형성하는 단계;
    상기 접착제를 건조시키는 단계;
    이차전지 케이스 내에 상기 전극 조립체를 수용시키는 단계; 및
    상기 케이스를 열압착하여 상기 케이스와 상기 전극조립체를 상기 접착제 도포층을 통해 접착시키는 단계를 포함하는 제조 방법으로 제작된 이차전지.
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