WO2019031638A1 - 전극 조립체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

전극 조립체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지 Download PDF

Info

Publication number
WO2019031638A1
WO2019031638A1 PCT/KR2017/008798 KR2017008798W WO2019031638A1 WO 2019031638 A1 WO2019031638 A1 WO 2019031638A1 KR 2017008798 W KR2017008798 W KR 2017008798W WO 2019031638 A1 WO2019031638 A1 WO 2019031638A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
guest
host
electrode
electrode assembly
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/008798
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이정필
조성주
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to PL17921137.0T priority Critical patent/PL3528333T3/pl
Priority to PCT/KR2017/008798 priority patent/WO2019031638A1/ko
Priority to EP17921137.0A priority patent/EP3528333B1/en
Priority to ES17921137T priority patent/ES2942264T3/es
Priority to CN201780071487.4A priority patent/CN109983613B/zh
Priority to US16/463,197 priority patent/US11183737B2/en
Priority to HUE17921137A priority patent/HUE061868T2/hu
Publication of WO2019031638A1 publication Critical patent/WO2019031638A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H01M50/461—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes with adhesive layers between electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • 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
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0407—Methods of deposition of the material by coating on an electrolyte layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • 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 an electrode assembly, a method of manufacturing the same, and a secondary battery including the same.
  • the lithium secondary battery is classified according to the structure of the electrode assembly having the anode / separator / cathode structure.
  • a jelly-roll (wound) type electrode assembly in which a long sheet-like positive electrode and a negative electrode are wound with a separator interposed therebetween, a plurality of positive electrodes and negative electrodes cut in units of a predetermined size, Bi-cells or full cells, which are stacked in a stacked state (stacked type), or stacked in a state in which a predetermined unit of an anode and a cathode are stacked with a separator interposed therebetween, are arranged and folded in a long sheet- A stack / folding type electrode assembly, and the like.
  • the electrode may not be fixed in the correct position in the lamination (lamination process) of the electrode and the separator.
  • the difference in the adhesive force between the anode and the separator and the adhesive force between the cathode and the separator may occur due to the difference in the composition of the anode and the cathode included in the electrode assembly, thereby causing the problem of impregnation (wettability) of the electrolyte.
  • the electrode When an impact is applied to the electrode assembly, the electrode may be pushed and the separator may fall off and short-circuit may occur, and the separator may be damaged in this process. This may lead to deterioration of lifetime characteristics and stability of the battery. Therefore, there is a demand for a technique of similarly fabricating the adhesion strength of the separator to the positive electrode and the negative electrode.
  • An object of the present invention is to provide an electrode assembly in which electrodes and a separator are fixed at the correct positions and also have excellent adhesive force.
  • Another object of the present invention is to provide an electrode assembly excellent in impregnation property to an electrolyte by making an adhesive force between a cathode and a separator and an adhesive force between an anode and a separator equal.
  • Another object of the present invention is to provide a secondary battery having a risk of short circuit and a risk of damage to the separator even in an external impact.
  • the present invention provides a plasma display panel comprising: a first electrode; An adhesive layer disposed on the first electrode, the adhesive layer including a host layer including a host and a guest layer including a guest; A separation membrane located on the adhesive layer; And a second electrode positioned on the separation membrane.
  • the present invention provides a method for fabricating a semiconductor device, comprising: a 1-1 step of forming a host layer including a host on a first electrode; Forming a guest layer including a guest on one surface of the separator; (1-3) placing the host layer and the guest layer in contact with each other to form an adhesive layer; And (1-4) placing the second electrode on the other surface of the separator.
  • the present invention also provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: (2-1) forming a guest layer including a guest on a first electrode; (2-2) forming a host layer including a host on one side of the separation membrane; A second step of forming an adhesive layer by positioning the guest layer and the host layer in contact with each other; And (2-4) placing the second electrode on the other surface of the separator.
  • the present invention also provides a secondary battery including the electrode assembly.
  • the electrode assembly of the present invention can adjust the electrode and separator to be fixed at the correct position using the principle of host-guest chemistry, and also to improve the adhesion between the electrode and the separator.
  • the impregnation property of the electrolyte of the electrode assembly of the present invention can be improved.
  • the secondary battery including the electrode assembly of the present invention exhibits less phenomenon of pushing the electrode at the time of external impact, the risk of short circuit due to damage of the separator is small.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • an electrode assembly includes a first electrode 100, an adhesive layer 200, a separator 300, and a second electrode 400.
  • the first electrode 100 or the second electrode 400 may be an anode or a cathode, but may be a cathode in an electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the first electrode 100 may include a first electrode collector and a first electrode active material layer positioned on one surface of the first electrode collector.
  • the second electrode 400 may include a second electrode collector, And a second electrode active material layer positioned on one side of the second electrode current collector.
  • the first electrode current collector or the second electrode current collector may be a positive electrode current collector or a negative electrode current collector.
  • the first electrode active material layer or the second electrode active material layer may be a positive electrode active material layer or a negative electrode active material layer.
  • the positive electrode collector has high conductivity without causing a chemical change in the lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the positive electrode current collector can form fine irregularities on the surface to increase the adhesive force of the positive electrode active material, and can take various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.
  • Specific examples of the positive electrode current collector include stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, aluminum, and the like.
  • the stainless steel may be surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like.
  • the cathode active material layer may be formed of a mixture of a cathode active material, a conductive material, and a binder, and the mixture may further include a filler.
  • the conductive material has conductivity without causing a chemical change in the lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the conductive material include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; And conductive materials such as polyphenylene derivatives.
  • the binder is a component that assists in bonding between the positive electrode active material and the conductive material and bonding to the current collector.
  • Specific examples of the binder include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, reconstituted cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM) rubber, hydrogenated nitrile butadiene rubber (HNBR), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, fluorine rubber and various copolymers.
  • EPDM ethylene-propylene-diene monomer
  • HNBR hydrogenated nitrile butadiene rubber
  • sulfonated EPDM styrene butadiene rubber
  • fluorine rubber various copolymers.
  • the filler is a fibrous material which inhibits the expansion of the positive electrode and does not cause a chemical change in the lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; And fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers.
  • the negative electrode collector has conductivity without inducing a chemical change in the lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • Specific examples of the negative electrode current collector include copper, stainless steel, aluminum, aluminum-cadmium alloy, nickel, titanium, sintered carbon, and the like.
  • the copper or stainless steel may be surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like.
  • the negative electrode current collector may be formed in various shapes such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a nonwoven fabric, or the like by forming minute irregularities on the surface to enhance the binding force of the negative electrode active material, have.
  • the negative electrode active material layer may include a negative electrode active material, and may further include a conductive material, a binder, and a filler.
  • Lithium metal Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; Metal oxides such as SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , and Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials; Titanium oxide; Lithium titanium oxide, and the like.
  • the description of the conductive material, the binder and the filler is the same as that of the conductive material, binder, and filler used for the positive electrode, and is omitted.
  • the adhesive layer 200 is located on the first electrode 100 and includes a host layer 201 including a host and a guest layer 202 including a guest. Specifically, the adhesive layer 200 may be located on the other surface of the first active material layer where the first electrode current collector is not located.
  • the host layer 201 is shown on the first electrode 100 and the guest layer 202 is shown on the host layer 201 in Figure 1, the opposite, i. E.
  • the host layer may be located on the electrode 100 and the host layer may be located on the guest layer.
  • the host and the guest may be a substance that binds to each other to form a complex by molecular recognition or self-assembly.
  • the host may be a supramolecule, and may be a circular molecule capable of forming a cavity inside the molecule and binding another molecule therein.
  • the guest may be a molecule or ion capable of binding to the supramolecule by molecular recognition or self-assembly.
  • the adhesive layer 200 can be formed.
  • the first electrode 100 and the separation membrane 300 may be disposed at desired positions, i.e., 300 can be more precisely fixed.
  • the amount of the host or the guest that is, the amount of loading
  • the amount of the host or the guest is adjusted on the first electrode 100 or the separation membrane 300, not only the adhesion force but also the adhesion can be improved. More specifically, due to the difference in composition between the cathode and the anode, the adhesive force between the cathode and the separator and the adhesive force between the anode and the separator may occur. At this time, if the amount of the host or the guest located between the cathode and the separator and / or between the anode and the separator is adjusted, the adhesion between the anode and the separator and the adhesion between the anode and the separator can be controlled equally.
  • the adhesive force between the cathode and the separator and the adhesive force between the anode and the separator are equal, impregnation of the electrolyte into the electrolyte of the electrode assembly can be improved. If the adhesion between the first electrode 100 and the separation membrane 300 is improved, the first electrode 100 may be pushed out of the separation membrane 300 during an external impact, thereby reducing short-circuiting or damage to the separation membrane.
  • the host layer 201 may include at least one host.
  • the guest is not particularly limited as long as it is a substance that can be molecularly or self-assembled with the host.
  • Specific examples of the guest include ferrocene, cadmium, lead, lanthanide, actinide, tetraphenylene ethene, p-xylenediammonium, Fe , Mg, Mn, N, N-bis (salicylaldehyde) ethylenediamine, rotaxane and the like.
  • the guest layer 202 may include at least one guest.
  • the guest capable of molecular recognition or self-assembly with the host will be described in detail.
  • the guest may be ferrocene or a rotaxane, and when the host is calixarene, the guest may be a cadmium, lead, lanthanide or actinide group element.
  • the guest When the host is pillar allene, the guest may be tetraphenylene ether.
  • the host is cucurbituril, it may be p-xylylenediammonium or rhodecane.
  • the guest may be Fe, Mg or Mn.
  • the guest When the host is a zeolite, the guest may be N, N-bis (salicylaldehyde) ethylenediamine.
  • the separator 300 prevents a short circuit between the cathode and the anode and provides a passage for lithium ions.
  • the separator 300 may be an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength.
  • Specific examples of the separation membrane 300 include polyolefin-based polymer membranes such as polypropylene and polyethylene, or multi-membranes thereof, microporous films, woven fabrics, and nonwoven fabrics.
  • a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte to be described later, the solid electrolyte can also serve as a separation membrane.
  • the electrolyte may be a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte.
  • the lithium salt include LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li , (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium 4-phenylborate, and imide.
  • the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it is used in the battery, and specific examples thereof include non-aqueous organic solvents, organic solid electrolytes, and inorganic solid electrolytes.
  • organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, a poly agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, A polymer containing a dissociation group, and the like.
  • the second electrode 400 may be disposed on the separator 300 and may be an anode or a cathode.
  • the description of the positive electrode or the negative electrode has been described above and will be omitted.
  • a separate adhesive layer may be further provided between the separator 300 and the second electrode 400.
  • the separate adhesive layer may have the same structure as the adhesive layer 200, and may be a general adhesive layer that is a conductive material slurry including a conductive material and a binder.
  • the host layer is positioned on the separation layer 300 and the guest layer is positioned on the host layer and the second electrode 400 (not shown) is formed on the guest layer, if the separate adhesive layer has the same configuration as the adhesive layer 200. [ ) Can be located. Alternatively, the guest layer may be located on the separation layer 300, the host layer may be positioned on the guest layer, and the second electrode 400 may be positioned on the host layer.
  • the description of the separate adhesive layer is as described in the description of the adhesive layer 200.
  • the description of the conductive material and the binder is as described in the description of the negative electrode.
  • One method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention includes a step 1-1 of forming a host layer 201 including a host on the first electrode 100.
  • a host layer composition for forming a host layer containing a host and a solvent is coated on the first electrode 100 in an amount of 0.5 mg / 25 cm 2 to 20 mg / 25 cm 2, / 25 cm 2 to 5 mg / 25 cm 2, more preferably 2 mg / 25 cm 2 to 2.5 mg / 25 cm 2 to form the host layer 201.
  • the adhesion between the electrode and the separator becomes excellent, and the volume resistance and the impregnation speed of the electrode deteriorate at a level not affecting the performance of the battery.
  • the solvent include nonaqueous solvents such as acetone, potassium hydroxide, tetrahydrofuran (THF), isopropyl alcohol (IPA), chloroform and toluene, and water-based solvents such as water.
  • nonaqueous solvents such as acetone, potassium hydroxide, tetrahydrofuran (THF), isopropyl alcohol (IPA), chloroform and toluene, and water-based solvents such as water.
  • Specific methods for forming the host layer 201 include a doctor blade, a screen printing, a spray coating, a flow coating, a spin coating, a dip coating or a bar coating.
  • One method of manufacturing the electrode assembly according to an embodiment of the present invention includes a step 1-2 of forming a guest layer 202 including a guest on one side of the separator 300.
  • the composition for forming a guest layer containing a guest and a solvent on one surface of the separator 300 is applied to the guest in a loading amount of 0.5 mg / 25 cm 2 to 20 mg / 25 cm 2, / 25 cm 2 to 5 mg / 25 cm 2, and more preferably 2 mg / 25 cm 2 to 2.5 mg / 25 cm 2 to form the guest layer 202.
  • the adhesion between the electrode and the separator becomes excellent, and the volume resistance and the impregnation speed of the electrode deteriorate at a level not affecting the performance of the battery.
  • the solvent include nonaqueous solvents such as acetone, tetrahydrofuran (THF), isopropyl alcohol (IPA), chloroform and toluene, and water-based solvents such as water.
  • nonaqueous solvents such as acetone, tetrahydrofuran (THF), isopropyl alcohol (IPA), chloroform and toluene
  • water-based solvents such as water.
  • Specific methods of forming the guest layer 202 include doctor blade, screen printing, spray coating, flow coating, spin coating, dip coating or bar coating.
  • One of the methods of manufacturing the electrode assembly according to an embodiment of the present invention includes a step 1-3 of forming the adhesive layer 200 by positioning the host layer 201 and the guest layer 202 in contact with each other .
  • One method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention includes a step 1-4 of placing the second electrode 400 on the other surface of the separation membrane 300.
  • the method may further include the step of forming an adhesive layer on the other surface of the separation membrane 300 between steps 1-3 and 1-4.
  • the adhesive layer may be an adhesive layer including a host layer and a guest layer, and is the same as the method of forming the adhesive layer 200, and thus a description thereof will be omitted.
  • One of the manufacturing methods of the electrode assembly according to an embodiment of the present invention may further include a step 1-5 of laminating the electrode assembly at a pressure of 80 kgf to 150 kgf at 60 to 100 ⁇ .
  • Lamination under the above-described conditions can improve the adhesion while minimizing damage to the electrode and the separator.
  • Another method of manufacturing the electrode assembly according to an embodiment of the present invention includes a second step of forming a guest layer 202 including a guest on the first electrode 100.
  • the composition for forming a guest layer including a guest and a solvent on the first electrode is applied to the guest in a loading amount of 0.5 mg / 25 cm 2 to 20 mg / 25 cm 2, preferably 1.5 mg / 25 cm 2 To 5 mg / 25 cm 2, and more preferably from 2 mg / 25 cm 2 to 2.5 mg / 25 cm 2, to form the guest layer 202.
  • the adhesion between the electrode and the separator becomes excellent, and the volume resistance and the impregnation speed of the electrode deteriorate at a level not affecting the performance of the battery.
  • composition for forming the guest layer and a method for forming the guest layer 202 have been described above and therefore will be omitted.
  • Another method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention includes a second step 2-2 of forming a host layer 201 including a host on one side of a separation membrane 300.
  • a host layer-forming composition containing a host and a solvent is coated on one surface of the separation membrane 300 with a loading amount of 0.5 mg / 25 cm 2 to 20 mg / 25 cm 2, preferably 1.5 mg / 25 cm 2 to 5 mg / 25 cm 2, more preferably 2 mg / 25 cm 2 to 2.5 mg / 25 cm 2 to form the host layer 201.
  • the adhesion between the electrode and the separator becomes excellent, and the volume resistance and the impregnation speed of the electrode deteriorate at a level not affecting the performance of the battery.
  • Another method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention includes a second step of forming an adhesive layer 200 by positioning the guest layer 202 and the host layer 201 in contact with each other do.
  • Another method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention includes a second step of placing the second electrode 400 on the other surface of the separator 300.
  • the method may further include the step of forming a separate adhesive layer on the other surface of the separator 300 between steps 2-3 and 2-4. If the separate adhesive layer is an adhesive layer including a host layer and a guest layer, the method of forming the adhesive layer 200 is the same as that of forming the host layer and the guest layer. Even if the adhesive layer 200 is a different adhesive layer, the forming method is the same as the forming method of the adhesive layer 200, and the description of the separate adhesive layer has been described in detail.
  • Another method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention further includes a step 2-5 of lamination at a pressure of 80 kgf to 150 kgf at 60 to 100 ⁇ after the step 2-4 can do.
  • Lamination under the above-described conditions can improve the adhesion while minimizing damage to the electrode and the separator.
  • the electrode assembly according to another embodiment of the present invention is an electrode assembly of a bi-cell structure, and may be an electrode assembly of a C-type bi-cell structure.
  • an electrode assembly includes a first electrode 110, a first adhesive layer 210, a separation membrane 310, a second electrode 410, a separation membrane 310, 2 adhesion layer 220 and the first electrode 110 are sequentially stacked.
  • a separate adhesive layer may be further disposed between the separation membrane 310 and the second electrode 410.
  • the first electrode 110 may be a cathode
  • the second electrode 410 may be a cathode. This is because it is advantageous for the first adhesive layer and the second adhesive layer to be positioned between the cathode and the separator having weak adhesive force due to the difference in composition between the cathode and the anode.
  • the description of the first electrode 110 is omitted because it is the same as the first electrode 100.
  • the description of the second electrode 410 is omitted because it is the same as that of the second electrode 400.
  • the first adhesive layer 210 and the second adhesive layer 220 are positioned between the first electrode 110 and the separation layer 310.
  • the host layer 211 included in the first adhesive layer 210, And the guest layer 212 may be exchanged with each other as shown in FIG.
  • the positions of the second host layer 221 and the second guest layer 222 included in the second adhesive layer 220 may be different from each other as shown in FIG.
  • the first adhesive layer 210 and the second adhesive layer 220 are the same as those of the adhesive layer 200 and will not be described. Since the description of the first host layer 211 and the second host layer 221 is the same as that of the host layer 201, the description is omitted. The description of the first guest layer 212 and the second guest layer 222 is also the same as the description of the guest layer 202, and therefore will not be described.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • the electrode assembly according to another embodiment of the present invention is an electrode assembly of a bi-cell structure, and may be an electrode assembly of an A-type bi-cell structure.
  • the electrode assembly according to another embodiment of the present invention includes a first electrode 120, a separator 320, a third adhesive layer 230, a second electrode 420, a fourth adhesive layer 240 A separator 320, and a first electrode 120 are sequentially stacked.
  • a separate adhesive layer may be further disposed between the first electrode 120 and the separator 320.
  • the first electrode 120 may be an anode
  • the second electrode 420 may be a cathode. This is because, as described above, it is advantageous that the third adhesive layer and the fourth adhesive layer are positioned between the cathode and the separator, which are weak in adhesion due to the difference in composition of the cathode and the anode.
  • the description of the first electrode 120 is omitted because it is the same as the first electrode 100.
  • the description of the second electrode 420 is omitted because it is the same as the second electrode 400.
  • the third adhesive layer 230 and the fourth adhesive layer 240 are located between the separation layer 320 and the second electrode 420.
  • the host layer 231 included in the third adhesive layer 230, The position of the guest layer 232 may be different from that shown in Fig. Also, the positions of the host layer 241 and the guest layer 242 included in the fourth adhesive layer 240 may be different from each other as shown in FIG.
  • the third adhesive layer 230 and the fourth adhesive layer 240 are the same as those of the adhesive layer 200, the third adhesive layer 230 and the fourth adhesive layer 240 are omitted.
  • the descriptions of the third host layer 231 and the fourth host layer 241 are the same as those of the host layer 201, and thus will not be described.
  • the description of the third guest layer 232 and the fourth guest layer 242 is the same as the description of the guest layer 202,
  • the present invention provides an electrode assembly according to an embodiment of the present invention, an electrode assembly according to another embodiment of the present invention, or an electrode assembly according to yet another embodiment of the present invention, and a secondary battery including the electrolyte.
  • the electrolyte may be a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte.
  • the lithium salt include LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li , (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium 4-phenylborate, and imide.
  • the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it is used in the battery, and specific examples thereof include non-aqueous organic solvents, organic solid electrolytes, and inorganic solid electrolytes.
  • organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, A polymer containing a group, and the like.
  • the outer shape of the secondary battery is not particularly limited, but specific examples thereof include a cylindrical shape using a can, a square shape, a pouch shape, a coin shape, and the like.
  • first electrode 200 adhesive layer
  • first adhesive layer 220 second adhesive layer
  • first host layer 212 first guest layer
  • the host and the solvent shown in Table 1 were mixed to prepare a composition for forming a host layer having a concentration of 0.5M.
  • Host menstruum Composition 1 for host layer formation H1 alpha -cyclodextrin Acetone Composition 2 for forming a host layer (H2)
  • H1 alpha -cyclodextrin Acetone Composition 2 for forming a host layer
  • H2 Cucurbituril Potassium hydroxide
  • the guest and the solvent shown in Table 2 were mixed to prepare a 0.5M concentration guest forming composition.
  • a mixture of 92 wt% of lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), 4 wt% of carbon black as a conductive material, and 4 wt% of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder polymer was prepared as a cathode active material, -2-pyrrolidone (NMP) to prepare a positive electrode mixture slurry.
  • the anode mixture slurry was applied to an aluminum (Al) thin film of a cathode current collector having a thickness of 20 m and dried to produce a cathode, followed by roll pressing to prepare a cathode having a thickness of 100 m.
  • a mixture of 96% by weight of carbon powder, 1% by weight of carbon black as a conductive material and 3% by weight of PVdF as a binder polymer was prepared as a negative electrode active material and then added to N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to prepare a negative electrode mixture slurry .
  • the negative electrode mixture slurry was applied to a copper (Cu) thin film as an anode current collector having a thickness of 10 mu m and dried to prepare a negative electrode, followed by roll pressing to prepare a negative electrode having a thickness of 120 mu m.
  • the host layer-forming composition shown in Table 3 below was spin-coated on the host so that the loading amount of the host was as shown in Table 3 to form a host layer.
  • a guest layer was formed on one surface of a separator (product name: SRS, manufactured by LG Chem Co., Ltd.) by spin coating so that the loading amount of the guest was 5 mg / 25 cm 2. After the host layer and the guest layer were brought into contact with each other, an adhesive layer was formed.
  • the host layer forming composition described in Table 3 below was spin-coated in an amount as shown in Table 3 for the host loading amount to form a host layer.
  • a composition for forming a guest layer was spin-coated so that the loading amount of the guest was 5 mg / 25 cm < 2 > to form a guest layer. After the host layer and the guest layer were brought into contact with each other, an adhesive layer was formed. Subsequently, lamination was carried out under the temperature and pressure conditions shown in Table 3 below to manufacture an electrode assembly.
  • Example 1 division Host layer Lamination Kinds Loading amount (mg / 25 cm 2) Temperature (°C) Pressure (kgf) Example 1 H1 1.5 90 100 Example 2 H1 2.5 90 100 Example 3 H1 2.5 80 100 Example 4 H1 2.5 70 100 Example 5 H1 5.0 90 100 Example 6 H2 2.5 90 100
  • the cathode and separator (product name: SRS, manufactured by LG Chem) manufactured in Example 1 and the cathode were sequentially laminated and laminated under the temperature and pressure conditions shown in Table 4 to manufacture an electrode assembly.
  • the battery assemblies of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 were cut to a width of 1 cm and a length of 10 cm and fixed to a slice glass. Then, the negative electrode and the positive electrode were peeled off from the separator, (peel test) was carried out and the peel strength (adhesion) was measured. The evaluation was made by measuring the peel strengths of 5 or more and setting the average values. The results are shown in Table 5 below.
  • the adhesive force between the cathode and the separator of the electrode assembly of Examples 1 to 6 was superior to that between the cathode and the separator of the electrode assembly of Comparative Example 1.
  • the adhesion of the negative electrode to the electrode assembly of Comparative Example 1 was improved to about 173%. It can be seen that the electrode assemblies of Examples 1 to 6 and the electrode assembly of Comparative Example 1 achieve the same level of impregnation speed.
  • the electrode assembly of Example 2 having the highest lamination temperature had the highest adhesive force but had the lowest lamination temperature when the lamination conditions were different from those of the electrode assembly of Example 2 to Example 4.
  • the electrode assembly of Example 4 having the lowest lamination temperature It was confirmed that the adhesive strength was excellent. Since the lamination conditions of the electrode assemblies of the second to fourth embodiments are substantially similar to the lamination conditions of the bi-cell, it is inferred that even when the electrode assembly according to the present invention is applied to the bi-cell, I could.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 위치하고, 호스트를 포함하는 호스트층과 게스트를 포함하는 게스트층을 포함하는 접착층; 상기 접착층 상에 위치하는 분리막; 및 상기 분리막 상에 위치하는 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지를 제공한다.

Description

전극 조립체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지
본 발명은 전극 조립체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
최근 휴대폰, 캠코더, 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차까지 에너지 저장 기술의 적용분야가 확대되면서 전지의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목받고 있는 분야로, 그 중에서도 높은 에너지 밀도와 고전압을 가지고 사이클 수명이 길며 자기 방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
상기 리튬 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는가에 따라 구분된다. 예를 들면, 긴 시트형의 양극 및 음극을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 젤리-롤(권취)형 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형), 또는 소정 단위의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 긴 시트형의 분리 시트에 배열하고 권취(folding)한 스택/폴딩형 전극 조립체 등을 들 수 있다.
이러한 전극 조립체의 경우, 전극과 분리막의 적층(라미네이션 공정)에서 전극이 올바른 위치에 고정되지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 전극 조립체에 포함된 양극과 음극의 조성차이로 인해 양극과 분리막 사이의 접착력과 음극과 분리막 사이의 접착력의 차이가 발생할 수 있고 이로 인해 전해질에 대한 함침성(젖음성) 문제가 발생할 수 있다. 그리고 전극 조립체에 충격이 가해졌을 때, 전극이 밀리면서 분리막이 떨어져 단락이 일어날 수 있고, 이 과정에서 분리막이 손상될 수도 있다. 이로 인해 수명 특성 및 전지의 안정성 저하가 발생할 수 있다. 따라서 양극과 음극에 대한 분리막의 접착 강도를 유사하게 제작하는 기술이 요구된다.
본 발명의 목적은 전극과 분리막이 올바른 위치에 고정되고, 접착력도 우수한 전극 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 음극과 분리막 사이의 접착력과 양극과 분리막 사이의 접착력을 동등하게 하여 전해질에 대한 함침성이 우수한 전극 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 외부 충격시에도 단락 위험 및 분리막 손상 위험이 적은 이차전지를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 위치하고, 호스트를 포함하는 호스트층과 게스트를 포함하는 게스트층을 포함하는 접착층; 상기 접착층 상에 위치하는 분리막; 및 상기 분리막 상에 위치하는 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체를 제공한다.
또한, 본 발명은 제1 전극 상에 호스트를 포함하는 호스트층을 형성하는 제1-1 단계; 분리막의 일면 상에 게스트를 포함하는 게스트층을 형성하는 제1-2 단계; 상기 호스트층과 상기 게스트층이 서로 맞닿도록 위치시켜 접착층을 형성하는 제1-3 단계; 및 상기 분리막의 다른 일면 상에 제2 전극을 위치시키는 제1-4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 제1 전극 상에 게스트를 포함하는 게스트층을 형성하는 제2-1 단계; 분리막의 일면 상에 호스트를 포함하는 호스트층을 형성하는 제2-2 단계; 상기 게스트층과 상기 호스트층이 서로 맞닿도록 위치시켜 접착층을 형성하는 제2-3 단계; 및 상기 분리막의 다른 일면 상에 제2 전극을 위치시키는 제2-4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지를 제공한다.
본 발명의 전극 조립체는 전극과 분리막을 호스트-게스트 화학의 원리를 이용하여 올바른 위치에 고정되게 조절할 수 있고, 전극과 분리막 사이의 접착력도 향상시킬 수 있다. 본 발명의 전극 조립체의 전해질에 대한 함침성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 전극 조립체를 포함하는 이차전지는 외부 충격시에 전극이 밀리는 현상이 적게 나타나므로 분리막 손상으로 인한 단락의 위험이 적다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.
도 3는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.
그리고 본 발명이 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체는, 제1 전극(100), 접착층(200), 분리막(300) 및 제2 전극(400)을 포함한다.
상기 제1 전극(100) 또는 상기 제2 전극(400)은 양극 또는 음극일 수 있으나, 본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체에서는 음극일 수 있다.
상기 제1 전극(100)은 제1 전극 집전체와 상기 제1 전극 집전체의 일면 상에 위치하는 제1 전극 활물질층을 포함할 수 있다 상기 제2 전극(400)은 제2 전극 집전체와 상기 제2 전극 집전체의 일면 상에 위치하는 제2 전극 활물질층을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극 집전체 또는 상기 제2 전극 집전체는 양극 집전체 또는 음극 집전체일 수 있다. 상기 제1 전극 활물질층 또는 상기 제2 전극 활물질층은 양극 활물질층 또는 음극 활물질층일 수 있다.
상기 양극 집전체는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이차전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가진다. 상기 양극 집전체는 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. 상기 양극 집전체의 구체적인 예로는 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄 등을 들 수 있다. 그리고 상기 스테인레스 스틸은 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것일 수 있다.
상기 양극 활물질층은 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물로 형성될 수 있고, 상기 혼합물에는 충전제가 더 포함될 수 있다.
상기 양극 활물질의 구체적인 예로는 리튬 전이금속 산화물(Li(NiaMnbCoc)O2), 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 2 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + xMn2 -xO4(x=0~0.33), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 -xMxO2(M=Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga이고, x=0.01~0.3)으로 표시되는 리튬 망간 복합 산화물; LiNixMn2 - xO4로 표시되는 스피넬 구조의 리튬 망간 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3; 니켈코발트 망간산화물 등을 들 수 있다.
상기 도전재는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이차전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진다. 상기 도전재의 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유, 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등을 들 수 있다.
상기 바인더는 양극 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분이다. 상기 바인더의 구체적인 예로는 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재상 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM) 고무, 수소첨가 니트릴 부타디엔 고무(HNBR), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서, 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이차전지에 화학적 변화를 유발하지 않는 섬유상 재료이다. 상기 충진제의 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질 등을 들 수 있다.
상기 음극 집전체는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이차전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진다. 상기 음극 집전체의 구체적인 예로는 구리, 스테인렌스 스틸, 알루미늄, 알루미늄-카드뮴 합금, 니켈, 티탄, 소성탄소 등을 들 수 있다. 상기 구리 또는 스테인레스 스틸은 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것일 수 있다. 상기 음극 집전체는 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 이용될 수 있다.
상기 음극 활물질층은 음극 활물질을 포함할 수 있고, 도전재, 바인더 및 충전제를 더 포함할 수 있다.
상기 음극 활물질의 구체적인 예로는 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe’yOz(Me= Mn, Fe, Pb, Ge; Me'= Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, GeO, GeO2, Bi2O3, 및 Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료; 티타늄 산화물; 리튬 티타늄 산화물 등을 들 수 있다,
상기 도전재, 바인더 및 충진제에 대한 설명은 양극에 이용되는 도전재, 바인더, 충진제와 동일하므로 생략한다.
상기 접착층(200)은 상기 제1 전극(100) 상에 위치하고, 호스트를 포함하는 호스트층(201)과 게스트를 포함하는 게스트층(202)을 포함한다. 구체적으로는, 상기 접착층(200)은 상기 제1 전극 집전체가 위치하지 않은 상기 제1 활물질층의 다른 일면 상에 위치할 수 있다.
도 1에서는 호스트층(201)이 상기 제1 전극(100) 상에 위치하고 상기 게스트층(202)이 상기 호스트층(201) 상에 위치한다고 도시되어 있지만, 그 반대, 즉 게스트층이 상기 제1 전극(100) 상에 위치하고, 호스트층이 상기 게스트층 상에 위치할 수 있다.
상기 호스트와 상기 게스트는 분자인지(molecular recognition) 또는 자기조립(self-assembly)에 의해 서로 결합하여 복합체를 형성하는 물질일 수 있다. 상기 호스트는 초분자(supramolecule)일 수 있고, 그 중에서도 분자 내부에 공동(cavity)을 형성하여 내부에 다른 분자를 결합시킬 수 있는 원형 분자일 수 있다. 상기 게스트는 상기 초분자에 분자인지(molecular recognition) 또는 자기조립(self-assembly)에 의해 결합할 수 있는 분자 또는 이온일 수 있다.
상기 호스트와 게스트의 특성으로 인해, 상기 호스트층(201)과 상기 게스트층(202)을 맞닿게 위치시킨다면, 보다 구체적으로는 상기 호스트층(201)을 상기 제1 전극(100) 상에 위치시키고 상기 게스트층(202)를 상기 분리막(300) 상에 위치시킨 후, 상기 호스트층(201)과 상기 게스트층(202)을 서로 맞닿게 위치시킨다면, 상기 호스트와 상기 게스트는 분자인지 또는 자기조립에 의해 서로 결합하여 접착층(200)을 형성할 수 있다.
상기 제1 전극(100) 또는 상기 분리막(300) 상에 상기 호스트 또는 게스트의 분포를 조절한다면, 분자인지 또는 자기조립에 의해 원하는 위치, 즉 올바른 위치에 상기 제1 전극(100)과 상기 분리막(300)을 보다 정교하게 고정되도록 조절할 수 있다.
또한, 상기 제1 전극(100) 또는 상기 분리막(300) 상에 상기 호스트 또는 게스트의 양, 즉 로딩양을 조절한다면, 이들의 접착력을 조절할 수 있을 뿐만 아니라 접착력을 향상시킬 수도 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 음극과 양극은 조성 차이로 인해, 음극과 분리막 사이의 접착력과 양극과 분리막 사이의 접착력의 차이가 발생할 수 있다. 이때 상기 음극과 분리막 사이 및/또는 양극과 분리막 사이에 위치하는 상기 호스트 또는 게스트의 양을 조절한다면, 상기 음극과 분리막 사이의 접착력과 상기 양극과 분리막 사이의 접착력을 동등하게 조절할 수 있다. 상기 음극과 분리막 사이의 접착력과 상기 양극과 분리막 사이의 접착력이 동등해지면, 전극 조립체의 전해질에 대한 함침성을 향상시킬 수 있다. 상기 제1 전극(100)과 상기 분리막(300) 사이의 접착력이 향상되면, 외부 충격시 상기 제1 전극(100)이 상기 분리막(300)으로부터 밀려서 발생되는 단락 또는 분리막의 손상을 줄일 수 있다.
상기 호스트의 구체적인 예로는 사이클로덱스트린(cyclodextrin), 칼릭스아렌(calixarene), 필러아렌(pillararene), 쿠커비투릴(cucurbituril), 포르피린(porphyrin), 메탈라크라운(metallacrown), 크라운 에테르(crown ether), 제올라이트(zeolite), 사이클로트리버아트릴렌(cyclotriveratrylene), 크립토판(cryptophane), 카서랜드(carcerand), 폴다머(foldamer) 등을 들 수 있다. 상기 사이클로덱스트린의 구체적인 예로는 α-사이클로덱스트린, β-사이클로덱스트린, γ-사이클로덱스트린 등을 들 수 있다. 상기 호스트는 상기 호스트층(201)에 1종 이상이 포함될 수 있다.
상기 게스트는 상기 호스트와 분자인지 또는 자기조립할 수 있는 물질이라면 특별히 한정하지 않으나, 구체적인 예로는 페로센, 카드뮴, 납, 란탄족 원소, 악티늄족 원소, 테트라페닐렌에텐, p-자일렌디암모늄, Fe, Mg, Mn, N,N-비스(살리실알데하이드)에틸렌디아민, 로텍세인 등을 들 수 있다. 상기 게스트는 상기 게스트층(202)에 1종 이상이 포함될 수 있다.
상기 호스트와 분자인지 또는 자기조립할 수 있는 상기 게스트를 구체적으로 설명하면 하기와 같다. 상기 호스트가 사이클로덱스트린일 경우, 상기 게스트는 페로센 또는 로텍세인일 수 있고, 상기 호스트가 칼릭스아렌일 경우, 상기 게스트는 카드뮴, 납, 란탄족 원소 또는 악티늄족 원소일 수 있다. 상기 호스트가 필러아렌인 경우, 상기 게스트는 테트라페닐렌에텐일 수 있다. 상기 호스트가 쿠커비투릴일 경우, p-자일렌디암모늄 또는 로텍세인일 수 있다. 상기 호스트가 포르피린인 경우, 상기 게스트는 Fe, Mg 또는 Mn일 수 있다. 상기 호스트가 제올라이트인 경우, 상기 게스트는 N,N-비스(살리실알데하이드)에틸렌디아민일 수 있다.
상기 분리막(300)은 음극과 양극 사이의 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동통로를 제공한다. 상기 분리막(300)은 높은 이온 투과도, 기계적 강도를 가지는 절연성 박막이 사용될 수 있다. 상기 분리막(300)의 구체적인 예로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀계 고분자막 또는 이들의 다중막, 미세다공성 필름, 직포 및 부직포 등을 들 수 있다. 후술할 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수 있다.
상기 전해질은 리튬염 함유 비수 전해질일 수 있다. 상기 리튬염의 구체적인 예로는 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4페닐붕산리튬, 이미드 등을 들 수 있다.
상기 비수 전해질은 당해 전지에 이용되는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 이의 구체적인 예로는 비수계 유기 용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등을 들 수 있다. 상기 유기 고체 전해질의 구체적인 예로는 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리에지테이션리신(poly agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐알코올, 폴리불화비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등을 들 수 있다.
상기 제2 전극(400)은 상기 분리막(300) 상에 위치하고, 양극 또는 음극일 수 있다. 상기 양극 또는 음극에 대한 설명은 상술하였으므로 생략한다.
상기 분리막(300)과 상기 제2 전극(400) 사이에는 별도의 접착층이 더 포함될 수 있다. 상기 별도의 접착층은 상기 접착층(200)과 동일한 구성일 수 있고, 도전재와 바인더를 포함하는 도전재 슬러리인 일반적인 접착층일 수 있다.
상기 별도의 접착층이 상기 접착층(200)과 동일한 구성이라면, 상기 분리막(300) 상에 상기 호스트층이 위치하고, 상기 호스트층 상에 상기 게스트층이 위치하고, 상기 게스트층 상에 상기 제2 전극(400)이 위치할 수 있다. 또는 상기 분리막(300) 상에 상기 게스트층이 위치하고, 상기 게스트층 상에 호스트층이 위치하고, 상기 호스트층 상에 상기 제2 전극(400)이 위치할 수 있다. 상기 별도의 접착층에 대한 설명은 상기 접착층(200)에 대한 설명에 기재한 바와 같다.
상기 도전재 및 바인더에 대한 설명은 상기 음극에 대한 설명에 기재한 바와 같다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체의 제조방법 중 하나를 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체의 제조방법 중 하나는 제1 전극(100) 상에 호스트를 포함하는 호스트층(201)을 형성하는 제1-1 단계를 포함한다.
상기 제1-1 단계는 상기 제1 전극(100) 상에 호스트 및 용매를 포함하는 호스트층 형성용 조성물을 호스트의 로딩양이 0.5㎎/25㎠ 내지 20㎎/25㎠, 바람직하게는 1.5㎎/25㎠ 내지 5㎎/25㎠, 보다 바람직하게는 2㎎/25㎠ 내지 2.5㎎/25㎠이 되도록 도포하여 호스트층(201)을 형성하는 단계일 수 있다.
상술한 조건을 만족하면, 전극과 분리막 사이의 접착력은 우수해지고, 전극의 체적 저항과 함침 속도가 전지의 성능에 영향을 미치지 않는 수준에서 저하된다.
상기 호스트에 대한 설명은 상술하였으므로 생략한다. 상기 용매의 구체적인 예로는 아세톤, 수산화칼륨, 테트라하이드로퓨란(THF), 이소프로필알코올(IPA), 클로로포름, 톨루엔 등의 비수계 용매 또는 물 등의 수계 용매를 들 수 있다.
상기 호스트층(201)을 형성하는 구체적인 방법은 닥터 블레이드, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅, 유동 코팅, 스핀 코팅, 딥 코팅 또는 바 코팅 등을 들 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체의 제조방법 중 하나는 분리막(300)의 일면 상에 게스트를 포함하는 게스트층(202)을 형성하는 제1-2 단계를 포함한다.
상기 제1-2 단계는 상기 분리막(300)의 일면 상에 게스트 및 용매를 포함하는 게스트층 형성용 조성물을 게스트의 로딩양이 0.5㎎/25㎠ 내지 20㎎/25㎠, 바람직하게는 1.5㎎/25㎠ 내지 5㎎/25㎠, 보다 바람직하게는 2㎎/25㎠ 내지 2.5㎎/25㎠이 되도록 도포하여 게스트층(202)을 형성하는 단계일 수 있다.
상술한 조건을 만족하면, 전극과 분리막 사이의 접착력은 우수해지고, 전극의 체적 저항과 함침 속도가 전지의 성능에 영향을 미치지 않는 수준에서 저하된다.
상기 게스트에 대한 설명은 상술하였으므로 생략한다. 상기 용매의 구체적인 예로는 아세톤, 테트라하이드로퓨란(THF), 이소프로필알코올(IPA), 클로로포름, 톨루엔 등의 비수계 용매 또는 물 등의 수계 용매를 들 수 있다.
상기 게스트층(202)을 형성하는 구체적인 방법은 닥터 블레이드, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅, 유동 코팅, 스핀 코팅, 딥 코팅 또는 바 코팅 등을 들 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체의 제조방법 중 하나는 상기 호스트층(201)과 상기 게스트층(202)이 서로 맞닿도록 위치시켜 접착층(200)을 형성하는 제1-3 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체의 제조방법 중 하나는 상기 분리막(300)의 다른 일면 상에 제2 전극(400)을 위치시키는 제1-4 단계를 포함한다.
상기 제1-3 단계와 상기 제1-4 단계 사이에는 상기 분리막(300)의 다른 일면 상에 접착층을 형성하는 단계가 더 포함될 수 있다. 상기 접착층은 호스트층과 게스트층을 포함하는 접착층일 수 있고, 상기 접착층(200)의 형성방법과 동일하므로 설명을 생략한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체의 제조방법 중 하나는 상기 제1-4 단계 이후에 60 내지 100℃에서 80㎏f 내지 150㎏f의 압력으로 라미네이션하는 제1-5 단계를 더 포함할 수 있다. 상술한 조건에서 라미네이션하면, 전극과 분리막의 손상은 최소화시키면서 접착력을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체의 제조방법 중 다른 하나를 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체의 제조방법 중 다른 하나는 제1 전극(100) 상에 게스트를 포함하는 게스트층(202)을 형성하는 제2-1 단계를 포함한다.
상기 제2-1 단계는 상기 제1 전극 상에 게스트 및 용매를 포함하는 게스트층 형성용 조성물을 게스트의 로딩양이 0.5㎎/25㎠ 내지 20㎎/25㎠, 바람직하게는 1.5㎎/25㎠ 내지 5㎎/25㎠, 보다 바람직하게는 2㎎/25㎠ 내지 2.5㎎/25㎠이 되도록 도포하여 게스트층(202)을 형성하는 단계일 수 있다.
상술한 조건을 만족하면, 전극과 분리막 사이의 접착력은 우수해지고, 전극의 체적 저항과 함침 속도가 전지의 성능에 영향을 미치지 않는 수준에서 저하된다.
상기 게스트층 형성용 조성물에 대한 설명과 상기 게스트층(202)의 형성방법은 상술하였으므로 생략한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체의 제조방법 중 다른 하나는 분리막(300)의 일면 상에 호스트를 포함하는 호스트층(201)을 형성하는 제2-2 단계를 포함한다.
상기 제2-2 단계는 상기 분리막(300)의 일면 상에 호스트 및 용매를 포함하는 호스트층 형성용 조성물을 호스트의 로딩양이 0.5㎎/25㎠ 내지 20㎎/25㎠, 바람직하게는 1.5㎎/25㎠ 내지 5㎎/25㎠, 보다 바람직하게는 2㎎/25㎠ 내지 2.5㎎/25㎠이 되도록 도포하여 호스트층(201)을 형성하는 단계일 수 있다.
상술한 조건을 만족하면, 전극과 분리막 사이의 접착력은 우수해지고, 전극의 체적 저항과 함침 속도가 전지의 성능에 영향을 미치지 않는 수준에서 저하된다.
상기 호스트층 형성용 조성물에 대한 설명과 상기 호스트층(201)의 형성방법은 상술하였으므로 생략한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체의 제조방법 중 다른 하나는 상기 게스트층(202)과 상기 호스트층(201)이 서로 맞닿도록 위치시켜 접착층(200)을 형성하는 제2-3 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체의 제조방법 중 다른 하나는 상기 분리막(300)의 다른 일면 상에 제2 전극(400)을 위치시키는 제2-4 단계를 포함한다.
상기 제2-3 단계와 상기 제2-4 단계 사이에는 상기 분리막(300)의 다른 일면 상에 별도의 접착층을 형성하는 단계가 더 포함될 수 있다. 상기 별도의 접착층이 호스트층과 게스트층을 포함하는 접착층이라면, 상기 접착층(200)의 형성방법과 동일하므로 설명을 생략한다. 상기 별도의 접착층이 상기 접착층(200)가 다른 접착층이라도 형성방법은 상기 접착층(200)의 형성방법과 동일하고, 상기 별도의 접착층에 대한 설명은 상술하였으므로 생략한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체의 제조방법 중 다른 하나는 상기 제2-4 단계 이후에 60 내지 100℃에서 80㎏f 내지 150㎏f의 압력으로 라미네이션하는 제2-5 단계를 더 포함할 수 있다. 상술한 조건에서 라미네이션하면, 전극과 분리막의 손상은 최소화시키면서 접착력을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 전극 조립체의 단면도이다. 본 발명의 다른 일실시예에 따른 전극 조립체는 바이셀 구조의 전극 조립체이고, 그 중 C타입 바이셀 구조의 전극 조립체일 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 전극 조립체는 제1 전극(110), 제1 접착층(210), 분리막(310), 제2 전극(410), 분리막(310), 제2 접착층(220) 및 제1 전극(110)이 순차적으로 적층된 구조이다. 상기 분리막(310)과 상기 제2 전극(410) 사이에는 별도의 접착층이 더 위치할 수 있다.
상기 제1 전극(110)은 음극일 수 있고, 상기 제2 전극(410)은 양극일 수 있다. 그 이유는 음극과 양극의 조성 차이로 인해, 접착력이 약한 음극과 분리막 사이에 상기 제1 접착층과 상기 제2 접착층이 위치하는 것이 유리하기 때문이다.
상기 제1 전극(110)에 대한 설명은 상기 제1 전극(100)과 동일하므로 생략한다. 상기 제2 전극(410)에 대한 설명도 상기 제2 전극(400)과 동일하므로 생략한다.
상기 제1 접착층(210)과 상기 제2 접착층(220)은 상기 제1 전극(110)과 상기 분리막(310) 사이에 위치하게 되는데, 상기 제1 접착층(210)에 포함된 호스트층(211)과 게스트층(212)의 위치는 도 2에 도시된 바와는 달리 서로 바뀌어도 무방하다. 또한, 상기 제2 접착층(220)에 포함된 제2 호스트층(221)과 제2 게스트층(222)의 위치도 도 2에 도시된 바와는 달리 서로 바뀌어도 무방하다.
상기 제1 접착층(210)과 상기 제2 접착층(220)은 상기 접착층(200)의 설명과 동일하므로 생략한다. 상기 제1 호스트층(211)과 상기 제2 호스트층(221)에 대한 설명은 상기 호스트층(201)과 동일하므로 생략한다. 상기 제1 게스트층(212)과 상기 제2 게스트층(222)에 대한 설명도 상기 게스트층(202)에 대한 설명과 동일하므로 생략한다.
상기 분리막(310)에 대한 설명은 상기 분리막(300)의 설명과 동일하므로 생략한다.
상기 별도의 접착층에 대한 설명도 이미 상술하였으므로 생략한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전극 조립체는 바이셀 구조의 전극 조립체이고, 그 중 A타입 바이셀 구조의 전극 조립체일 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전극 조립체는 제1 전극(120), 분리막(320), 제3 접착층(230), 제2 전극(420), 제4 접착층(240), 분리막(320) 및 제1 전극(120)이 순차적으로 적층된 구조이다. 상기 제1 전극(120)과 상기 분리막(320) 사이에는 별도의 접착층이 더 위치할 수 있다.
상기 제1 전극(120)은 양극일 수 있고, 상기 제2 전극(420)은 음극일 수 있다. 그 이유는 앞서 설명하였지만 음극과 양극의 조성 차이로 인해, 접착력이 약한 음극과 분리막 사이에 상기 제3 접착층과 상기 제4 접착층이 위치하는 것이 유리하기 때문이다.
상기 제1 전극(120)에 대한 설명은 상기 제1 전극(100)과 동일하므로 생략한다. 상기 제2 전극(420)에 대한 설명도 상기 제2 전극(400)과 동일하므로 생략한다.
상기 제3 접착층(230)과 상기 제4 접착층(240)은 상기 분리막(320)과 제2 전극(420) 사이에 위치하게 되는데, 상기 제3 접착층(230)에 포함된 호스트층(231)과 게스트층(232)의 위치는 도 3에 도시된 바와는 달리 서로 바뀌어도 무방하다. 또한 상기 제4 접착층(240)에 포함된 호스트층(241)과 게스트층(242)의 위치도 도 3에 도시된 바와는 달리 서로 바뀌어도 무방하다.
상기 제3 접착층(230)과 상기 제4 접착층(240)은 상기 접착층(200)의 설명과 동일하므로 생략한다. 상기 제3 호스트층(231)과 상기 제4 호스트층(241)에 대한 설명은 상기 호스트층(201)과 동일하므로 생략한다. 상기 제3 게스트층(232)과 상기 제4 게스트층(242)에 대한 설명도 상기 게스트층(202)에 대한 설명과 동일하므로 생략한다.
상기 분리막(320)에 대한 설명은 상기 분리막(300)의 설명과 동일하므로 생략한다.
상기 별도의 접착층에 대한 설명도 이미 상술하였으므로 생략한다.
본 발명은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체, 본 발명의 다른 일실시예를 따른 전극 조립체 또는 본 발명의 또 다른 일실시예를 따른 전극 조립체와 전해질을 포함하는 이차전지를 제공한다.
상기 전극 조립체들에 대한 설명은 상술하였으므로 생략한다.
상기 전해질은 리튬염 함유 비수 전해질일 수 있다. 상기 리튬염의 구체적인 예로는 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 저급지방족 카르본산 리튬, 4페닐붕산리튬, 이미드 등을 들 수 있다.
상기 비수 전해질은 당해 전지에 이용되는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 이의 구체적인 예로는 비수계 유기 용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등을 들 수 있다. 상기 유기 고체 전해질의 구체적인 예로는 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리에지테이션리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐알코올, 폴리불화비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등을 들 수 있다.
상기 이차전지의 외형은 특별히 한정하지 않으나, 구체적인 예로는 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치형, 코인형 등을 들 수 있다.
<부호의 설명>
100, 110, 120: 제1 전극 200: 접착층
210: 제1 접착층 220: 제2 접착층
230: 제3 접착층 240: 제4 접착층
201: 호스트층 202: 게스트층
211: 제1 호스트층 212: 제1 게스트층
221: 제2 호스트층 222: 제2 게스트층
231: 제3 호스트층 232: 제3 게스트층
241: 제4 호스트층 242: 제4 게스트층
300, 310, 320: 분리막 400, 410, 420: 제2 전극
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 상기 실시예는 본 기재를 예시하는 것일 뿐 본 기재의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것은 당연한 것이다.
<실시예 1 내지 실시예 6: 전극 조립체의 제조>
호스트층 형성용 조성물의 제조
표 1에 기재된 호스트와 용매를 혼합하여 0.5M의 농도의 호스트층 형성용 조성물을 각각 제조하였다.
구분 호스트 용매
호스트층 형성용 조성물 1(H1) α-사이클로덱스트린 아세톤
호스트층 형성용 조성물 2(H2) 쿠커비투릴 수산화칼륨
게스트층 형성용 조성물의 제조
표 2에 기재된 게스트와 용매를 혼합하여 0.5M 농도의 게스트 형성용 조성물을 제조하였다.
구분 게스트 용매
게스트층 형성용 조성물 로텍세인 클로로포름
양극의 제조
양극 활물질로 리튬 코발트 복합산화물(LiCoO2) 92중량%, 도전재로 카본 블랙 4중량%, 바인더 고분자로 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF) 4중량%로 혼합물을 제조한 후, 용매인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 혼합물 슬러리를 두께가 20㎛인 양극 집전체의 알루미늄(Al) 박막에 도포, 건조하여 양극을 제조한 후 롤 프레스(roll press)를 하여 두께가 100㎛인 양극을 제조하였다.
음극의 제조
음극 활물질로 탄소 분말 96중량%, 도전재로 카본 블랙 1중량%, 바인더 고분자로 PVdF 3중량%로 혼합물을 제조한 후, 용매인 N-메틸-2-피롤리돈에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 혼합물 슬러리를 두께가 10㎛인 음극 집전체인 구리(Cu) 박막에 도포, 건조하여 음극을 제조한 후 롤 프레스(roll press)를 하여 두께가 120㎛인 음극을 제조하였다.
전극 조립체의 제조
상기에서 제조된 음극 상에 하기 표 3에 기재된 호스트층 형성용 조성물을 호스트의 로딩양이 표 3에 기재된 양이 되도록 스핀코팅하여 호스트층을 형성하였다. 분리막(제품명: SRS, 제조사: 엘지화학)의 일면 상에 게스트층 형성용 조성물을 게스트의 로딩양이 5㎎/25㎠가 되도록 스핀코팅하여 게스트층을 형성하였다. 상기 호스트층과 상기 게스트층이 맞닿도록 위치시킨 후, 접착층을 형성하였다. 상기 분리막의 다른 일면 상에 하기 표 3에 기재된 호스트층 형성용 조성물을 호스트의 로딩양이 표 3에 기재된 양이 되도록 스핀코팅하여 호스트층을 형성하였다. 양극의 일면 상에 게스트층 형성용 조성물을 게스트의 로딩양이 5㎎/25㎠가 되도록 되도록 스핀코팅하여 게스트층을 형성하였다. 상기 호스트층과 상기 게스트층이 맞닿도록 위치시킨 후, 접착층을 형성하였다. 이어서, 하기 표 3에 기재된 온도 및 압력 조건에서 라미네이션(lamination)하여 전극 조립체를 제조하였다.
구분 호스트층 라미네이션
종류 로딩양(㎎/25㎠) 온도(℃) 압력(㎏f)
실시예 1 H1 1.5 90 100
실시예 2 H1 2.5 90 100
실시예 3 H1 2.5 80 100
실시예 4 H1 2.5 70 100
실시예 5 H1 5.0 90 100
실시예 6 H2 2.5 90 100
<비교예 1 및 비교예 2: 전극 조립체의 제조>
실시예 1에서 제조된 양극, 분리막(제품명: SRS, 제조사: 엘지화학) 및 음극을 순차적으로 적층하고, 표 4에 기재된 온도 및 압력 조건에서 라미네이션하여 전극 조립체를 제조하였다.
구분 온도(℃) 압력(㎏f)
비교예 1 90 100
비교예 2 120 200
<시험예 1: 접착력 평가>
실시예 1 내지 실시예 6, 비교예 1 및 비교예 2의 전지 조립체를 너비 1㎝, 길이 10㎝로 절단하고, 슬라이스 글라스에 고정시킨 후, 음극과 양극을 각각 분리막으로부터 벗겨 내면서 180°벗김 시험(peel test)를 수행하였고, 벗김 강도(접착력)를 측정하였다. 평가는 5개 이상의 벗김 강도를 측정하여 평균값으로 정하였고, 그 결과를 하기 표 5에 기재하였다.
<시험예 2: 함침 속도 평가>
실시예 1 내지 실시예 6, 비교예 1 및 비교예 2의 전극 조립체를 길이 5㎝, 너비 5㎝로 절단하고, 전해질(EC/EMC=1/2(부피비), LiPF6 1몰)에 5㎜ 담지하여, 1시간 후 무게를 측정하여 변화량을 계산하였다. 그리고 변화량을 전해질 밀도를 이용하여 환산하였고, 그 결과를 표 5에 기재하였다.
구분 음극과 분리막 사이의 접착력(gf/1㎝) 양극과 분리막 사이의 접착력(gf/1㎝) 함침 속도(㎝/sec0.5)
실시예 1 139 195 0.0361
실시예 2 182 210 0.0354
실시예 3 176 205 0.0358
실시예 4 166 196 0.0360
실시예 5 185 212 0.0345
실시예 6 165 198 0.0355
비교예 1 107 188 0.0368
비교예 2 155 220 0.0295
표 5를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 6의 전극 조립체의 음극과 분리막 사이의 접착력이 비교예 1의 전극 조립체의 음극과 분리막 사이의 접착력보다 우수하였다. 특히 실시예 5의 전극 조립체의 경우 비교예 1의 전극 조립체 대비 음극의 접착력이 약 173%까지 향상되었다. 그리고, 실시예 1 내지 실시예 6의 전극 조립체와 비교예 1의 전극 조립체는 동등 수준의 함침 속도를 구현하는 것을 알 수 있었다.
한편, 실시예 2 및 실시예 5의 전극 조립체를 참조하면, 실시예 2와 실시예 5의 호스트층 및 게스트층 형성용 조성물의 로딩양이 2배이나, 전극과 분리막 사이의 접착력은 크게 개선되지 않은 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로부터 호스트층 및 게스트층 형성용 조성물을 적정량으로 로딩하는 것이 제조 원가 및 공정 효율 면에서 유리하다는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 2 내지 실시예 4의 전극 조립체와 같이 라미네이션 조건만 차이가 있는 경우, 라미네이션 온도가 가장 높은 실시예 2의 전극 조립체가 접착력이 가장 우수하지만, 라미네이션 온도가 가장 낮은 실시예 4의 전극 조립체의 경우에도 접착력이 우수한 것을 확인할 수 있었다. 이러한 실시예 2 내지 실시예 4의 전극 조립체의 라미네이션 조건은 바이셀의 라미네이션 조건과 거의 유사하므로, 본 발명에 따른 전극 조립체가 바이셀에 적용되어도 별도의 공정 추가 없이 우수한 접착력을 구현하는 것을 유추할 수 있었다.
한편, 비교예 2의 전극 조립체의 경우 라미네이션을 고온 고압에서 수행하였으므로 실시예 1 및 비교예 1의 전극 조립체보다 접착력은 향상되었으나, 고온 및 고압에서 라미네이션이 이루어져, 함침 속도가 급격히 저하된 것을 알 수 있다. 비교예 2의 전극 조립체의 함침 속도로부터 비교예 2의 전극 조립체는 전극과 분리막의 계면 간격이 현저하게 감소하였고 이로 인해 전해질 함침시 저항이 커졌으며, 분리막도 손상되었음을 유추할 수 있었다.

Claims (19)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 위치하고, 호스트를 포함하는 호스트층과 게스트를 포함하는 게스트층을 포함하는 접착층;
    상기 접착층 상에 위치하는 분리막; 및
    상기 분리막 상에 위치하는 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 호스트는 초분자인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 초분자는 원형 분자인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 호스트는 사이클로덱스트린(cyclodextrin), 칼릭스아렌(calixarene), 필러아렌(pillararene), 쿠커비투릴(cucurbituril), 포르피린(porphyrin), 메탈라크라운(metallacrown), 크라운 에테르(crown ether), 제올라이트(zeolite), 사이클로트리버아트릴렌(cyclotriveratrylene), 크립토판(cryptophane), 카서랜드(carcerand) 및 폴다머(foldamer)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 게스트는 페로센, 카드뮴, 납, 란탄족 원소, 악티늄족 원소, 테트라페닐렌에텐, p-자일렌디암모늄, Fe, Mg, Mn, N,N-비스(살리실알데하이드)에틸렌디아민, 및 로텍세인(rotaxane)으로 이루어진 군에서 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 호스트층은 상기 제1 전극 상에 위치하고,
    상기 게스트층은 상기 호스트층 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 게스트층은 상기 제1 전극 상에 위치하고,
    상기 호스트층은 상기 게스트층 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상기 분리막과 상기 제2 전극 사이에 호스트를 포함하는 호스트층과 게스트를 포함하는 게스트층을 포함하는 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 분리막 상에 상기 호스트층이 위치하고,
    상기 호스트층 상에 상기 게스트층이 위치하고,
    상기 게스트층 상에 상기 제2 전극이 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 분리막 상에 상기 게스트층이 위치하고,
    상기 게스트층 상에 호스트층이 위치하고,
    상기 호스트층 상에 상기 제2 전극이 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  11. 제1 전극 상에 호스트를 포함하는 호스트층을 형성하는 제1-1 단계;
    분리막의 일면 상에 게스트를 포함하는 게스트층을 형성하는 제1-2 단계;
    상기 호스트층과 상기 게스트층이 서로 맞닿도록 위치시켜 접착층을 형성하는 제1-3 단계; 및
    상기 분리막의 다른 일면 상에 제2 전극을 위치시키는 제1-4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1-1 단계는 상기 제1 전극 상에 호스트 및 용매를 포함하는 호스트층 형성용 조성물을 호스트의 로딩량이 0.5㎎/25㎠ 내지 20㎎/25㎠이 되도록 도포하여 호스트층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1-2 단계는 상기 분리막의 일면 상에 게스트 및 용매를 포함하는 게스트층 형성용 조성물을 게스트의 로딩양이 0.5㎎/25㎠ 내지 20㎎/25㎠이 되도록 도포하여 게스트층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 전극 조립체의 제조방법은 상기 제1-4 단계 이후에 60 내지 100℃에서 80㎏f 내지 150㎏f의 압력으로 라미네이션하는 제1-5 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  15. 제1 전극 상에 게스트를 포함하는 게스트층을 형성하는 제2-1 단계;
    분리막의 일면 상에 호스트를 포함하는 호스트층을 형성하는 제2-2 단계;
    상기 게스트층과 상기 호스트층이 서로 맞닿도록 위치시켜 접착층을 형성하는 제2-3 단계; 및
    상기 분리막의 다른 일면 상에 제2 전극을 위치시키는 제2-4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2-1 단계는 상기 제1 전극 상에 게스트 및 용매를 포함하는 게스트층 형성용 조성물을 게스트의 로딩양이 0.5㎎/25㎠ 내지 20㎎/25㎠가 되도록 도포하여 게스트층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2-2 단계는 상기 분리막의 일면 상에 호스트 및 용매를 포함하는 호스트층 형성용 조성물을 호스트의 로딩양이 0.5㎎/25㎠ 내지 20㎎/25㎠가 되도록 도포하여 호스트층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 전극 조립체의 제조방법은 상기 제2-4 단계 이후에 60 내지 100℃에서 80㎏f 내지 150㎏f의 압력으로 라미네이션하는 제2-5 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  19. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 따른 전극 조립체를 포함하는 이차전지.
PCT/KR2017/008798 2017-08-11 2017-08-11 전극 조립체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지 WO2019031638A1 (ko)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL17921137.0T PL3528333T3 (pl) 2017-08-11 2017-08-11 Zespół elektrodowy, sposób jego wytwarzania i zawierająca go bateria akumulatorowa
PCT/KR2017/008798 WO2019031638A1 (ko) 2017-08-11 2017-08-11 전극 조립체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지
EP17921137.0A EP3528333B1 (en) 2017-08-11 2017-08-11 Electrode assembly, method of manufacturing the same and secondary battery including the same
ES17921137T ES2942264T3 (es) 2017-08-11 2017-08-11 Conjunto de electrodos, método de fabricación del mismo y batería secundaria que incluye el mismo
CN201780071487.4A CN109983613B (zh) 2017-08-11 2017-08-11 电极组件及其制造方法以及包括该电极组件的二次电池
US16/463,197 US11183737B2 (en) 2017-08-11 2017-08-11 Electrode assembly, method of manufacturing the same and secondary battery including the same
HUE17921137A HUE061868T2 (hu) 2017-08-11 2017-08-11 Elektródegység, eljárás annak gyártására, valamint azt magában foglaló újratölthetõ telep

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2017/008798 WO2019031638A1 (ko) 2017-08-11 2017-08-11 전극 조립체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019031638A1 true WO2019031638A1 (ko) 2019-02-14

Family

ID=65271492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2017/008798 WO2019031638A1 (ko) 2017-08-11 2017-08-11 전극 조립체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11183737B2 (ko)
EP (1) EP3528333B1 (ko)
CN (1) CN109983613B (ko)
ES (1) ES2942264T3 (ko)
HU (1) HUE061868T2 (ko)
PL (1) PL3528333T3 (ko)
WO (1) WO2019031638A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7088071B2 (ja) * 2019-02-18 2022-06-21 トヨタ自動車株式会社 全固体電池
CN112466675B (zh) * 2019-09-09 2022-06-03 国家纳米科学中心 一种超级电容器电解液添加剂、电解液及其应用
CN110690462B (zh) * 2019-10-13 2020-10-23 浙江大学 具有锂离子传导能力的自支撑正极的制备及应用方法
CN113451541B (zh) * 2021-05-28 2023-02-03 上海空间电源研究所 一种高电压锂离子正电极极片、电池及其制作方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101499353B1 (ko) * 2013-10-22 2015-03-05 한국과학기술원 리튬 이온전지 음극용 바인더, 이를 포함하는 리튬 이온전지 음극, 리튬 이온전지 및 그 제조방법
JP2015191866A (ja) * 2014-03-28 2015-11-02 富士フイルム株式会社 全固体二次電池、これに用いる固体電解質組成物および電池用電極シート、ならびに電池用電極シートの製造方法および全固体二次電池の製造方法
KR20160033013A (ko) * 2014-09-17 2016-03-25 주식회사 엘지화학 전극 보호막용 조성물, 이를 포함하는 전극 보호막, 이를 포함하는 전극, 이를 포함하는 전지 및 이의 제조방법
US20160104919A1 (en) * 2013-05-29 2016-04-14 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Lithium ion secondary battery
KR20170074651A (ko) * 2015-12-22 2017-06-30 한국과학기술원 호스트-게스트 상호작용을 이용한 가역적 가교 바인더, 이를 포함하는 리튬 이온전지 음극 및 이를 포함하는 리튬 이온전지

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2771406B2 (ja) 1992-11-30 1998-07-02 キヤノン株式会社 二次電池
WO1999036981A1 (fr) 1998-01-19 1999-07-22 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Batterie
KR100330284B1 (ko) 1999-09-10 2002-03-27 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시 전지
JP4982013B2 (ja) * 2001-04-17 2012-07-25 東レバッテリーセパレータフィルム合同会社 電池用セパレータ及びそれを用いた電池
JP2007095480A (ja) 2005-09-28 2007-04-12 Seiko Epson Corp 機能素子、機能素子の製造方法および電子機器
JP5245201B2 (ja) 2006-03-16 2013-07-24 ソニー株式会社 負極、二次電池
KR20070104689A (ko) 2006-04-24 2007-10-29 주식회사 엘지화학 분리막 필름에 의해 감싸인 전극조립체를 포함하고 있는안전성이 향상된 이차전지
KR101031179B1 (ko) 2007-01-12 2011-04-26 주식회사 엘지화학 내부 단락에 대한 안전성이 향상된 전기화학 소자
WO2012036069A1 (ja) 2010-09-14 2012-03-22 国立大学法人大阪大学 分子認識に基づいた物質材料の選択的接着法および自己組織化法
WO2012050686A1 (en) 2010-09-30 2012-04-19 3M Innovative Properties Company Sensor element, method of making the same, and sensor device including the same
KR101689752B1 (ko) 2012-08-24 2017-01-02 주식회사 엘지화학 분리막-접착층 및 전극-접착층을 갖는 전극조립체 및 이를 포함하는 전기화학소자
CN104051689B (zh) 2013-03-13 2020-06-02 三星Sdi株式会社 隔板和包括该隔板的可再充电锂电池
KR101561735B1 (ko) * 2013-09-25 2015-10-19 주식회사 엘지화학 전극조립체 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160104919A1 (en) * 2013-05-29 2016-04-14 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Lithium ion secondary battery
KR101499353B1 (ko) * 2013-10-22 2015-03-05 한국과학기술원 리튬 이온전지 음극용 바인더, 이를 포함하는 리튬 이온전지 음극, 리튬 이온전지 및 그 제조방법
JP2015191866A (ja) * 2014-03-28 2015-11-02 富士フイルム株式会社 全固体二次電池、これに用いる固体電解質組成物および電池用電極シート、ならびに電池用電極シートの製造方法および全固体二次電池の製造方法
KR20160033013A (ko) * 2014-09-17 2016-03-25 주식회사 엘지화학 전극 보호막용 조성물, 이를 포함하는 전극 보호막, 이를 포함하는 전극, 이를 포함하는 전지 및 이의 제조방법
KR20170074651A (ko) * 2015-12-22 2017-06-30 한국과학기술원 호스트-게스트 상호작용을 이용한 가역적 가교 바인더, 이를 포함하는 리튬 이온전지 음극 및 이를 포함하는 리튬 이온전지

Also Published As

Publication number Publication date
EP3528333B1 (en) 2023-03-08
PL3528333T3 (pl) 2023-05-29
HUE061868T2 (hu) 2023-08-28
ES2942264T3 (es) 2023-05-31
US20200067049A1 (en) 2020-02-27
EP3528333A1 (en) 2019-08-21
EP3528333A4 (en) 2019-12-04
CN109983613B (zh) 2022-06-07
US11183737B2 (en) 2021-11-23
CN109983613A (zh) 2019-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018034526A1 (ko) 다중 보호층을 포함하는 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2018012694A1 (ko) 리튬 금속이 양극에 형성된 리튬 이차전지와 이의 제조방법
WO2015065102A1 (ko) 리튬 이차전지
WO2019212314A1 (ko) 고분자계 고체 전해질을 포함하는 전고체 전지의 제조 방법 및 그 방법으로 제조된 전고체 전지
WO2016053059A1 (ko) 이종의 바인더를 포함하는 양극 활물질 슬러리 및 이로부터 제조된 양극
WO2019027152A1 (ko) 이차전지용 음극의 제조방법 및 이차전지용 음극
WO2018016737A1 (ko) 리튬 코발트 산화물을 합성하기 위한 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지, 이의 제조방법
WO2016159662A1 (ko) 이차전지용 파우치 외장재 및 이를 포함하는 파우치형 이차전지
WO2020159296A1 (ko) 절연필름을 포함하는 전극 조립체, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2019031638A1 (ko) 전극 조립체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지
WO2019066219A1 (ko) 리튬 이차전지용 고분자 재료 및 그 제조방법
WO2019212315A1 (ko) 고분자계 고체 전해질을 포함하는 전극의 제조 방법 및 그 방법으로 제조된 전극
WO2019013449A1 (ko) 전극 보호층을 포함하는 음극 및 이를 적용한 리튬 이차전지
WO2019059637A2 (ko) 리튬 이차전지용 음극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2019139424A1 (ko) 리튬 전극을 포함하는 리튬 금속 이차전지의 제조방법
WO2019031766A2 (ko) 리튬금속과 무기물 복합박막 제조방법 및 이를 이용한 리튬 이차전지 음극의 전리튬화 방법
WO2019221410A1 (ko) 전극 보호층을 포함하는 음극 및 이를 적용한 리튬 이차전지
WO2019147082A1 (ko) 리튬 이차전지용 음극 및 상기 음극을 포함하는 리튬 이온 이차 전지
WO2021049881A1 (ko) 리튬이차전지용 양극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지
WO2021071125A1 (ko) 리튬 이차 전지 및 리튬 이차 전지의 제조방법
WO2018190665A1 (ko) 고분자 고체 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2021045581A1 (ko) 음극 전극의 전리튬-전소듐화 방법, 전리튬-전소듐화 음극, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2018062883A2 (ko) 메쉬 형태의 절연층을 포함하는 리튬 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2019083273A2 (ko) 비틀림 현상이 개선된 이차전지용 단면 전극 및 이의 제조방법
WO2020159202A1 (ko) 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17921137

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017921137

Country of ref document: EP

Effective date: 20190517

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE