WO2023106733A1 - 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 Download PDF

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WO2023106733A1
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anode
positive electrode
electrode assembly
jelly
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PCT/KR2022/019387
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이혜진
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a jelly-roll type electrode assembly and a secondary battery including the same, and more specifically, to a jelly-roll type electrode assembly including an overlapping portion of a separator and a cylindrical secondary battery including the same, and more specifically to a first separator It relates to a jelly-roll type electrode assembly including an adhesive and a second separator overlapping portion, and a cylindrical secondary battery including the same.
  • an electrode assembly in the form of a jelly roll is manufactured by rolling a long electrode having a predetermined width into a roll form.
  • a cylindrical battery manufactured by inserting such a jelly-roll type electrode assembly into a battery case repeats contraction/expansion of the electrode during charging and discharging.
  • a tab In tab
  • the degree of contraction/expansion of the electrode assembly increases due to the addition of a silicon-based active material in the negative electrode, the pressure acting on the core portion of the electrode assembly greatly increases.
  • a jelly-roll type electrode assembly includes a plurality of tabs or a silicon-based active material is added are increasing. Accordingly, the electrode assembly is located in the core part according to contraction/expansion. The possibility of deformation of the electrode assembly increases, and in particular, when the separator located between the negative electrode and the positive electrode is damaged, there is a problem in that the negative electrode and the positive electrode directly contact each other and cause heat generation and ignition due to an internal short circuit.
  • An object of the present invention is to provide a jelly-roll type electrode assembly in which the design of the jelly-roll type electrode assembly is changed, and a secondary battery including the same.
  • cathode; a first separator; anode; and a second separator are sequentially stacked and wound in a jelly-roll type electrode assembly, wherein the anode has a first surface in the direction of the winding axis of the jelly-roll type electrode assembly and a second surface opposite to the first surface. and a first separator overlapping part and a second separator overlapping part respectively provided on the first surface of the positive electrode and the second surface of the positive electrode at one end in the length direction of the positive electrode located in the core part of the electrode assembly. And, the first separator overlapping part and the second separator overlapping part provide a jelly-roll type electrode assembly in which three or more layers of separators overlap each other.
  • Another embodiment of the present invention is the jelly-roll type electrode assembly; And it provides a secondary battery comprising a battery case for accommodating the electrode assembly.
  • a jelly-roll type electrode assembly includes a separator overlapping portion in which the bending structure of a core separator is changed, thereby preventing damage to the negative electrode and the separator from deformation of the electrode assembly due to contraction/expansion of the electrode during charging and discharging of the battery. Even when the separator is damaged, the battery stability and lifespan characteristics can be improved by preventing an internal short circuit between the positive electrode and the negative electrode by the separator overlapping portion.
  • the secondary battery according to the present invention even when the electrode assembly is deformed due to contraction/expansion of the electrode during charging and discharging of the battery, internal short circuit between the positive electrode and the negative electrode is prevented by the separator overlapping portion, thereby improving battery stability and lifespan characteristics.
  • FIG. 1 illustrates a jelly-roll type electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 schematically illustrates a cross section and a core of a jelly-roll type electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 3 to 6 schematically show an overlapping portion of a separator of a jelly-roll type electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 to 9 schematically show an overlapping portion of a separator of a jelly-roll type electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 schematically illustrates a core portion including an overlapping portion of a separator of a jelly-roll type electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • T the thickness of the anode
  • L23, L24 Separation distance between the longitudinal end of the piece separator included in the second separator overlapping portion and the longitudinal end of the anode
  • An exemplary embodiment of the present invention is a negative electrode; a first separator; anode; and a second separator are sequentially stacked and wound in a jelly-roll type electrode assembly, wherein the anode has a first surface in the direction of the winding axis of the jelly-roll type electrode assembly and a second surface opposite to the first surface. and a first separator overlapping part and a second separator overlapping part respectively provided on the first surface of the positive electrode and the second surface of the positive electrode at one end in the length direction of the positive electrode located in the core part of the electrode assembly. And, the first separator overlapping part and the second separator overlapping part provide a jelly-roll type electrode assembly in which three or more layers of separators overlap each other.
  • a jelly-roll type electrode assembly includes a separator overlapping portion in which the bending structure of a core separator is changed, thereby preventing damage to the negative electrode and the separator from deformation of the electrode assembly due to contraction/expansion of the electrode during charging and discharging of the battery. Even when the separator is damaged, the battery stability and lifespan characteristics can be improved by preventing an internal short circuit between the positive electrode and the negative electrode by the separator overlapping portion.
  • FIG. 1 illustrates a jelly-roll type electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 schematically illustrates a cross section and a core portion of the jelly-roll type electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 (a) is a cross-sectional view of the jelly-roll type electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention of FIG. 1 taken in the A-A' direction
  • FIG. 2 (b) is a model of the core of the electrode assembly. depicted as hostile.
  • the negative electrode in the core portion of the electrode assembly, may extend longer than the longitudinal end of the positive electrode and be additionally wound.
  • the negative electrode 100 ′ may extend longer than the longitudinal end 310 of the positive electrode and be additionally wound. That is, after the negative electrode 100' is wound by a predetermined length, it may be wound together with the positive electrode 300. For example, after the negative electrode 100' is wound around the core by one or more turns, the winding may be performed together with the positive electrode 300. That is, in the core part of the jelly-roll type electrode assembly, the longitudinal end of the negative electrode may be located inside the longitudinal end of the positive electrode.
  • the length and width of the negative electrode may be greater than those of the positive electrode.
  • the negative electrode extends longer than the longitudinal end of the positive electrode and is additionally wound, transfer of lithium ions from the positive electrode to the negative electrode may be facilitated in a chemical reaction of the battery.
  • the length or width of the negative electrode is formed wider, the area of the negative electrode receiving lithium ions increases to prevent a decrease in charge/discharge efficiency, and battery stability and lifespan characteristics may be improved.
  • the core portion is hollow located on the winding shaft of the electrode assembly; and a portion of the laminated structure of the rolled cathode/first separator/anode/second separator, within 2 turns of the anode from one end in the length direction of the anode positioned at the innermost angle of the electrode assembly. It may mean the area of .
  • the core portion of the electrode assembly may include a stepped portion that is an area where the negative electrode covers an end portion of the positive electrode in the longitudinal direction.
  • the stepped portion may refer to a region in which the negative electrode of the core part covers a longitudinal end of the positive electrode at which winding begins, that is, a region in which a stepped difference is formed by a thickness of the longitudinal end of the positive electrode.
  • the stepped portion may be such that the cathode covers the longitudinal end of the anode, and the space next to the longitudinal end of the anode is empty due to the thickness of the anode.
  • the step due to the thickness of the anode forms stress in the facing cathode, and the stress may be concentrated on the opposite side of the surface of the cathode facing the anode during charging and discharging to cause cathode cracking.
  • the stepped portion may be a region in which damage (core impingement) of the separator and the negative electrode on the first and second surfaces of the positive electrode is concentrated due to the sharp end of the positive electrode in the longitudinal direction when the electrode shrinks / expands during charging and discharging of the battery.
  • the length of the positive electrode 300 may be shorter than the other layers, and the negative electrode 100 / longitudinal end 310 of the positive electrode / negative electrode An empty space 60 surrounded by 100' may be formed.
  • the core part (C) of the jelly-roll type electrode assembly is wound around the longitudinal end 310 of the positive electrode in a state where the negative electrode 100'/separator (not shown) )/anode 300/separator (not shown)/area forming a layered structure of cathode 100, cathode 100'/separator (not shown)/empty space 60/separator (not shown)/ It may include a stepped portion 50 including a region forming a laminated structure of the cathode 100 .
  • the stepped portion 50 has the cathodes 100 and 100' from the longitudinal end 310 of the anode to one side with the longitudinal end 310 of the anode as the center. It may include a region up to a point in direct contact with each other, that is, a first region having a predetermined longitudinal length (L) by the thickness (T) of the anode, and the first region is the cathode (100, 100') It may include an empty space 50 between them.
  • the stepped portion 50 may include a second region having the same longitudinal length L' as the first region on the other side with the longitudinal end 310 of the anode as the center.
  • the jelly-roll type electrode assembly may include a plurality of separators.
  • the jelly-roll type electrode assembly may have a structure in which a negative electrode/a first separator/anode/a second separator/are sequentially stacked.
  • the separators 20 and 40 separate the negative electrode 100 and the positive electrode 300 and provide a passage for the movement of lithium ions.
  • they can be used without particular limitation.
  • electrolyte ions It is desirable to have low resistance to migration and excellent ability to absorb electrolyte.
  • a porous polymer film for example, a porous polymer film made of polyolefin-based polymers such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer, or these
  • a laminated structure of two or more layers of may be used.
  • conventional porous non-woven fabrics for example, non-woven fabrics made of high-melting glass fibers, polyethylene terephthalate fibers, and the like may be used.
  • the separator may typically have a thickness of 10 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, and the above-described separator material is used as a base layer, and a slurry containing a ceramic component or a polymer material is placed on the base layer to secure heat resistance or mechanical strength.
  • a separator coated on may be used, and may optionally be used in a single-layer or multi-layer structure.
  • the anode is a first separator provided on a first surface of the anode and a second surface of the anode, respectively, at one end in the longitudinal direction of the anode located in the core portion of the electrode assembly. It may include an overlapping portion and a second separator overlapping portion.
  • a first separator overlapping portion and a second separator overlapping portion provided on the first surface of the positive electrode and the second surface of the positive electrode, respectively, damage to the negative electrode and the separator that may occur due to the longitudinal end of the positive electrode is prevented.
  • the separator is damaged, the battery stability and lifespan characteristics can be improved by preventing an internal short circuit between the positive electrode and the negative electrode by the separator overlapping portion.
  • the first separator overlapping portion and the second separator overlapping portion may have three or more layers of separation membranes overlapping each other.
  • the first separator overlapping part and the second separator overlapping part may have 3 or more layers and 5 or less layers of separation membranes overlapping each other. More specifically, the first separator overlapping part and the second separator overlapping part may have 3, 4, or 5 layers of separation membranes disposed to overlap each other.
  • the overlapping separator is less than 3 layers, the effect of preventing damage to the cathode and the separator may be inferior, and if it is more than 5 layers, an additional step is formed by the thickness of the separator overlapping portion, so that stress can be concentrated in the area, Additional separator damage may occur or local problems such as lithium precipitation due to lack of electrolyte may occur.
  • the first separator overlapping portion and the second separator overlapping portion may be formed by overlapping the first separator layer and the second separator layer extending from an end portion of the anode in the longitudinal direction.
  • a jelly-roll type electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention includes a negative electrode; a first separator; anode; and a second separator may be sequentially stacked and wound, and the positive electrode may include a first surface in the direction of the winding axis of the jelly-roll electrode assembly and a second surface opposite to the first surface.
  • the first separator facing the first surface of the anode extends from the end of the anode in the longitudinal direction and is bent, so that it overlaps the second separator film on the second surface of the anode to form the second separator overlapping portion.
  • the second separator facing the second surface of the anode extends from an end of the anode in the longitudinal direction and is bent so as to overlap the first separator on the first surface of the anode to form the first separator overlapping portion. it may be Through this, by a simple bending structure of the separators included in the electrode assembly, the separators constituting the first separator overlapping portion and the second separator overlapping portion may have three or more layers. That is, the first separator overlapping portion and the second separator overlapping portion may be formed by a bending structure integrally extending from the first separator film and the second separator film without providing a separate additional separator film.
  • 3 to 5 schematically illustrate an overlapping portion of a separator of a jelly-roll type electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the longitudinal end of the first separator is bent to surround the longitudinal end of the anode and is located on the second side of the anode
  • the longitudinal end of the second separator is bent to the side of the second surface of the anode. It may be bent to surround the first separator and positioned on the first side of the anode.
  • the longitudinal end of the first separator 20 surrounds the longitudinal end 310 of the anode. bent so as to be located on the second surface side of the anode 300, and the longitudinal end of the second separator 40 is bent to surround the bent first separator 20 so as to cover the first separator 20 of the anode 300.
  • first separator 20 may overlap with the second separator 40 on the second surface of the anode 300 to form the second separator overlapping portion S2
  • second separator film 40 may overlap with the first separator 20 on the first surface of the anode 300 to form the first separator overlapping portion S1.
  • the longitudinal end of the second separator is bent to surround the longitudinal end of the anode and is located on the first surface side of the anode, and the longitudinal end of the first separator is bent to the side of the first surface of the anode. It may be bent to surround the second separator and positioned on the second side of the anode. Specifically, referring to FIGS. 3(b), 4(b), and 5(b), the longitudinal end of the second separator 40 surrounds the longitudinal end 310 of the anode.
  • the second separator film 40 may overlap the first separator film 20 on the first surface of the anode 300 to form the first separator overlapping portion S1, and the first separator film 40 may be overlapped with the first separator film 20.
  • 20 may overlap with the second separator 40 on the second surface of the anode 300 to form the second separator overlapping portion S2.
  • the meaning of 'bending to cover A' means that the separator facing A is bent and folded back at a position spaced apart from A by a predetermined distance according to the manufacturing process, so that the separator before bending and the separator after bending form A. It also includes cases where they intervene and come into contact with each other and overlap. In other words, a region in which the separator before bending and the separator after bending directly contact and overlap each other without intervening A; And it may include a region overlapping through A. At this time, it is obvious that the bent portion of the separation membrane facing A is adjacent to A, including the case where the bent portion of the separation membrane directly contacts A.
  • the first separator overlapping portion may include: the first separator; and a second separator bent to surround the longitudinal end of the anode and positioned on the first surface of the anode.
  • the second separator facing the second surface of the anode extends from the longitudinal end of the anode and is bent to surround the longitudinal end of the anode, thereby forming the first separator on the first surface of the anode. It may be overlapped with to form the first separator overlapping portion. Through this, it is possible to form a first separator overlapping portion having three or more layers of separators by a simpler bending structure.
  • the longitudinal end of the first separator and the longitudinal end of the second separator may face the anode or face the anode on the first or second surface of the anode. It may be bent in the opposite direction of the direction to overlap the weight.
  • bending directions of the longitudinal ends of the first separator and the longitudinal ends of the second separator may be different from or identical to each other. Through this, it is possible to adjust the facing direction of the separators overlapping each other through a simple change in the bending structure.
  • the separator may have a coating layer formed on one side or both sides, and the roughness of one side and the other side may be the same or different, the separator included in the overlapping portion of the separator-between the separators or the separator- It may be to adjust the friction coefficient between the electrodes.
  • a separator having a coating layer formed on one surface when a separator having a coating layer formed on one surface is used, it may be easy to adjust the friction coefficient between the separator and the separator or between the separator and the electrode facing each other according to the change in the bending structure of the separator overlapping portion.
  • an end portion in the longitudinal direction of the second separator may be bent in a direction opposite to the anode on the first surface of the anode to be additionally overlapped.
  • the first separator overlapping portion S1 includes the first separator 20; and a second separator 40 bent to surround the longitudinal end 310 of the anode and positioned on the first surface of the anode 300 may overlap, and the length of the second separator 40
  • the direction end portion may be bent in a direction opposite to the positive electrode 300 on the first surface of the positive electrode 300, that is, in a direction opposite to the direction of the winding axis of the jelly-roll electrode assembly, so that an additional portion is overlapped.
  • an end portion in the longitudinal direction of the second separator may be bent in a direction opposite to a direction facing the anode on the first surface of the anode so as to be additionally overlapped.
  • the first separator overlapping portion S1 includes the first separator 20; and a second separator 40 bent to surround the longitudinal end 310 of the anode and positioned on the first surface of the anode 300 may overlap, and the length of the second separator 40
  • the direction end portion may be bent on the first surface of the positive electrode 300 in a direction opposite to the direction facing the positive electrode 300, that is, in the direction of the winding axis of the jelly-roll type electrode assembly, so as to overlap an additional portion.
  • the second separator overlapping portion may include: the second separator; and a first separator bent to surround the longitudinal end of the anode and positioned on the second surface of the anode.
  • the first separator facing the first surface of the anode extends from the longitudinal end of the anode and is bent to surround the longitudinal end of the anode, thereby forming the second separator on the second surface of the anode. It may be overlapped with to form the second separator overlapping portion. Through this, it is possible to form a second separator overlapping portion having three or more layers of separators by a simpler bending structure.
  • an end portion in the longitudinal direction of the first separator may be bent in a direction opposite to the anode on the second surface of the anode to be additionally overlapped.
  • the second separator overlapping portion S2 includes the second separator 40; and a first separator 20 bent to surround the longitudinal end 310 of the anode and positioned on the second surface of the anode 300 may overlap, and the length of the first separator 20
  • the direction end portion may be bent on the second surface of the positive electrode 300 in a direction opposite to the positive electrode 300, that is, in the direction of the winding axis of the jelly-roll type electrode assembly, so as to be additionally overlapped.
  • an end portion in the longitudinal direction of the first separator may be bent in a direction opposite to a direction facing the anode on the second surface of the anode so as to be additionally overlapped. Specifically, referring to (a) of FIG.
  • the second separator overlapping portion S2 includes the second separator 40; and a first separator 20 bent to surround the longitudinal end 310 of the anode and positioned on the second surface of the anode 300 may overlap, and the length of the first separator 20
  • the directional end may be bent on the second surface of the positive electrode 300 in a direction opposite to the direction facing the positive electrode 300, that is, in a direction opposite to the direction of the winding axis of the jelly-roll electrode assembly, so as to be additionally overlapped.
  • the longitudinal end of the first separator is bent in a direction opposite to the anode on the second surface of the anode so as to overlap, and the longitudinal end of the second separator is bent in a direction opposite to the anode.
  • the weight On the first surface, the weight may be overlapped by being bent in the opposite direction to the direction facing the anode.
  • the longitudinal end of the first separator 20 is bent in a direction opposite to the anode 300 on the second surface of the anode 300 and additionally overlapped.
  • the second separator overlapping portion S2 is formed, and the longitudinal end of the second separator 40 is bent on the first surface of the anode 300 in a direction opposite to the direction opposite to the anode 300,
  • the first separator overlapping portion S1 may be formed by overlapping additional layers.
  • the longitudinal end of the first separator is bent in a direction opposite to the direction opposite to the anode on the second surface of the anode so as to overlap an additional portion
  • the longitudinal end of the second separator is On the first surface of the anode, it may be bent in a direction opposite to the anode so that the weight overlaps.
  • the longitudinal end of the first separator 20 is bent in the opposite direction to the direction facing the anode 300 on the second surface of the anode 300,
  • the first separator overlapping portion S2 is formed by additional overlapping, and the longitudinal end of the second separator 40 is bent on the first surface of the anode 300 in a direction opposite to the anode 300,
  • the first separator overlapping portion S1 may be formed by overlapping additional layers.
  • the first separator overlapping portion S1 and the second separator overlapping portion S2 are centered on the longitudinal end 310 of the anode, and the second separator 40 or It may include a region up to a position where the first separator 20 is further bent, that is, a region on the first or second surface of the anode, and the length of the region on the first or second surface is L11 or L21. may be expressed as
  • first separator overlapping portion S1 and the second separator overlapping portion S2 are formed by the second separator 40 or the first separator 20 with the longitudinal end 310 of the anode as the center, respectively.
  • ) may include an area up to an end in the longitudinal direction, that is, a region where the first separator overlapping portion and the second separator overlapping portion do not directly contact the anode 300, and the first separator overlapping portion and the second separator overlapping portion do not directly contact each other.
  • the longitudinal length of the region where the separator overlapping portion does not directly contact the positive electrode 300 may be represented by L12 or L22, respectively.
  • the longitudinal length of the first separator overlapping portion S1 may be L11 + L12
  • the longitudinal length of the second separator overlapping portion S2 may be L21 + L22.
  • the longitudinal length of the adhesive S1 and the longitudinal length of the second separator overlapping portion S2 may be the same as or different from each other.
  • the length of the region of the separator overlapping portion up to a position where the second separator or the first separator is additionally bent; and lengths of the second separator or the region extending to the longitudinal end of the first separator may be identical to or different from each other. That is, the length (L11) of the first separator overlapping portion on the first surface of the anode and the length (L21) of the second separator overlapping portion on the second surface of the anode are determined as follows: ) and the lengths (L12, L22) of the regions that do not directly contact each other, respectively, may be the same as or different from each other.
  • the longitudinal length of the first separator overlapping portion on the first surface of the positive electrode may be 10% or more and 100% or less based on 100% of the inner circumferential circumference of the electrode assembly.
  • the longitudinal length (L11) of the first separator overlapping portion on the first surface of the anode is 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more based on 100% of the inner circumferential circumference of the electrode assembly. Or it may be 50% or more, and may be 100% or less, 90% or less, 80% or less, 70% or less, or 60% or less.
  • the longitudinal length of the first separator overlapping portion on the first surface of the anode may be equal to or greater than 1/10 turn and equal to or less than 1 turn of the inner circumferential surface of the core portion of the electrode assembly.
  • the longitudinal length (L21) of the first separator overlapping portion on the first surface of the anode is 1/10 turn or more, 1/5 turn or more, 1/3 turn or more of the inner circumferential surface of the core part of the electrode assembly. It may be 1/2 turn or more, 1 turn or less, 4/5 turn or less, 2/3 turn or less, or 1/2 turn or less.
  • the electrode assembly is deformed due to contraction/expansion of the electrode during charging and discharging of the battery to the first surface in the direction of the winding axis of the positive electrode. While preventing damage to the negative electrode and the separator, it is possible to prevent a reduction in charge / discharge efficiency due to an excessive decrease in the area of the negative electrode receiving lithium ions, and the battery stability and lifespan characteristics can be excellent.
  • a longitudinal length of the first separator overlapping portion on the first surface of the anode may be 1 mm or more and 10 mm or less.
  • the longitudinal length L21 of the first separator overlapping portion on the first surface of the anode may be 1 mm or more, 2 mm or more, 3 mm or more, 4 mm or more, or 5 mm or more, and 10 mm or less, It may be 9 mm or less, 8 mm or less, 7 mm or less, or 6 mm or less.
  • the first separator overlapping portion is disposed between the positive electrode 300 and the negative electrode 100' facing the first surface of the positive electrode at a distance of 1 mm or more and 10 mm or less from the end 310 in the longitudinal direction of the positive electrode. It may be, for example, it may be arranged at 3 mm or more and 5 mm or less.
  • the first separator overlapping portion separates the positive electrode from the positive electrode. Since it may be disposed between the negative electrode facing the first surface, it may be sufficient to prevent damage to the negative electrode and the separator facing the first surface of the positive electrode.
  • the longitudinal length of the second separator overlapping portion on the second surface of the positive electrode may be 10% or more and 100% or less based on 100% of the inner circumferential circumference of the electrode assembly.
  • the longitudinal length (L21) of the second separator overlapping portion on the second surface of the anode is 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more based on 100% of the inner circumferential circumference of the electrode assembly. Or it may be 50% or more, and may be 100% or less, 90% or less, 80% or less, 70% or less, or 60% or less.
  • the longitudinal length of the second separator overlapping portion on the second surface of the anode may be equal to or greater than 1/10 turn and equal to or less than 1 turn of the inner circumferential surface of the core portion of the electrode assembly.
  • the longitudinal length (L21) of the second separator overlapping portion on the second surface of the anode is 1/10 turn or more, 1/5 turn or more, 1/3 turn or more of the inner circumferential surface of the core part of the electrode assembly. It may be 1/2 turn or more, 1 turn or less, 4/5 turn or less, 2/3 turn or less, or 1/2 turn or less.
  • the electrode assembly is deformed due to contraction/expansion of the electrode during battery charging and discharging. While preventing damage to the negative electrode and the separator facing the two surfaces, it is possible to prevent a decrease in charge / discharge efficiency due to an excessive decrease in the area of the negative electrode receiving lithium ions, and battery stability and lifespan characteristics can be excellent.
  • a longitudinal length of the second separator overlapping portion on the second surface of the anode may be 1 mm or more and 10 mm or less.
  • the second separator overlapping portion is disposed between the positive electrode 300 and the negative electrode 100 facing the second surface of the positive electrode, 1 mm or more and 10 mm or less from the longitudinal end 310 of the positive electrode It may be, for example, it may be disposed at 3 mm or more and 5 mm or less.
  • the length of the region where the first separator overlapping portion does not directly contact the anode and the length of the region where the second separator overlapping portion does not directly contact the anode may be the same or different from each other, , Each may be 50% or more and 500% or less based on 100% of the inner circumferential circumference of the electrode assembly.
  • the length L12 of the region where the first separator overlapping portion does not directly contact the anode and the length L22 of the region where the second separator overlapping portion does not directly contact the anode may be the same or different from each other, , 50% or more, 100% or more, 150% or more, 200% or more, or 250% or more based on 100% of the inner circumference of the electrode assembly, respectively, 500% or less, 450% or less, 400% or less, 350% It may be less than or less than 300%.
  • the length of the region where the first separator overlapping portion does not directly contact the positive electrode and the length of the region where the second separator overlapping portion does not directly contact the positive electrode are 1/2 turn of the inner circumferential surface of the core portion of the electrode assembly. ) or more and less than 5 turns.
  • the length L12 of the region where the first separator overlapping portion does not directly contact the anode and the length of the region where the second separator overlapping portion L22 does not directly contact the anode are the core portion of the electrode assembly. It may be more than 1/2 turn, more than 1 turn, more than 3/2 turn, or more than 2 turns of the inner circumferential surface, and may be less than 5 turns, less than 9/2 turns, less than 4 turns, or less than 7/2 turns.
  • first separator overlapping portion satisfies the length range of the region where the overlapping portion of the separator does not directly contact the anode and the range of the length of the region where the second separator overlapping portion does not directly contact the anode, even without a separate fixing member, among the first separator layers Since the adhesive and second separator overlapping parts can be disposed between the positive electrode and the negative electrode opposite to the positive electrode, and the first separator overlapping part and the second separator overlapping part can be formed using existing equipment without separate equipment, productivity this can be improved.
  • FIGS. 3 to 5 and 7 to 9 schematically show an overlapping portion of a separator of a jelly-roll type electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIGS. 3 to 5 schematically show exemplary states of a separator overlapping unit in which the first separator and the second separator have different bending shapes.
  • FIG. 7 corresponds to FIG. 3(a)
  • FIG. 8 schematically shows a separator overlapping portion corresponding to FIG. 4(a), except for the shape of the longitudinal end of the anode.
  • FIG. 10 schematically illustrates a core portion including an overlapping portion of a separator of a jelly-roll type electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 10 schematically illustrates a core portion including the separator overlapping portion of FIG. 7 .
  • the length of the region where the first separator overlapping portion does not directly contact the anode and the length of the region where the second separator overlapping portion does not directly contact the anode may be the same or different from each other, , Each may be 50% or less based on 100% of the inner circumferential circumference of the electrode assembly.
  • the length L12 of the region where the first separator overlapping portion does not directly contact the anode and the length L22 of the region where the second separator overlapping portion does not directly contact the anode may be the same or different from each other, , 50% or less, 45% or less, 40% or less, 35% or less, or 30% or less, respectively, based on 100% of the inner circumferential circumference of the electrode assembly.
  • the length of the region where the first separator overlapping portion does not directly contact the positive electrode and the length of the region where the second separator overlapping portion does not directly contact the positive electrode are 1/2 turn of the inner circumferential surface of the core portion of the electrode assembly. ) or less.
  • the length L12 of the region where the first separator overlapping portion does not directly contact the anode and the length of the region where the second separator overlapping portion L22 does not directly contact the anode are the core portion of the electrode assembly. It may be less than 1/2 turn, less than 1/3 turn, less than 1/4 turn, or less than 1/5 turn of the inner circumferential surface.
  • the first separator overlapping portion When the above-mentioned first separator overlapping portion satisfies the length range of the region where the first separator overlapping portion does not directly contact the anode and the length range of the region where the second separator overlapping portion does not directly contact the anode, the first separator overlapping portion as described later. and an additional fixing member so that the second separator overlapping part can be disposed between the positive electrode and the negative electrode opposite to the positive electrode, wherein one side of the first separator overlapping part and the second separator overlapping part is the positive electrode. Since it can be directly fixed on the first or second surface of the positive electrode, the effect of preventing damage to the negative electrode and the separator facing the first or second surface of the positive electrode may be more excellent.
  • FIG. 6 and 9 schematically show an overlapping portion of a separator of a jelly-roll type electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 schematically illustrates an exemplary embodiment of a separator overlapping portion including piece separators
  • FIG. 9 illustrates a length of a region in which the first separator overlapping portion does not directly contact the anode; a length of a region where the second separator overlapping portion does not directly contact the anode; and a separator overlapping part corresponding to FIG. 6(a) except for the shape of the longitudinal end of the anode.
  • the first separator overlapping portion and the second separator overlapping portion may include a piece separation membrane.
  • the first separator overlapping portion S1 provided on the first surface of the anode 300 is the first separator 20 ; and the second separator 40 and the piece separator P extending from the longitudinal end of the anode.
  • the second separator overlapping portion S2 provided on the second surface of the anode 300 includes a second separator 40; and the first separator 20 and the piece separator P extending from the longitudinal end of the anode.
  • the separation membrane constituting the separation film overlapping portion can be more simply adjusted to have three or more layers, and one or both sides of the piece separator By forming a coating layer on the separator, it is possible to more easily adjust the friction coefficient between the separator and the separator or between the separator and the anode included in the separator overlapping portion.
  • each of the first separator overlapping portion S1 and the second separator overlapping portion S2 is centered on the longitudinal end 310 of the anode, and the portion of the separator P is It may include a region up to one end in the longitudinal direction, and lengths of the region in the longitudinal direction may be represented by L13 and L23, respectively.
  • each of the first separator overlapping portion S1 and the second separator overlapping portion S2 is centered on the longitudinal end 310 of the anode and extends to the other end of the piece separator P in the longitudinal direction. It may include, and the longitudinal length of the region may be represented by L14 and L24, respectively.
  • L13 and L14, and L23 and L24 may be the same as or different from each other, and the longitudinal length of the piece separator included in the first separator overlapping portion (S1) may be L13 + L14, and the second separator overlapping portion ( The longitudinal length of the piece separation membrane included in S2) may be L23 + L24.
  • L13 and L23 may be the same as or different from L11 and L21
  • L14 and L24 may be the same as or different from L12 and L22
  • the longitudinal direction of the first separator overlapping portion S1 The length and the longitudinal length (L13+L14) of the piece separation membrane P included in the first separator overlapping portion S1 may be the same or different
  • the longitudinal length of the second separator overlapping portion S2. and lengths (L23+L24) in the longitudinal direction of the piece separator P included in the second separator overlapping portion S2 may be the same as or different from each other.
  • the longitudinal length of the piece separator included in the first separator overlapping portion S1 may be greater than or equal to 5 mm and less than or equal to 50 mm.
  • the electrode assembly is deformed due to contraction/expansion of the electrode during battery charge/discharge, and the first surface in the direction of the winding axis of the positive electrode faces. While preventing damage to the negative electrode and the separator, it is possible to prevent a decrease in charge / discharge efficiency due to an excessive decrease in the area of the negative electrode receiving lithium ions, and the battery stability and lifespan characteristics can be excellent.
  • the longitudinal length of the piece separator included in the second separator overlapping portion S2 may be greater than or equal to 5 mm and less than or equal to 50 mm.
  • the second direction opposite to the direction of the winding axis of the positive electrode from deformation of the electrode assembly due to contraction/expansion of the electrode during charging and discharging of the battery While preventing damage to the negative electrode and the separator facing the surface, it is possible to prevent a decrease in charge / discharge efficiency due to an excessive decrease in the area of the negative electrode receiving lithium ions, and battery stability and lifespan characteristics can be excellent.
  • At least one of the first separator overlapping part and the second separator overlapping part may further include a fixing member provided on one side.
  • the fixing member is not limited as long as it can fix the first separator overlapping part or the second separator overlapping part on the first surface or the second surface of the anode, respectively.
  • the fixing member may be, for example, a tape or an adhesive layer having an adhesive layer on at least one surface of the substrate layer, and when using a tape having an adhesive layer on one surface of the substrate layer, the roll-to-roll process Fairness can be improved by being more suitable.
  • the length of the fixing member in the width direction may be 15% or more and 100% or less based on 100% of the length of the positive electrode in the width direction.
  • the length of the fixing member in the width direction may be 30% or more or 50% or more based on 100% of the length of the positive electrode in the width direction, and may be 80% or less or 60% or less, for example, 10 mm or more and 65 mm or less.
  • the length of the fixing member in the longitudinal direction may be 5 mm or more and 30 mm or less, for example, 5 mm or more and 15 mm or less, 10 mm or more and 20 mm or less, or 15 mm or more and 30 mm or less.
  • the positive electrode may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer provided on the positive electrode current collector.
  • the positive electrode 300 is formed on a positive electrode current collector 301 and one side or both sides of the positive electrode current collector 301, and includes positive electrode active material layers 302 and 303 including a positive electrode active material.
  • the positive electrode active material layer is formed in the positive electrode holding portion of the positive electrode current collector, and a surface not provided with the positive electrode active material layer may be expressed as a negative electrode uncoated portion.
  • the positive electrode current collector may include a positive electrode holding portion coated with a positive electrode active material and a positive electrode uncoated portion not coated with the positive electrode active material, and may include a tab on the positive electrode uncoated portion.
  • the cathode current collector may include an anode uncoated portion, and may include a cathode tab 330 formed in the anode uncoated portion.
  • the positive electrode includes a positive electrode current collector; and a cathode active material layer provided on at least one surface of the cathode current collector and having a longitudinal end at the same position as the cathode current collector.
  • the positive electrode 300 includes a positive electrode current collector 301; and cathode active material layers 302 and 303 provided on at least one surface of the cathode current collector 301 and having a longitudinal end portion 310 at the same position as the cathode current collector 301.
  • one end 310 in the longitudinal direction of the anode may have a free-edge shape.
  • the slitting process may be performed after forming the active material layer on the electrode, the roll-to-roll process including the slitting process and the winding process may be performed more efficiently.
  • 'same position' means that the ends in the longitudinal direction are the same, and may include a case where the ends are formed at substantially the same position due to a process error that may occur in a slitting process or the like.
  • the positive electrode includes a positive electrode current collector; and a cathode active material layer provided on at least one surface of the cathode current collector and not having a longitudinal end at the same position as the cathode current collector.
  • the positive electrode 300 includes a positive electrode current collector 301; and positive active material layers 302 and 303 provided on at least one surface of the positive current collector 301 and not having a longitudinal end 310 at the same position as the positive current collector 301 . there is.
  • the cathode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery.
  • the cathode current collector includes stainless steel, aluminum, nickel, and titanium. , calcined carbon or aluminum or stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like can be used. That is, the cathode current collector may be provided in the form of surface-treated stainless steel or aluminum foil.
  • the cathode current collector may have a thickness of typically 3 to 50 ⁇ m, and fine irregularities may be formed on the surface of the current collector to increase adhesion of the cathode active material.
  • it may be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven fabrics.
  • the cathode active material may be a commonly used cathode active material.
  • the cathode active material may include layered compounds such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or compounds substituted with one or more transition metals; lithium iron oxides such as LiFe 3 O 4 ; lithium manganese oxides such as Li 1+x Mn 2-x O 4 (0 ⁇ x ⁇ 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 ; lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , V 2 O 5 , and Cu 2 V 2 O 7 ; Formula LiNi 1-y M y O 2 (where M is at least one selected from the group consisting of Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, and Ga, and satisfies 0.01 ⁇ y ⁇ 0.3) Ni site type lithium nickel oxide expressed; Formula LiNi 1-y M y O 2 (where
  • the cathode active material layer may further include a cathode conductive material and a cathode binder.
  • the positive electrode conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and any material that does not cause chemical change and has electronic conductivity can be used without particular limitation in the battery.
  • the cathode conductive material is graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, and carbon fiber; metal powders or metal fibers such as copper, nickel, aluminum, and silver; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; Alternatively, conductive polymers such as polyphenylene derivatives may be used, and one of them alone or a mixture of two or more may be used.
  • the positive electrode binder serves to improve adhesion between particles of the positive electrode active material and adhesion between the positive electrode active material and the positive electrode current collector.
  • specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, carboxymethylcellulose (CMC) ), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, or various copolymers thereof, and the like may be used alone or in a mixture of two or more of them.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PVDF-co-HFP vinylidene fluoride-
  • the negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative active material layer provided on the negative electrode current collector.
  • the negative electrode 100 includes a negative electrode current collector 101 and negative active material layers 102 and 103 formed on one side or both sides of the negative electrode current collector 101 and including a negative electrode active material.
  • the negative electrode active material layer is formed in the negative electrode holding part of the negative electrode current collector, and a surface not provided with the negative electrode active material layer may be expressed as an negative electrode uncoated portion.
  • the negative electrode current collector may include a negative electrode holding portion on which a negative electrode active material layer is formed and a negative electrode uncoated portion on which the negative electrode active material layer is not formed, and include a tab on the negative electrode uncoated portion.
  • the negative electrode current collector may include a negative electrode uncoated portion, and may include a negative electrode tab 130 formed on the negative electrode uncoated portion.
  • the manufactured electrode assembly may include one or more negative electrode tabs.
  • the negative active material layer may include a negative active material including at least one selected from the group consisting of silicon-based materials and carbon-based materials.
  • the anode active material layer may further include an anode conductive material and an anode binder, the anode active material; cathode conductive material;
  • materials used in the art may be used without limitation.
  • the negative electrode current collector may be conductive without causing chemical change in the battery, and is not particularly limited.
  • copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. may be used as the anode current collector.
  • transition metals that adsorb carbon well, such as copper and nickel can be used as the negative electrode current collector.
  • the thickness of the anode current collector may be 6 ⁇ m or more and 80 ⁇ m or less, but the thickness of the anode current collector is not limited thereto.
  • the negative electrode binder is polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidenefluoride, polyacrylonitrile, Polymethylmethacrylate, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, ethylene -Selected from the group consisting of propylene-diene monomer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, polyacrylic acid, and materials in which hydrogen is substituted with Li, Na or Ca, etc. It may include at least one that is, and may also include various copolymers thereof.
  • PVDF-co-HFP polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer
  • the negative electrode conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, farnes black, lamp black, and thermal black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; conductive tubes such as carbon nanotubes; metal powders such as fluorocarbon, aluminum, and nickel powder; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
  • graphite such as natural graphite or artificial graphite
  • carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, farnes black, lamp black, and thermal black
  • conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers
  • conductive tubes such as carbon nanotubes
  • metal powders such as fluorocarbon, aluminum, and nickel powder
  • conductive whiskers such as zinc
  • An exemplary embodiment of the present invention is the jelly-roll type electrode assembly; And it provides a secondary battery comprising a battery case for accommodating the electrode assembly.
  • the secondary battery may include the electrode assembly according to the above-described exemplary embodiment and a battery case for accommodating the electrode assembly.
  • the battery case may have a cylindrical shape.
  • the battery case may be cylindrical, prismatic, or pouch-shaped depending on the purpose, but if the battery case is cylindrical, it may be more suitable for accommodating a jelly-roll type electrode assembly, and if the battery case is cylindrical, the A shape of a secondary battery including a jelly-roll type electrode assembly and a battery case for accommodating the electrode assembly may be cylindrical.
  • the separator overlapping portion In the secondary battery according to the present invention, even when the electrode assembly is deformed due to contraction/expansion of the electrode during charging and discharging of the battery, internal short circuit between the positive electrode and the negative electrode is prevented by the separator overlapping portion, thereby improving battery stability and lifespan characteristics. .
  • the inside of the battery case may include an electrolyte.
  • the electrolyte may include an organic liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, or a molten inorganic electrolyte that can be used in manufacturing a lithium secondary battery, but is not limited thereto.
  • the electrolyte may include a non-aqueous organic solvent and a metal salt.
  • the non-aqueous organic solvent includes, for example, N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma- Butylolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxorane, formamide, dimethylformamide, dioxorane, acetonitrile, nitro Methane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triesters, trimethoxy methane, dioxolane derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives , ether, aprotic organic solvents such as methyl propionate
  • the metal salt may be a lithium salt
  • the lithium salt is a material that is easily soluble in the non-aqueous electrolyte solution.
  • the electrolyte in addition to the components of the electrolyte, may include, for example, halo such as difluoroethylene carbonate for the purpose of improving life characteristics of a battery, suppressing battery capacity decrease, and improving battery discharge capacity.
  • halo such as difluoroethylene carbonate
  • Alkylene carbonate compounds pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphoric acid triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazoli
  • One or more additives such as dinon, N,N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol or aluminum trichloride may be further included.

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Abstract

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

Description

젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
본 출원은 2021년 12월 7일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2021-0173898호의 출원일의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서에 포함된다. 본 발명은 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 구체적으로는 분리막중첩부를 포함하는 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 원통형 이차전지에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 제1분리막중첩부 및 제2분리막중첩부를 포함하는 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 원통형 이차전지에 관한 것이다.
원통형 전지의 경우 폭이 정해진 긴 전극을 롤 형태로 말아 젤리-롤(Jelly Roll) 형태의 전극조립체를 제조한다. 이러한 젤리-롤형 전극조립체를 전지케이스에 삽입하여 제조되는 원통형 전지는 충방전시 전극의 수축/팽창을 반복하게 된다. 특히, 젤리-롤형 전극조립체의 코어에 탭(In tab)이 위치하거나, 음극 전극 내 실리콘계 활물질이 첨가되어 전극조립체의 수축/팽창 정도가 증가하는 경우 전극조립체의 코어부에 작용하는 압력은 크게 증가하게 된다.
최근 저저항/고용량 설계가 증가함에 따라 젤리-롤형 전극조립체가 복수의 탭을 포함하거나, 실리콘계 활물질이 첨가되는 경우가 증가하고 있으며, 이에 따라, 전극조립체의 수축/팽창에 따른 상기 코어부에 위치하는 전극조립체의 변형 가능성이 증가하고, 특히 음극 및 양극 사이에 위치하는 분리막이 파손되는 경우 음극 및 양극이 직접 접촉하여 내부 쇼트로 인해 발열 및 발화가 발생하는 문제가 있었다.
이러한 전극조립체의 변형에 따른 분리막 파손 및 내부 쇼트 발생 문제를 해결하기 위하여 해당 영역의 음극 및 분리막을 보호하고, 내부 쇼트 발생을 억제할 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 젤리-롤형 전극조립체의 설계를 변경한 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 제공하고자 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
음극; 제1분리막; 양극; 및 제2분리막이 차례대로 적층되어 권취된 젤리-롤형 전극조립체에 있어서, 상기 양극은 상기 젤리-롤형 전극조립체의 권취축 방향인 제1면과, 상기 제1면의 반대면인 제2면을 포함하고, 상기 전극조립체의 코어부에 위치한 상기 양극의 길이방향 일 단부에서, 상기 양극의 제1면 및 상기 양극의 제2면 상에 각각 구비되는 제1분리막중첩부 및 제2분리막중첩부를 포함하고, 상기 제1분리막중첩부 및 상기 제2분리막중첩부는 중첩되어 배치되는 분리막이 3 겹 이상인 것인 젤리-롤형 전극조립체를 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태는 상기 젤리-롤형 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 수용하기 위한 전지케이스를 포함하는 것인 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체는 코어부 분리막의 절곡구조를 변경한 분리막중첩부를 포함함으로써, 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형으로부터 음극 및 분리막 손상을 방지하고, 분리막 손상이 발생하는 경우에도 상기 분리막중첩부에 의해 양극 및 음극 간 내부 쇼트를 방지하여 전지 안정성 및 수명 특성이 개선될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지는 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형 시에도 상기 분리막중첩부에 의해 양극 및 음극 간 내부 쇼트를 방지함으로써, 전지 안정성 및 수명 특성이 개선될 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본원 명세서 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 횡단면 및 코어부를 모식적으로 도시한 것이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 분리막중첩부를 모식적으로 도시한 것이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 분리막중첩부를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 10는 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 분리막중첩부를 포함하는 코어부를 모식적으로 도시한 것이다.
[부호의 설명]
1000: 젤리-롤형 전극조립체
C: 코어부
100, 100': 음극
101: 음극 집전체
102, 103: 음극 활물질층
110: 음극의 길이방향 단부
130: 음극 탭
20: 제1분리막
300: 양극
301: 양극 집전체
302, 303: 양극 활물질층
310: 양극의 길이방향 단부
330: 양극 탭
40: 제2분리막
50: 단차부
60: 빈 공간
S1: 제1 분리막중첩부
S2: 제2 분리막중첩부
L, L’: 단차부의 길이방향 단부와 양극의 길이방향 단부 간 이격거리
T: 양극의 두께
L11, L12: 제1 분리막중첩부의 길이방향 단부와 양극의 길이방향 단부 간 이격거리
L21, L22: 제2 분리막중첩부의 길이방향 단부와 양극의 길이방향 단부 간 이격거리
P: 조각 분리막
L13, L14: 제1 분리막중첩부에 포함되는 조각 분리막의 길이방향 단부와 양극의 길이방향 단부 간 이격거리
L23, L24: 제2 분리막중첩부에 포함되는 조각 분리막의 길이방향 단부와 양극의 길이방향 단부 간 이격거리
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 발명의 일 실시상태는 음극; 제1분리막; 양극; 및 제2분리막이 차례대로 적층되어 권취된 젤리-롤형 전극조립체에 있어서, 상기 양극은 상기 젤리-롤형 전극조립체의 권취축 방향인 제1면과, 상기 제1면의 반대면인 제2면을 포함하고, 상기 전극조립체의 코어부에 위치한 상기 양극의 길이방향 일 단부에서, 상기 양극의 제1면 및 상기 양극의 제2면 상에 각각 구비되는 제1분리막중첩부 및 제2분리막중첩부를 포함하고, 상기 제1분리막중첩부 및 상기 제2분리막중첩부는 중첩되어 배치되는 분리막이 3 겹 이상인 것인 젤리-롤형 전극조립체를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체는 코어부 분리막의 절곡구조를 변경한 분리막중첩부를 포함함으로써, 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형으로부터 음극 및 분리막 손상을 방지할 수 있고, 분리막 손상이 발생하는 경우에도 상기 분리막중첩부에 의해 양극 및 음극 간 내부 쇼트를 방지하여 전지 안정성 및 수명 특성이 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 횡단면 및 코어부를 모식적으로 도시한 것이다. 구체적으로, 도 2의 (a)는 도 1의 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체를 A-A' 방향으로 절단한 단면도이고, 도 2의 (b)는 상기 전극조립체의 코어부를 모식적으로 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전극조립체의 코어부에서, 상기 음극은 상기 양극의 길이방향 단부보다 길게 연장되어 추가 권취되는 것일 수 있다. 구체적으로, 도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 음극(100')은 상기 양극의 길이방향 단부(310)보다 길게 연장되어 추가 권취되는 것일 수 있다. 즉, 상기 음극(100')의 권취가 소정의 길이만큼 이루어진 후에, 상기 양극(300)과 함께 권취가 이루어지는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 음극(100')이 권심의 둘레를 1 턴(turn) 이상 권취된 후에, 상기 양극(300)과 함께 권취가 이루어지는 것일 수 있다. 즉, 상기 젤리-롤형 전극조립체의 코어부에서, 상기 음극의 길이방향 단부는 상기 양극의 길이방향 단부보다 내측에 위치하는 것일 수 있다. 다시 말해, 상기 음극의 길이 및 폭은 상기 양극보다 큰 것일 수 있다. 상기 음극이 상기 양극의 길이방향 단부보다 길게 연장되어 추가 권취되는 경우, 전지의 화학반응에서 양극의 리튬 이온의 음극으로의 전달이 보다 용이할 수 있다. 음극의 길이나 폭이 더 넓게 형성되는 경우, 리튬 이온을 받는 음극의 면적이 증가하여 충/방전 효율의 감소를 방지할 수 있고, 전지 안정성 및 수명 특성이 우수할 수 있다. 여기서, 상기 코어부는 전극조립체의 권취축에 위치한 중공; 및 권취된 음극/제1분리막/양극/제2분리막의 적층구조 일부를 포함하는 영역으로서, 상기 전극조립체의 최내각에 위치하는 상기 양극의 길이방향 일 단부로부터 상기 양극의 2 턴(Turn) 이내의 영역을 의미하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전극조립체의 코어부는, 상기 음극이 상기 양극의 길이방향 단부를 덮고 있는 영역인 단차부를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 단차부는 상기 코어부의 음극이 상기 양극의 권취가 시작되는 길이방향 단부를 덮고 있는 영역, 즉 양극의 길이방향 단부의 두께에 의해 단차가 형성되는 영역을 의미하는 것일 수 있다. 상기 단차부는 음극이 양극의 길이방향 단부를 덮고 있으며, 양극 길이방향 단부 옆의 공간이 양극의 두께로 인해 비어 있는 것일 수 있다. 이 때, 양극 두께에 의한 단차는 대면하는 음극에 응력을 형성하게 되고, 상기 응력은 충방전 시 상기 음극의 양극에 대향하는 면의 반대면에 집중되어 음극 크랙을 유발하는 것일 수 있다. 또한, 상기 단차부는 전지 충방전 시 전극 수축/팽창이 일어나는 경우, 날카로운 양극의 길이방향 단부에 의해 상기 양극의 제1면 및 제2면 상의 분리막 및 음극의 손상(Core Impingement)이 집중되는 영역일 수 있다.
도 2의 (b)를 참고하면, 상기 전극조립체의 코어부(C)는 양극(300)의 길이가 나머지 층보다 짧을 수 있고, 상기 음극(100)/양극의 길이방향 단부(310)/음극(100')으로 둘러싸인 빈 공간(60)이 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 코어부(C)는, 상기 양극의 길이방향 단부(310)를 중심으로, 권취된 상태에서 음극(100')/분리막(미도시)/양극(300)/분리막(미도시)/음극(100)의 적층구조를 형성하는 영역과, 음극(100')/분리막(미도시)/빈 공간(60)/분리막(미도시)/음극(100)의 적층구조를 형성하는 영역을 포함하는 단차부(50)를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 단차부(50)는 상기 양극의 길이방향 단부(310)를 중심으로, 일측에 상기 양극의 길이방향 단부(310)로부터 상기 음극(100, 100')이 서로 직접 접하는 지점까지의 영역, 즉 양극의 두께(T)에 의해 소정의 길이방향 길이(L)를 갖는 제1영역을 포함하는 것일 수 있고, 상기 제1영역은 상기 음극(100, 100') 사이에 빈 공간(50)을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 단차부(50)는 상기 양극의 길이방향 단부(310)를 중심으로, 타측에 상기 제1영역과 동일한 길이방향 길이(L')를 갖는 제2영역을 포함하는 것일 수 있고, 상기 제2영역은 상기 음극(100, 100') 사이에 양극(300)을 포함하는 영역을 의미하는 것일 수 있다. 즉, 상기 단차부(50)는 상기 양극의 길이방향 단부(310)를 중심으로, L+L'=L+L=2L의 전체 길이를 갖는 영역을 의미하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 젤리-롤형 전극조립체는 복수의 분리막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 젤리-롤형 전극조립체는 음극/제1분리막/양극/제2분리막/을 순서대로 적층한 구조일 수 있다. 상기 분리막(20, 40)은 음극(100)과 양극(300)을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 이차전지에서 분리막으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해질 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2 층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또한, 상기 분리막은 통상적으로 10 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 두께를 가질 수 있고, 전술한 분리막 소재를 기재층으로 하여, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 슬러리를 기재층 상에 코팅한 분리막이 사용될 수 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극은 상기 전극조립체의 코어부에 위치한 상기 양극의 길이방향 일 단부에서, 상기 양극의 제1면 및 상기 양극의 제2면 상에 각각 구비되는 제1분리막중첩부 및 제2분리막중첩부를 포함하는 것일 수 있다. 상기 양극의 제1면 및 상기 양극의 제2면 상에 각각 구비되는 제1분리막중첩부 및 제2분리막중첩부를 포함하는 경우, 상기 양극의 길이방향 단부에 의해 발생할 수 있는 음극 및 분리막 손상을 방지하고, 분리막 손상이 발생하는 경우에도 상기 분리막중첩부에 의해 양극 및 음극 간 내부 쇼트를 방지하여 전지 안정성 및 수명 특성이 개선될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1분리막중첩부 및 상기 제2분리막중첩부는 중첩되어 배치되는 분리막이 3 겹 이상인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1분리막중첩부 및 상기 제2분리막중첩부는 중첩되어 배치되는 분리막이 3 겹 이상 5 겹 이하인 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1분리막중첩부 및 상기 제2분리막중첩부는 중첩되어 배치되는 분리막이 3 겹, 4 겹 또는 5 겹인 것일 수 있다. 상기 중첩되어 배치되는 분리막이 3 겹 미만인 경우 음극 및 분리막 손상 방지 효과가 열등할 수 있고, 5 겹 초과인 경우 상기 분리막중첩부의 두께에 의해 추가적인 단차가 형성되어 해당 영역에 응력이 집중될 수 있고, 추가적인 분리막 손상이 발생하거나 전해액 부족에 따른 리튬 석출 등 국부적인 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1분리막중첩부 및 상기 제2분리막중첩부는 상기 양극의 길이방향 단부로부터 연장된 상기 제1분리막 및 상기 제2분리막이 중첩된 것일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체는 음극; 제1분리막; 양극; 및 제2분리막이 차례대로 적층되어 권취된 것일 수 있고, 상기 양극은 상기 젤리-롤형 전극조립체의 권취축 방향인 제1면과, 상기 제1면의 반대면인 제2면을 포함하는 것일 수 있다. 이 때, 상기 양극의 제1면과 대면하는 상기 제1분리막은, 상기 양극의 길이방향 단부로부터 연장되고 절곡됨으로써, 상기 양극의 제2면 상의 상기 제2분리막과 중첩되어 상기 제2분리막중첩부를 형성하는 것일 수 있다. 또한, 상기 양극의 제2면과 대면하는 상기 제2분리막은, 상기 양극의 길이방향 단부로부터 연장되고 절곡됨으로써, 상기 양극의 제1면 상의 상기 제1 분리막과 중첩되어 상기 제1분리막중첩부를 형성하는 것일 수 있다. 이를 통해, 전극조립체에 포함되는 분리막들의 간단한 절곡구조에 의해 제1분리막중첩부 및 제2분리막중첩부를 구성하는 분리막이 3 겹 이상이 되도록 하는 것일 수 있다. 즉, 별도의 추가 분리막 등을 구비하지 않고 상기 제1분리막 및 제2분리막으로부터 일체로 연장된 절곡구조에 의해 제1분리막중첩부 및 제2분리막중첩부를 형성할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 분리막중첩부를 모식적으로 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1분리막의 길이방향 단부는 상기 양극의 길이방향 단부를 감싸도록 절곡되어 상기 양극의 제2면 측에 위치하고, 상기 제2분리막의 길이방향 단부는 상기 절곡된 제1분리막을 감싸도록 절곡되어 상기 양극의 제1면 측에 위치하는 것일 수 있다. 구체적으로, 도 3의 (a), 도 4의 (a) 및 도 5의 (a)를 참고하면, 상기 제1분리막(20)의 길이방향 단부는 상기 양극의 길이방향 단부(310)를 감싸도록 절곡되어 상기 양극(300)의 제2면 측에 위치하고, 상기 제2분리막(40)의 길이방향 단부는 상기 절곡된 제1분리막(20)을 감싸도록 절곡되어 상기 양극(300)의 제1면 측에 위치하는 것일 수 있다. 이를 통해, 상기 제1분리막(20)은 상기 양극(300)의 제2면 상의 상기 제2분리막(40)과 중첩되어 상기 제2분리막중첩부(S2)를 형성할 수 있고, 상기 제2분리막(40)은 상기 양극(300)의 제1면 상의 상기 제1분리막(20)과 중첩되어 상기 제1분리막중첩부(S1)을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2분리막의 길이방향 단부는 상기 양극의 길이방향 단부를 감싸도록 절곡되어 상기 양극의 제1면 측에 위치하고, 상기 제1분리막의 길이방향 단부는 상기 절곡된 제2분리막을 감싸도록 절곡되어 상기 양극의 제2면 측에 위치하는 것일 수 있다. 구체적으로, 도 3의 (b), 도 4의 (b) 및 도 5의 (b)를 참고하면, 상기 제2분리막(40)의 길이방향 단부는 상기 양극의 길이방향 단부(310)를 감싸도록 절곡되어 상기 양극(300)의 제1면 측에 위치하고, 상기 제1분리막(20)의 길이방향 단부는 상기 절곡된 제2분리막(40)을 감싸도록 절곡되어 상기 양극(300)의 제2면 측에 위치하는 것일 수 있다. 이를 통해, 상기 제2분리막(40)은 상기 양극(300)의 제1면 상의 상기 제1분리막(20)과 중첩되어 상기 제1분리막중첩부(S1)을 형성할 수 있고, 상기 제1분리막(20)은 상기 양극(300)의 제2면 상의 상기 제2분리막(40)과 중첩되어 상기 제2분리막중첩부(S2)를 형성할 수 있다.
여기서, 'A를 감싸도록 절곡'의 의미는 제조공정에 따라 A와 대면하는 분리막이 A와 소정의 거리만큼 이격된 위치에서 절곡되어 되접힘으로써, 절곡되기 전 분리막과 절곡된 이후 분리막이 A를 개재하여 서로 맞닿아 중첩되는 경우도 포함한다. 다시 말해, 절곡되기 전 분리막과 절곡된 이후 분리막이 A를 개재하지 않고 서로 직접 맞닿아 중첩되는 영역; 및 A를 개재하여 중첩되는 영역을 포함하는 것일 수 있다. 이 때, A와 대면하는 분리막의 절곡부가 A와 인접하여 상기 분리막의 절곡부가 A와 직접 맞닿는 경우를 포함함은 자명하다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1분리막중첩부는, 상기 제1분리막; 및 상기 양극의 길이방향 단부를 감싸도록 절곡되어 상기 양극의 제1면 상에 위치하는 제2분리막이 중첩된 것일 수 있다. 다시 말해, 상기 양극의 제2면과 대면하는 상기 제2분리막은, 상기 양극의 길이방향 단부로부터 연장되어 상기 양극의 길이방향 단부를 감싸도록 절곡됨으로써, 상기 양극의 제1면 상의 상기 제1 분리막과 중첩되어 상기 제1분리막중첩부를 형성하는 것일 수 있다. 이를 통해, 보다 간단한 절곡구조에 의해 분리막이 3 겹 이상인 제1분리막중첩부를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1분리막의 길이방향 단부 및 상기 제2분리막의 길이방향 단부는, 상기 양극의 제1면 또는 제2면 상에서 상기 양극에 대향하는 방향 또는 상기 양극에 대향하는 방향의 반대방향으로 절곡되어 추가 중첩되는 것일 수 있다. 이 때, 상기 제1분리막의 길이방향 단부 및 상기 제2분리막의 길이방향 단부의 절곡 방향은 서로 상이하거나 동일한 것일 수 있다. 이를 통해, 간단한 절곡구조의 변경을 통해 서로 중첩되는 분리막의 대면방향을 조절할 수 있다. 또한, 상기 분리막은 일면 또는 양면에 코팅층이 형성된 것일 수 있고, 일면 및 타면의 거칠기가 동일하거나 상이한 것일 수 있으므로, 상기 분리막의 대면방향 조절을 통해 분리막중첩부에 포함되는 분리막-분리막 간 또는 분리막-전극 간 마찰계수를 조절하는 것일 수 있다.
특히, 일면 상에 코팅층이 형성된 분리막이 사용되는 경우, 분리막중첩부의 절곡구조 변경에 따라 서로 대면하는 분리막-분리막 간 또는 분리막-전극 간 마찰계수 조절이 용이할 수 있다. 또한, 경우에 따라 후술하는 바와 같이 일면 또는 양면에 코팅층이 형성된 조각 분리막을 사용하는 경우, 분리막-분리막 간 또는 분리막-전극 간 마찰계수 조절이 보다 용이할 수 있다. 이를 통해, 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형으로부터 음극 및 분리막 손상을 방지하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2분리막의 길이방향 단부는 상기 양극의 제1면 상에서 상기 양극에 대향하는 방향으로 절곡되어 추가 중첩되는 것일 수 있다. 구체적으로, 도 4의 (b)를 참고하면, 상기 제1분리막중첩부(S1)는, 상기 제1분리막(20); 및 상기 양극의 길이방향 단부(310)를 감싸도록 절곡되어 상기 양극(300)의 제1면 상에 위치하는 제2분리막(40)이 중첩된 것일 수 있고, 상기 제2분리막(40)의 길이방향 단부는 상기 양극(300)의 제1면 상에서 상기 양극(300)에 대향하는 방향, 즉 상기 젤리-롤형 전극조립체의 권취축 방향의 반대 방향으로 절곡되어 추가 중첩되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2분리막의 길이방향 단부는 상기 양극의 제1면 상에서 상기 양극에 대향하는 방향의 반대 방향으로 절곡되어 추가 중첩되는 것일 수 있다. 구체적으로, 도 3의 (b)를 참고하면, 상기 제1분리막중첩부(S1)는, 상기 제1분리막(20); 및 상기 양극의 길이방향 단부(310)를 감싸도록 절곡되어 상기 양극(300)의 제1면 상에 위치하는 제2분리막(40)이 중첩된 것일 수 있고, 상기 제2분리막(40)의 길이방향 단부는 상기 양극(300)의 제1면 상에서 상기 양극(300)에 대향하는 방향의 반대 방향, 즉 상기 젤리-롤형 전극조립체의 권취축 방향으로 절곡되어 추가 중첩되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2분리막중첩부는, 상기 제2분리막; 및 상기 양극의 길이방향 단부를 감싸도록 절곡되어 상기 양극의 제2면 상에 위치하는 제1분리막이 중첩된 것일 수 있다. 다시 말해, 상기 양극의 제1면과 대면하는 상기 제1분리막은, 상기 양극의 길이방향 단부로부터 연장되어 상기 양극의 길이방향 단부를 감싸도록 절곡됨으로써, 상기 양극의 제2면 상의 상기 제2 분리막과 중첩되어 상기 제2분리막중첩부를 형성하는 것일 수 있다. 이를 통해, 보다 간단한 절곡구조에 의해 분리막이 3 겹 이상인 제2분리막중첩부를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1분리막의 길이방향 단부는 상기 양극의 제2면 상에서 상기 양극에 대향하는 방향으로 절곡되어 추가 중첩되는 것일 수 있다. 구체적으로, 도 4의 (a)를 참고하면, 상기 제2분리막중첩부(S2)는, 상기 제2분리막(40); 및 상기 양극의 길이방향 단부(310)를 감싸도록 절곡되어 상기 양극(300)의 제2면 상에 위치하는 제1분리막(20)이 중첩된 것일 수 있고, 상기 제1분리막(20)의 길이방향 단부는 상기 양극(300)의 제2면 상에서 상기 양극(300)에 대향하는 방향, 즉 상기 젤리-롤형 전극조립체의 권취축 방향으로 절곡되어 추가 중첩되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1분리막의 길이방향 단부는 상기 양극의 제2면 상에서 상기 양극에 대향하는 방향의 반대 방향으로 절곡되어 추가 중첩되는 것일 수 있다. 구체적으로, 도 3의 (a)를 참고하면, 상기 제2분리막중첩부(S2)는, 상기 제2분리막(40); 및 상기 양극의 길이방향 단부(310)를 감싸도록 절곡되어 상기 양극(300)의 제2면 상에 위치하는 제1분리막(20)이 중첩된 것일 수 있고, 상기 제1분리막(20)의 길이방향 단부는 상기 양극(300)의 제2면 상에서 상기 양극(300)에 대향하는 방향의 반대 방향, 즉 상기 젤리-롤형 전극조립체의 권취축 방향의 반대 방향으로 절곡되어 추가 중첩되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1분리막의 길이방향 단부는 상기 양극의 제2면 상에서 상기 양극에 대향하는 방향으로 절곡되어 추가 중첩되고, 상기 제2분리막의 길이방향 단부는 상기 양극의 제1면 상에서 상기 양극에 대향하는 방향의 반대 방향으로 절곡되어 추가 중첩되는 것일 수 있다. 구체적으로, 도 5의 (a)를 참고하면, 상기 제1분리막(20)의 길이방향 단부는 상기 양극(300)의 제2면 상에서 상기 양극(300)에 대향하는 방향으로 절곡되어 추가 중첩됨으로써 상기 제2분리막중첩부(S2)를 형성하고, 상기 제2분리막(40)의 길이방향 단부는 상기 양극(300)의 제1면 상에서 상기 양극(300)에 대향하는 방향의 반대 방향으로 절곡되어 추가 중첩됨으로써 상기 제1분리막중첩부(S1)를 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1분리막의 길이방향 단부는 상기 양극의 제2면 상에서 상기 양극에 대향하는 방향의 반대 방향으로 절곡되어 추가 중첩되고, 상기 제2분리막의 길이방향 단부는 상기 양극의 제1면 상에서 상기 양극에 대향하는 방향으로 절곡되어 추가 중첩되는 것일 수 있다. 구체적으로, 도 5의 (b)를 참고하면, 상기 제1분리막(20)의 길이방향 단부는 상기 양극(300)의 제2면 상에서 상기 양극(300)에 대향하는 방향의 반대 방향으로 절곡되어 추가 중첩됨으로써 상기 제1분리막중첩부(S2)를 형성하고, 상기 제2분리막(40)의 길이방향 단부는 상기 양극(300)의 제1면 상에서 상기 양극(300)에 대향하는 방향으로 절곡되어 추가 중첩됨으로써 상기 제1분리막중첩부(S1)를 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1분리막중첩부(S1) 및 상기 제2분리막중첩부(S2)는 각각 상기 양극의 길이방향 단부(310)를 중심으로, 제2분리막(40) 또는 제1분리막(20)이 추가 절곡되는 위치까지의 영역, 즉 상기 양극의 제1면 또는 제2면 상의 영역을 포함할 수 있고, 상기 제1면 또는 제2면 상의 영역의 길이는 L11 또는 L21로 표현되는 것일 수 있다.
또한, 상기 제1분리막중첩부(S1) 및 상기 제2분리막중첩부(S2)는 각각 상기 양극의 길이방향 단부(310)를 중심으로, 상기 제2분리막(40) 또는 상기 제1분리막(20)의 길이방향 단부까지의 영역, 즉 상기 제1분리막중첩부 및 상기 제2분리막중첩부가 상기 양극(300)과 직접 맞닿지 않는 영역을 포함할 수 있고, 상기 제1분리막중첩부 및 상기 제2분리막중첩부가 상기 양극(300)과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이방향 길이는 각각 L12 또는 L22로 표현되는 것일 수 있다.
이 때, 상기 제1분리막중첩부(S1)의 길이방향 길이는 L11+L12일 수 있고, 상기 제2분리막중첩부(S2)의 길이방향 길이는 L21+L22일 수 있으며, 상기 제1분리막중첩부(S1)의 길이방향 길이와 상기 제2분리막중첩부(S2)의 길이방향 길이는 서로 동일하거나 상이한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 분리막중첩부의 제2분리막 또는 제1분리막이 추가 절곡되는 위치까지의 영역의 길이; 및 상기 제2분리막 또는 상기 제1분리막의 길이방향 단부까지의 영역의 길이는 각각 서로 동일하거나 상이한 것일 수 있다. 즉, 상기 양극의 제1면 상의 상기 제1분리막중첩부의 길이(L11) 및 제2면 상의 제2분리막중첩부의 길이(L21)는, 제1분리막중첩부 및 제2분리막중첩부가 상기 양극(300)과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이(L12, L22)와 각각 서로 동일하거나 상이한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극의 제1면 상의 상기 제1분리막중첩부의 길이방향 길이는, 상기 전극조립체의 내주면 둘레 100 %를 기준으로 10 % 이상 100 % 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 양극의 제1면 상의 상기 제1분리막중첩부의 길이방향 길이(L11)는, 상기 전극조립체의 내주면 둘레 100 %를 기준으로 10 % 이상, 20 % 이상, 30 % 이상, 40 % 이상 또는 50 % 이상인 것일 수 있고, 100 % 이하, 90 % 이하, 80 % 이하, 70 % 이하 또는 60 % 이하인 것일 수 있다.
또한, 상기 양극의 제1면 상의 상기 제1분리막중첩부의 길이방향 길이는, 상기 전극조립체의 코어부 내주면의 1/10 턴(turn) 이상 1 턴(turn) 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 양극의 제1면 상의 상기 제1분리막중첩부의 길이방향 길이(L21)는, 상기 전극조립체의 코어부 내주면의 1/10 턴 이상, 1/5 턴 이상, 1/3 턴 이상 또는 1/2 턴 이상인 것일 수 있고, 1 턴 이하, 4/5 턴 이하, 2/3 턴 이하 또는 1/2 턴 이하인 것일 수 있다.
전술한 상기 양극의 제1면 상의 제1분리막중첩부의 길이방향 길이 범위를 만족하는 경우, 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형으로부터 상기 양극의 권취축 방향인 제1면에 대향하는 음극 및 분리막 손상을 방지하면서도, 리튬 이온을 받는 음극의 면적이 지나치게 감소하여 충/방전 효율의 감소되는 것을 방지할 수 있고, 전지 안정성 및 수명 특성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극의 제1면 상의 상기 제1분리막중첩부의 길이방향 길이는 1 mm 이상 10 mm 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 양극의 제1면 상의 상기 제1분리막중첩부의 길이방향 길이(L21)는 1 mm 이상, 2 mm 이상, 3 mm 이상, 4 mm 이상 또는 5 mm 이상인 것일 수 있고, 10 mm 이하, 9 mm 이하, 8 mm 이하, 7 mm 이하 또는 6 mm 이하인 것일 수 있다. 다시 말해, 상기 제1분리막중첩부는 상기 양극(300)과 상기 양극의 제1면에 대향하는 상기 음극(100') 사이에, 상기 양극의 길이방향 단부(310)로부터 1 mm 이상 10 mm 이하 배치되는 것일 수 있고, 예를 들어, 3 mm 이상 5 mm 이하 배치되는 것일 수 있다. 전술한 상기 양극의 제1면 상의 상기 제1분리막중첩부의 길이방향 길이 범위를 만족하는 경우, 상기 제2분리막 투입 시 공정오차가 존재하는 경우에도, 상기 제1분리막중첩부가 상기 양극과 상기 양극의 제1면에 대향하는 상기 음극 사이에 배치될 수 있으므로, 상기 양극의 제1면에 대향하는 음극 및 분리막 손상을 방지하기에 충분한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극의 제2면 상의 상기 제2분리막중첩부의 길이방향 길이는, 상기 전극조립체의 내주면 둘레 100 %를 기준으로 10 % 이상 100 % 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 양극의 제2면 상의 상기 제2분리막중첩부의 길이방향 길이(L21)는, 상기 전극조립체의 내주면 둘레 100 %를 기준으로 10 % 이상, 20 % 이상, 30 % 이상, 40 % 이상 또는 50 % 이상인 것일 수 있고, 100 % 이하, 90 % 이하, 80 % 이하, 70 % 이하 또는 60 % 이하인 것일 수 있다.
또한, 상기 양극의 제2면 상의 상기 제2분리막중첩부의 길이방향 길이는, 상기 전극조립체의 코어부 내주면의 1/10 턴(turn) 이상 1 턴(turn) 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 양극의 제2면 상의 상기 제2분리막중첩부의 길이방향 길이(L21)는, 상기 전극조립체의 코어부 내주면의 1/10 턴 이상, 1/5 턴 이상, 1/3 턴 이상 또는 1/2 턴 이상인 것일 수 있고, 1 턴 이하, 4/5 턴 이하, 2/3 턴 이하 또는 1/2 턴 이하인 것일 수 있다.
전술한 상기 양극의 제2면 상의 제2분리막중첩부의 길이방향 길이 범위를 만족하는 경우, 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형으로부터 상기 양극의 권취축 방향의 반대방향인 제2면에 대향하는 음극 및 분리막 손상을 방지하면서도, 리튬 이온을 받는 음극의 면적이 지나치게 감소하여 충/방전 효율의 감소되는 것을 방지할 수 있고, 전지 안정성 및 수명 특성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극의 제2면 상의 상기 제2분리막중첩부의 길이방향 길이는 1 mm 이상 10 mm 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2분리막중첩부는 상기 양극(300)과 상기 양극의 제2면에 대향하는 상기 음극(100) 사이에, 상기 양극의 길이방향 단부(310)로부터 1 mm 이상 10 mm 이하 배치되는 것일 수 있고, 예를 들어, 3 mm 이상 5 mm 이하 배치되는 것일 수 있다. 전술한 상기 양극의 제2면 상의 상기 제2분리막중첩부의 길이방향 길이 범위를 만족하는 경우, 상기 제1분리막 투입 시 공정오차가 존재하는 경우에도, 상기 제2분리막중첩부가 상기 양극과 상기 양극의 제2면에 대향하는 상기 음극 사이에 배치될 수 있으므로, 상기 양극의 제2면에 대향하는 음극 및 분리막 손상을 방지하기에 충분한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이 및 제2분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이는, 서로 동일하거나 상이한 것일 수 있고, 상기 전극조립체의 내주면 둘레 100 %를 기준으로 각각 50 % 이상 500 % 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이(L12) 및 제2분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이(L22)는, 서로 동일하거나 상이한 것일 수 있고, 상기 전극조립체의 내주면 둘레 100 %를 기준으로 각각 50 % 이상, 100 % 이상, 150 % 이상, 200 % 이상 또는 250 % 이상인 것일 수 있고, 500 % 이하, 450 % 이하, 400 % 이하, 350 % 이하 또는 300 % 이하인 것일 수 있다.
또한, 상기 제1분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이 및 제2분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이는, 상기 전극조립체의 코어부 내주면의 1/2 턴(turn) 이상 5 턴(turn) 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이(L12) 및 제2분리막중첩부(L22)가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이는, 상기 전극조립체의 코어부 내주면의 1/2 턴 이상, 1 턴 이상, 3/2 턴 이상 또는 2 턴 이상인 것일 수 있고, 5 턴 이하, 9/2 턴 이하, 4 턴 이하 또는 7/2 턴 이하인 것일 수 있다.
전술한 상기 제1분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이 및 제2분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이 범위를 만족하는 경우, 별도의 고정부재 없이도 상기 제1분리막중첩부 및 제2분리막중첩부가 상기 양극과 상기 양극에 대향하는 상기 음극 사이에 배치될 수 있고, 별도의 설비 없이도 기존 설비를 이용하여 제1분리막중첩부 및 제2분리막중첩부를 형성할 수 있으므로, 생산성이 개선될 수 있다.
도 3 내지 도 5 및 도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 분리막중첩부를 모식적으로 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 3 내지 도 5는 제1분리막 및 제2분리막의 절곡형태를 달리한 분리막중첩부의 실시상태들을 모식적으로 나타낸 것이다. 또한, 상기 제1분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이; 제2분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이; 및 상기 양극의 길이방향 단부의 형태를 제외하고, 도 7은 도 3의 (a)에 대응하고, 도 8은 도 4의 (a)에 대응하는 분리막중첩부를 모식적으로 도시한 것이다.
도 10는 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 분리막중첩부를 포함하는 코어부를 모식적으로 도시한 것이다. 구체적으로, 도 10은 도 7의 분리막중첩부를 포함하는 코어부를 모식적으로 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이 및 제2분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이는, 서로 동일하거나 상이한 것일 수 있고, 상기 전극조립체의 내주면 둘레 100 %를 기준으로 각각 50 % 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이(L12) 및 제2분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이(L22)는, 서로 동일하거나 상이한 것일 수 있고, 상기 전극조립체의 내주면 둘레 100 %를 기준으로 각각 50 % 이하, 45 % 이하, 40 % 이하, 35 % 이하 또는 30 % 이하인 것일 수 있다.
또한, 상기 제1분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이 및 제2분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이는, 상기 전극조립체의 코어부 내주면의 1/2 턴(turn) 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이(L12) 및 제2분리막중첩부(L22)가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이는, 상기 전극조립체의 코어부 내주면의 1/2 턴 이하, 1/3 턴 이하, 1/4 턴 이하 또는 1/5 턴 이하인 것일 수 있다.
전술한 상기 제1분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이 및 제2분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이 범위를 만족하는 경우, 후술하는 바와 같이 상기 제1분리막중첩부 및 제2분리막중첩부가 상기 양극과 상기 양극에 대향하는 상기 음극 사이에 배치될 수 있도록 추가의 고정부재를 더 포함하는 것일 수 있고, 상기 제1분리막중첩부 및 제2분리막중첩부의 일측이 상기 양극의 제1면 또는 제2면 상에 직접 고정될 수 있으므로, 상기 양극의 제1면 또는 제2면에 대향하는 음극 및 분리막 손상 방지 효과가 보다 우수한 것일 수 있다.
도 6 및 도 9는 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 분리막중첩부를 모식적으로 도시한 것이다. 구체적으로, 도 6은 조각 분리막을 포함하는 분리막중첩부의 일 실시상태를 모식적으로 도시한 것이고, 도 9는 상기 제1분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이; 제2분리막중첩부가 상기 양극과 직접 맞닿지 않는 영역의 길이; 및 상기 양극의 길이방향 단부의 형태를 제외하고, 도 6의 (a)에 대응하는 분리막중첩부를 모식적으로 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1분리막중첩부 및 상기 제2분리막중첩부 중 적어도 어느 하나는 조각 분리막을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 도 6의 (a), (b) 및 도 9를 참고하면, 상기 양극(300)의 제1면 상에 구비되는 상기 제1분리막중첩부(S1)는, 제1분리막(20); 및 상기 양극의 길이방향 단부로부터 연장된 상기 제2분리막(40)과 조각 분리막(P)을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 양극(300)의 제2면 상에 구비되는 상기 제2분리막중첩부(S2)는, 제2분리막(40); 및 상기 양극의 길이방향 단부로부터 연장된 상기 제1분리막(20)과 조각 분리막(P)을 포함하는 것일 수 있다. 상기 제1분리막중첩부 및 상기 제2분리막중첩부 중 적어도 어느 하나가 조각 분리막을 포함하는 경우, 보다 간단하게 분리막중첩부를 구성하는 분리막이 3 겹 이상이 되도록 조절할 수 있고, 조각 분리막의 일면 또는 양면에 코팅층을 형성함으로써, 분리막중첩부에 포함되는 분리막-분리막 간 또는 분리막-양극 간 마찰계수를 보다 용이하게 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1분리막중첩부(S1) 및 상기 제2분리막중첩부(S2)는 각각 상기 양극의 길이방향 단부(310)를 중심으로, 상기 조각 분리막(P)의 길이방향 일 단부까지의 영역을 포함할 수 있고, 상기 영역의 길이방향 길이는 각각 L13 및 L23로 표현되는 것일 수 있다. 또한, 상기 제1분리막중첩부(S1) 및 상기 제2분리막중첩부(S2)는 각각 상기 양극의 길이방향 단부(310)를 중심으로, 상기 조각 분리막(P)의 길이방향 타 단부까지의 영역을 포함할 수 있고, 상기 영역의 길이방향 길이는 각각 각각 L14 및 L24로 표현되는 것일 수 있다. 상기 L13과 L14, L23과 L24는 서로 동일하거나 상이할 수 있고, 상기 제1분리막중첩부(S1)에 포함되는 조각 분리막의 길이방향 길이는 L13+L14일 수 있고, 상기 제2분리막중첩부(S2)에 포함되는 조각 분리막의 길이방향 길이는 L23+L24일 수 있다.
또한, 상기 L13 및 L23는 각각 L11 및 L21과 서로 동일하거나 상이할 수 있고, 상기 L14 및 L24는 각각 L12 및 L22과 서로 동일하거나 상이할 수 있고, 상기 제1분리막중첩부(S1)의 길이방향 길이와 상기 제1분리막중첩부(S1)에 포함되는 조각 분리막(P)의 길이방향 길이(L13+L14)는 서로 동일하거나 상이한 것일 수 있고, 상기 제2분리막중첩부(S2)의 길이방향 길이와 상기 제2분리막중첩부(S2)에 포함되는 조각 분리막(P)의 길이방향 길이(L23+L24)는 서로 동일하거나 상이한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1분리막중첩부(S1)에 포함되는 조각 분리막의 길이방향 길이는 5 mm 이상 50 mm 이하일 수 있다. 전술한 조각 분리막(P)의 길이방향 길이(L13+L14) 범위를 만족하는 경우, 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형으로부터 상기 양극의 권취축 방향인 제1면에 대향하는 음극 및 분리막 손상을 방지하면서도, 리튬 이온을 받는 음극의 면적이 지나치게 감소하여 충/방전 효율의 감소되는 것을 방지할 수 있고, 전지 안정성 및 수명 특성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2분리막중첩부(S2)에 포함되는 조각 분리막의 길이방향 길이는 5 mm 이상 50 mm 이하일 수 있다. 전술한 조각 분리막(P)의 길이방향 길이(L23+L24) 범위를 만족하는 경우, 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형으로부터 상기 양극의 권취축 방향의 반대방향인 제2면에 대향하는 음극 및 분리막 손상을 방지하면서도, 리튬 이온을 받는 음극의 면적이 지나치게 감소하여 충/방전 효율의 감소되는 것을 방지할 수 있고, 전지 안정성 및 수명 특성이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1분리막중첩부 및 상기 제2분리막중첩부 중 적어도 어느 하나는 일측에 구비되는 고정부재를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 고정부재는 상기 제1분리막중첩부 또는 상기 제2분리막중첩부를 각각 상기 양극의 제1면 또는 제2면 상에 고정시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않는다. 상기 고정부재는 예를 들어, 기재층의 적어도 일면 상에 점착층이 구비된 테이프 또는 점착층일 수 있으며, 기재층의 일면 상에 점착층이 구비된 테이프를 사용하는 경우 롤-투-롤 공정에 보다 적합하여 공정성이 개선될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고정부재의 폭방향 길이는, 상기 양극의 폭방향 길이 100 %를 기준으로 15 % 이상 100 % 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 고정부재의 폭방향 길이는, 상기 양극의 폭방향 길이 100 %를 기준으로 30 % 이상 또는 50 % 이상인 것일 수 있고, 80 % 이하 또는 60 % 이하인 것일 수 있고, 예를 들어, 10 mm 이상 65 mm 이하일 수 있다. 또한, 상기 고정부재의 길이방향 길이는 5 mm 이상 30 mm 이하인 것일 수 있고, 예를 들어, 5 mm 이상 15 mm 이하, 10 mm 이상 20 mm 이하 또는 15 mm 이상 30 mm 이하일 수 있다. 전술한 고정부재의 길이 범위를 만족하는 경우, 상기 제1분리막중첩부 및 제2분리막중첩부가 상기 양극과 상기 양극에 대향하는 상기 음극 사이에 용이하게 배치되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 상에 구비된 양극 활물질층을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 도 3을 참고하면, 상기 양극(300)은 양극 집전체(301) 및 상기 양극 집전체(301)의 일면 또는 양면에 형성되며, 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질층(302, 303)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 상기 양극 활물질층은 상기 양극 집전체의 양극 유지부에 형성되고, 상기 양극 활물질층이 구비되지 않은 면은 양극 무지부로 표현될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극 집전체는 양극 활물질이 도포되는 양극 유지부와 양극 활물질이 도포되지 않는 양극 무지부를 포함하는 것일 수 있고, 양극 무지부 상에 탭을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 양극 집전체는 양극 무지부를 포함할 수 있으며, 상기 양극 무지부에 형성된 양극 탭(330)을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극은 양극 집전체; 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면 상에 구비되고, 상기 양극 집전체와 동일한 위치에서 길이방향 단부를 갖는 양극 활물질층을 포함하는 것 일 수 있다. 구체적으로, 도 3 내지 도 6을 참고하면, 상기 양극(300)은 양극 집전체(301); 및 상기 양극 집전체(301)의 적어도 일면 상에 구비되고, 상기 양극 집전체(301)와 동일한 위치에서 길이방향 단부(310)를 갖는 양극 활물질층(302, 303)을 포함하는 것 일 수 있다. 다시 말해, 상기 양극의 길이방향 일 단부(310)는 프리엣지(Free-edge)형태인 것일 수 있다. 이를 통해, 불필요한 양극 집전체 무지부 면적을 감소시켜 경제성을 확보할 수 있다. 또한, 전극 상에 활물질층을 형성한 후 슬리팅 공정이 이루어질 수 있으므로, 슬리팅 공정 및 와인딩 공정을 포함하는 롤-투-롤 공정이 보다 효율적으로 이루어질 수 있다. 여기서, '동일한 위치'란 길이방향 단부가 동일한 것을 의미하고, 슬리팅 공정 등에서 발생할 수 있는 공정상의 오차로 인해 실질적으로 동일한 위치에서 단부를 형성하는 경우를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극은 양극 집전체; 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면 상에 구비되고, 상기 양극 집전체와 동일한 위치에서 길이방향 단부를 갖지 않는 양극 활물질층을 포함하는 것 일 수 있다. 구체적으로, 도 7 내지 도 9를 참고하면, 상기 양극(300)은 양극 집전체(301); 및 상기 양극 집전체(301)의 적어도 일면 상에 구비되고, 상기 양극 집전체(301)와 동일한 위치에서 길이방향 단부(310)를 갖지 않는 양극 활물질층(302, 303)을 포함하는 것 일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 구체적으로, 상기 양극 집전체로는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 즉, 양극 집전체는 표면 처리된 스테인리스 스틸, 알루미늄 호일 등의 형태로 제공될 수 있다.
또한, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3 내지 50 ㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극 활물질은 통상적으로 사용되는 양극 활물질일 수 있다. 구체적으로, 상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; LiFe3O4 등의 리튬 철 산화물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (0≤x≤0.33), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M은 Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 및 Ga으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나이고, 0.01≤y≤0.3를 만족한다.)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-zMzO2 (여기서, M은 Co, Ni, Fe, Cr, Zn 및 Ta 으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나이고, 0.01≤z≤0.1를 만족한다.) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M은 Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나이다.)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 상기 양극은 Li-metal일 수도 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 양극 활물질층은 양극 도전재 및 양극 바인더를 더 포함할 수 있다. 상기 양극 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. 구체적으로, 상기 양극 도전재는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 사용할 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
또한, 상기 양극 바인더는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극 활물질과 양극 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 구비된 음극 활물질층을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 도 3을 참고하면, 상기 음극(100)은 음극 집전체(101) 및 상기 음극 집전체(101)의 일면 또는 양면에 형성되며, 음극 활물질을 포함하는 음극 활물질층(102, 103)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 상기 음극 활물질층은 상기 음극 집전체의 음극 유지부에 형성되고, 상기 음극 활물질층이 구비되지 않은 면은 음극 무지부로 표현될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 음극 집전체는 음극 활물질층이 형성되는 음극 유지부와 음극 활물질층이 형성되지 않는 음극 무지부를 포함하는 것일 수 있고, 음극 무지부 상에 탭을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 음극 집전체는 음극 무지부를 포함할 수 있으며, 상기 음극 무지부에 형성된 음극 탭(130)을 포함하는 것일 수 있다. 이에 따라, 제조되는 전극조립체는 음극 탭을 1개 이상 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 음극 활물질층은 실리콘계 물질 및 탄소계 물질로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하는 음극 활물질을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 음극 활물질층은 음극 도전재 및 음극 바인더를 더 포함할 수 있으며, 상기 음극 활물질; 음극 도전재; 및 음극 바인더는 당업계에 사용되는 물질이 제한 없이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 되고, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 음극 집전체로는 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 구체적으로는, 구리, 니켈과 같은 탄소를 잘 흡착하는 전이 금속을 음극 집전체로 사용할 수 있다. 상기 음극 집전체의 두께는 6 ㎛ 이상 80 ㎛ 이하일 수 있으나, 상기 음극 집전체의 두께가 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 음극 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 폴리 아크릴산 (poly acrylic acid) 및 이들의 수소를 Li, Na 또는 Ca 등으로 치환된 물질로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 또한 이들의 다양한 공중합체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 음극 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 나노 튜브 등의 도전성 튜브; 플루오로카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 젤리-롤형 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 수용하기 위한 전지케이스를 포함하는 것인 이차전지를 제공한다. 구체적으로, 상기 이차전지는 상술한 일 실시상태에 따른 전극조립체 및 상기 전극조립체를 수용하기 위한 전지케이스를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전지케이스는 원통형인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 전지케이스는 용도에 따라 원통형, 각형 또는 파우치형 등일 수 있으나, 상기 전지케이스가 원통형인 경우, 젤리-롤형 전극조립체의 수용에 보다 적합할 수 있으며, 전지케이스가 원통형인 경우, 상기 젤리-롤형 전극조립체 및 상기 전극조립체를 수용하기 위한 전지케이스를 포함하는 이차전지의 형상이 원통형인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지는 전지 충방전 시 전극의 수축/팽창에 의한 전극조립체의 변형 시에도 상기 분리막중첩부에 의해 양극 및 음극 간 내부 쇼트를 방지함으로써, 전지 안정성 및 수명 특성이 개선될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전지케이스의 내부는 전해질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 전해질은 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질 또는 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 전해질은 비수계 유기용매와 금속염을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라하이드로푸란, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속염은 리튬염일 수 있고, 상기 리튬염은 상기 비수 전해액에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, I-, NO3 -, N(CN)2-, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 디플루오로에틸렌카보네이트 등과 같은 할로알킬렌카보네이트계 화합물, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하고 설명하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시상태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 전술한 바와 같이 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있으며, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 전술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 음극; 제1분리막; 양극; 및 제2분리막이 차례대로 적층되어 권취된 젤리-롤형 전극조립체에 있어서,
    상기 양극은 상기 젤리-롤형 전극조립체의 권취축 방향인 제1면과, 상기 제1면의 반대면인 제2면을 포함하고,
    상기 전극조립체의 코어부에 위치한 상기 양극의 길이방향 일 단부에서, 상기 양극의 제1면 및 상기 양극의 제2면 상에 각각 구비되는 제1분리막중첩부 및 제2분리막중첩부를 포함하고,
    상기 제1분리막중첩부 및 상기 제2분리막중첩부는 중첩되어 배치되는 분리막이 3 겹 이상인 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1분리막중첩부 및 상기 제2분리막중첩부는 상기 양극의 길이방향 단부로부터 연장된 상기 제1분리막 및 상기 제2분리막이 중첩된 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1분리막의 길이방향 단부는 상기 양극의 길이방향 단부를 감싸도록 절곡되어 상기 양극의 제2면 측에 위치하고,
    상기 제2분리막의 길이방향 단부는 상기 절곡된 제1분리막을 감싸도록 절곡되어 상기 양극의 제1면 측에 위치하는 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2분리막의 길이방향 단부는 상기 양극의 길이방향 단부를 감싸도록 절곡되어 상기 양극의 제1면 측에 위치하고,
    상기 제1분리막의 길이방향 단부는 상기 절곡된 제2분리막을 감싸도록 절곡되어 상기 양극의 제2면 측에 위치하는 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1분리막중첩부는,
    상기 제1분리막; 및 상기 양극의 길이방향 단부를 감싸도록 절곡되어 상기 양극의 제1면 상에 위치하는 제2분리막이 중첩된 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2분리막의 길이방향 단부는 상기 양극의 제1면 상에서 상기 양극에 대향하는 방향으로 절곡되어 추가 중첩되는 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2분리막의 길이방향 단부는 상기 양극의 제1면 상에서 상기 양극에 대향하는 방향의 반대 방향으로 절곡되어 추가 중첩되는 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2분리막중첩부는,
    상기 제2분리막; 및 상기 양극의 길이방향 단부를 감싸도록 절곡되어 상기 양극의 제2면 상에 위치하는 제1분리막이 중첩된 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1분리막의 길이방향 단부는 상기 양극의 제2면 상에서 상기 양극에 대향하는 방향으로 절곡되어 추가 중첩되는 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1분리막의 길이방향 단부는 상기 양극의 제2면 상에서 상기 양극에 대향하는 방향의 반대 방향으로 절곡되어 추가 중첩되는 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1분리막중첩부 및 상기 제2분리막중첩부 중 적어도 어느 하나는 조각 분리막을 포함하는 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1분리막중첩부 및 상기 제2분리막중첩부 중 적어도 어느 하나는 일측에 구비되는 고정부재를 더 포함하는 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 양극은 양극 집전체; 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면 상에 구비되고, 상기 양극 집전체와 동일한 위치에서 길이방향 단부를 갖는 양극 활물질층을 포함하는 것인 젤리-롤형 전극조립체.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 젤리-롤형 전극조립체; 및
    상기 전극조립체를 수용하기 위한 전지케이스를 포함하는 것인 이차전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전지케이스는 원통형인 것인 이차전지.
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