WO2024117702A1 - 표면 처리된 분리막을 포함하는 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 전극 조립체의 제조방법 - Google Patents

표면 처리된 분리막을 포함하는 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 전극 조립체의 제조방법 Download PDF

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electrode
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이상균
김기태
이영환
이헌형
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode assembly including a surface-treated separator, a secondary battery including the same, and a method of manufacturing the electrode assembly.
  • lithium secondary batteries such as lithium-ion batteries and lithium-ion polymer batteries.
  • a secondary battery has a structure in which an electrode assembly including an anode, a cathode, and a separator disposed between them is built into the battery case, and the anode tab and the cathode tab are sealed to expose the extended anode and cathode leads, respectively.
  • the electrode assembly includes a structure in which an anode, a separator, and a cathode are sequentially stacked.
  • Figure 1 is a schematic diagram showing the folding phenomenon of the separator of the electrode assembly. Referring to FIG. 1, in the electrode assembly 1, the separator 50 is folded due to various processes that occur during the manufacturing process of the secondary battery. In particular, such folding phenomenon occurs frequently in the edge area (A) of the separator 50.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the front of a conventional electrode assembly.
  • the folded electrode assembly 1 includes an anode 30, a cathode 40, and a plurality of unit cells with a separator 50 interposed between the anode 30 and the cathode 40 in a sheet shape. It has a structure wound with a separation sheet (60).
  • the unit cell is an A-type bicell (10) and a cathode (40)/separator (50) stacked in the order of anode (30)/separator (50)/cathode (40)/separator (50)/anode (30). It includes a C-type bicell 20 stacked in the order of anode 30/separator 50/cathode 40.
  • the conventional electrode assembly 1 has a problem in that the adhesive force between the electrode and the separator 50 is low because a separate adhesive layer is not formed on the separator 50.
  • excessive dry adhesion may be implemented in processes such as lamination or heat pressing of unit cells in which electrodes and separators 50 are stacked.
  • the adhesion between the electrode of the unit cell and the separator 50 can be greatly increased, but since processes such as lamination or heat pressing are performed on the front of the electrode and the separator 50, electrolyte impregnation and gas discharge are reduced. It may drop significantly and cause performance degradation of secondary batteries such as lithium plating.
  • the present invention is intended to solve the above problems, and seeks to provide an electrode assembly that can prevent the folding phenomenon of the separator, a secondary battery including the same, and a method of manufacturing the electrode assembly.
  • the present invention provides an electrode assembly applicable to secondary batteries.
  • the electrode assembly according to the present invention has a structure in which n unit cells including an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode are stacked (n is an integer of 2 or more), and the unit cells A separation sheet is placed between them.
  • n is an integer ranging from 2 to 20.
  • the separator disposed within the unit cell includes an adhesive portion with a corona surface treatment and a non-adhesive portion without a corona surface treatment, and the separation sheet has a structure without a corona surface treatment.
  • the present invention provides a secondary battery including the electrode assembly described above.
  • the secondary battery is a pouch-type secondary battery.
  • a method of manufacturing an electrode assembly includes the steps of performing a corona discharge on one or both sides of a separator to surface treat it; Forming a unit cell including an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode; and manufacturing an electrode assembly by placing n unit cells (n is an integer of 2 or more) on a sheet-shaped separation sheet and winding the separation sheet in one direction.
  • the separator disposed within the unit cell includes an adhesive portion that has undergone corona surface treatment and a non-adhesive portion that has not undergone corona surface treatment.
  • the separation sheet is structured without corona surface treatment.
  • the present invention increases the interfacial adhesion between the electrode forming the electrode assembly and the separator without reducing the impregnability of the electrolyte solution.
  • Figure 1 is a schematic diagram showing a separator folding phenomenon occurring within a conventional electrode assembly.
  • Figure 2 is a schematic diagram showing the stacked structure of a conventional electrode assembly.
  • Figure 3 is a schematic diagram showing a stacked structure of an electrode assembly according to one embodiment.
  • Figure 4 is a schematic diagram showing the electrode assembly manufacturing process.
  • Figure 5 is a schematic diagram showing an electrode stacked structure according to one embodiment.
  • Figure 6 is a schematic diagram showing an adhesion pattern of a separator located inside a unit cell according to one embodiment.
  • Figure 7 is a schematic diagram showing a stacked structure of an electrode assembly according to one embodiment.
  • Figure 8 is a schematic diagram showing an adhesion pattern of a separator according to one embodiment.
  • Figure 9 is a schematic diagram showing the process of corona treatment on the surface of the separator.
  • the present invention provides an electrode assembly applicable to secondary batteries.
  • the electrode assembly according to the present invention has a structure in which n unit cells including an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode are stacked (n is an integer of 2 or more), and the unit cells A separation sheet is placed between them.
  • n is an integer ranging from 2 to 20.
  • the separator disposed within the unit cell includes an adhesive portion with a corona surface treatment and a non-adhesive portion without a corona surface treatment, and the separation sheet has a structure without a corona surface treatment.
  • the separation sheet has a structure in which the separation sheet passes between stacked unit cells and is wound around the unit cells.
  • the electrode assembly according to the present invention forms a stack and folding structure.
  • the unit cells include an A-type bicell and a C-type bicell;
  • the separator of the unit cell includes an adhesive portion with a corona surface treatment and a non-adhesive portion without corona surface treatment;
  • a plurality of A-type bicells and C-type bicells are arranged alternately up and down with a separation sheet in between.
  • the unit cells include an anode tab extending in one direction of the anode; and a negative electrode tab extending in one direction of the negative electrode.
  • the direction in which the positive electrode tab is formed and the direction in which the negative electrode tab is formed may be the same or opposite to each other.
  • the separator includes a first adhesive portion with corona surface treatment on an edge area where the positive electrode tab is located; and a second adhesive portion subjected to corona surface treatment at an edge area where the cathode tab is located.
  • the surface of the separator has a structure in which adhesive portions and non-bonded portions are arranged alternately.
  • the adhesive portion is formed on one or both sides of the separator.
  • the area where the adhesive portion is formed ranges from 10% to 70% of the separator area.
  • the adhesive portion forms a pattern.
  • the pattern is one or more of stripe, grid, dot, and polygon.
  • the present invention provides a secondary battery including the electrode assembly described above.
  • the secondary battery is a pouch-type secondary battery.
  • the present invention provides a method for manufacturing an electrode assembly for a secondary battery.
  • the electrode assembly manufacturing method according to the present invention is the electrode assembly manufacturing method according to the present invention.
  • Forming a unit cell including an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode;
  • It includes manufacturing an electrode assembly by placing n unit cells (n is an integer of 2 or more) on a sheet-shaped separation sheet and winding the separation sheet in one direction.
  • the separator disposed within the unit cell includes an adhesive portion that has undergone corona surface treatment and a non-adhesive portion that has not undergone corona surface treatment. Additionally, the separation sheet is structured without corona surface treatment.
  • the surface treatment step involves charging the surface of the separator through a plasma generator.
  • the discharge range is in the range of 1.0 to 3.0 kV.
  • the discharge amount ranges from 30 to 300 W ⁇ min/m 2 .
  • the Z-axis direction refers to a direction perpendicular to the X-axis and Y-axis directions.
  • the present invention provides an electrode assembly, a lithium secondary battery including the same, and a method of manufacturing the electrode assembly.
  • a typical stacked or stacked/folded electrode assembly includes a separation sheet and a plurality of unit cells stacked through the separation sheet.
  • the unit cell has a structure in which anodes and cathodes are alternately stacked with a separator interposed therebetween. If a separate adhesive layer is not formed on the separator located inside the unit cells of the folded electrode assembly, the interface between the separator and the electrode is peeled off due to various flows during the process, causing a problem in which the separator is folded. Meanwhile, in order to improve the adhesion between the separator and the electrode interface, excessive dry adhesion may be implemented through processes such as lamination or heat pressing on the entire surface of the separator, but in this case, between the electrode of the unit cell and the separator. Although the adhesion of the battery can be greatly improved, electrolyte impregnation and gas discharge properties are greatly reduced, and factors such as lithium plating may cause performance degradation of secondary batteries.
  • the present invention is an electrode assembly having a structure in which a plurality of unit cells having an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode are wound into a sheet-like separation sheet, and the separator of the unit cell is an adhesive part with a corona surface treatment.
  • the adhesive part improves the adhesion of the edge area of the separator by forming an adhesive part at the edge area where the electrode tab is located, and ensures wetting by allowing the contact solution to be impregnated between the non-adhesive parts where the adhesive part is not formed. It is characterized by:
  • FIG 3 is a schematic diagram showing the front of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a schematic diagram showing an electrode assembly being manufactured by winding unit cells sequentially arranged on a separation sheet.
  • the electrode assembly 100 of the present invention includes an anode 130, a cathode 140, and a plurality of separators 150 interposed between the anode 130 and the cathode 140.
  • An electrode assembly 100 having a structure in which unit cells are wound into a sheet-shaped separation sheet 160, and the unit cells include an A-type bicell 110 and a C-type bicell 120;
  • the separator 150 of the unit cell includes an adhesive portion 151 with a corona surface treatment and a non-adhesive portion 152 without corona surface treatment;
  • a plurality of A-type bicells 110 and C-type bicells 120 are arranged alternately up and down with a separation sheet 160 in between, and the separation sheet 160 is not subjected to corona surface treatment.
  • the electrode assembly 100 has a structure in which a plurality of unit cells are stacked, and the unit cells include an A-type bicell 110 and a C-type bicell 120.
  • the A-type bicell 110 has a structure in which an anode 130, a separator 150, a cathode 140, a separator 150, and an anode 130 are sequentially stacked
  • the C-type bicell 120 has a cathode. It has a structure in which the separator 140, the separator 150, the anode 130, the separator 150, and the cathode 140 are sequentially stacked.
  • the A-type bicell 110 and the C-type bicell 120 are stacked facing each other up and down with a separation sheet 160 interposed, and as a result, as shown in FIG. It has the same structure.
  • the electrode assembly 100 of the present invention can be applied to any structure that stacks unit cells, but as an example, it may have a stacked structure, a stacked/folded structure, or a lamination/stacked structure.
  • the separator 150 of the unit cell of the present invention includes an adhesive portion 151 treated with a corona surface, which can improve the adhesion between the separator 150 and the electrode.
  • the separator 150 of the unit cell of the present invention includes an unbonded portion 152 without corona surface treatment, and an electrolyte solution can be impregnated between the non-bonded portion 152 without corona surface treatment and the electrode facing up and down,
  • the adhesive portion 151 and the non-adhesive portion 152 form a pattern to prevent electrolyte or air bubbles from being trapped.
  • the electrode assembly of the present invention has a structure in which a separation sheet 160 and a unit cell are stacked.
  • the case of the separation sheet 160 facing upward and downward with the anode 130 or cathode 140 of the unit cell is folded due to a decrease in adhesion, relatively less than when the separator 150 inside the unit cell is folded. appear.
  • electrolyte impregnation between the separation sheet 160 and the electrode is problematic. Therefore, rather than corona surface treating the separator sheet 160 to improve adhesion to the electrodes of the unit cells, corona surface treatment is not performed on the separator sheet 160 to improve electrolyte impregnation.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the side of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 is a schematic diagram showing an adhesion pattern of a separator located inside a unit cell according to an embodiment of the present invention.
  • the unit cells of the present invention include a positive electrode tab 131 extending in one direction of the positive electrode 130 and a negative electrode tab 141 extending in one direction of the negative electrode 140.
  • the separator 150 of the present invention is formed by corona surface treatment on the edge area where the anode tab 131 is located and the first adhesive portion 151a, which is formed by corona surface treatment on the edge area where the anode tab 141 is located. It includes a second adhesive portion 151b.
  • the area where the interfacial adhesion between the separator 150 of the unit cell and the electrode is weak is the edge area of the separator 150 located in the direction in which the electrode tab protrudes.
  • the present invention includes an adhesive portion 151 that undergoes corona surface treatment on the separator 150 of the unit cell, and is characterized by corona surface treatment on the edge area where the electrode tab is located.
  • the separator 150 includes a first adhesive portion 151a formed by corona surface treatment on the edge area where the anode tab 131 is located, and a second adhesive portion formed by corona surface treatment on the edge area where the cathode tab 141 is located.
  • the problem of the separator 150 of the unit cell being folded can be solved by increasing the adhesion of the edge area where the electrode tab is located.
  • the area between the first adhesive portion 151a and the second adhesive portion 151b is where the non-adhesive portion 152 that is not corona patterned is located, so the electrolyte can flow smoothly into the non-adhesive portion 152, thereby improving the electrolyte impregnation property. there is.
  • the adhesive portion 151 of the present invention may be formed on one or both sides of the separator 150.
  • 3 to 5 show that the adhesive portion 151 is formed on both sides of the separator 150, but of course, the adhesive portion 151 can be formed only on the end face of the separator 150.
  • the adhesive portion 151 is formed only on one side of the separator 150, the electrolyte impregnability may increase, but the adhesive force between the electrode tab and the other side of the separator 150 on which the adhesive portion 151 is not formed may decrease. Therefore, it is desirable to form adhesive portions 151 on both sides of the separator 150.
  • the separator 150 of the unit cell of the present invention may have the same shape of the coating portion. In the case of assembly in this way, since the separator 150 used in one unit cell is the same, the process time when manufacturing the electrode assembly 100 is relatively shortened, thereby improving productivity.
  • the adhesive portion 151 may range from 10% to 70% of the total area of the separator 150, preferably from 20% to 60%, and more preferably from 30% to 50%. You can. If the adhesive portion 151 is less than 10% of the total area of the separator 150, the area required for adhesion to the electrode is insufficient and sufficient adhesion may not be secured. Additionally, when the adhesive portion 151 exceeds 70% of the total area, the area of the non-adhered portion 152 becomes smaller and the flow of electrolyte decreases, so traps may occur more frequently.
  • the adhesive portion 151 forms a regular pattern on the separator 150, where the pattern is one or more of stripe, grid, dot, and polygon. It can be done. Preferably, it is preferably formed in a strip-shaped pattern to improve the productivity of the electrode assembly and allow the internal flow of the electrolyte solution.
  • the number of repetitions of the pattern in the separator 150 is preferably 1 to 4 times. If the number of pattern repetitions exceeds 4, the pattern of the coating portion within the separator 150 becomes excessively detailed, and the productivity of the electrode assembly 100 decreases.
  • the separator 150 of the present invention can be used without particular limitations as long as it is normally used as the separator 150 in lithium secondary batteries.
  • porous polymer films for example, porous polymer films made of polyolefin 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 may be used.
  • the separator 150 can be manufactured using polymers with high heat resistance in addition to the materials described above.
  • the separator 150 of the present invention may be an organic/inorganic composite porous SRS (Safety-Reinforcing Separators) separator.
  • the SRS separator may be manufactured using inorganic particles and binder polymer as active layer components on a polyolefin-based or polyester-based separator substrate.
  • the separator 150 may be a porous thin film having a pore diameter of 0.01 to 10 ⁇ m and a thickness of 5 to 300 ⁇ m.
  • the separation sheet 160 of the present invention may also be composed of a mixture of one or more materials selected from the above-described materials.
  • the corona surface treatment source may use air, oxygen (O 2 ), or nitrogen (N 2 ).
  • O 2 oxygen
  • N 2 nitrogen
  • a significant improvement in wettability can be achieved through the synergistic effect of physical surface modification of the discharge itself and chemical surface modification by generating functional groups.
  • This chemical surface modification high-energy electrons or ions collide to generate radicals or ions on the substrate of the separator 150, and the air, oxygen, nitrogen, ozone, moisture, etc. around them react to form carbonyl groups, carboxyl groups, and hydroxyl groups.
  • Polar functional groups such as silyl and cyano groups are introduced to cause chemical surface modification.
  • the corona surface treatment source may perform corona treatment using plasma using polymers. That is, when particles with high energy in a plasma state collide with the surface of the separator 150 substrate, the energy is transferred to the surface of the colliding separator 150, and the separator 150 maintains adhesion between the polymer mixture layers. It can be activated chemically or physically to improve performance.
  • the binder polymer mixture may include a porous inorganic filler and a binder polymer.
  • This separator 150 connects and fixes the inorganic fillers due to the binder polymer, and forms a heat-resistant pore structure due to the interstitial volume between the inorganic fillers, thereby simultaneously improving the electrochemical safety and performance of the battery. You can.
  • the concentration of the inorganic filler may be 60 to 90% by weight, preferably 70 to 80% by weight, based on the weight of the polymer mixture layer. If the concentration of the inorganic filler is too low, the desired level of mechanical strength cannot be maintained, and conversely, if the concentration of the inorganic filler is too high, the porosity of the separator 150 cannot be secured due to the excessive amount of inorganic components, resulting in a decrease in ionic conductivity. Therefore, there is a problem that internal resistance increases.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the side of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention
  • Figure 8 is a schematic diagram showing an adhesion pattern of a separator located inside a unit cell according to another embodiment of the present invention.
  • the electrode assembly 200 of the present invention has a structure in which unit cells are stacked with a separation sheet 260 in between.
  • the unit cell is an A-type bicell 210 and a cathode 240/separator 250/ It includes a C-type bicell 220 stacked in the order of anode 230/separator 250/cathode 240.
  • the separator 250 of the present invention has a structure in which adhesive portions 251 and non-bonded portions 252 are arranged alternately, and includes a third adhesive portion located between the first adhesive portion 251a and the second adhesive portion 251b. And, there may be n third adhesive portions (n is an integer of 1 or more). That is, the separator 250 includes a first adhesive portion 251a formed by corona surface treatment on the edge area where the anode tab 231 is located, and a first adhesive portion 251a formed by corona surface treatment on the edge area where the cathode tab 241 is located. It may include a third adhesive portion 251c between the two adhesive portions 251b, and here, there may be one or more third adhesive portions 251c.
  • FIG. 7 illustrates the electrode assembly 200 in which one third adhesive portion 251c is formed between the first and second adhesive portions 251a and 251b, but the present invention is not limited thereto.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the third adhesive portion 251c on the surface of the separator 250, the interfacial adhesion between the separator 250 and the electrode in the center region as well as the edge region of the separator 250 can be increased.
  • the area of the third adhesive portion 251c is too large or the number of third adhesive portions 251c is large, the electrolyte impregnation property may be reduced, so the third adhesive portion 251c must be formed appropriately according to the purpose. This is desirable.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a plasma generator that performs corona treatment on the surface of a separator according to an embodiment of the present invention.
  • the separator 150 subjected to corona surface treatment by the plasma generator 170 is the separator 150 to be inserted inside the unit cell, and FIG. 9 shows corona treatment on one side of the separator 150.
  • both sides of the separator 150 may be subjected to corona surface treatment.
  • corona surface treatment uses a plasma generator 170 to charge the surface of the separator 150.
  • the device for corona treating the surface of the separator 150 is disposed spaced apart from the roller unit 171 including the metal member 172 and interacts with the metal member 172. It may include a plasma generator 173 that generates plasma and irradiates it on the surface of the separator 150.
  • the plasma generator 173 is spaced apart from the separator 150 and generates plasma through a mutual reaction with the metal member 172 and radiates it to the surface of the separator 150.
  • One type of plasma generated at this time may be plasma resulting from corona discharge.
  • the plasma generator 173 is connected to the main body 174, which is disposed spaced apart from the roller unit 171, and is attached to the surface of the separator 150 at a position facing the metal member 172.
  • the main body 174 is formed to be long in a direction perpendicular to the transport direction of the separator 150 (TD direction), and may have a length corresponding to the width of the separator 150 or more.
  • the body 174 may be made of a non-metallic material.
  • the electrode member 175 is disposed on the outer surface of the main body 174 corresponding to the transport direction (MD direction) of the separator 150, and is composed of a plurality of electrode members 175 in a direction perpendicular to the transport direction of the separator 150 (TD direction). It can have a structure in which they are arranged side by side.
  • the electrode member 175 must be provided with at least one pair of electrode members 175 to perform corona surface treatment on the edges located on both sides in the transport direction (MD) of the separator 150, and if necessary, An electrode member 175 may be added to perform corona surface treatment on areas other than the edges located on both sides.
  • an adhesive layer is formed only on the surface of the separator 150 located between the electrode member 175 and the metal member 172, and plasma is formed on the surface of the separator 150 without the electrode member 175. Since it is not generated, a non-adhesive layer is formed and a stripe-shaped patterned adhesive layer can be formed.
  • the electrode member 175 may be a corona discharge electrode as a specific example. By stably generating plasma through interaction with the metal member 172 through the corona discharge electrode, corona surface treatment can be performed on the surface of the separator 150.
  • the guide member 176 can fix the plurality of electrode members 175 to the main body 174, and moves each of the plurality of electrode members 175 in a direction perpendicular to the transport direction of the separator 150 (TD direction). You can do it.
  • the guide member 176 is a guide groove (not shown) formed long in a direction perpendicular to the transport direction of the separator 150 (TD direction) and a fixing member that fastens the electrode member 175 to the guide groove. (not shown) may be included.
  • the electrode member 175 has a structure that is detachable from the guide groove and can change position by sliding along the guide groove.
  • the electrode member 175 Since the electrode member 175 is detachable from the guide groove, the number of electrode members 175 can be adjusted, and since the electrode member 175 can slide along the guide groove, the position of the electrode member 175 can be adjusted depending on the purpose. By adjusting the position and pattern width of the adhesive layer formed on the surface of the separator 150, it is possible to adjust the position and pattern width.
  • the guide member 176 may include a display member (not shown) with a scale displayed on its surface in a direction perpendicular to the transport direction of the separator 150 (TD direction). The position of the electrode member 175 can be accurately confirmed through the display member, thereby improving the precision of corona surface treatment.
  • the discharge range during corona surface treatment may be in the range of 1.0 to 3.0 kV, and preferably in the range of 1.5 to 2.5 kV. If the discharge range is less than 1.0 kV, it is difficult to perform uniform corona surface treatment on the surface of the separator, and if it exceeds 3.0 kV, it may not be easy to operate the corona generator device to perform corona treatment in a detailed pattern, so the above range It is desirable to discharge internally.
  • the corona discharge amount during corona surface treatment may be in the range of 30 to 300 W ⁇ min/m 2 , and preferably in the range of 100 to 200 W ⁇ min/m 2 . If the discharge amount is less than 30 W ⁇ min/m 2 , it may be difficult to achieve the desired effect because detailed surface treatment is difficult on the separator surface, and if it exceeds 300 W ⁇ min/m 2 , the physical properties of the separator may change. Therefore, it is desirable to discharge within the above range.
  • the present invention provides a lithium secondary battery including the electrode assembly described above.
  • the electrode assembly included in the lithium secondary battery of the present invention is an electrode assembly having a structure in which a positive electrode, a negative electrode, and a plurality of unit cells with a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode are wound into a sheet-like separation sheet. They include A-type bicells and C-type bicells, and the separator of the unit cell includes an adhesive portion with a corona surface treatment and an unadhesive portion without a corona surface treatment, and a plurality of A-type bicells and C-type bicells. It may be an electrode assembly in which cells are arranged alternately up and down with a separation sheet in between, and the separation sheet is not subjected to corona surface treatment.
  • the lithium secondary battery of the present invention has a structure in which the electrode assembly is sealed inside the battery case together with the electrolyte solution.
  • the type of secondary battery is not particularly limited, but specific examples include lithium ion (Li-ion) secondary batteries, lithium polymer (Li-polymer) secondary batteries, which have advantages such as high energy density, discharge voltage, and output stability, or It may be a lithium secondary battery, such as a lithium-ion polymer secondary battery.
  • the electrode may have a structure in which an electrode active material layer is formed by applying an electrode forming slurry containing an electrode active material on an electrode current collector.
  • the electrode slurry may be applied to at least one side of the current collector.
  • the electrode current collector may be a positive electrode current collector or a negative electrode current collector
  • the electrode active material may be a positive electrode active material or a negative electrode active material
  • the electrode slurry may further include a conductive material and a binder in addition to the electrode active material.
  • the positive electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 ⁇ m.
  • This positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, or aluminum or stainless steel. Surface treatment of carbon, nickel, titanium, silver, etc. can be used.
  • the current collector can increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on its surface, and can be in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven materials.
  • sheets for negative electrode current collectors they are generally made with a thickness of 3 to 500 ⁇ m.
  • This negative electrode current collector is not particularly limited as long as it is conductive without causing chemical changes in the battery, for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, the surface of copper or stainless steel. Surface treatment with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, etc. can be used.
  • the bonding power of the negative electrode active material can be strengthened by forming fine irregularities on the surface, and can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven materials.
  • the positive electrode active material is a material capable of causing an electrochemical reaction, and is a lithium transition metal oxide, containing two or more transition metals, for example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) substituted with one or more transition metals.
  • LiCoO 2 lithium cobalt oxide
  • LiNiO 2 lithium nickel oxide
  • the negative electrode active material includes, for example, carbon such as non-graphitized carbon and graphitic carbon; Li x Fe 2 O 3 (0 ⁇ x ⁇ 1), Li x WO 2 (0 ⁇ x ⁇ 1 ) , Sn : Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, elements of groups 1, 2, and 3 of the periodic table, halogen; 0 ⁇ x ⁇ 1;1 ⁇ z ⁇ 8); lithium metal; lithium alloy; silicon-based alloy; tin-based alloy; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , metal oxides such as Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni based materials, etc. can be used.
  • the conductive material is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • These conductive materials are not particularly limited as long as they have conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples include graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
  • the binder is a component that assists in the bonding of the active material and the conductive material and the bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the positive electrode active material.
  • binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polyester.
  • Examples include propylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butyrene rubber, fluorine rubber, and various copolymers.
  • such electrode slurry can be produced by dissolving electrode active material, conductive material, binder, etc. in a solvent.
  • a solvent there is no particular limitation on the type of the solvent as long as it can disperse the electrode active material, etc., and either an aqueous solvent or a non-aqueous solvent can be used.
  • the solvent may be a solvent commonly used in the art, such as dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol, and N-methylpyrrolidone (NMP). ), acetone, or water, and one type of these may be used alone or a mixture of two or more types may be used.
  • the amount of the solvent used can be adjusted so that the slurry has an appropriate viscosity in consideration of the slurry coating thickness, manufacturing yield, workability, etc., and is not particularly limited.
  • the electrolyte may include an organic solvent and a lithium salt commonly used in electrolytes, but is not particularly limited.
  • the organic solvent can be used without particular restrictions as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move.
  • the organic solvent includes ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, ⁇ -butyrolactone, and ⁇ -caprolactone; Ether-based solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; Ketone-based solvents such as cyclohexanone; Aromatic hydrocarbon solvents such as benzene and fluorobenzene; Dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (propylene carbonate) Carbonate-based solvents such as PC) may be used.
  • ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, ⁇ -butyrolactone, and ⁇ -caprolact
  • carbonate-based solvents are preferable, and cyclic carbonates (e.g., ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.) with high ionic conductivity and high dielectric constant that can improve the charging and discharging performance of the battery, and low-viscosity linear carbonate-based compounds ( For example, ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, etc.) are more preferable.
  • cyclic carbonates e.g., ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.
  • low-viscosity linear carbonate-based compounds For example, ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, etc.
  • Lithium salts can be used without particular restrictions as long as they are compounds that can provide lithium ions used in lithium secondary batteries.
  • the lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAl0 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN(C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 .
  • LiCl, LiI, or LiB(C 2 O 4 ) 2 may be used.
  • the lithium salt is preferably included in the electrolyte at a concentration of approximately 0.6 mol% to 2 mol%.
  • the electrolyte includes, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n- for the purpose of improving battery life characteristics, suppressing battery capacity reduction, and improving battery discharge capacity.
  • Glyme hexanoic acid triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-
  • One or more additives such as methoxyethanol or aluminum trichloride may be further included. At this time, the additive may be included in an amount of 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the electrolyte.
  • the lithium secondary battery of the present invention can be manufactured by placing a separator between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode assembly, and placing the electrode assembly in a cylindrical battery case or a square battery case and then injecting electrolyte. Alternatively, it may be manufactured by stacking the electrode assembly, impregnating it with an electrolyte, and sealing the resulting product in a battery case.
  • the electrode assembly is dried and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), acetone, ethanol, propylene carbonate, ethylmethyl carbonate, ethylene carbonate, and dimethyl carbonate used in manufacturing the positive electrode are dried.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • acetone ethanol
  • propylene carbonate ethylmethyl carbonate
  • ethylene carbonate ethylene carbonate
  • dimethyl carbonate used in manufacturing the positive electrode are dried.
  • One or more organic solvents selected from the group consisting of can be removed. If an electrolyte having the same composition as the organic solvent used in manufacturing the positive electrode is used as the electrolyte, the process of drying the electrode assembly can be omitted.
  • the lithium secondary battery according to another embodiment of the present invention may be an all-solid-state battery.
  • the battery case may be one commonly used in the field, and there is no limitation on the appearance depending on the purpose of the battery, for example, a cylindrical shape using a can, a square shape, a pouch shape, or a coin shape, etc. This can be.
  • the lithium secondary battery according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics, and capacity retention rate, it is widely used in portable devices such as mobile phones, laptop computers, digital cameras, energy storage systems (ESS), and hybrid electricity. It is useful in the field of electric vehicles such as hybrid electric vehicles (HEV).
  • HEV hybrid electric vehicles
  • the present invention provides a method for manufacturing an electrode assembly. Descriptions that overlap with the specific description of the electrode assembly described above may be omitted, and all specific content will be cited.
  • the method of manufacturing an electrode assembly according to the present invention is a method of manufacturing an electrode assembly having a structure in which a plurality of unit cells including an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode are wound into a sheet-like separation sheet, Surface treatment by performing corona discharge on one or both sides of the separator substrate; Laminating a positive electrode sheet and a negative electrode sheet with a separator treated with corona discharge and cutting them to a predetermined size to manufacture a unit cell including an A-type bicell and a C-type bicell; And placing a plurality of unit cells on a sheet-shaped separation sheet and winding the separation sheet in one direction to manufacture an electrode assembly having a structure in which A-type bicells and C-type bicells are arranged alternately up and down with the separation sheet in between. step; Including, the separator of the unit cell includes an adhesive portion that has been corona surface treated and an unadhered portion that has not
  • the separator substrate is transported by a roller unit including a metal member, and the metal member is transferred from the plasma generator arranged to be spaced apart from the roller unit.
  • An adhesive layer is formed by generating plasma on the surface of the separator substrate through a mutual reaction.
  • the plasma generator includes an electrode member and generates plasma through interaction between the electrode member and the metal member.
  • the electrode member may be made of a corona discharge electrode.
  • a non-adhesive layer can be formed to form a stripe-shaped patterned adhesive layer.
  • the step of manufacturing a unit cell including the A-type bicell and the C-type bicell includes forming an A-type bicell structure (anode, separator, It is stacked to conform to a structure in which the cathode, separator, and anode are sequentially stacked) or a C-type bicell structure (a structure in which the cathode, separator, anode, separator, and cathode are sequentially stacked), cut into predetermined sizes, and used in a laminator.
  • unit cells such as A-type bicell or C-type bicell are manufactured by heat fusion using a heat press.
  • the step of manufacturing the electrode assembly involves placing a plurality of unit cells on a sheet-shaped separation sheet and winding the separation sheet in one direction, so that A-type bicells and C-type bicells are arranged alternately up and down with the separation sheet in between.
  • An electrode assembly having a structure is manufactured. Place A-type bicells at the starting point of winding and sequentially arrange them to have a repeating pattern such as C-type bicell, C-type bicell, A-type bicell, A-type bicell, C-type bicell, and C-type bicell. After doing so, it is possible to manufacture an electrode assembly with a type A bicell located in the center by winding it.
  • C-type bicells are placed at the starting point of winding, and sequentially have a repeating pattern such as A-type bicell, A-type bicell, C-type bicell, C-type bicell, A-type bicell, and A-type bicell. It is possible to manufacture an electrode assembly with a C-type bicell located in the center by arranging and then winding it.
  • the separation sheet is not subjected to corona surface treatment.
  • the probability of the separation sheet being folded due to flow is lower than the probability of the separator inside the unit cell being folded, so rather than increasing the interfacial adhesion between the separation sheet and the electrode of the unit cell, it is better to improve electrolyte impregnation. For this reason, do not apply corona surface treatment to the separation sheet.
  • the unit cells include a positive electrode tab extending in one direction of the positive electrode and a negative electrode tab extending in one direction of the negative electrode, and the separator is located at the positive electrode tab. It includes a first adhesive part formed by corona surface treatment on an edge area and a second adhesive part formed by corona surface treatment on an edge area where a negative electrode tab is located.
  • the edges of both sides in the direction in which the separator is transported are aligned with the upper and lower electrode tabs inside the unit cell to be manufactured in the future. It applies to face-to-face positions. Therefore, when treating the corona surface of the separator substrate, the edges of both sides in the direction in which the separator is transported (MD direction) are treated with a corona surface to improve the adhesion between the edge of the electrode where the electrode tab of the future unit cell is located and the edge area of the separator facing it. It can be improved.
  • the separator has a structure in which bonded portions and non-bonded portions are arranged alternately, and includes a third adhesive portion located between the first adhesive portion and the second adhesive portion.
  • the third adhesive portion may be an electrode assembly consisting of n pieces (n is an integer of 1 or more).
  • one or more third adhesive portions may be formed between the first adhesive portion and the second adhesive portion.
  • the number of third adhesive portions is not particularly limited, but can be set to suit the purpose considering the impregnability of the electrolyte.

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Abstract

본 발명은 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 전극 조립체의 제조방법에 관한 것으로, 단위셀 내부에 위치하는 분리막 표면의 일부 영역에 코로나(corona) 표면 처리함으로써, 전해액 함침성을 저해하지 않으면서 분리막과 전극 사이의 계면 접착력을 높일 수 있다.

Description

표면 처리된 분리막을 포함하는 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 전극 조립체의 제조방법
본 출원은 2022.12.02.자 한국 특허 출원 제10-2022-0166693호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 표면 처리된 분리막을 포함하는 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 상기 전극 조립체의 제조방법에 관한 것이다.
최근 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에, 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용할 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀고, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
일반적으로, 이차전지는 전지케이스 내부에 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막을 포함하는 전극 조립체가 내장되고, 양극 탭 및 음극 탭들이 각각 연장된 양극 리드 및 음극 리드가 노출되도록 실링된 구조이다.
한편, 전극 조립체는 양극, 분리막 및 음극이 순차 적층된 구조를 포함한다. 도 1은 전극 조립체의 분리막의 접힘 현상을 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 전극 조립체(1)는, 이차전지의 제조 과정에서 발생하는 공정상의 다양한 유동에 의해서, 분리막(50)이 접히는 현상이 발생한다. 특히 분리막(50)의 가장자리 영역(A)에서 이와 같은 접힘 현상이 많이 유발된다.
도 2는 종래의 전극 조립체의 정면을 나타낸 모식도이다. 도 2를 참조하면, 폴딩된 전극 조립체(1)는 양극(30), 음극(40) 및 양극(30)과 음극(40) 사이에 분리막(50)이 개재되어 있는 복수의 단위셀들이 시트형의 분리시트(60)로 권취된 구조이다. 여기서 단위셀은 양극(30)/분리막(50)/음극(40)/분리막(50)/양극(30) 순으로 적층된 A형 바이셀(10) 및 음극(40)/분리막(50)/양극(30)/분리막(50)/음극(40) 순으로 적층된 C형 바이셀(20)을 포함한다.
종래의 전극 조립체(1)는 분리막(50)에 별도의 접착층이 형성되지 않아 전극과 분리막(50) 사이의 접착력이 낮은 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 전극과 분리막(50)이 적층된 단위셀들을 라미네이션(lamination) 또는 히트 프레스(heat press) 등의 공정에서 과도한 드라이 접착력을 구현하는 경우가 있다. 그러나 이 경우 단위셀의 전극과 분리막(50) 사이의 접착성을 크게 높일 수 있지만, 전극과 분리막(50)의 전면을 대상으로 라미네이션 또는 히트 프레스 등의 공정을 수행하므로 전해액 함침성과 가스 배출성이 크게 떨어지고, 리튬 플레이팅(Li plating)과 같은 이차전지의 성능저하 요인이 생길 수 있다.
따라서, 분리막과 전극 계면 사이의 접착력이 향상되면서 전해액 함침성이 우수하며 분리막 접힘 현상을 방지할 수 있는 방법에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 분리막의 접힘 현상을 방지할 수 있는 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 상기 전극 조립체의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 이차전지에 적용 가능한 전극 조립체를 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 조립체는, 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 단위셀들이 n개(n은 2 이상의 정수) 적층된 구조이고, 상기 단위셀들 사이에는 분리시트가 배치된다. 상기 n은, 예를 들어, 2 내지 20 범위의 정수이다. 단위셀 내에 개재된 분리막은, 코로나(corona) 표면 처리된 접착부와 코로나 표면 처리되지 않은 미접착부 포함하고, 상기 분리시트는 코로나 표면 처리되지 않은 구조이다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 전극 조립체를 포함하는 이차전지를 제공한다. 예를 들어, 상기 이차전지는 파우치형 이차전지이다.
또한, 본 발명은 이차전지용 전극 조립체의 제조방법을 제공한다. 하나의 실시예에, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조방법은, 분리막의 일면 또는 양면에 코로나(corona) 방전을 수행하여 표면 처리하는 단계; 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 단위셀을 형성하는 단계; 및 시트형 분리시트 상에 n개(n은 2 이상의 정수)의 단위셀들을 위치시키고 한 방향으로 분리시트를 권취하여 전극 조립체를 제조하는 단계를 포함한다. 여기서, 단위셀 내에 개재된 분리막은, 코로나 표면 처리한 접착부와 코로나 표면 처리하지 않은 미접착부 포함한다. 또한, 상기 분리시트는 코로나 표면 처리하지 않은 구조이다.
본 발명은, 전해액에 대한 함침성을 저하시키지 않으면서 전극 조립체를 형성하는 전극과 분리막 사이의 계면 접착력을 높이게 된다.
도 1은 종래 전극 조립체 내에서 발생한 분리막 접힘 현상을 나타낸 모식도이다.
도 2는 종래의 전극 조립체의 적층 구조를 도시한 모식도이다.
도 3은 하나의 실시예에 따른 전극 조립체의 적층 구조를 도시한 모식도이다.
도 4는 전극 조립체 제조 과정을 나타낸 모식도이다.
도 5는 하나의 실시예에 따른 전극 적층 구조를 도시한 모식도이다.
도 6은 하나의 실시예에 따른 단위셀 내부에 위치하는 분리막의 접착 패턴을 나타낸 모식도이다.
도 7은 하나의 실시예에 따른 전극 조립체의 적층 구조를 도시한 모식도이다.
도 8은 하나의 실시예에 따른 분리막의 접착 패턴을 나타낸 모식도이다.
도 9는 분리막 표면에 코로나 처리하는 과정을 나타낸 모식도이다.
본 발명은 이차전지에 적용 가능한 전극 조립체를 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 조립체는, 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 단위셀들이 n개(n은 2 이상의 정수) 적층된 구조이고, 상기 단위셀들 사이에는 분리시트가 배치된다. 상기 n은, 예를 들어, 2 내지 20 범위의 정수이다. 단위셀 내에 개재된 분리막은, 코로나(corona) 표면 처리된 접착부와 코로나 표면 처리되지 않은 미접착부 포함하고, 상기 분리시트는 코로나 표면 처리되지 않은 구조이다.
하나의 실시예에서, 상기 분리시트는, 적층된 단위셀들 사이를 경유하여, 단위셀들을 감싸면서 권취된 구조이다. 이를 통해, 본 발명에 따른 전극 조립체는 스택 앤 폴딩 구조를 형성한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 조립체에서, 단위셀들은, A형 바이셀 및 C형 바이셀을 포함하고; 단위셀의 분리막은, 코로나(corona) 표면 처리한 접착부와 코로나 표면 처리하지 않은 미접착부 포함하며; 복수의 A형 바이셀 및 C형 바이셀이 분리시트를 사이에 두고 상하로 교번하여 배치된다.
하나의 실시예에서, 상기 단위셀들은, 양극의 일방향으로 연장되어 형성된 양극 탭; 및 음극의 일방향으로 연장되어 형성된 음극 탭을 포함한다. 여기서, 양극 탭이 형성된 방향과 음극 탭이 형성된 방향은, 동일하거나, 서로 반대일 수 있다. 또한, 상기 분리막은, 양극 탭이 위치하는 가장자리 영역에 코로나 표면 처리된 제1 접착부; 및 음극 탭이 위치하는 가장자리 영역에 코로나 표면 처리된 제2 접착부를 포함한다.
하나의 실시예에서, 상기 분리막의 표면은, 접착부와 미접착부가 서로 교번하여 배열된 구조이다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 접착부는, 분리막의 일면 또는 양면에 형성된다.
구체적인 예에서, 접착부가 형성된 면적은, 분리막 면적의 10% 내지 70% 범위이다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 접착부는 패턴을 형성한다. 상기 패턴은 띠형(stripe), 격자형(grid), 도트형(dot) 및 다각형(polygon) 중 1종 이상이다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 전극 조립체를 포함하는 이차전지를 제공한다. 예를 들어, 상기 이차전지는 파우치형 이차전지이다.
또한, 본 발명은 이차전지용 전극 조립체의 제조방법을 제공한다. 하나의 실시예에, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조방법은,
분리막의 일면 또는 양면에 코로나(corona) 방전을 수행하여 표면 처리하는 단계;
양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 단위셀을 형성하는 단계; 및
시트형 분리시트 상에 n개(n은 2 이상의 정수)의 단위셀들을 위치시키고 한 방향으로 분리시트를 권취하여 전극 조립체를 제조하는 단계를 포함한다.
여기서, 단위셀 내에 개재된 분리막은, 코로나 표면 처리한 접착부와 코로나 표면 처리하지 않은 미접착부 포함한다. 또한, 상기 분리시트는 코로나 표면 처리하지 않은 구조이다.
하나의 실시예에서, 상기 표면 처리하는 단계는, 플라즈마 발생장치를 통해 분리막의 표면을 대전시키게 된다.
구체적인 예에서, 코로나 방전시, 방전 범위는 1.0 내지 3.0 kV 범위이다.
또 다른 구체적인 예에서, 코로나 방전시, 방전량은 30 내지 300 W·min/m2 범위이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, X축 방향은 적층된 구조를 가지는 전극 조립체에 있어서, 전극탭(양극탭 또는 음극탭)이 돌출되는 방향과 수직인 방향을 의미하고, Y축 방향은 전극탭(양극탭 또는 음극탭)이 돌출되는 방향을 의미하며, Z축 방향은 상기 X축 및 Y축 방향과 수직인 방향을 의미한다.
본 발명은 전극 조립체, 이를 포함하는 리튬 이차전지 및 전극 조립체의 제조방법을 제공한다.
통상적인 스택형 또는 스택/폴딩형 전극 조립체는 분리시트, 분리시트를 통해 적층되는 복수의 단위셀들을 포함한다. 단위셀은 분리막을 개재한 상태로 양극 및 음극이 교대로 적층되는 구조를 가진다. 폴딩된 전극 조립체의 단위셀들 내부에 위치하는 분리막에 별도의 접착층이 형성되지 않는 경우, 공정상의 다양한 유동에 의해서 분리막과 전극 계면이 벗겨져 분리막이 접히는 문제점을 발생시킨다. 한편, 분리막과 전극 계면의 접착력을 향상시키기 위하여 분리막 표면 전체에 라미네이션(lamination) 또는 히트 프레스(heat press) 등의 공정에 과도한 드라이 접착력을 구현하는 경우가 있으나, 이 경우 단위셀의 전극과 분리막 사이의 접착성을 크게 높일 수 있지만, 전해액 함침성과 가스 배출성이 크게 떨어지고, 리튬 플레이팅(Li plating)과 같은 이차전지의 성능저하 요인이 생길 수 있다.
이에 본 발명은 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 복수의 단위셀들을 시트형의 분리시트로 권취된 구조인 전극 조립체로서, 단위셀의 분리막은 코로나(corona) 표면 처리한 접착부를 포함하되, 접착부는 전극 탭이 위치하는 가장자리 영역에 접착부를 형성하여 분리막의 가장자리 영역의 접착력을 향상시키고, 접착부가 형성되지 않은 미접착부 사이에 접해액이 함침될 수 있도록 하여 젖음성(wetting)을 확보하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 및 전극 조립체의 제조방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 조립체의 정면을 나타낸 모식도이고, 도 4는, 분리시트 상에 순차 배열되는 단위셀들이 권취되어 전극 조립체가 제조되는 모습을 나타낸 모식도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 전극 조립체(100)는, 양극(130), 음극(140) 및 양극(130)과 음극(140) 사이에 분리막(150)이 개재되어 있는 복수의 단위셀들을 시트형의 분리시트(160)로 권취된 구조인 전극 조립체(100)로서, 단위셀들은, A형 바이셀(110) 및 C형 바이셀(120)을 포함하고; 단위셀의 분리막(150)은, 코로나(corona) 표면 처리한 접착부(151)와 코로나 표면 처리하지 않은 미접착부(152)포함하며; 복수의 A형 바이셀(110) 및 C형 바이셀(120)이 분리시트(160)를 사이에 두고 상하로 교번하여 배치되되, 분리시트(160)는, 코로나 표면 처리하지 않는다.
구체적으로, 전극 조립체(100)는 복수의 단위셀들이 적층된 구조로써, 단위셀은 A형 바이셀(110) 및 C형 바이셀(120)을 포함한다. A형 바이셀(110)은 양극(130), 분리막(150), 음극(140), 분리막(150), 양극(130)이 순차적으로 적층되는 구조를 가지고, C형 바이셀(120)은 음극(140), 분리막(150), 양극(130), 분리막(150), 음극(140)이 순차적으로 적층되는 구조를 가진다. 이와 같은 적층 구조를 가진 단위셀은 분리시트(160)를 개재한 상태에서 A형 바이셀(110)과 C형 바이셀(120)이 상하로 대면하여 적층하며, 그 결과 도 3에 도시된 바와 같은 구조를 가진다.
본 발명의 전극 조립체(100)는 단위셀을 적층하는 구조라면 어느 구조에나 적용 가능하나, 그 중의 한 예로 스택형 구조, 스택/폴딩형 구조, 또는 라미네이션/스택형 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명의 단위셀의 분리막(150)은 코로나(corona) 표면 처리한 접착부(151)를 포함하여, 분리막(150)과 전극 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 단위셀의 분리막(150)은 코로나 표면 처리하지 않은 미접착부(152)를 포함하여 코로나 표면 처리하지 않은 미접착부(152)와 상하 대면하는 전극 사이에 전해액이 함침될 수 있으며, 접착부(151)와 미접착부(152)가 패턴을 형성하여 전해액 또는 기포가 트랩되는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 분리시트(160)는 코로나 표면 처리하지 않는다. 본 발명의 전극 조립체는 분리시트(160)와 단위셀이 적층되는 구조이다. 단위셀의 양극(130) 또는 음극(140)과 상하 대면하는 분리시트(160)는 접착력 저하로 인해 분리시트(160)가 접히는 경우는 단위셀 내부의 분리막(150)이 접히는 경우보다 상대적으로 적게 나타난다. 반면 분리시트(160)와 전극 사이의 전해액 함침성이 문제되는 경우가 있다. 따라서, 분리시트(160)에 코로나 표면 처리하여 단위셀의 전극과 접착력을 향상시키기 보다는 코로나 표면 처리를 하지 않아 전해액 함침성을 향상시키기 위해 분리시트(160)에 코로나 표면 처리를 하지 않는다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 조립체의 측면을 나타낸 모식도이고, 도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 단위셀 내부에 위치하는 분리막의 접착 패턴을 나타낸 모식도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 단위셀들은, 양극(130)의 일방향으로 연장되는 양극 탭(131) 및 음극(140)의 일방향으로 연장되는 음극 탭(141)을 포함한다. 본 발명의 분리막(150)은, 양극 탭(131)이 위치하는 가장자리 영역에 코로나 표면 처리하여 형성되는 제1 접착부(151a) 및 음극 탭(141)이 위치하는 가장자리 영역에 코로나 표면 처리하여 형성되는 제2 접착부(151b)를 포함한다. 본 발명과 같이 스택되는 형태인 전극 조립체(100)에 있어서, 단위셀의 분리막(150)과 전극간의 계면 접착력이 취약한 영역은 전극탭이 돌출되는 방향에 위치하는 분리막(150)의 가장자리 영역이다. 전극 조립과정에서 전극 탭이 구부러지면서 분리막(150)과 전극 사이의 틈이 형성될 수 있고, 이러한 틈이 발생되면서 분리막(150)이 접히게 되는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명은 단위셀의 분리막(150)에 코로나 표면 처리하는 접착부(151)를 포함하되, 전극 탭이 위치하는 가장자리 영역에 코로나 표면 처리하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 분리막(150)은, 양극 탭(131)이 위치하는 가장자리 영역에 코로나 표면 처리하는 제1 접착부(151a)와 음극 탭(141)이 위치하는 가장자리 영역에 코로나 표면처리하여 형성되는 제2 접착부(151b)를 포함함으로써 전극 탭이 위치하는 가장자리 영역의 접착력을 높여 단위셀의 분리막(150)이 접히는 문제점을 해결할 수 있다. 또한, 제1 접착부(151a)와 제2 접착부(151b) 사이의 영역은 코로나 패턴 처리하지 않은 미접착부(152)가 위치하므로 미접착부(152)로 전해액 유동이 원할하여 전해액 함침성을 향상시킬 수 있다.
구체적인 예에서, 본 발명의 접착부(151)는, 분리막(150)의 일면 또는 양면에 형성될 수 있다. 도 3 내지 5는 분리막(150)의 양면에 접착부(151)가 형성된 것을 도시하였으나, 분리막(150)의 단면에만 접착부(151)가 형성될 수 있음은 물론이다. 그러나, 접착부(151)가 분리막(150)의 단면에만 형성될 경우 전해액 함침성이 증가할 수 있으나, 접착부(151)가 형성되지 않은 분리막(150)의 타면과 전극 탭 사이의 접착력이 저하될 수 있으므로, 분리막(150)의 양면에 접착부(151)를 형성함이 바람직하다.
또한, 본 발명의 단위셀의 분리막(150)은 코팅부의 형상이 서로 동일할 수 있다. 이와 같이 조립하는 경우, 하나의 단위셀 내에서 사용되는 분리막(150)이 동일하기 때문에, 전극 조립체(100)를 제조할 때 공정 시간이 상대적으로 단축되어 생산성이 향상될 수 있다.
한편, 접착부(151)는, 분리막(150)의 전체 면적의 10% 내지 70% 범위일 수 있고, 바람직하게는 20% 내지 60% 범위일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 30% 내지 50% 범위일 수 있다. 접착부(151)가 분리막(150)의 전체 면적 대비 10% 미만인 경우, 전극과의 접착에 필요한 면적이 부족하여 충분한 접착성을 확보하지 못할 수 있다. 또한, 접착부(151)가 전체 면적의 70%를 초과하는 경우, 미접착부(152)의 면적이 작아져, 전해액의 유동이 적어지므로, 트랩이 더욱 빈번하게 발생할 수 있다.
또한, 접착부(151)는, 분리막(150)에서 규칙적인 패턴을 형성하며, 이때 패턴은 띠형(stripe), 격자형(grid), 도트형(dot) 및 다각형(polygon) 중 1종 이상의 패턴으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 접극조립체의 생산성 향상 및 전해액의 내부 유동을 위해 띠형 패턴으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 분리막(150) 내 패턴의 반복 횟수는 1회 내지 4회가 바람직하다. 패턴의 반복 횟수가 4회를 초과하는 경우 분리막(150) 내의 코팅부 패턴이 과도하게 세밀해지며, 전극 조립체(100)의 생산성이 저하된다.
한편, 본 발명의 분리막(150)은, 통상 리튬 이차전지에서 분리막(150)으로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용 가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 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 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 상기 기재된 재료 외에도 내열성이 높은 고분자를 이용하여 분리막(150)을 제조할 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 분리막(150)은, 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막일 수 있다. 구체적인 예에서, SRS 분리막은 폴리올레핀 계열 또는 폴리에스테르 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 활성층 성분으로 사용하여 제조될 수 있다. 또한, 상기 분리막(150)은 0.01 내지 10㎛의 기공직경 및 5 내지 300㎛의 두께를 갖는 다공성 박막일 수 있다.
한편, 본 발명의 분리시트(160) 또한 전술한 재료에서 선택되는 어느 하나 이상의 혼합물로 구성될 수 있다.
또한, 코로나 표면 처리 소스는 공기, 산소(O2) 또는 질소(N2)를 사용할 수 있다. 코로나 표면 처리에서는 방전 자체의 물리적인 표면개질과 관능기 생성에 의한 화학적인 표면개질의 상승효과에 의해 현저한 젖음성의 향상을 얻을 수 있다. 이러한 화학적 표면개질은 고에너지의 전자나 이온이 충돌하여 분리막(150) 기재에 라디칼이나 이온이 생성되고, 이들 주위의 공기, 산소, 질소, 오존, 수분 등이 반응하여, 카르보닐기, 카르복실기, 히드록실기, 시아노기 등의 극성 관능기가 도입되어 화학적 표면개질을 일으키게 된다.
또한, 코로나 표면 처리 소스는 고분자를 사용한 플라즈마를 이용하여 코로나 처리를 수행할 수도 있다. 즉, 플라즈마 상태에 놓인 높은 에너지를 가진 입자가 분리막(150) 기재의 표면에 충돌하는 경우 그 에너지는 충돌되는 분리막(150)의 표면에 전달되어, 분리막(150)은 고분자 혼합물층 간의 접착성을 향상시킬 수 있도록 화학적이나 물리적으로 활성화될 수 있다.
한편, 상기 바인더 고분자 혼합물은 다공성(porosity) 무기물 필러 및 바인더 고분자를 포함하는 것일 수 있다. 바인더 고분자 혼합물에 무기물 필러를 첨가하여 분리막(150)의 기계적 강도를 높임으로써, 외력 등에 의한 전지의 안전성을 담보할 수 있다. 이러한 분리막(150)은 바인더 고분자로 인해 무기물 필러 사이가 연결 및 고정되고, 무기물 필러 사이의 빈 공간(interstitial volume)으로 인해 내열성 기공 구조를 형성함으로써, 전지의 전기 화학적 안전성 및 성능 향상을 동시에 도모할 수 있다.
무기물 필러의 농도는 고분자 혼합물층의 중량을 기준으로 60 내지 90 중량% 일 수 있고, 바람직하게는 70 내지 80 중량% 일 수 있다. 무기물 필러의 농도가 너무 낮으면, 소망하는 정도의 기계적 강도를 유지할 수 없고, 반대로 무기물 필러의 농도가 너무 높으면 과량의 무기 성분으로 인해 분리막(150)의 다공성이 확보될 수 없어 이온 전도도가 저하될 수 있으므로 내부 저항이 증가되는 문제가 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 측면을 나타낸 모식도이고, 도 8은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 단위셀 내부에 위치하는 분리막의 접착 패턴을 나타낸 모식도이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 전극 조립체(200)는 단위셀들이 분리시트(260)를 사이에 두고 적층된 구조이다. 여기서 단위셀은 양극(230)/분리막(250)/음극(240)/분리막(250)/양극(230) 순으로 적층된 A형 바이셀(210) 및 음극(240)/분리막(250)/양극(230)/분리막(250)/음극(240) 순으로 적층된 C형 바이셀(220)을 포함한다.
본 발명의 분리막(250)은, 접착부(251)와 미접착부(252)가 서로 교번하여 배열되는 구조이되, 제1 접착부(251a)와 제2 접착부(251b) 사이에 위치하는 제3 접착부를 포함하며, 제3 접착부는 n개(n은 1 이상의 정수임)일 수 있다. 즉, 분리막(250)은 양극(230) 탭(231)이 위치하는 가장자리 영역에 코로나 표면 처리하여 형성된 제1 접착부(251a)와 음극 탭(241)이 위치하는 가장자리 영역에 코로나 표면 처리하여 형성된 제2 접착부(251b) 사이에 제3 접착부(251c)를 포함할 수 있고, 여기서, 제3 접착부(251c)는 1개 이상일 수 있다. 도 7은, 제1 및 제2 접착부(251a, 251b) 사이에 하나의 제3 접착부(251c)가 형성된 전극 조립체(200)를 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 이와 같이 분리막(250) 표면에 제3 접착부(251c)를 추가 형성함으로서 분리막(250)의 가장자리 영역뿐만 아니라 중심 영역의 분리막(250)과 전극 사이의 계면 접착력을 증가시킬 수 있다. 단, 제3 접착부(251c)의 면적이 지나치게 넓거나, 제3 접착부(251c)의 개수가 많을 경우에는 전해액 함침성이 저하될 수 있으므로, 목적에 따라 제3 접착부(251c)를 적절하게 형성함이 바람직하다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 분리막 표면에 코로나 처리하는 플라즈마 발생장치를 나타낸 모식도이다. 도 9를 참조하면 플라즈마 발생장치(170)에 의해 코로나 표면 처리되는 분리막(150)은 단위셀 내부에 삽입될 분리막(150)이며, 도 9는 분리막(150)의 일면에 코로나 처리하는 모습을 도시하였지만, 이에 한정되지 않으며, 분리막(150)의 양면에 코로나 표면 처리될 수 있다.
본 발명의 구체적인 예에서, 코로나 표면 처리는 플라즈마 발생장치(170)를 사용하여 분리막(150)의 표면을 대전시킨다. 하나의 예에서, 분리막(150) 표면에 코로나 처리하는 장치는, 금속부재(172)를 포함하는 롤러부(171) 및 롤러부(171)와 이격되어 배치되며 금속부재(172)와 상호 반응에 의해 플라즈마를 발생시켜서 분리막(150) 표면에 조사하는 플라즈마 발생부(173)를 포함할 수 있다. 플라즈마 발생부(173)는 분리막(150)으로부터 이격되어 금속부재(172)와 상호반응에 의해 플라즈마를 발생시켜 분리막(150)의 표면에 조사한다. 이때 발생되는 플라즈마의 일 형태는 코로나 방전에 따른 플라즈마일 수 있다. 구체적으로, 플라즈마 발생부(173)는 롤러부(171)와 이격되어 배치되는 본체(174), 본체(174)와 결합되며 금속부재(172)와 마주보는 위치에 있는 분리막(150)의 표면에 플라즈마를 발생시켜 분리막(150) 표면에 접착층을 형성하는 전극부재(175) 및 전극부재(175)와 본체(174)를 고정시키거나 전극부재(175)의 위치를 분리막(150)의 이송 방향과 수직인 방향(TD 방향)으로 이동시키는 가이드부재(176)를 포함할 수 있다.
본체(174)는 분리막(150)의 이송 방향과 수직인 방향(TD 방향)으로 길게 형성되며, 분리막(150)의 폭 길이와 대응되는 길이 이상을 가질 수 있다. 본체(174)는 비금속 소재로 구성될 수 있다.
전극부재(175)는 분리막(150)의 이송 방향(MD 방향)과 대응하는 본체(174)의 외측면에 배치되며, 복수개로 구성되어 분리막(150)의 이송 방향과 수직인 방향(TD 방향)으로 나란히 배열되는 구조를 가질 수 있다. 전극부재(175)는 분리막(150)의 이송 방향(MD) 방향의 양 사이드에 위치하는 가장자리에 코로나 표면 처리를 하기 위해 최소 한 쌍의 전극부재(175)를 구비되어야 하며, 필요에 따라서는 상기 양 사이드에 위치하는 가장자리 이외의 영역에 코로나 표면 처리를 하기 위해 전극부재(175)가 추가되어 구비될 수 있다. 이와 같이 복수의 전극 부재를 구비함으로서 전극부재(175)와 금속부재(172) 사이에 위치하는 분리막(150)의 표면에만 접착층이 형성되고 전극부재(175)가 없는 분리막(150) 표면에는 플라즈마가 발생되지 않기 때문에 미접착층이 형성되어 띠형(stripe)의 패턴화된 접착층을 형성할 수 있다.
전극부재(175)는 구체적인 예로써 코로나 방전전극일 수 있다. 코로나 방전전극을 통해 금속부재(172)와 상호작용으로 플라즈마를 안정적으로 발생시켜 분리막(150) 표면에 코로나 표면 처리를 할 수 있다.
가이드부재(176)는 복수의 전극부재(175)를 본체(174)에 고정시킬 수 있고, 복수의 전극부재(175) 각각을 분리막(150)의 이송 방향과 수직인 방향(TD 방향)으로 이동시킬 수 있다. 구체적인 예에서, 가이드부재(176)는 분리막(150)의 이송 방향과 수직인 방향(TD 방향)으로 길게 형성된 가이드홈(미도시)과 가이드홈에 전극부재(175)가 체결되어 고정시키는 고정부재(미도시)를 포함할 수 있다. 전극부재(175)는 가이드홈에 탈착 가능하고 가이드홈을 따라 슬라이딩 이동하며 위치 변경이 가능한 구조이다. 가이드홈에 전극부재(175)가 탈착 가능하므로 전극부재(175)의 개수를 조절할 수 있고, 전극부재(175)가 가이드홈을 따라 슬라이딩 이동될 수 있으므로 용도에 따라 전극부재(175)의 위치를 조절하여 분리막(150) 표면에 형성되는 접착층의 위치 조절 및 패턴 폭을 조절할 수 있다.
한편, 가이드부재(176)는 표면에 분리막(150)의 이송 방향과 수직인 방향(TD 방향)으로 눈금이 표시된 표시부재(미도시)를 포함할 수 있다. 표시부재를 통해 전극부재(175)의 위치를 정확하게 확인할 수 있어 코로나 표면 처리의 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 구체적인 예에서, 코로나 표면 처리시 방전 범위는 1.0 내지 3.0 kV 범위일 수 있고, 바람직하게는 1.5 내지 2.5kV 범위일 수 있다. 방전 범위가 1.0 kV 미만인 경우에는 분리막의 표면에 균일한 코로나 표면 처리가 어려우며, 3.0 kV을 초과하는 경우에는 세밀한 패턴으로 코로나 처리를 진행하는 데 있어서 코로나 발생 장치의 작동이 용이하지 않을 수 있으므로 상기 범위 내로 방전되는 것이 바람직하다.
또한, 코로나 또한, 코로나 표면 처리시 방전량은 30 내지 300 W·min/m2 범위일 수 있으며, 바람직하게는 100 내지 200 W·min/m2 범위일 수 있다. 방전량이 30 W·min/m2 미만인 경우에는 경우에는 분리막 표면에 세밀한 표면 처리가 어려워 소망하는 효과를 달성하기 어려울 수 있고, 300 W·min/m2 초과하는 경우에는 분리막의 물성을 변화시킬 수 있으므로 상기 범위 내로 방전되는 것이 바람직하다.
*또한, 본 발명은 앞서 설명한 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다. 구체적인 예에서 본 발명의 리튬 이차전지에 포함되는 전극 조립체는, 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 복수의 단위셀들을 시트형의 분리시트로 권취된 구조인 전극 조립체로서, 단위셀들은, A형 바이셀 및 C형 바이셀을 포함하고, 단위셀의 분리막은, 코로나(corona) 표면 처리한 접착부와 코로나 표면 처리하지 않은 미접착부 포함하며, 복수의 A형 바이셀 및 C형 바이셀이 분리시트를 사이에 두고 상하로 교번하여 배치되되, 분리시트는, 코로나 표면 처리하지 않는 것을 특징으로 하는 전극 조립체일 수 있다.
본 발명의 리튬 이차전지는 전극 조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되는 구조이다. 이차전지의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온(Li-ion) 이차전지, 리튬 폴리머(Li-polymer) 이차전지, 또는 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 이차전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
본 발명의 리튬 이차전지에서, 전극은 전극 집전체 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 형성용 슬러리가 도포되어 전극 활물질층이 형성된 구조일 수 있다. 상기 전극 슬러리는 집전체의 적어도 일면에 도포될 수 있다.
이 때 상기 전극 집전체는 양극 집전체 또는 음극 집전체일 수 있고, 상기 전극 활물질은 양극 활물질 또는 음극 활물질일 수 있다. 또한 상기 전극 슬러리는 전극 활물질 외에 도전재 및 바인더를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서, 양극 집전체의 경우 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
음극 집전체용 시트의 경우, 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
본 발명에서 양극 활물질은, 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga 이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 등과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
음극 활물질은, 예를 들어, 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, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 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; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로오즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
한편, 이와 같은 전극 슬러리는 전극 활물질, 도전재 및 바인더 등을 용매에 용해시켜 제조될 수 있다. 상기 용매는 전극 활물질 등을 분산시킬 수 있는 것이면 그 종류에 특별한 제한은 없으며, 수계 용매 또는 비수계 용매를 모두 사용 가능하다. 예를 들어, 상기 용매로는 상기 용매는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등일 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율, 작업성 등을 고려하여 슬러리가 적절한 점도를 갖도록 조절될 수 있는 정도이면 되고, 특별히 한정되지 않는다.
한편, 상기 리튬 이차전지에 있어서, 상기 전해질은 전해질에 통상적으로 사용되는 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다.
유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매 등이 사용될 수 있다.
이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다.
리튬염은 리튬 이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염은 상기 전해질 내에 대략 0.6 mol% 내지 2 mol%의 농도로 포함되는 것이 바람직하다.
전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명 특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 리튬 이차전지는 양극과 음극 사이에 분리막을 배치하여 전극 조립체를 형성하고, 상기 전극 조립체는 원통형 전지 케이스 또는 각형 전지 케이스에 넣은 다음 전해질을 주입하여 제조할 수 있다. 또는, 상기 전극 조립체를 적층한 후, 이를 전해질에 함침시키고 얻어진 결과물을 전지 케이스에 넣어 밀봉하여 제조할 수도 있다.
본 발명의 리튬 이차전지를 제조 시에는 전극 조립체를 건조시켜 양극 제조 시 사용된 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 아세톤, 에탄올, 프로필렌 카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 에틸렌카보네이트, 다이메틸카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 유기 용매를 제거할 수 있다. 만약, 전해질로서 양극 제조시 사용한 유기 용매와 동일한 성분의 전해질을 사용하는 경우에는 상기 전극 조립체를 건조하는 공정을 생략할 수 있다.
이상 상술한 리튬 이차전지와 달리, 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지는 전고체 전지일 수 있다.
전지 케이스는 당 분야에서 통상적으로 사용되는 것이 채택될 수 있고, 전지의 용도에 따른 외형에 제한이 없으며, 예를 들면, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 우수한 방전 용량, 출력 특성 및 용량 유지율을 안정적으로 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS) 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다.
또한, 본 발명은 전극 조립체를 제조하는 방법을 제공한다. 앞서 설명한 전극 조립체의 구체적인 설명과 중복되는 설명은 생략될 수 있으며, 구체적인 내용은 모두 인용한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조방법은, 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 복수의 단위셀들을 시트형의 분리시트로 권취된 구조의 전극 조립체의 제조방법으로서, 분리막 기재의 일면 또는 양면에 코로나(corona) 방전을 수행하여 표면 처리하는 단계; 양극 시트와 음극 시트를 코로나 방전 처리한 분리막이 개재된 상태로 적층하고, 소정 크기로 절단하여 A형 바이셀 및 C형 바이셀을 포함하는 단위셀을 제조하는 단계; 및 시트형 분리시트 상에 복수의 단위셀들을 위치시키고 한 방향으로 분리시트를 권취하여 A형 바이셀 및 C형 바이셀이 분리시트를 사이에 두고 상하 교번하여 배치되는 구조를 가지는 전극 조립체를 제조하는 단계; 를 포함하되, 단위셀의 분리막은, 코로나 표면 처리한 접착부와 코로나 표면 처리하지 않은 미접착부 포함하며, 분리시트는, 코로나 표면 처리하지 않는다.
상기 분리막 기재의 일면 또는 양면에 코로나(corona) 방전을 수행하여 표면 처리하는 단계는, 분리막 기재가 금속부재를 포함하는 롤러부에 의해 이송되고, 롤러부와 이격되어 배치된 플라즈마 발생부로부터 금속부재와 상호 반응에 의해 분리막 기재 표면에 플라즈마를 발생시켜 접착층을 형성한다. 구체적인 예에서, 플라즈마 발생장치는 전극부재를 포함하여 전극부재와 금속부재의 상호작용으로 플라즈마를 발생시킨다. 이때 전극부재는 코로나 방전전극으로 이루어질 수 있다. 전극부재와 금속부재 사이에 위치하는 분리막 표면에만 접착층이 형성되고 전극부재가 없는 분리막 표면에는 플라즈마가 발생되지 않기 때문에 미접착층이 형성되어 띠형(stripe)의 패턴화된 접착층을 형성할 수 있다.
상기 A형 바이셀 및 C형 바이셀을 포함하는 단위셀을 제조하는 단계는, 롤러에 의해 이송되는 각 양극 기재, 음극 기재 및 코로나 표면 처리한 분리막 기재를 A형 바이셀 구조(양극, 분리막, 음극, 분리막, 양극이 순차적으로 적층되는 구조) 또는 C형 바이셀 구조(음극, 분리막, 양극, 분리막, 음극이 순차적으로 적층되는 구조)에 부합되도록 적층하여 소정의 크기로 절단하고 라미네이터(laminator) 또는 히트 프레스(heat press)를 이용하여 열융착하여 A형 바이셀 또는 C형 바이셀과 같은 단위셀을 제조한다.
상기 전극 조립체를 제조하는 단계는, 시트형 분리시트 상에 복수의 단위셀들을 위치시키고 한 방향으로 분리시트를 권취하여 A형 바이셀 및 C형 바이셀이 분리시트를 사이에 두고 상하 교번하여 배치되는 구조를 가지는 전극 조립체를 제조한다. 권취되는 시작점에 A형 바이셀을 배치하고, 순차적으로 C형 바이셀, C형 바이셀, A형 바이셀, A형 바이셀, C형 바이셀, C형 바이셀와 같은 반복 패턴을 가지도록 배치시킨 후 권취하여 중심부에 A형 바이셀이 위치하는 전극 조립체를 제조할 수 있다. 또는, 권취되는 시작점에 C형 바이셀을 배치하고, 순차적으로 A형 바이셀, A형 바이셀, C형 바이셀, C형 바이셀, A형 바이셀, A형 바이셀와 같은 반복 패턴을 가지도록 배치시킨 후 권취하여 중심부에 C형 바이셀이 위치하는 전극 조립체를 제조할 수 있다.
한편, 상기 분리시트는, 코로나 표면 처리하지 않는다. 분리시트는 단위셀과 적층된 상태에서 유동에 의해 분리시트가 접힐 확률이 단위셀 내부의 분리막이 접힐 확률보다 낮으므로 분리시트와 단위셀의 전극 사이의 계면 접착력을 높이기 보다는 전해액 함침성을 향상시키기 위해 분리시트에 코로나 표면 처리하지 않는다.
다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조방법에 있어서, 단위셀들은, 양극의 일방향으로 연장되는 양극 탭 및 음극의 일방향으로 연장되는 음극 탭을 포함하고, 분리막은, 양극 탭이 위치하는 가장자리 영역에 코로나 표면 처리하여 형성되는 제1 접착부 및 음극 탭이 위치하는 가장자리 영역에 코로나 표면 처리하여 형성되는 제2 접착부를 포함한다.
상기 분리막 기재의 일면 또는 양면에 코로나(corona) 방전을 수행하여 표면 처리하는 단계에 있어서, 분리막이 이송되는 방향(MD 방향)의 양 사이드부의 가장자리는, 향후 제조되는 단위셀 내부의 전극 탭과 상하 대면하는 위치에 해당된다. 따라서 분리막 기재의 코로나 표면 처리시 분리막이 이송되는 방향(MD 방향)의 양 사이드부의 가장자리에 코로나 표면 처리하여 향후 단위셀의 전극 탭이 위치하는 전극의 가장자리와 이와 대면하는 분리막의 가장자리 영역의 접착력을 향상시킬 수 있다.
또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조방법에 있어서, 분리막은, 접착부와 미접착부가 서로 교번하여 배열되는 구조이되, 제1 접착부와 제2 접착부 사이에 위치하는 제3 접착부를 포함하며, 제3 접착부는 n개(n은 1 이상의 정수임)를 이루는 전극 조립체일 수 있다. 분리막과 전극간의 접착력을 향상시키기 위해서 제1 접착부와 제2 접착부 사이에 하나 이상의 제3 접착부를 형성할 수 있다. 제3 접착부의 개수는 특별히 한정되지 않으나 전해액의 함침성을 고려하여 목적에 맞게 설정할 수 있다.
[부호의 설명]
1, 100, 200: 전극 조립체
10, 110, 210: A형 바이셀
20, 120, 220: C형 바이셀
30, 130, 230: 양극
40, 140, 240: 음극
50, 150, 250: 분리막
60, 160, 260: 분리시트
131, 231: 양극 탭
141, 241: 음극 탭
151, 251: 접착부
151a, 251a: 제1 접착부
151b, 251b: 제2 접착부
152, 252: 미접착부
170: 플라즈마 발생장치
171: 롤러부
172: 금속부재
173: 플라즈마 발생부
174: 본체
175: 전극부재
176: 가이드부재
251c: 제3 접착부

Claims (13)

  1. 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 단위셀들이 n개(n은 2 이상의 정수) 적층되되, 상기 단위셀들 사이에는 분리시트가 배치되고,
    단위셀 내에 개재된 분리막은, 코로나(corona) 표면 처리된 접착부와 코로나 표면 처리되지 않은 미접착부 포함하고,
    상기 분리시트는 코로나 표면 처리되지 않은 구조인 전극 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리시트는, 적층된 단위셀들 사이를 경유하여, 단위셀들을 감싸면서 권취된 구조인 전극 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위셀들은,
    양극의 일방향으로 연장되어 형성된 양극 탭; 및
    음극의 일방향으로 연장되어 형성된 음극 탭을 포함하고,
    상기 분리막은,
    양극 탭이 위치하는 가장자리 영역에 코로나 표면 처리된 제1 접착부; 및
    음극 탭이 위치하는 가장자리 영역에 코로나 표면 처리된 제2 접착부를 포함하는 전극 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    분리막의 표면은, 접착부와 미접착부가 서로 교번하여 배열된 구조인 전극 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    접착부는, 분리막의 일면 또는 양면에 형성된 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    접착부가 형성된 면적은, 분리막 면적의 10% 내지 70% 범위인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    접착부는 패턴을 형성하며,
    상기 패턴은 띠형(stripe), 격자형(grid), 도트형(dot) 및 다각형(polygon) 중 1종 이상인 전극 조립체.
  8. 제 1 항에 따른 전극 조립체를 포함하는 이차전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이차전지는 파우치형 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 이차전지용 전극 조립체의 제조방법으로서,
    분리막의 일면 또는 양면에 코로나(corona) 방전을 수행하여 표면 처리하는 단계;
    양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 단위셀을 형성하는 단계; 및
    시트형 분리시트 상에 n개(n은 2 이상의 정수)의 단위셀들을 위치시키고 한 방향으로 분리시트를 권취하여 전극 조립체를 제조하는 단계;를 포함하며,
    단위셀 내에 개재된 분리막은, 코로나 표면 처리한 접착부와 코로나 표면 처리하지 않은 미접착부 포함하며,
    상기 분리시트는 코로나 표면 처리하지 않은 구조인 전극 조립체 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 표면 처리하는 단계는,
    플라즈마 발생장치를 통해 분리막의 표면을 대전시키는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    코로나 방전시, 방전 범위는 1.0 내지 3.0 kV 범위인 전극 조립체 제조방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    코로나 방전시, 방전량은 30 내지 300 W·min/m2 범위인 전극 조립체 제조방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000071221A (ko) * 1999-08-18 2000-11-25 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시 리튬이온 2차전지의 제조방법
CN101563799A (zh) * 2006-12-20 2009-10-21 瓦尔达微电池有限责任公司 包含粘合剂粘合的得自电极和隔膜的复合材料的电化学元件
KR20180006324A (ko) * 2016-07-08 2018-01-17 주식회사 엘지화학 전극 조립체 및 그의 제조 방법
KR20180086364A (ko) * 2017-01-20 2018-07-31 주식회사 엘지화학 코로나 표면 처리된 분리막을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR20210047208A (ko) * 2019-10-21 2021-04-29 주식회사 엘지화학 전극 조립체 제조방법 및 이를 통해 제조된 전극 조립체

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008094238A1 (en) 2007-01-30 2008-08-07 Dow Global Technologies, Inc. Ortho-cyclohexanediamine-initiated polyols and rigid polyurethane foam made therefrom

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000071221A (ko) * 1999-08-18 2000-11-25 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시 리튬이온 2차전지의 제조방법
CN101563799A (zh) * 2006-12-20 2009-10-21 瓦尔达微电池有限责任公司 包含粘合剂粘合的得自电极和隔膜的复合材料的电化学元件
KR20180006324A (ko) * 2016-07-08 2018-01-17 주식회사 엘지화학 전극 조립체 및 그의 제조 방법
KR20180086364A (ko) * 2017-01-20 2018-07-31 주식회사 엘지화학 코로나 표면 처리된 분리막을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR20210047208A (ko) * 2019-10-21 2021-04-29 주식회사 엘지화학 전극 조립체 제조방법 및 이를 통해 제조된 전극 조립체

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