JP2023539571A - 単位セルおよびこれを含む電池セル - Google Patents

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Abstract

本発明の一実施形態による単位セルは、定められた個数だけ交互に積層されている分離膜と電極；前記分離膜と前記電極との間に位置し、第１接着組成物からなる第１接着部；および前記分離膜と他の分離膜との間に位置し、第２接着組成物からなる第２接着部を含み、前記第１接着部の剪断強度は前記第２接着部の剪断強度と同一であるかまたはこれより小さい。

Description

関連出願（ら）との相互引用
本出願は、２０２１年５月２４日付韓国特許出願第１０－２０２１－００６６４６１号および２０２２年４月１９日付韓国特許出願第１０－２０２２－００４８３８７号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として組み含まれる。
本発明は、単位セルおよびこれを含む電池セルに関し、より具体的には従来の熱と圧力を利用したラミネーションの代わりに、接着組成物を利用して電極と分離膜および分離膜と分離膜を接着させた単位セルおよびこれを含む電池セルに関する。
モバイル機器に対する技術開発と需要の増加に伴い、エネルギー源として二次電池の需要が急激に増加している。特に、二次電池は、携帯電話、デジタルカメラ、ノートパソコン、ウェアラブルデバイスなどのモバイル機器だけでなく、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの動力装置に対するエネルギー源としても大きな関心を受けている。
このような二次電池は、電池ケースの形状により、電極組立体が円筒型または角型の金属カンに内蔵されている円筒型電池および角型電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに内蔵されているパウチ型電池とに分類される。ここで、電池ケースに内蔵される電極組立体は、正極、負極、および前記正極と前記負極との間に介された分離膜構造からなって充放電が可能な発電素子であって、活物質が塗布された長いシート状の正極と負極との間に分離膜を介して巻き取ったジェリーロール型と、多数の正極と負極を分離膜に介した状態で順次に積層したスタック型とに分類される。
この中でも、特にスタック型またはスタック／フォルディング型電極組立体をアルミニウムラミネートシートのパウチ型電池ケースに内蔵した構造のパウチ型電池が、低い製造費用、小さい重量、容易な変形形態などの理由により使用量が漸次に増加している。
ここで、スタック型電極組立体の場合、単位セルを予め製造した後、複数個の前記単位セルを積層して製造がなされる方式が一般的である。より具体的に、前記単位セルは、分離膜－負極－分離膜－正極の順で交互に積層されている状態で、ラミネーティング装置を通じて熱と圧力が加えられ得、これにより各構成要素は互いに固定され得る。
ただし、分離膜－負極－分離膜－正極の順で交互に積層された後、ラミネーティング装置に進入される前またはラミネーション進行中に、分離膜あるいは電極のうちの一部が正位置から押し出されることで、破損が発生したり接着力の差が発生するなどの問題がある。
そのために、電極と分離膜との間の動きが防止されており、電極と分離膜の変形および破損が防止され得る単位セルを開発する必要がある。
本発明の解決しようとする課題は、従来の熱と圧力を利用したラミネーションの代わりに、接着組成物を利用して電極と分離膜および分離膜と分離膜を接着させた単位セルおよびこれを含む電池セルを提供することにある。
本発明が解決しようとする課題は、前述した課題に制限されず、言及されていない課題は本明細書および添付した図面から本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解され得るだろう。
本発明の一実施形態による単位セルは、定められた個数だけ交互に積層されている分離膜と電極；前記分離膜と前記電極との間に位置し、第１接着組成物からなる第１接着部；および前記分離膜と他の分離膜との間に位置し、第２接着組成物からなる第２接着部を含み、前記第１接着部の剪断強度は前記第２接着部の剪断強度と同一であるかまたはこれより小さい。
前記第１接着部の剪断強度は０．１５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下であり、前記第２接着部の剪断強度は０．１５ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下であり得る。
前記第２接着部の剪断強度は１．５ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下であり得る。
前記第１接着部の粘度は前記第２接着部の粘度と同一であるかまたはこれより小さくてもよい。
前記第１接着部の粘度は５０ｃＰ（１５０℃時）以上～１２０ｃＰ（１５０℃時）以下であり、前記第２接着部の粘度は５０ｃＰ（１５０℃時）以上～１２０００ｃＰ（１５０℃時）以下であり得る。
前記第２接着部の粘度は８００ｃＰ（１５０℃時）以上～１２０００ｃＰ（１５０℃時）以下であり得る。
前記第１接着部の厚さは前記電極の厚さより小さく、前記第２接着部の厚さは前記電極の厚さと同一であるかまたはこれより小さくてもよい。
前記第１接着部の厚さは前記電極の厚さに対して０．０１％以上～１０％以下であり、前記第２接着部の厚さは前記電極の厚さに対して９０％以上１００％以下であり得る。
前記第１接着部の接着力は前記第２接着部の接着力と同一であるかまたはこれより大きくてもよい。
前記第１接着部の接着力は５０ｇｆ／ｍｍ２以上～１００ｇｆ／ｍｍ２以下であり、前記第２接着部の接着力は２０ｇｆ／ｍｍ２以上～１００ｇｆ／ｍｍ２以下であり得る。
前記第２接着部は前記分離膜の端部と前記電極の端部との間に位置することができる。
前記第２接着部の幅は前記分離膜の端部と前記電極の端部との間の距離より小さくてもよい。
前記第１接着部および前記第２接着部は、それぞれ互いに離隔している複数のドットを含むパターンで形成され得る。
前記第２接着部に含まれている前記複数のドットは、前記電極の端部と前記分離膜の端部との間の距離より小さい直径を有することができる。
前記第１接着組成物は、エチレン－ビニルアセテート（ＥＶＡ、Ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）系物質、アクリル系物質、およびエポキシ系物質のうちの少なくとも一つからなり、前記第２接着組成物は、エチレン－ビニルアセテート（ＥＶＡ、Ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）系物質、アクリル系物質、エポキシ系物質、ポリオレフィン系物質、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）系物質、ポリアミド系物質、およびポリウレタン系物質のうちの少なくとも一つからなることができる。
前記第２接着組成物は、ポリオレフィン系物質、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）系物質、ポリアミド系物質、およびポリウレタン系物質のうちの少なくとも一つからなることができる。
本発明の他の一実施形態による電極組立体は、前記単位セルを交互に積層して形成され、前記第１接着部は、前記電極と前記分離膜との間ごとに同一の位置に配置される接着パターンを含む。
本発明の他の一実施形態による電極組立体は、前記単位セルを交互に積層して形成され、前記第１接着部は、前記電極と前記分離膜との間ごとに互いにずらした形態で配置される接着パターンを含む。
本発明の他の一実施形態による電池セルは、前記単位セルが交互に積層されている電極組立体と共に電解液を含む。
前記第１接着部は、電解液に溶解される性質を有することができる。
前記電池セルは、前記分離膜がフォルディングされてジグザグ形態を有することができる。
本発明の他の一実施形態による単位セルの製造方法は、電極の第１面または第１分離膜の接合領域のうちの少なくともいずれか一つに第１接着剤を適用する段階；前記第１接着剤を前記電極の第２面または第２分離膜の接合領域のうちの少なくとも一つに適用する段階であって、前記電極の第２面は前記第１面から前記電極の反対側に位置する段階；前記第１分離膜の周辺領域または前記第２分離膜の周辺領域のうちの少なくとも一つに第２接着剤を適用する段階；および前記電極の第１面が前記第１分離膜の接合領域に接し、前記電極の第２面が前記第２分離膜の接合領域に接するように前記第１分離膜と前記第２分離膜との間に前記電極を積層することによって少なくとも一部分のスタックを形成する段階を含み、前記スタックは、前記第１、２分離膜のそれぞれの周辺領域が前記電極の周縁を超えて外側に伸びるように形成され、前記第１、２分離膜のそれぞれの周辺領域はその間に電極を位置させずに互いに対向し、前記第１接着剤の剪断強度は前記第２接着剤の剪断強度と同一であるかまたはこれより小さい。
前記単位セルの製造方法は、前記電極の第１面および前記電極の第２面に直交する方向に沿って前記スタックを圧縮する段階をさらに含むことができる。
前記単位セルの製造方法は、電池ケースに前記スタックおよび電解液を配置する段階をさらに含むことができる。
前記第１、２分離膜のそれぞれの周辺領域は、前記第１、２分離膜のそれぞれの周り周囲に伸びて、前記周辺領域のそれぞれが前記第１、２分離膜のそれぞれの接合領域を囲むことができる。
前記第１接着剤の剪断強度は０．１５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下であり、前記第２接着剤の剪断強度は０．１５ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下であり得る。
前記第２接着剤の剪断強度は１．５ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下であり得る。
前記第１接着剤の粘度は前記第２接着剤の粘度以下であり得る。
前記第１接着剤の粘度は５０ｃＰ（１５０℃時）以上～１２０ｃＰ（１５０℃時）以下であり、前記第２接着剤の粘度は５０ｃＰ（１５０℃時）以上～１２０００ｃＰ（１５０℃時）以下であり得る。
前記第２接着剤の粘度は８００ｃＰ（１５０℃時）以上～１２０００ｃＰ（１５０℃時）以下であり得る。
前記第１接着剤の厚さは前記電極の厚さより薄く、前記第２接着剤の厚さは前記電極の厚さと同一であるかまたはこれより小さくてもよい。
前記第１接着剤の厚さは前記電極の厚さに対して０．０１％以上～１０％以下であり、前記第２接着剤の厚さは前記電極の厚さに対して９０％以上１００％以下であり得る。
前記第１接着剤の接着強度は前記第２接着剤の接着強度以上であり得る。
前記第１接着剤の接着力は５０ｇｆ／ｍｍ２以上１００ｇｆ／ｍｍ２以下であり、前記第２接着剤の接着力は２０ｇｆ／ｍｍ２以上１００ｇｆ／ｍｍ２以下であり得る。
前記第１、２分離膜の周辺領域に適用された前記第２接着剤の幅は、前記第２接着剤が塗布される周辺領域の幅より小さくてもよい。
前記第１接着剤および前記第２接着剤は、互いに離隔したそれぞれのドットパターンでそれぞれ塗布され得る。
前記第２接着剤のドットパターンでドットのそれぞれは、前記第１、２分離膜のそれぞれの周辺領域の幅より小さい直径を有することができる。
前記第１接着剤のドットパターンでドットは行と列の格子に配列され得る。
前記第１接着剤は、エチレン－ビニルアセテート（ＥＶＡ）系物質、アクリル系物質、およびエポキシ系物質のうちの少なくとも一つからなり、前記第２接着剤は、エチレン－ビニルアセテート（ＥＶＡ）系物質、アクリル系物質、エポキシ系物質、ポリオレフィン系物質、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）系物質、ポリアミド系物質、およびポリウレタン系物質のうちの少なくとも一つからなることができる。
前記第２接着剤は、ポリオレフィン系物質、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）系物質、ポリアミド系物質、およびポリウレタン系物質のうちの少なくとも一つからなることができる。
実施形態によると、本発明の単位セルおよびこれを含む電池セルは、従来の熱と圧力を利用したラミネーションの代わりに、接着組成物を利用して電極と分離膜および分離膜と分離膜を接着させることで、電極と分離膜との間の動きが防止され、電極と分離膜の変形および破損が防止され得る。
本発明の効果は、前述した効果に制限されず、言及されていない効果は本明細書および添付した図面から本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解され得るだろう。
本発明の一実施形態による単位セルの分解斜視図である。 図１の構成要素が結合された単位セルを示す斜視図である。 図２のＡ－Ａ軸に沿って切断した断面図である。 図２の単位セルが加圧される過程を示す断面図である。 図２の単位セルに含まれている第１接着部および第２接着部が塗布される過程を示す図面である。 本発明の他の一実施形態による電池セルの上面図である。 図２の単位セルに含まれている接着組成物のＬＳＶ（Ｌｉｎｅａｒ Ｓｗｅｅｐ Ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ）を示す図面である。 本発明の他の一実施形態による電極組立体を示す断面図である。 本発明のまた他の一実施形態による電極組立体を示す断面図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の多様な実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。本発明は、多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付した。
また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは、説明の便宜のために任意に示したため、本発明が必ずしも図示されたところに限定されるのではない。図面において、複数の層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして図面において、説明の便宜のために、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。
また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除外せず、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
また、明細書全体において、「平面上」という時、これは対象部分を上方から見た時を意味し、「断面上」という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を側方から見た時を意味する。
以下、本発明の実施形態による単位セルについて説明する。
図１は本発明の一実施形態による単位セルの分解斜視図である。図２は図１の構成要素が結合された単位セルを示す斜視図である。図３は図２のＡ－Ａ軸に沿って切断した断面図である。
図１および図２を参照すると、本発明の一実施形態による単位セルは、定められた個数だけ交互に積層されている分離膜２１０、２５０と電極１１０、１５０；分離膜２１０、２５０と電極１１０、１５０との間に位置し、第１接着組成物からなる第１接着部３１０；および分離膜２１０、２５０と他の分離膜２１０、２５０との間に位置し、第２接着組成物からなる第２接着部３５０を含む。
より具体的に、分離膜２１０、２５０は、下部分離膜２１０および上部分離膜２５０を含み、電極１１０、１５０は、第１電極１１０および第２電極１５０を含み、下部分離膜２１０、第１電極１１０、上部分離膜２５０、および第２電極１５０の順で積層され得る。
ここで、第１電極１１０は一方向に突出している第１電極タブ１１５を含むことができ、第２電極１５０は一方向に突出している第２電極タブ１５５を含むことができる。一例として、図１および図２に示すように、第１電極１１０と第２電極１５０との間に上部分離膜２５０が位置するように積層されるが、第１電極１１０の第１電極タブ１１５と第２電極１５０の第２電極タブ１５５とが互いに反対方向に位置するように積層され得る。ただし、これに限定されるのではなく、第１電極タブ１１５と第２電極タブ１５５が同じ方向に位置するように積層される構造も本実施形態に含まれ得る。
ここで、第１電極１１０および第２電極１５０は、それぞれ電極集電体と前記電極集電体上に位置する活物質層とを含むことができる。ここで、前記活物質層は、電極活物質を含む電極組成物からなることができる。より具体的に、第１電極１１０および第２電極１５０は正極または負極であり得る。ここで、前記正極は、正極集電体と正極活物質を含む活物質層とを含むことができ、前記負極は、負極集電体と負極活物質を含む活物質層とを含むことができる。一例として、第１電極１１０は負極であり、第２電極１５０は正極であり得る。ただし、これに限定されるのではなく、反対の場合にも同様に本実施形態に含まれ得る。
前記負極活物質は、当業界における通常のリチウム二次電池用負極活物質を使用することができ、一例として、リチウム金属、リチウム合金、石油コークス、活性化炭素（ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ）、グラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）、ケイ素、スズ、金属酸化物またはその他炭素類などのような物質を使用することができる。
また、前記正極活物質は、一例として、リチウム－コバルト系酸化物、リチウム－マンガン系酸化物、リチウム－ニッケル－マンガン系酸化物、リチウム－マンガン－コバルト系酸化物、リチウム－ニッケル－マンガン－コバルト系酸化物、およびリチウムリン酸鉄からなる群より選択されるか、あるいはこれらの組み合わせまたはこれらの複合酸化物などであり得る。
前記負極集電体または前記正極集電体は、電池に化学的変化を誘発しないが高い導電性を有するものであれば特に制限されるのではなく、例えば、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素またはアルミニウムやステンレススチール表面に炭素、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したものなどを使用することができる。
分離膜２１０、２５０は、第１電極１１０と第２電極１５０を分離し、リチウムイオンの移動通路を提供することができる。また、分離膜２１０、２５０は、下部分離膜２１０および上部分離膜２５０を含むが、下部分離膜２１０および上部分離膜２５０は互いに異なるかまたは互いに同一の素材の分離膜が適用され得る。
一例として、分離膜２１０、２５０は、通常、リチウム二次電池でセパレータとして使用されるものであれば特別な制限なく使用可能であり、特に電解質のイオン移動に対して低抵抗でありながら、電解液含湿能力に優れたものが好ましい。具体的には多孔性高分子フィルム、例えばエチレン単独重合体、プロピレン単独重合体、エチレン／ブテン共重合体、エチレン／ヘキセン共重合体およびエチレン／メタクリレート共重合体などのようなポリオレフィン系高分子で製造した多孔性高分子フィルムまたはこれらの２層以上の積層構造体を使用することができる。
以下、本実施形態による単位セルに含まれている第１接着部３１０および第２接着部３５０を中心に説明する。
図１および図３を参照すると、第１接着部３１０は、第１電極１１０と下部分離膜２１０との間、第１電極１１０と上部分離膜２５０との間、および第２電極１５０と上部分離膜２５０との間のうちの少なくとも一つに位置することができる。
第１接着部３１０は第１接着組成物からなり、第２接着部３５０は第２接着組成物からなることができる。一例として、前記第１接着組成物は、エチレン－ビニルアセテート（ＥＶＡ、Ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）系物質、アクリル系物質、およびエポキシ系物質のうちの少なくとも一つからなり、前記第２接着組成物は、エチレン－ビニルアセテート（ＥＶＡ、Ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）系物質、アクリル系物質、エポキシ系物質、ポリオレフィン系物質、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）系物質、ポリアミド系物質、およびポリウレタン系物質のうちの少なくとも一つからなることができる。より好ましくは、前記第２接着組成物は、前述した物質の中でもポリオレフィン系物質、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）系物質、ポリアミド系物質、およびポリウレタン系物質のうちの少なくとも一つからなることができる。
これにより、第１接着部３１０は、第１電極１１０および第２電極１５０をそれぞれ下部分離膜２１０および／または上部分離膜２５０に固定させることができる。つまり、従来のラミネート工程とは異なり、第１接着部３１０は、電極１１０、１５０と分離膜２１０、２５０との間の動きを防止することができ、電極１１０、１５０と分離膜２１０、２５０の変形および破損を防止することができる。
図１および図３を参照すると、第１接着部３１０および第２接着部３５０は形成されている位置が互いに異なるため、互いに物理的特性あるいは物理的条件が互いに異なり得る。
第１接着部３１０の剪断強度は第２接着部３５０の剪断強度と同一であるかまたはこれより小さくてもよい。ここで、第１接着部３１０の剪断強度は０．１５ＭＰａ以上～０．５ＭＰａ以下であり、第２接着部３５０の剪断強度は０．１５ＭＰａ以上～３．５ＭＰａ以下であり得る。
一例として、第１接着部３１０の剪断強度および第２接着部３５０の剪断強度は０．１５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下であり得る。より具体的に、第１接着部３１０の剪断強度および第２接着部３５０の剪断強度は０．２ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下であり得る。
これにより、第１接着部３１０および第２接着部３５０は前述した範囲の剪断強度を有することによって、第１接着部３１０および第２接着部３５０は、それぞれ圧着ロール５１０、５２０（図４）により容易に圧着され得る。
これとは異なり、第１接着部３１０および第２接着部３５０の剪断強度が０．１５ＭＰａ未満である場合、電極２１０、２５０と分離膜２１０、２５０との間の接着および固定に不利になることがある。また、第１接着部３１０および第２接着部３５０の剪断強度が０．５ＭＰａ超過である場合、第１接着部３１０が圧着ロール５１０、５２０（図４）により容易に圧着されないことがあり、第１接着部３１０の第１厚さｄ１が過度に大きいかまたは不均一になることがある。
他の一例として、第１接着部３１０の剪断強度は０．１５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下であり、第２接着部３５０の剪断強度は１．５ＭＰａ以上～３．５ＭＰａ以下であり得る。より具体的に、第１接着部３１０の剪断強度は０．２ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下であり、第２接着部３５０の剪断強度は２．０ＭＰａ以上～３．５ＭＰａ以下であり得る。
これにより、第１接着部３１０の第２接着部３５０は前述した範囲の剪断強度を有することによって、第２接着部３５０は、それぞれ圧着ロール５１０、５２０（図４）により容易に圧着され得る。また、第２接着部３５０の剪断強度が第１接着部３１０の剪断強度より大きいため、第２接着部３５０のうちの一部が電極１１０、１５０と接したり、分離膜２１０、２５０の端部を逸脱して外部に漏れる現象を未然に防止することができる。
これとは異なり、第２接着部３５０の剪断強度が１．５ＭＰａ未満である場合、一部の工程上で第２接着部３５０が両側に広がるようになり、第２接着部３５０のうちの一部が電極１１０、１５０と接したり、分離膜２１０、２５０の端部を逸脱して外部に漏れるなどの問題がある。また、第２接着部３５０の剪断強度が３．５ＭＰａ超過である場合、第２接着部３５０が圧着ロール５１０、５２０（図４）により容易に圧着されないことがあり、第２接着部３５０の第２厚さｄ２が過度に大きいかまたは不均一になることがある。
また、第１接着部３１０の第１厚さｄ１は第２接着部３５０の第２厚さｄ２より小さくてもよい。より具体的に、第１接着部３１０の第１厚さｄ１は電極１１０、１５０の厚さＤ１より小さく、第２接着部３５０の第２厚さｄ２は電極１１０、１５０の厚さＤ１と同一であるかまたはこれより小さくてもよい。一例として、図３のように、第１接着部３１０の第１厚さｄ１は第１電極１１０の厚さｄ２より小さく、第２接着部３５０の第２厚さｄ２は第１電極１１０の厚さＤ１と同一であるかまたはこれより小さくてもよい。
これにより、第１接着部３１０は相対的に小さい厚さを有することによって、電極１１０、１５０と分離膜２１０、２５０との間に発生し得る隙間を減らし、単位セル１００の空間的効率性が向上することができる。また、第２接着部３５０は第１電極１１０と類似の厚さを有することによって、下部分離膜２１０と上部分離膜２５０との間が容易に接着および固定されながらも、単位セル１００の厚さが相対的に均一になり得る。
また、第１接着部３１０の第１厚さｄ１は電極１１０、１５０の厚さＤ１に対して０．０１％以上～１０％以下であり得る。より具体的に、第１接着部３１０の第１厚さｄ１は電極１１０、１５０の厚さＤ１に対して０．０５％以上～８％以下であり得る。一例として、第１接着部３１０の第１厚さｄ１は電極１１０、１５０の厚さＤ１に対して１％以上～５．０％以下であり得る。
これにより、第１接着部３１０の第１厚さｄ１は電極１１０、１５０の厚さＤ１に対して前述した範囲の比率を有することによって、電極１１０、１５０と分離膜２１０、２５０との間が容易に接着および固定されながらも、単位セル１００の厚さが相対的に均一になり得る。
これとは異なり、第１接着部３１０の第１厚さｄ１が電極１１０、１５０の厚さＤ１に対して０．０１％未満である場合、電極１１０、１５０と分離膜２１０、２５０との間の固定力が十分でないため、後工程で電極１１０、１５０と分離膜２１０、２５０とが互いに離れる問題がある。また、第１接着部３１０の第１厚さｄ１が電極１１０、１５０の厚さＤ１に対して１０％超過である場合、電極１１０、１５０と分離膜２１０、２５０との間の間隔が過度に大きいため、単位セル１００の空間効率性および電池容量が低下する問題がある。
図４は図２の単位セルが加圧される過程を示す断面図である。
また、図３および図４を参照すると、第１接着部３１０の第１厚さｄ１および第２接着部３５０の第２厚さｄ２は、圧着ロール５１０、５２０により単位セル１００の上下および両側方向に圧着された後の厚さであり得る。ここで圧着ロール５１０、５２０は、ニップロール（Ｎｉｐ ｒｏｌｌ）などのようなロールであり得、単位セル１００を単位セル１００の上下および両側方向に圧着させることができる。
ここで、圧着ロール５１０、５２０により圧着される前の単位セル１００で、第１接着部３１０の第３厚さｄ３は第１接着部３１０の第１厚さｄ１より大きくてもよい。より具体的に、第１接着部３１０の第３厚さｄ３は電極１１０、１５０の厚さＤ１に対して４０％以上～６０％以下であり得る。一例として、第１接着部３１０の第３厚さｄ３は電極１１０、１５０の厚さＤ１に対して４５％以上～５５％以下であり得る。
また、第２接着部３５０の第４厚さｄ４は第２厚さｄ２より大きくてもよい。より具体的に、第２接着部３５０の第４厚さｄ４は電極１１０、１５０の厚さＤ１に対して９０％以上１０５％以下であり得る。一例として、第２接着部３５０の第４厚さｄ４は電極１１０、１５０の厚さＤ１に対して９５％以上１０５％以下であり得る。
これにより、圧着ロール５１０、５２０により圧着される前の第１接着部３１０および第２接着部３５０の厚さは、前述した範囲の厚さ比率を有することができるため、圧着ロール５１０、５２０により単位セル１００が圧着された後にも分離膜２１０、２５０の間あるいは電極２１０、２５０と分離膜２１０、２５０との間が容易に接着および固定されながらも、単位セル１００の厚さが相対的に均一になり得る。
また、第１接着部３１０の接着力は、第２接着部３５０の接着力と同一であるかまたはこれより大きくてもよい。ここで、第１接着部３１０および第２接着部３５０の接着力は、予め準備された一対の引張ジグの間に前記第１接着組成物および前記第２接着組成物を３ｍｍ間隔で１５個のドットを塗布した後に垂直剥離することによって測定され得る。
この時、第１接着部３１０の接着力は５０ｇｆ／ｍｍ２以上～１００ｇｆ／ｍｍ２以下であり、第２接着部３５０の接着力は２０ｇｆ／ｍｍ２以上～１００ｇｆ／ｍｍ２以下であり得る。より具体的に、第１接着部３１０の接着力は５５ｇｆ／ｍｍ２以上～９５ｇｆ／ｍｍ２以下であり、第２接着部３５０の接着力は２５ｇｆ／ｍｍ２以上～９５ｇｆ／ｍｍ２以下であり得る。一例として、第１接着部３１０の接着力は６０ｇｆ／ｍｍ２以上～９０ｇｆ／ｍｍ２以下であり、第２接着部３５０の接着力は２５ｇｆ／ｍｍ２以上～９０ｇｆ／ｍｍ２以下であり得る。
これにより、第１接着部３１０および第２接着部３５０は前述した範囲の接着力を有することによって、第１接着部３１０および第２接着部３５０は、それぞれ分離膜２１０、２５０の間あるいは電極２１０、２５０と分離膜２１０、２５０との間を容易に接着および固定させることができる。
これとは異なり、第１接着部３１０の接着力が５０ｇｆ／ｍｍ２未満であるか１００ｇｆ／ｍｍ２超過である場合、後工程で電極２１０、２５０と分離膜２１０、２５０が互いに離れたり製造工程が難しいという問題がある。また、第２接着部３５０の接着力が２０ｇｆ／ｍｍ２未満であるか１００ｇｆ／ｍｍ２超過である場合、後工程で上部分離膜２５０と下部分離膜２１０が互いに離れたり製造工程が難しいという問題がある。
図５は図２の単位セルに含まれている第１接着部および第２接着部が塗布される過程を示す図面である。
また、第１接着部３１０の粘度は第２接着部３５０の粘度と同一であるかまたはこれより小さくてもよい。より具体的に、図３および図５を参照すると、第１接着部３１０および第２接着部３５０は塗布装置６００により電極１１０、１５０および／または分離膜２１０、２５０に塗布され得る。一例として、塗布装置６００はインクジェット噴射装置などのような装置であり得、塗布装置６００は内部圧力室の体積変化を起こすハウジング６１０、前記圧力室の体積を縮小させる壁面６２０、および接着組成物が吐出される吐出口６１０ａを含むことができる。つまり、第１接着部３１０および第２接着部３５０の粘度は塗布装置６００の吐出口６１０ａで吐出される吐出粘度であり得る。
より具体的に、第１接着部３１０および第２接着部３５０の粘度は摂氏１５０度で塗布装置６００の吐出口６１０ａで吐出される粘度（ｃＰ（１５０℃時））であり得る。ここで、第１接着部３１０の粘度は５０ｃＰ（１５０℃時）以上～１２０ｃＰ（１５０℃時）以下であり、第２接着部３５０の粘度は５０ｃＰ（１５０℃時）以上～１２０００ｃＰ（１５０℃時）以下であり得る。
一例として、第１接着部３１０の粘度および第２接着部３５０の粘度は、それぞれ６０ｃＰ（１５０℃時）以上～１１０ｃＰ（１５０℃時）以下であり得る。より具体的に、第１接着部３１０の粘度および第２接着部３５０の粘度は、それぞれ７０ｃＰ（１５０℃時）以上～１００ｃＰ（１５０℃時）以下であり得る。
これにより、第１接着部３１０および第２接着部３５０は前述した範囲の粘度を有することによって、第１接着部３１０および第２接着部３５０は、それぞれ分離膜２１０、２５０の間あるいは電極２１０、２５０と分離膜２１０、２５０との間を容易に接着および固定させることができる接着力を有しながらも、塗布装置６００の吐出安定性が向上することができる。
これとは異なり、第１接着部３１０および第２接着部３５０の粘度が６０ｃＰ（１５０℃時）未満である場合、電極１１０、１５０と分離膜２１０、２５０との間の接着および固定に不利になることがある。また、第１接着部３１０および第２接着部３５０の粘度が１２０ｃＰ（１５０℃時）超過である場合、第１接着部３１０が圧着ロール５１０、５２０（図４）により容易に圧着されないことがあり、第１接着部３１０の第１厚さｄ１が過度に大きいかまたは不均一になることがある。
他の一例として、第１接着部３１０の粘度は６０ｃＰ（１５０℃時）以上～１１０ｃＰ（１５０℃時）以下であり、第２接着部３５０の粘度は８００ｃＰ（１５０℃時）以上～１２０００ｃＰ（１５０℃時）以下であり得る。より具体的に、第１接着部３１０の粘度は７０ｃＰ（１５０℃時）以上～１００ｃＰ（１５０℃時）以下であり、第２接着部３５０の粘度は８５０ｃＰ（１５０℃時）以上～１１０００ｃＰ（１５０℃時）以下であり得る。
これにより、第１接着部３１０および第２接着部３５０は前述した範囲の粘度を有することによって、第１接着部３１０および第２接着部３５０は、それぞれ分離膜２１０、２５０の間あるいは電極１１０、１５０と分離膜２１０、２５０との間を容易に接着および固定させることができる接着力を有しながらも、塗布装置６００の吐出安定性が向上することができる。また、第２接着部３５０の粘度が第１接着部３１０の粘度より大きいため、第２接着部３５０のうちの一部が電極１１０、１５０と接したり、分離膜２１０、２５０の端部を逸脱して外部に漏れる現象を未然に防止することができる。
これとは異なり、第２接着部３５０の粘度が８００ｃＰ（１５０℃時）未満である場合、一部の工程上で第２接着部３５０が両側に広がるようになり、第２接着部３５０のうちの一部が電極１１０、１５０と接したり、分離膜２１０、２５０の端部を逸脱して外部に漏れるなどの問題がある。また、第２接着部３５０の粘度が１２０００ｃＰ（１５０℃時）超過である場合、塗布装置６００の吐出安定性が低下する問題がある。
ここで、第２接着部３５０の第１幅ｒ１は分離膜２１０、２５０の端部と電極１１０、１５０の端部との間の距離Ｄ２より小さくてもよい。より具体的に、第２接着部３５０の第１幅ｒ１は圧着ロール５１０、５２０により単位セル１００の上下および両側方向に圧着された後の幅であり得る。つまり、第２接着部３５０の第１幅ｒ１は圧着ロール５１０、５２０により圧着される前の第２接着部３５０の第２幅ｒ２より大きくてもよい。
これにより、第２接着部３５０の第１幅ｒ１は分離膜２１０、２５０の端部と電極１１０、１５０の端部との間の距離Ｄ２より小さいため、第２接着部３５０が圧着ロール５１０、５２０により圧着された後にも第２接着部３５０のうちの一部が電極１１０、１５０と接したり、分離膜２１０、２５０の端部を逸脱して外部に漏れることを防止することができる。
また、第１接着部３１０および第２接着部３５０は、図１および図３のように、それぞれ互いに離隔している複数のドットを含むパターンで形成され得る。ここで、前記複数のドットの間の間隔は必要に応じて同一であるかまたは互いに異なるように調節され得る。
これにより、第１接着部３１０および第２接着部３５０は前述したパターンで形成され得るため、複数の単位セル１００を含む電極組立体１１００（図４）に対して電解液が注液される場合、電極組立体１１００（図４）が急速に含浸され得る利点がある。より具体的に、第１接着部３１０および第２接着部３５０で複数のドットが互いに離隔しており、複数のドットの間に電解液が流れ得る利点がある。つまり、電池セル１００（図４）の製造時間を相対的に短縮させ、収率も改善され得る。
第１接着部３１０は電極１１０、１５０と分離膜２１０、２５０との間のリチウムイオン通路を妨害することがある。これを防止するために、第１接着部３１０は電解液に対する溶解度が高い物質からなることが好ましい。
本発明の一実施形態によれば、第１接着部３１０および第２接着部３５０は互いに異なる組成の物質を含むことができる。一例として、第１接着部３１０を形成する第１接着組成物は、エチレン－ビニルアセテート（ＥＶＡ、Ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）系物質、アクリル系物質、およびエポキシ系物質のうちの少なくとも一つからなることができ、第２接着部３５０を形成する第２接着組成物は、ポリオレフィン系物質、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）系物質、ポリアミド系物質、およびポリウレタン系物質のうちの少なくとも一つからなることができる。例として、前記第１接着組成物がアクリル系物質からなる場合、アクリル系物質がエステル基（ｅｓｔｅｒ ｇｒｏｕｐ）を含むため、電解液に一定量の溶解度を示すと考えることができる。
これにより、第１接着部３１０に含まれている前記第１接着組成物は、第２接着部３５０に含まれている前記第２接着組成物と比較する時、複数の単位セル１００を含む電極組立体１１００（図６）に電解液が注液される場合、電極１１０、１５０と分離膜２１０、２５０との間で溶解されていてもよい。つまり、この場合、電極１１０、１５０と分離膜２１０、２５０との間に位置する第１接着部３１０は、電解液に溶解されて、電極１１０、１５０と分離膜２１０、２５０との間のリチウムイオン通路を妨害しないことができる。
ここで、第２接着部３５０に含まれている前記複数のドットは、電極１１０、１５０の端部と分離膜２１０、２５０の端部との間の距離Ｄ２より小さい直径を有することができる。ここで、第２接着部３５０の直径は前述した第２接着部３５０の幅ｒ１、ｒ２と同一に説明され得る。
図７を参照すると、１番位置に該当する第１接着部３１０に含まれている前記第１接着組成物とは異なり、２番位置に該当する第２接着部３５０に含まれている前記第２接着組成物の場合、線形走査ボルタンメトリー（Ｌｉｎｅａｒ Ｓｗｅｅｐ Ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ；ＬＳＶ）による結果、４．０Ｖ付近で酸化反応が現れると確認される。これは電池セル内で副反応を招いて容量および寿命短縮の要因になり得る。したがって、第１接着部３１０には前記第２接着組成物を使用することは好ましくない。第２接着部３５０を形成する理由のうちの一つは、電解液注入工程時に引き起こされる分離膜の折れを防止するためである。図７のような結果は、前記第１接着組成物としてエチレン－ビニルアセテート系物質、アクリル系物質、およびエポキシ系物質のうちの少なくとも一つを使用し、前記第２接着組成物としてポリオレフィン系物質、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）系物質、ポリアミド系物質、およびポリウレタン系物質のうちの少なくとも一つを使用した場合に現れ得る。
本明細書で説明する実施形態による分離膜は、ＣＣＳ（Ｃｅｒａｍｉｃ Ｃｏａｔｅｄ Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）であり得る。一般に分離膜は、基材フィルムと前記基材フィルムの少なくとも一面にコーティング層が形成されているが、前記コーティング層はアルミナ粉とこれらをかたまるようにするバインダーを含むことができる。ＳＲＳ（Ｓａｆｅｔｙ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）は前記コーティング層表面にバインダーが多量コーティングされているが、ＣＣＳは前記コーティング層表面にバインダーがコーティングされていないか、またはＳＲＳに比べて表面に分布するバインダー含有量が非常に低くてもよい。たとえ本実施形態によるＣＣＳ分離膜の場合、分離膜のコーティング層表面にコーティングされたバインダー含有量はほぼ３ｗｔ％以下であり得る。
分離膜がＣＣＳである場合には、電極組立体に含まれている内部電極が固定されていない状態で移送するため、移送中に整列が乱れる可能性がある。もちろん、分離膜がＣＣＳである場合に熱と圧力で固定させることもできるが、電極と分離膜の積層体を形成した後に熱と圧力の固定装置に移送する過程でも内部電極の整列が乱れることがある。また、熱と圧力で電極と分離膜を付けるためにはバインダー含有量が高い高価の分離膜を使用しなければならないという短所もある。これに反し、本実施形態によると、移送中に内部電極の整列が乱れることを防止しながら固定力を高めることができる。
図６は本発明の他の一実施形態による電池セルの上面図である。
図２および図６を参照すると、本発明の他の一実施形態による電池セル１０００は、前述した単位セル１００が交互に積層されている電極組立体１１００と共に電解液を含む。ここで、単位セル１００の第１電極タブ１１５が積層されている第１電極タブら１１５０と第２電極タブ１５５が積層されている第２電極タブら１５５０は、それぞれ電極リード３０００と電気的に連結され得る。電極リード３０００の上部および／または下部にはリードフィルム４０００が位置することができる。
また、電極組立体１１００は電池ケース１２０内部に装着されているが、電極組立体１１００は前記電解液と共に凹状の収納部２１００に位置することができる。また、シーリング部２５００は電池ケース２０００の外周面が互いに熱融着されてシーリングされて形成され得る。
一例として、前記電解液は、有機系液体電解質、無機系液体電解質、固体高分子電解質、ゲル状高分子電解質、固体無機電解質、および溶融型無機電解質のうちの少なくとも一つからなることができる。ただし、これに限定されるのではなく、一般に使用される電解液は全て含まれ得る。
以下、より具体的な実施例を通じて本発明の内容を説明するが、下記の実施例は本発明を例として説明するためのものであり、本発明の権利範囲がこれに限定されるのではない。
＜実験例１－剪断強度、粘度、接着力の測定＞
接着組成物として、エチレン－ビニルアセテート（ＥＶＡ、Ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）系物質、アクリル系物質、エポキシ系物質、ポリオレフィン系物質、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）系物質、ポリアミド系物質、およびポリウレタン系物質に対して、それぞれ剪断強度、粘度、および接着力を測定した。
ここで、アクリル系物質はＢＡＳＦ社のａｃＲｅｓｉｎ ２０４ＵＶであり、ＥＶＡ系物質はＨｅｎｋｅｌ社のＴｅｃｈｎｏｍｅｌｔ ４０４６であり、エポキシ系物質はＨｅｎｋｅｌ社のＬｏｔｉｔｅ ＥＡ６０８であり、ポリオレフィン系物質はＨｅｎｋｅｌ社のＳｕｐｒａ５０２であり、ゴム系物質はＨｅｎｋｅｌ社の２８０２ｄｉｓｐｏｍｅｌｔであり、ポリアミド系物質はＨｅｎｋｅｌ社のＨＰＸ ００２であり、ポリウレタン系はＦｕｌｌｅｒ社のＥＨ９７０２である。
剪断強度は、ＵＴＭ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）を利用してＡＳＴＭ Ｄ３１６３規格により剪断強度を測定した。その結果は表１に示した。
粘度は、ブルックフィールド社（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ）ＤＶ２Ｔ ＬＶ ＴＪ１０モデル装備のスピンドル（ｓｐｉｎｄｌｅ）部分をコーン（ｃｏｎｅ）とプレート（ｐｌａｔｅ）に交替して、ＣＰＡ－４０Ｚ ｃｏｎｅを適用して１０ｒｐｍ条件で測定され得る。その結果は表１に示した。
接着力は、予め準備された一対の引張ジグの間に前述した接着組成物のうちの一つを３ｍｍ間隔で１５個のドットを塗布した後に垂直剥離することによって測定され得る。その結果は表１に示した。
＜実施例１＞
正極活物質としてＬｉＮｉ０．６Ｍｎ０．２Ｃｏ０．２Ｏ２、導電剤としてカーボンブラックおよびバインダーとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）をそれぞれ使用し、正極活物質：導電剤：バインダーの重量比を９６：２：２にして混合した混合物に溶剤であるＮＭＰを添加して正極活物質スラリーを製造した。アルミニウム集電体に正極活物質スラリーを塗布した後、乾燥および圧延して正極を製造した。ここで正極の厚さは２００ｕｍである。
負極活物質として人造黒鉛、導電剤としてカーボンブラックおよびバインダーとしてＳＢＲエマルジョン水溶液をそれぞれ使用し、負極活物質：導電剤：バインダーの重量比を９４：１：５比率で混合した混合物に水を添加して負極活物質スラリーを製造した。銅集電体に負極活物質スラリーを塗布した後、乾燥および圧延して負極を製造した。ここで負極の厚さは２００ｕｍである。
ポリエチレン／ポリプロピレン素材のベースシート（厚さ：１０μｍ）上にＡｌ２Ｏ３とＰＶＤＦを９４：６の重量比で混合されたスラリーを両面に塗布（各厚さ：３μｍ）し、６０℃で乾燥して分離膜を製造した。前記分離膜は位置により上部分離膜および下部分離膜と命名する。
製造された下部分離膜、負極、上部分離膜、正極の順で交互に積層するが、前記分離膜と前記負極との間および前記分離膜と前記正極との間にａｃＲｅｓｉｎ ２０４ＵＶからなる第１接着部が位置し、前記上部分離膜と前記下部分離膜との間にａｃＲｅｓｉｎ ２０４ＵＶからなる第２接着部が位置する単位セルを製造した。
＜実施例２＞
前記実施例１で、第２接着部はＳｕｐｒａ５０２からなる組成物が使用された。この点を除いては実施例１と同様に単位セルを製造した。
＜実施例３＞
前記実施例１で、第１接着部はＬｏｔｉｔｅ ＥＡ６０８からなる組成物が使用され、第２接着部はＳｕｐｒａ５０２からなる組成物が使用された。この点を除いては実施例１と同様に単位セルを製造した。
＜実施例４＞
前記実施例１で、第１接着部はＴｅｃｈｎｏｍｅｌｔ ４０４６からなる組成物が使用され、第２接着部はＳｕｐｒａ５０２からなる組成物が使用された。この点を除いては実施例１と同様に単位セルを製造した。
＜比較例１＞
前記実施例１で、第１接着部はＳｕｐｒａ５０２からなる組成物が使用された。この点を除いては実施例１と同様に単位セルを製造した。
＜比較例２＞
前記実施例１で、第２接着部が前記上部分離膜と前記下部分離膜との間に形成されなかった。この点を除いては実施例１と同様に単位セルを製造した。
＜比較例３＞
前記実施例１で、第１接着部は２８０２ ｄｉｓｐｏｍｅｌｔからなる組成物が使用され、第２接着部が前記上部分離膜と前記下部分離膜との間に形成されなかった。この点を除いては実施例１と同様に単位セルを製造した。
＜比較例４＞
前記実施例１で、第２接着部はＳｕｐｒａ５０２からなる組成物が使用され、第１接着部が前記分離膜と前記負極との間および前記分離膜と前記正極との間に形成されなかった。この点を除いては実施例１と同様に単位セルを製造した。
＜比較例５＞
前記実施例１で、第２接着部は２８０２ ｄｉｓｐｏｍｅｌｔからなる組成物が使用され、第１接着部が前記分離膜と前記負極との間および前記分離膜と前記正極との間に形成されなかった。この点を除いては実施例１と同様に単位セルを製造した。
＜実験例２－電極ずれおよび接着部の厚さ測定＞
実施例１～４、比較例１～５で製造されたそれぞれの単位セルに対して、ＧＥ社のＣＴ Ｓｃａｎｎｅｒを通じて１７０ｋＶ、２００ｕｍＡ、３４Ｗの条件で３３ｕｍ／ｐｉｘｅｌの解像度で電極ずれを測定した。その結果は表２に示した。
また、実施例１～４、比較例１～５で製造されたそれぞれの単位セルに対して、圧着ロールにより単位セルの上下および両側方向に圧着された後、第１接着部および／または第２接着部の厚さを測定した。その結果は表２に示した。
＜実験結果の分析＞
表１および表２を参照すると、実施例１～実施例４のように、第１接着部にａｃＲｅｓｉｎ ２０４ＵＶ、Ｌｏｔｉｔｅ ＥＡ６０８、Ｔｅｃｈｎｏｍｅｌｔ ４０４６からなる組成物が使用される場合、電極ずれの問題が発生せず、第１接着部の厚さは、それぞれ電極の厚さ（２００ｕｍ）に対して５％以下であり、第２接着部の厚さは電極の厚さ（２００ｕｍ）とほぼ同等であるかまたはこれより小さいことを確認できる。特に、実施例１の場合、実施例２～４とは異なり、第２接着部がａｃＲｅｓｉｎ ２０４ＵＶからなる組成物が使用されて、第１接着部および第２接着部が全て優れた接着力を有することを確認できる。
これとは異なり、比較例１のように、第１接着部にＳｕｐｒａ５０２からなる組成物が使用される場合、実施例１および実施例２とは異なり、第１接着部の厚さは、それぞれ電極の厚さ（２００ｕｍ）に対して２５％以上３０％以下であり、第１接着部の厚さが過度に大きく現れることを確認できる。
これは、比較例１で使用されたＳｕｐｒａ５０２の場合、実施例１～実施例４で使用されたａｃＲｅｓｉｎ ２０４ＵＶ、Ｌｏｔｉｔｅ ＥＡ６０８、Ｔｅｃｈｎｏｍｅｌｔ ４０４６より剪断強度および粘度が大きいため、第１接着部の厚さが実施例１～実施例４に比べて大きく現れることを確認できる。また、Ｓｕｐｒａ５０２より剪断強度が大きい２８０２ｄｉｓｐｏｍｅｌｔ、ＨＰＸ ００２、ＥＨ９７０２の場合にも同様に解釈され得る。
これにより、第１接着部は、ａｃＲｅｓｉｎ ２０４ＵＶ、Ｌｏｔｉｔｅ ＥＡ６０８、Ｔｅｃｈｎｏｍｅｌｔ ４０４６のようなアクリル系、ＥＶＡ系、およびエポキシ系物質のうちの少なくとも一つからなる場合、電極ずれの問題がないながらも、第１接着部の厚さが電極厚さ（２００ｕｍ）に対して非常に小さい厚さを有することができる。
また、第２接着部の場合、実施例１～実施例４、比較例１のように、ａｃＲｅｓｉｎ ２０４ＵＶまたはＳｕｐｒａ５０２からなるとしても、電極ずれの問題が発生せず、第２接着部の厚さは電極の厚さ（２００ｕｍ）とほぼ同等であるかまたはこれより小さいことを確認できる。つまり、第２接着部は組成物の剪断強度および粘度と関係なく、圧着後厚さがほぼ類似に測定されることを確認できる。
これにより、第２接着部は、ａｃＲｅｓｉｎ ２０４ＵＶ、Ｌｏｔｉｔｅ ＥＡ６０８、Ｔｅｃｈｎｏｍｅｌｔ ４０４６、Ｓｕｐｒａ５０２、２８０２ｄｉｓｐｏｍｅｌｔ、ＨＰＸ ００２、ＥＨ９７０２のような、アクリル系、ＥＶＡ系、エポキシ系、ポリオレフィン系、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）系、ポリアミド系、およびポリウレタン系物質のうちの少なくとも一つからなることができる。
ただし、第２接着部の剪断強度あるいは粘度が小さい場合、工程上で第２接着部を長時間放置時、第２接着部のうちの一部が電極と接したり、分離膜の端部を逸脱して外部に漏れる現象が発生することがある。
これにより、第２接着部は、実施例２～実施例４のように、第２接着部はＳｕｐｒａ５０２、２８０２ｄｉｓｐｏｍｅｌｔ、ＨＰＸ ００２、ＥＨ９７０２のような、ポリオレフィン系、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）系、ポリアミド系、およびポリウレタン系物質のうちの少なくとも一つからなることがより好ましい。
また、比較例２および比較例３のように、第１接着部だけ単位セル内に位置する場合、比較例３とは異なり、比較例２は第１接着部の厚さが実施例１および２と類似していることを確認できる。しかし、比較例２および比較例３共に上部分離膜と下部分離膜との間の接着層が形成されておらず、追加の工程上で分離膜が折れる問題が発生することがあり、電極の不良率を高めることがある。
また、比較例４および比較例５のように、第２接着部だけ単位セル内に位置する場合、第２接着部の厚さは全て実施例１～４と類似していることを確認できる。しかし、分離膜と正極および分離膜と負極の間の接着層が形成されておらず、電極がずれる問題が発生することがあり、電極の不良率を高めることがある。
これにより、比較例２～比較例５とは異なり、実施例１～実施例４は、単位セル内に第１接着部および第２接着部が全て含まれることで、第１接着部および第２接着部が電極と分離膜および分離膜と分離膜の間の動きを防止することができ、従来のラミネーション工程とは異なり、電極と分離膜の変形および破損を防止することができる。
図８は本発明の他の一実施形態による電極組立体を示す断面図である。
図８を参照すると、本実施例による電極組立体３は、基本単位体３０が複数回反復形成されて製造された電極積層体４０を含むことができる。ここで、基本単位体３０は、分離膜３２２がフォルディングされてジグザグ模様を有しながら、電極３１を覆い、電極３１と分離膜３２２が積層されている単位体であり得る。つまり、基本単位体３０は、分離膜３２２の一側および他側が順次にフォルディングされて電極３１を覆いながら、電極３１と分離膜３２２が順次に積層され得る。
電極組立体３は固定テープが付着され得るが、前記固定テープの代わりに分離膜３２２の一端部が電極積層体４０の外面のうちの一部を囲んでいることもできる。本実施形態の基本単位体３０は、電極３１１２、３１２２と分離膜３２２が接着剤３４で互いに接着されている状態であり得る。これにより、電極３１１２、３１２２と分離膜３２２は接着剤３４の接着力により整列度を維持することができる。
本実施形態の電極積層体４０は、分離膜３２２が電極３１１２、３１２２の上下部および一側面を覆っており、前記固定テープなしでも、基本単位体３０同士の積層整列状態を維持することができる。また、本実施形態の電極積層体４０の外側に前記固定テープが付着しているか、または分離膜３２２の一端部が囲んでいる場合には、基本単位体３０同士の積層整列状態をより安定的に維持することができる。
また、本実施形態で製造された電極組立体３で、接着剤３４は電極３１１２、３１２２と分離膜３２２との間ごとに同一の位置に配置され得る。一例として、図８に示されているように、本実施形態の電極組立体３で、第１電極３１１２の下部と分離膜３２２との間に位置する接着剤３４と、第１電極３１１２の上部と分離膜３２２との間に位置する接着剤３４とは、第１電極３１１２または分離膜３２２の底面を基準にそれぞれ同一の垂直線上に配置され得、接着剤３４が配置されている間隔は互いに同一であり得る。これは第２電極３１２２と分離膜３２２との間に位置した接着剤３４の場合にも同様に説明され得る。
これにより、本実施形態で製造された電極組立体３で、接着剤３４は電極３１１２、３１２２と分離膜３２２との間ごとに同一の位置に配置されており、工程時間および効率性が増大できるという利点がある。
図９は本発明のまた他の一実施形態による電極組立体を示す断面図である。
図９を参照すると、本実施形態による電極組立体４で、接着剤３４は電極３１１２、３１２２と分離膜３２２との間ごとに配置されると共に、互いに隣接した層に配置された接着剤３４はずらした交差した形態で配置され得る。一例として、図９に示されているように、本実施形態の電極組立体４で、第１電極３１１２の下部と分離膜３２２との間に位置する第１接着剤３４－１と、第１電極３１１２の上部と分離膜３２２との間に位置する第２接着剤３４－２とは、互いにずらして配置され得る。この時、第１接着剤３４－１と第２接着剤３４－２は位置が互いにずらして配置されているに過ぎず、塗布されている間隔は互いに同一であり得る。これは第２電極３１２２と分離膜３２２との間に位置した接着剤１４の場合にも同様に説明され得る。
ただし、これに限定されるのではなく、第１接着剤３４－１および第２接着剤３４－２が互いにずらして配置される構造は、多様な方式により塗布されて製造され得る。
これにより、本実施形態の電極組立体４で、接着剤３４は電極３１１２、３１２２と分離膜３２２との間ごとに配置されていると共に、互いに隣接した層に配置された接着剤３４はずらした形態で配置されており、接着剤３４による電極組立体４の厚さ増加を最小化することができる。同時に、互いに隣接した層に配置された接着剤３４が互いにずらして配置されており、前述した電池セルに含まれている電解液に接着剤３４がより容易に溶解され得る。
図８および図９による電極組立体３、４で使用される接着剤３４は、前述した第１接着部３１０に含まれる第１接着組成物を使用することができる。
以上で本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
１００：単位セル
１１０：第１電極
１５０：第２電極
２１０：下部分離膜
２５０：上部分離膜
３１０：第１接着部
３５０：第２接着部
５１０、５２０：圧着ロール
６００：塗布装置
１０００：電池セル
１１００：電極組立体
２０００：電池ケース
３０００：電極リード
４０００：リードフィルム

Claims (40)

  1. 定められた個数だけ交互に積層されている分離膜と電極；
    前記分離膜と前記電極との間に位置し、第１接着組成物からなる第１接着部；および
    前記分離膜と他の分離膜との間に位置し、第２接着組成物からなる第２接着部を含み、
    前記第１接着部の剪断強度は前記第２接着部の剪断強度と同一であるかまたはこれより小さい単位セル。
  2. 前記第１接着部の剪断強度は０．１５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下であり、
    前記第２接着部の剪断強度は０．１５ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下である、請求項１に記載の単位セル。
  3. 前記第２接着部の剪断強度は１．５ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下である、請求項１に記載の単位セル。
  4. 前記第１接着部の粘度は前記第２接着部の粘度と同一であるかまたはこれより小さい、請求項１に記載の単位セル。
  5. 前記第１接着部の粘度は５０ｃＰ（１５０℃時）以上～１２０ｃＰ（１５０℃時）以下であり、
    前記第２接着部の粘度は５０ｃＰ（１５０℃時）以上～１２０００ｃＰ（１５０℃時）以下である、請求項４に記載の単位セル。
  6. 前記第２接着部の粘度は８００ｃＰ（１５０℃時）以上～１２０００ｃＰ（１５０℃時）以下である、請求項５に記載の単位セル。
  7. 前記第１接着部の厚さは前記電極の厚さより小さく、
    前記第２接着部の厚さは前記電極の厚さと同一であるかまたはこれより小さい、請求項１に記載の単位セル。
  8. 前記第１接着部の厚さは前記電極の厚さに対して０．０１％以上～１０％以下であり、
    前記第２接着部の厚さは前記電極の厚さに対して９０％以上１００％以下である、請求項７に記載の単位セル。
  9. 前記第１接着部の接着力は前記第２接着部の接着力と同一であるかまたはこれより大きい、請求項１に記載の単位セル。
  10. 前記第１接着部の接着力は５０ｇｆ／ｍｍ２以上１００ｇｆ／ｍｍ２以下であり、
    前記第２接着部の接着力は２０ｇｆ／ｍｍ２以上１００ｇｆ／ｍｍ２以下である、請求項９に記載の単位セル。
  11. 前記第２接着部は前記分離膜の端部と前記電極の端部との間に位置する、請求項１に記載の単位セル。
  12. 前記第２接着部の幅は前記分離膜の端部と前記電極の端部との間の距離より小さい、請求項１１に記載の単位セル。
  13. 前記第１接着部および前記第２接着部は、それぞれ互いに離隔している複数のドットを含むパターンで形成されている、請求項１１に記載の単位セル。
  14. 前記第２接着部に含まれている前記複数のドットは、前記電極の端部と前記分離膜の端部との間の距離より小さい直径を有する、請求項１３に記載の単位セル。
  15. 前記第１接着組成物は、エチレン－ビニルアセテート（ＥＶＡ、Ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）系物質、アクリル系物質、およびエポキシ系物質のうちの少なくとも一つからなり、
    前記第２接着組成物は、エチレン－ビニルアセテート（ＥＶＡ、Ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）系物質、アクリル系物質、エポキシ系物質、ポリオレフィン系物質、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）系物質、ポリアミド系物質、およびポリウレタン系物質のうちの少なくとも一つからなる、請求項１に記載の単位セル。
  16. 前記第２接着組成物は、ポリオレフィン系物質、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）系物質、ポリアミド系物質、およびポリウレタン系物質のうちの少なくとも一つからなる、請求項１５に記載の単位セル。
  17. 請求項１に記載の単位セルを交互に積層して形成された電極組立体において、
    前記第１接着部は、前記電極と前記分離膜との間ごとに同一の位置に配置される接着パターンを含む電極組立体。
  18. 請求項１に記載の単位セルを交互に積層して形成された電極組立体において、
    前記第１接着部は、前記電極と前記分離膜との間ごとに互いにずらした形態で配置される接着パターンを含む電極組立体。
  19. 請求項１に記載の単位セルが交互に積層されている電極組立体と共に電解液を含む電池セル。
  20. 前記第１接着部は、電解液に溶解される性質を有する、請求項１９に記載の電池セル。
  21. 前記分離膜がフォルディングされてジグザグ形態を有する、請求項１９に記載の電池セル。
  22. 電極の第１面または第１分離膜の接合領域のうちの少なくともいずれか一つに第１接着剤を適用する段階；
    前記第１接着剤を前記電極の第２面または第２分離膜の接合領域のうちの少なくとも一つに適用する段階であって、前記電極の第２面は前記第１面から前記電極の反対側に位置する段階；
    前記第１分離膜の周辺領域または前記第２分離膜の周辺領域のうちの少なくとも一つに第２接着剤を適用する段階；および
    前記電極の第１面が前記第１分離膜の接合領域に接し、前記電極の第２面が前記第２分離膜の接合領域に接するように前記第１分離膜と前記第２分離膜との間に前記電極を積層することによって少なくとも一部分のスタックを形成する段階を含み、
    前記スタックは、前記第１分離膜および前記第２分離膜のそれぞれの周辺領域が前記電極の周縁を超えて外側に伸びるように形成され、
    前記第１分離膜および前記第２分離膜のそれぞれの周辺領域はその間に電極を位置させずに互いに対向し、
    前記第１接着剤の剪断強度は前記第２接着剤の剪断強度と同一であるかまたはこれより小さい単位セルの製造方法。
  23. 前記電極の第１面および前記電極の第２面に直交する方向に沿って前記スタックを圧縮する段階をさらに含む、請求項２２に記載の単位セルの製造方法。
  24. 電池ケースに前記スタックおよび電解液を配置する段階をさらに含む、請求項２２に記載の単位セルの製造方法。
  25. 前記第１分離膜および前記第２分離膜のそれぞれの周辺領域は、前記第１分離膜および前記第２分離膜のそれぞれの周り周囲に伸びて、前記周辺領域のそれぞれが前記第１分離膜および前記第２分離膜のそれぞれの接合領域を囲む、請求項２２に記載の単位セルの製造方法。
  26. 前記第１接着剤の剪断強度は０．１５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下であり、前記第２接着剤の剪断強度は０．１５ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下である、請求項２２に記載の単位セルの製造方法。
  27. 前記第２接着剤の剪断強度は１．５ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下である、請求項２２に記載の単位セルの製造方法。
  28. 前記第１接着剤の粘度は前記第２接着剤の粘度以下である、請求項２２に記載の単位セルの製造方法。
  29. 前記第１接着剤の粘度は５０ｃＰ（１５０℃時）以上～１２０ｃＰ（１５０℃時）以下であり、
    前記第２接着剤の粘度は５０ｃＰ（１５０℃時）以上～１２０００ｃＰ（１５０℃時）以下である、請求項２８に記載の単位セルの製造方法。
  30. 前記第２接着剤の粘度は８００ｃＰ（１５０℃時）以上～１２０００ｃＰ（１５０℃時）以下である、請求項２９に記載の単位セルの製造方法。
  31. 前記第１接着剤の厚さは前記電極の厚さより薄く、
    前記第２接着剤の厚さは前記電極の厚さと同一であるかまたはこれより小さい、請求項２２に記載の単位セルの製造方法。
  32. 前記第１接着剤の厚さは前記電極の厚さに対して０．０１％以上～１０％以下であり、
    前記第２接着剤の厚さは前記電極の厚さに対して９０％以上１００％以下である、請求項３１に記載の単位セルの製造方法。
  33. 前記第１接着剤の接着強度は前記第２接着剤の接着強度以上である、請求項２２に記載の単位セルの製造方法。
  34. 前記第１接着剤の接着力は５０ｇｆ／ｍｍ２以上１００ｇｆ／ｍｍ２以下であり、
    前記第２接着剤の接着力は２０ｇｆ／ｍｍ２以上１００ｇｆ／ｍｍ２以下である、請求項３３に記載の単位セルの製造方法。
  35. 前記第１分離膜および前記第２分離膜の周辺領域に適用された前記第２接着剤の幅は、前記第２接着剤が塗布される周辺領域の幅より小さい、請求項２２に記載の単位セルの製造方法。
  36. 前記第１接着剤および前記第２接着剤は、互いに離隔したそれぞれのドットパターンでそれぞれ塗布される、請求項２２に記載の単位セルの製造方法。
  37. 前記第２接着剤のドットパターンでドットのそれぞれは、前記第１分離膜および前記第２分離膜のそれぞれの周辺領域の幅より小さい直径を有する、請求項３６に記載の単位セルの製造方法。
  38. 前記第１接着剤のドットパターンでドットは行と列の格子に配列される、請求項３６に記載の単位セルの製造方法。
  39. 前記第１接着剤は、エチレン－ビニルアセテート（ＥＶＡ）系物質、アクリル系物質、およびエポキシ系物質のうちの少なくとも一つからなり、前記第２接着剤は、エチレン－ビニルアセテート（ＥＶＡ）系物質、アクリル系物質、エポキシ系物質、ポリオレフィン系物質、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）系物質、ポリアミド系物質、およびポリウレタン系物質のうちの少なくとも一つからなる、請求項２２に記載の単位セルの製造方法。
  40. 前記第２接着剤は、ポリオレフィン系物質、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）系物質、ポリアミド系物質、およびポリウレタン系物質のうちの少なくとも一つからなる、請求項３９に記載の単位セルの製造方法。
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