KR102606262B1 - 정합성이 개선된 이차전지 - Google Patents
정합성이 개선된 이차전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102606262B1 KR102606262B1 KR1020180028748A KR20180028748A KR102606262B1 KR 102606262 B1 KR102606262 B1 KR 102606262B1 KR 1020180028748 A KR1020180028748 A KR 1020180028748A KR 20180028748 A KR20180028748 A KR 20180028748A KR 102606262 B1 KR102606262 B1 KR 102606262B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cathode
- substrate
- anode
- secondary battery
- active material
- Prior art date
Links
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 106
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 47
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 55
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 16
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 15
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 15
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 6
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 229920002943 EPDM rubber Polymers 0.000 description 2
- 229910015645 LiMn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910014689 LiMnO Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005793 GeO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002153 Hydroxypropyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229910000733 Li alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007969 Li-Co-Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008163 Li1+x Mn2-x O4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013716 LiNi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013709 LiNi 1-x M Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006555 Li—Co—Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018584 Mn 2-x O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QDDVNKWVBSLTMB-UHFFFAOYSA-N [Cu]=O.[Li] Chemical compound [Cu]=O.[Li] QDDVNKWVBSLTMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KLARSDUHONHPRF-UHFFFAOYSA-N [Li].[Mn] Chemical compound [Li].[Mn] KLARSDUHONHPRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 229910001420 alkaline earth metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000006231 channel black Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- NJLLQSBAHIKGKF-UHFFFAOYSA-N dipotassium dioxido(oxo)titanium Chemical compound [K+].[K+].[O-][Ti]([O-])=O NJLLQSBAHIKGKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 150000002019 disulfides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000006232 furnace black Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- PVADDRMAFCOOPC-UHFFFAOYSA-N germanium monoxide Inorganic materials [Ge]=O PVADDRMAFCOOPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 239000001863 hydroxypropyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010977 hydroxypropyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000010220 ion permeability Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 239000006233 lamp black Substances 0.000 description 1
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 description 1
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021445 lithium manganese complex oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002102 lithium manganese oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- SWAIALBIBWIKKQ-UHFFFAOYSA-N lithium titanium Chemical compound [Li].[Ti] SWAIALBIBWIKKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VROAXDSNYPAOBJ-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)nickel Chemical group [Li+].[O-][Ni]=O VROAXDSNYPAOBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido-oxo-(oxomanganiooxy)manganese Chemical group [Li+].[O-][Mn](=O)O[Mn]=O VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- URIIGZKXFBNRAU-UHFFFAOYSA-N lithium;oxonickel Chemical compound [Li].[Ni]=O URIIGZKXFBNRAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000004627 regenerated cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000007581 slurry coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 229920005608 sulfonated EPDM Polymers 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical group 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000015041 whisky Nutrition 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
- H01M4/72—Grids
- H01M4/74—Meshes or woven material; Expanded metal
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
본 발명은 양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 형성되는 세퍼레이터를 포함하여 형성되되, 상기 양극과 음극의 일면 및 세퍼레이터는 단차가 형성되어, 외력에 의한 상기 양극과 음극 및 세퍼레이터의 상호 분리를 방지하는 정합성이 개선된 이차전지에 관한 것이다.
Description
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차전지의 스태킹 공정에서 발생되는 정렬 정합성을 개선시키기 위하여 전극 및 전극을 물리적으로 분리하는 세퍼레이터가 변형된 형상으로 형성되는 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 크게 양극, 음극 및 두 전극을 물리적으로 분리하는 세퍼레이터로 구성되며, 양극활물질인 리튬 이온은 양극과 음극을 이동함에 따라 충전 및 방전이 수행된다. 일 예로, 리튬 이온 이차전지의 경우, 방전 시에는 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하고, 충전 시에는 리튬 이온이 양극에서 음극으로 이동한다. 양극에 사용되는 전극 물질은 금속 이온이 쉽게 이동할 수 있는 공간을 포함하는 결정 구조를 지니며, 산화와 환원이 될 수 있는 금속 이온이 포함된다는 특징을 가지고 있다. 음극으로 이용되는 전극물질은 리튬 금속 또는 흑연 등이 있으며, 리튬티탄 결정이나 실리콘-흑연 복합물을 음극으로 사용하여 성능을 개선시키는 사례도 종종 발표되고 있다.
이와 같이 전극을 구성하는 물질 자체를 다른 물질로 치환시킴으로 인하여 전반적인 전지의 성능을 개선할 수 있다. 그러나 물질을 치환시킨다 하더라도 종래의 리튬이온 이차전지가 채택하는 구조에 따른 문제점은 여전이 남아있을 수밖에 없으며, 이를 극복하기는 어려운 실정이다.
도 1은 종래의 이차전지를 도시한 예시도로서, 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 이차전지를 구성하는 양극 및 음극과 이를 분리하는 세퍼레이터는 평평한 판 형상으로 적층되는 구조로 형성된다.
그러나 이러한 종래의 구조는 이차전지를 제조하는 스태킹(Stacking) 공정 또는 젤리-롤(Jelly-roll) 공정에서의 이송 중이나, 주액 후 이송 중 발생되는 작은 충격에도 전극의 정렬이 흐트러지는 현상이 발생하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 외부 충격에 의한 양극 및 음극 전극의 얼라인먼트 정합성이 저하되는 문제를 해결한 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 높은 에너지밀도를 구현함과 동시에 수명 등의 내구성 성능 저하가 개선되며, 금속 이온의 방향성 증대로 인한 이온 전도도의 개선을 통하여 전체적인 배터리의 성능 또한 향상된 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 이차전지는 양극; 음극; 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 형성되는 세퍼레이터;를 포함하여 형성되되, 상기 양극과 음극의 일면 및 상기 세퍼레이터는 단차가 형성되어, 외력에 의한 상기 양극, 상기 음극 및 상기 세퍼레이터의 상호 분리를 방지하고, 상기 양극, 상기 음극 또는 이들의 내부에는 복수의 홀이 형성된 메쉬형 제1기재가 삽입되어 형성되며, 하기 관계식 2를 만족하는 것을 특징으로 한다.
하기 관계식 2에서, DS1은 상기 제1기재에 형성되는 홀의 크기이며, DA는 양극 또는 음극 내의 활물질 입자의 크기이다.
[관계식 2]
DS1 > DA
하기 관계식 2에서, DS1은 상기 제1기재에 형성되는 홀의 크기이며, DA는 양극 또는 음극 내의 활물질 입자의 크기이다.
[관계식 2]
DS1 > DA
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 양극 및 상기 음극의 일면은 단차진 돌출부가 형성되고, 상기 양극 및 상기 음극의 타면은 상기 돌출부와 대응되는 형상의 함몰부가 형성되며, 상기 세퍼레이터는 상기 양극과 상기 음극의 일면 및 타면과 대응되는 형상으로 형성되어, 상기 양극과 상기 음극 및 상기 세퍼레이터의 체결력을 강화하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 이차전지는 하기 관계식 1을 만족할 수 있다. 하기 관계식 1에서, T1은 상기 양극 또는 상기 음극의 두께이며, T2는 상기 돌출부 또는 함몰부를 포함하는 단차부의 두께이다.
[관계식 1]
0.1 < T2/T1 < 0.5
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 돌출부 및 함몰부는 상기 양극과 상기 음극의 일면 또는 타면의 중심부에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 돌출부 및 함몰부는 상기 양극과 상기 음극의 일면 또는 타면에 복수 개가 형성될 수 있다.
삭제
삭제
삭제
삭제
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 양극, 상기 음극 또는 이들의 내부에는 제2기재가 더 삽입될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제2기재는 홀이 형성되지 않은 평판형일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1기재 및 상기 제2기재는 상호 교번하여 이격 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지는 종래 발명과는 다른 구조를 채택함으로써, 스태킹(Stacking) 공정이나 젤리-롤(Jelly-roll) 공정 등을 비롯하여, 외부의 충격이 가해지더라도 이차전지의 각 구성요소들의 얼라인먼트를 유지하는데 용이한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 이차전지는 양극에서 금속 이온이 통과할 수 있는 면적을 증대 및 이온 전도성 향상에 의해 배터리의 전반적인 성능이 개선된 효과가 있다.
아울러 본 발명에 따른 이차전지는 복수의 홀이 형성된 기재가 사용됨에 따라, 이차전지의 이온 전도도가 우수하고, 따라서 배터리의 성능을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
나아가 본 발명에 따른 이차전지는 양극 및/또는 음극 내부에서 각 활물질층 사이에 메쉬형의 제1기재 및 평판형의 제2기재가 번갈아가며 배치될 수 있음에 따라, 전술한 효과를 가짐과 동시에 제조 과정 시 활물질 슬러리가 흘러내리는 것을 최대한 방지하여 제조될 수 있으며, 따라서 전반적인 성능이 우수한 효과가 있다.
본 발명에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 명세서에서 기재된 효과 및 그 내재적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 종래의 이차전지에 대한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 단면도이다.
도 3은 종래의 이차전지에 외력이 가해졌을 시의 단면을 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 외력이 가해졌을 시의 단면을 도시한 예시도이다.
도 5는 종래의 이차전지와 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 이온이 이동하는 경로를 각각 도시한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지에 삽입되는 제1기재를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 단면도이다.
도 3은 종래의 이차전지에 외력이 가해졌을 시의 단면을 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 외력이 가해졌을 시의 단면을 도시한 예시도이다.
도 5는 종래의 이차전지와 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 이온이 이동하는 경로를 각각 도시한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지에 삽입되는 제1기재를 도시한 평면도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 정합성이 개선된 이차전지를 상세히 설명한다.
본 명세서에 기재되어 있는 도면은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 상기 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 %의 단위는 별 다른 정의가 없는 한 중량%를 의미한다.
본 명세서에서 언급되는 '층'은 각 재료가 연속체(continuum)를 이루며 폭과 길이 대비 두께가 상대적으로 작은 디멘젼(dimension)을 가짐을 의미하는 것이다. 이에 따라 본 명세서에서 언급되는 '층'에 의해, 각 구성요소가 2 차원의 편평한 평면으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명에 따른 이차전지는 양극; 음극; 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 형성되는 세퍼레이터;를 포함하여 형성되되, 상기 양극과 음극의 일면 및 상기 세퍼레이터는 단차가 형성되어, 외력에 의한 상기 양극, 상기 음극 및 상기 세퍼레이터의 상호 분리를 방지하는 것을 특징으로 한다.
종래의 이차전지는 기재와 세퍼에티어 모두 평평한 형상을 가짐에 따라, 외력에 의해 양극, 음극, 세퍼레이터 등의 각 구성요소들의 배열이 흐트러져 정합성이 떨어지는 단점이 있었다.
하지만 본 발명에서는 양극, 음극 및 세퍼레이터에 단차가 형성되어 이들 단차가 서로 맞물려 결합된 구조를 가짐에 따라, 강한 충격에도 배열이 흐트러지지 않는 우수한 정합성을 가지는 효과가 있다.
바란직한 일 에에 있어서, 상기 양극 및 상기 음극의 일면은 단차진 돌출부가 형성되고, 상기 양극 및 상기 음극의 타면은 상기 돌출부와 대응되는 형상의 함몰부가 형성되며, 상기 세퍼레이터는 상기 양극과 상기 음극의 일면 및 타면과 대응되는 형상으로 형성되어, 상기 양극과 상기 음극 및 상기 세퍼레이터의 체결력을 강화하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 이차전지는 하기 관계식 1을 만족하는 것이 바람직할 수 있다. 하기 관계식 1에서, T1은 상기 양극 또는 상기 음극의 두께이며, T2는 상기 돌출부 또는 함몰부를 포함하는 단차부의 두께이다.
[관계식 1]
0.1 < T2/T1 < 0.5
상기 관계식 1을 만족할 경우, 강한 충격에도 배열이 흐트러지지 않는 우수한 정합성을 가지면서, 세퍼레이터의 지나친 면적 증가에 의한 전극 내 활물질의 부피 감소에 따른 성능 저하를 실질적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 돌출부 및 함몰부는 상기 양극과 상기 음극의 일면 또는 타면의 중심부에 형성될 수 있다. 또한 상기 돌출부 및 함몰부는 상기 양극과 상기 음극의 일면 또는 타면에 복수 개가 형성될 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
일반적으로, 양극 또는 음극을 포함하는 전극은 활물질층 및 기재(집전체)를 포함하며, 구체적으로, 집전체의 일면 또는 일면과 타면 상에 활물질층이 코팅되어 제조된 것일 수 있다. 이때 상기 활물질층이 양극활물질층일 경우 양극, 상기 활물질층이 음극활물질층일 경우 음극으로 사용된다.
본 발명에서, 양극, 음극 및 세퍼레이터에 단차를 형성하는 방법은 그 구조를 가질 수 있도록 하는 방법이라면 제한되지 않으며, 일 예를 들어 설명하면, 활물질층 제조를 위한 활물질 슬러리를 기재에 도포하고 상기 도포된 활물질 슬러리를 프레스하여 활물질층을 형성할 시, 프레스의 접촉면에 두께 방향으로 깊이 편차를 두어, 프레스 공정에서 활물질층에 양각 또는 음각의 단차부를 형성할 수 있다. 세퍼레이터의 경우, 세퍼레이터의 제조 과정에서 단차부가 미리 형성되도록 하여 단차부가 형성된 세퍼레이터를 그대로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지는 양극, 음극 또는 이들의 내부에 후술하는 제1기재 또는 제1기재와 제2기재가 집전체로서 삽입된 구조를 가질 수 있으며, 이는 다음과 같다.
본 발명에 따른 리튬 이온 이차전지는, 양극; 음극; 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 형성되는 세퍼레이터;를 포함하는 것으로, 상기 양극, 음극 또는 이들의 내부에는, 복수의 홀이 형성된 메쉬형 제1기재; 및 제2기재;가 삽입될 수 있다. 이때 상기 제2기재는 상기 제1기재와는 달리, 실질적으로 홀이 형성되지 않은 평판형이 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 양극, 음극 또는 양극과 음극의 내부에 복수의 홀이 형성된 메쉬형 제1기재와, 제2기재가 삽입되어 존재할 수 있음에 따라, 에너지밀도 향상에 따른 이온 전도성 저하, 수명 저하, 출력 저하 등의 성능 저하를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
상세하게, 본 발명의 일 양태에 따른 리튬 이온 이차전지는 양극, 음극 또는 양극과 음극의 내부에 복수의 홀이 형성된 메쉬형 제1기재가 삽입될 경우, 각 전극 내의 활물질간 접촉을 효과적으로 유도하여 이차전지의 평균두께를 감소시킬 수 있음에도 리튬 이온의 이동 및 이의 방향성을 현저히 향상시킬 수 있다. 또한 상기 양극, 음극 또는 양극과 음극의 내부에 제2 기재가 더 삽입될 경우, 즉, 상기 내부에 복수의 홀이 형성된 메쉬형 제1기재와 평판형의 제2 기재가 삽입될 경우, 상기의 전술한 효과를 그대로 가지면서, 이차전지의 제조 과정 시, 활물질층의 제조를 위한 활물질 슬러리 코팅 과정에서의 성형 효율이 현저히 증가하여 최종 제조된 이차전지의 수명, 출력 등의 전반적인 성능이 보다 향상될 수 있다. 즉, 이차 전지의 제조 과정 중 활물질 슬러리의 코팅 과정에서 전극에 삽입된 제2기재에 의해 활물질 슬러리가 흘러내리는 등의 단점을 방지할 수 있는 제조 공정상 효율 증가 효과 및 이에 따른 최종 제조된 이차전지의 성능 향상 효과가 있다.
상기 복수의 홀이 형성된 상기 제1기재가 양극 또는 음극을 포함하는 전극의 내부에 삽입되어 존재할 수 있음에 따라, 상기 제1기재가 세퍼레이터의 역할을 일부 포함함으로써, 세퍼레이터의 두께를 보다 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 에너지 밀도를 현저히 향상시킬 수 있다. 특히 이러한 수단으로 세퍼레이터의 두께를 감소시킬 경우, 즉, 본 발명에서는 복수의 홀이 형성된 제1기재가 전극 내에 삽입되는 수단이 적용되어 세퍼레이터의 두께를 감소시킬 수 있음에 따라, 고용량 설계를 위한 기재, 세퍼레이터 등의 부피를 단순히 감소시키는 종래의 일반적인 수단이 사용된 경우와 비교하여 수명, 출력 등의 성능 저하를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
상기 제2기재는 상기 제1기재와 이격하여 형성될 수 있으며, 이들 사이에는 활물질층이 접하여 존재할 수 있다. 본 명세서에서 언급되는 양극 또는 음극을 포함하는 전극은 활물질 입자, 바인더, 도전재 등을 포함할 수 있으며, 활물질 입자 및 도전재는 바인더에 의해 결착되어 층을 형성하게 된다. 이때 전술한 제1기재 및 제2기재가 상기 층 내에 삽입되어 존재하거나, 상기 층들 사이에 존재하며, 각 기재들은 서로 이격한 상태로 존재한다.
본 발명의 일 예에 따른 리튬 이온 이차전지는 하기 관계식 2를 만족할 수 있다. 하기 관계식 2에서, DS1은 상기 제1기재에 형성되는 홀의 크기이며, DA는 양극 또는 음극 내의 활물질 입자의 크기이다.
[관계식 2]
DS1 > DA
상기 관계식 2를 만족할 경우, 전극 내의 활물질간 접촉을 효과적으로 유도하여 리튬 이온의 이동 경로를 보다 원활하게 할 수 있는 효과가 있다. 구체적인 일 예로, 상기 홀의 평균크기는 1 내지 50 ㎛, 바람직하게는 3 내지 50 ㎛, 보다 바람직하게는 5 내지 50 ㎛일 수 있으나, 이른 바람직할 수 있는 일 예로서 설명한 것일 뿐, 이에 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 또한 일반적으로, 활물질 입자는 3~20 ㎛의 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1기재에 형성되는 복수의 홀은, 상기 제1기재의 하면에 대하여 수직으로 형성될 수 있거나, 경우에 따라 상기 제1기재의 하면에 대하여 일정 각도로 경사지게 형성될 수 있다. 이를 만족할 경우, 즉, 제1기재를 통하여 리튬 이온의 이동 경로가 수직채널 또는 수직에 가까운 채널로 형성됨에 따라, 에너지밀도 향상에 따른 이온 전도성 저하, 수명 저하, 출력 저하 등의 성능 저하 문제를 보다 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1기재 및 상기 제2기재는 상호 교번하여 이격 배치될 수 있다. 이를 만족할 경우, 에너지밀도 향상에 따른 이온 전도성 저하, 수명 저하, 출력 저하 등의 성능 저하를 보다 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1기재 및 상기 제2기재는 서로 독립적으로 복수로 배치될 수 있으며, 복수의 상기 제1기재 사이에 상기 제2기재가 배치될 수 있다. 또한 본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1기재 및 상기 제2기재는 서로 독립적으로 복수로 배치될 수 있으며, 복수의 상기 제2기재 사이에 상기 제1기재가 배치될 수 있다. 본 발명의 일 예에 있어서, 상부에 배치되는 제1기재의 홀 및 하부에 배치되는 제1기재의 홀의 중심은 상호 엇갈려 형성될 수 있다. 이를 만족할 경우, 이차 전지의 제조 과정 중 활물질 슬러리의 코팅 과정에서 활물질 슬러리가 흘러내리는 등의 단점을 더욱 방지할 수 있어 제조 공정상 효율 증가 효과 및 이에 따른 최종 제조된 이차전지의 성능 향상 효과가 보다 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 양극은, 제1양극활물질층; 제2양극활물질층; 및 상기 제1양극활물질층과 상기 제2양극활물질층 사이에 형성되는 상기 제1기재와 상기 제2기재;를 포함하는 양극적층체일 수 있으며, 상기 음극은, 제1음극활물질층; 제2음극활물질층; 및 상기 제1음극활물질층과 상기 제2음극활물질층 사이에 형성되는 상기 제1기재와 상기 제2기재;를 포함하는 음극적층체일 수 있다. 보다 구체적인 일 실시예에 있어서, 상기 양극은, 제1양극활물질층; 상기 제1기재; 제2양극활물질층; 상기 제2기재; 제3양극활물질층; 상기 제1기재; 및 제4양극활물질층;이 순서대로 적층되는 양극적층체일 수 있으며, 상기 음극은, 제1음극활물질층; 상기 제1기재; 제2음극활물질층; 상기 제2기재; 제3음극활물질층; 상기 제1기재; 및 제4음극활물질층;이 순서대로 적층되는 음극적층체일 수 있다. 이때 각 기재들은 서로 이격하여 위치할 수 있다. 이를 만족할 경우, 리튬 이온의 이동 경로가 더욱 개선될 수 있다.
본 발명의 다른 일 예에 따른 리튬이온 이차전지는, 상부에서 하부로 복수의 홀이 두께방향으로 형성되는 제1기재를 포함하는 제1양극활물질층; 제2기재; 상기 제1기재를 포함하는 제2양극활물질층; 양극 및 음극을 물리적으로 분리하는 세퍼레이터; 상기 제1기재를 포함하는 제1음극활물질층; 상기 제2기재; 및 상기 제1기재를 포함하는 제2음극활물질층; 순서로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1양극활물질층, 상기 제2양극활물질층, 상기 제1음극활물질층 및 상기 제2음극활물질층에 상기 제1기재가 복수로 포함될 수 있으며, 상기 복수의 제1기재는 서로 이격할 수 있다.
전술한 바와 같이, 역시 상기 제1기재가 복수로 전극 내부에 형성될 수 있음에 따라 종래와 비교하여 이차전지의 성능을 보다 향상시킬 수 있으면서 이차전지의 전체 두께가 두꺼워지는 문제를 최소화할 수 있다.
또한 본 발명의 일 예에 있어서, 동일 층에 포함되어 상부에 배치되는 기재층과 하부에 배치되는 기재층으로 구분되는 상기 복수의 제1기재는, 상부에 배치되는 상기 제1기재의 홀과 하부에 배치되는 상기 제1기재의 홀의 중심이 상호 엇갈려서 형성될 수 있다.
상기 제1기재 및 제2기재는 당해 전지에 화학적 변화를 실질적으로 유발하지 않으면서 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 구리, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등을 들 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 제1기재 및 상기 제2기재의 평균두께는 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 이차전지로 사용 가능한 정도의 범위를 가지면 무방하며, 예컨대 서로 독립적으로 3 내지 500 ㎛일 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 세퍼레이터(분리막)은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있다. 이때 세퍼레이터는 미세 기공을 가질 수 있으며, 이의 직경은 일반적으로 0.01 내지 10 ㎛일 수 있다. 이러한 세퍼레이터로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 세퍼레이터의 역할을 겸할 수도 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 활물질층의 평균두께는 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 이차전지로 사용 가능한 정도의 범위를 가지면 무방하며, 예컨대 10 내지 200 ㎛일 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
전술한 바와 같이, 복수의 홀이 형성된 상기 제1기재가 양극 또는 음극을 포함하는 전극 내부에 삽입되어 존재함에 따라, 상기 제1기재가 세퍼레이터의 역할을 일부 포함함으로써, 세퍼레이터의 두께를 보다 감소시킬 수 있고, 이에 따라 에너지 밀도를 현저히 향상시킬 수 있으며, 고용량 설계를 위한 기재, 세퍼레이터 등의 부피를 단순히 감소시키는 종래의 일반적인 수단이 사용된 경우와 비교하여 수명, 출력 등의 성능 저하를 최소화할 수 있는 효과가 있다. 이때 세퍼레이터의 평균두께는 종래의 세퍼레이터의 평균두께이어도 무방하고, 보다 작은 평균두께에서도 상기 성능이 현저히 우수한 효과가 있으며, 예컨대 5 내지 300 ㎛일 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 활물질층은 리튬 이온을 제공하거나 리튬 이온을 흡/방출 할 수 있는 역할을 하는 것으로, 이는 기 공지된 기술에 해당하므로, 제한되지 않으며, 공지된 문헌을 참고하면 무방하다. 구체적으로, 활물질층은 활물질, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있고, 상기 활물질이 양극활물질일 경우 양극활물질층으로 사용되며, 상기 활물질이 음극활물질일 경우 음극활물질층으로 사용된다. 구체적인 일 예로, 상기 양극활물질층 및 상기 음극활물질층은 각각 양극활물질 슬러리 및 음극활물질 슬러리의 코팅에 의해 제조될 수 있으며, 각 활물질 슬러리는 활물질, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있으며, 경우에 따라 용매를 더 포함할 수 있다. 이러한 활물질 슬러리를 기재에 도포, 건조, 프레싱 등의 공정을 통해 코팅하여 활물질층인 코팅층을 형성함으로써, 양전극 또는 음전극으로 사용될 수 있다.
상기 양극활물질은 리튬 이온 이차전지에서 사용되는 것이라면 무방하며, 예컨대 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4(여기서, x = 0 ~ 0.33), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2(여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga, x = 0.01 ~ 0.3)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2(여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta, x = 0.01 ~ 0.1) 또는 Li2Mn3MO8(여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; LiNixMn2-xO4로 표현되는 스피넬 구조의 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 음극활물질은, 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, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 활물질을 포함한 활물질 슬러리 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가될 수 있다. 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. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 활물질을 포함하는 활물질 슬러리 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 양극과 음극은 상호 전극을 물리적으로 분리하는 세퍼레이터에 의해 분리 된다.
이때 상기 양극은 상기 양극의 하면에 별도의 제1돌출부가 형성될 수 있다. 상기 제1돌출부는 상기 양극의 하면과 상기 음극의 상면 사이의 체결을 견고히 하기 위함이며, 이를 위하여 상기 제1돌출부와 결합하는 상기 음극의 상면에는 제2함몰부가 형성될 수 있다.
상기 제2함몰부는 상기 제1돌출부가 삽입될 수 있는 구조라면 따로 한정하지 않으나, 상기 양극 및 음극의 체결력을 최대화하기 위하여 상기 제1돌출부와 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
이와 마찬가지로 상기 음극의 하면 또한 별도의 제2돌출부가 형성될 수 있고, 상기 제2돌출부는 상기 음극의 하면과 상기 양극의 상면 사이의 체결을 강화할 수 있다. 역시 상기 제2돌출부와 결합하는 상기 양극의 상면에는 제1함몰부가 형성될 수 있는데, 상기 제1함몰부는 체결력을 최대화하기 위하여 상기 제2돌출부와 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
이때 상기 양극 및 음극의 두께(T1)와 상기 복수의 돌출부 및 함몰부의 두께(T2)의 비(T2/T1)는 0.1 내지 0.5 범위 내의 값을 갖게 됨으로써, 이차전지의 성능을 더욱 개선시킬 수 있다.
상기 복수의 돌출부 및 함몰부에 의하여 상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 상기 세퍼레이터 또한 상기 복수의 돌출부 및 함몰부와 대응되는 형상의 단차부가 형성된다.
상기 단차부는 종래의 이차전지에서는 관찰할 수 없는 부분으로써, 상기 단차부로 인하여 상기 세퍼레이터의 전반적인 길이가 증가하게 된다. 이는 상기 양극 및 음극을 이동하는 이온의 전도도에 대한 성능개선과 관련이 있으며, 이에 관한 기술은 도 4를 설명하는 부분에서 후술한다.
또한 상기 양극 및 음극의 내부에 삽입되는 양극 제1기재 및 음극 제1기재는 두께 방향으로 홀이 형성되는 메쉬 타입의 기재가 사용될 수 있으며, 이 역시 이온 전도도의 경로를 개선한다는 장점을 보유한다.
도 3 및 도 4는 종래의 이차전지와 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 외력이 가해졌을 시의 단면을 각각 도시한 예시도이다. 도 3은 종래의 이차전지에 일정 방향의 외력이 가해졌을 시의 변화를 도시한 것이고, 도 4는 본 발명에 따른 이차전지에 도 3에 도시된 것과 동일한 외력이 가해졌을 시의 변화를 도시한 것이다.
먼저 도 3에 도시된 것처럼, 종래의 이차전지는 상기 세퍼레이터의 두께 방향과 수직으로 외력이 가해질 경우, 상기 양극 또는 음극이 가해진 외력의 방향으로 이동하게 되어 정렬이 흐트러질 수 있다. 이는 상기 양극 또는 음극 전극이 단판으로 평평한 형상으로 이루어져 있기 때문에 나타날 수 있는 형상으로, 이차전지의 스태킹 공정이나 젤리-롤 공정 이송 중, 또는 주액 후 이송 중인 경우에는 도 3과 같이 작은 충격에도 상기 양극 및 음극의 얼라인먼트가 부정합될 가능성이 크다.
이에 반해 본 발명에 따른 이차전지는 도 3과 같이 동일한 방향에서 외력이 가해질 경우에도 상기 양극 및 음극 전극의 정렬이 흐트러지지 않는다. 이는 도 2를 설명하는 부분에서 상기한 것과 같이, 상기 양극, 음극 및 세퍼레이터는 평평한 형상에 단순히 적층되는 것이 아니라 상기 복수의 돌출부, 복수의 함몰부 및 세퍼레이터 단차부에 의해 삽입되어 결합되는 구조를 가지는 것에 기인한다.
도 4에 도시된 것처럼, 도 3의 경우와 동일한 외력이 가해진다면, 상기 복수의 돌출부에 형성되는 반작용 힘에 의해 상기 양극 및 음극의 정렬이 유지될 수 있다.
도 5는 종래의 이차전지와 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 이온 이동 경로를 각각 도시한 예시도이다. (a)는 종래의 이차전지의 이온이 이동하는 경로를 개념화하여 도시한 것이고, (b)는 본 발명에 따른 이차전지의 이온이 이동하는 경로를 개념화하여 도시한 것이다.
우선 종래의 이차전지는 이온이 통과하는 상기 세퍼레이터가 평평한 형상으로써, 상기 양극 및 음극과 접하는 부분에서 이온의 통과가 이루어지기 때문에 (b)에 도시된 본 발명의 구조에 비하여 이온 전도성이 저하될 수 있다.
반면에 본 발명에 따른 이차전지는 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 양극 및 음극에 형성되는 복수의 돌출부 및 함몰부에 의하여 상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 상기 세퍼레이터 또한 단차부가 형성되기 때문에, 이온이 통과할 수 있는 상기 세퍼레이터의 면적이 종래에 비해 증가하여, 이온 방향성 및 경로가 개선되어 이차전지의 성능이 현저히 향상될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지에 삽입되는 제1기재를 도시한 평면도이다. 이와 같이 본 발명은 상기한 실시예 이외의 다른 실시예의 구조를 채택할 수 있으며, 도 6과 같이 상기 양극 및 음극의 내부에 삽입되는 기재를 복수 개로 삽입하여 성능을 개선시킬 수 있으며, 이때 전극에 삽입되는 기재는 제1기재 및 제2기재로 두 가지 종류의 기재가 삽입될 수 있다.
두께 방향으로 복수의 홀이 형성되는 메쉬 타입의 제1기재와 종래 이차전지의 전극에 삽입되는 형태의 제2기재가 상기 양극 및 음극 내부에 배치될 수 있으며, 상기 제1기재는 복수의 홀을 형성함에 따라 기재의 상하부에 접하는 활물질층간 접촉을 극대화함으로써, 보다 자유로운 리튬이온의 이동이 가능하다.
이는 리튬이온이 양극 및 음극을 포함하는 전극 내부를 이동함에 있어서 저항을 최소화시킬 수 있음에 따라, 이온 전도도가 향상되고, 따라서 이차전지의 전반적인 성능을 높일 수 있다.
또한 상기 제2기재는 이차전지의 제조 과정 시 상기 메쉬 타입의 제1기재에서 전극을 구성하는 활물질층 형성을 위한 활물질 슬러리가 한쪽으로 쏠리거나 흐르는 현상을 방지할 수 있다. 즉, 상기 제1기재와 상기 제2기재를 상기 양극 및 음극 내부에서 번갈아가며 배치함에 따라, 활물질층 형성 시 활물질 슬러리가 흘러내리는 현상을 방지할 수 있다.
1 : 종래 이차전지의 양극, 2 : 종래 이차전지의 음극,
3 : 종래 이차전지의 세퍼레이터, 10 : 양극,
11 : 제1돌출부, 12 : 제1함몰부,
13 : 양극 제2기재, 14 : 양극 제1기재,
15 : 양극 제1기재 홀, 20 : 음극,
21 : 제2돌출부, 22 : 제2함몰부,
23 : 음극 제2기재, 24 : 음극 제1기재,
30 : 세퍼레이터, 31 : 단차부,
T1 : 전극의 두께, T2 : 돌출부의 두께
3 : 종래 이차전지의 세퍼레이터, 10 : 양극,
11 : 제1돌출부, 12 : 제1함몰부,
13 : 양극 제2기재, 14 : 양극 제1기재,
15 : 양극 제1기재 홀, 20 : 음극,
21 : 제2돌출부, 22 : 제2함몰부,
23 : 음극 제2기재, 24 : 음극 제1기재,
30 : 세퍼레이터, 31 : 단차부,
T1 : 전극의 두께, T2 : 돌출부의 두께
Claims (10)
- 양극; 음극; 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 형성되는 세퍼레이터;를 포함하여 형성되되, 상기 양극과 음극의 일면 및 상기 세퍼레이터는 단차가 형성되어, 외력에 의한 상기 양극, 상기 음극 및 상기 세퍼레이터의 상호 분리를 방지하고,
상기 양극, 상기 음극 또는 이들의 내부에는 복수의 홀이 형성된 메쉬형 제1기재가 삽입되어 형성되며,
하기 관계식 2를 만족하는 이차전지.
[관계식 2]
DS1 > DA
(상기 관계식 2에서, DS1은 상기 제1기재에 형성되는 홀의 크기이며, DA는 양극 또는 음극 내의 활물질 입자의 크기이다)
- 제1항에 있어서,
상기 양극 및 상기 음극의 일면은 단차진 돌출부가 형성되고,
상기 양극 및 상기 음극의 타면은 상기 돌출부와 대응되는 형상의 함몰부가 형성되며,
상기 세퍼레이터는 상기 양극과 상기 음극의 일면 및 타면과 대응되는 형상으로 형성되어, 상기 양극과 상기 음극 및 상기 세퍼레이터의 체결력을 강화하는 이차전지. - 제2항에 있어서,
하기 관계식 1을 만족하는 이차전지.
[관계식 1]
0.1 < T2/T1 < 0.5
(상기 관계식 1에서, T1은 상기 양극 또는 상기 음극의 두께이며, T2는 상기 돌출부 또는 함몰부를 포함하는 단차부의 두께이다) - 제3항에 있어서,
상기 돌출부 및 함몰부는 상기 양극과 상기 음극의 일면 또는 타면의 중심부에 형성되는 이차전지. - 제3항에 있어서,
상기 돌출부 및 함몰부는 상기 양극과 상기 음극의 일면 또는 타면에 복수 개가 형성되는 이차전지. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 양극, 상기 음극 또는 이들의 내부에는 제2기재가 더 삽입되는 이차전지. - 제8항에 있어서,
상기 제2기재는 홀이 형성되지 않은 평판형인 이차전지. - 제8항에 있어서,
상기 제1기재 및 상기 제2기재는 상호 교번하여 이격 배치되는 이차전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180028748A KR102606262B1 (ko) | 2018-03-12 | 2018-03-12 | 정합성이 개선된 이차전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180028748A KR102606262B1 (ko) | 2018-03-12 | 2018-03-12 | 정합성이 개선된 이차전지 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190107467A KR20190107467A (ko) | 2019-09-20 |
| KR102606262B1 true KR102606262B1 (ko) | 2023-11-27 |
Family
ID=68067407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180028748A KR102606262B1 (ko) | 2018-03-12 | 2018-03-12 | 정합성이 개선된 이차전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102606262B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3531552B2 (ja) * | 1999-09-30 | 2004-05-31 | トヨタ自動車株式会社 | 積層型電池・キャパシタ用電極構造体 |
| JP2005525674A (ja) * | 2001-07-27 | 2005-08-25 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | 電池構造、自己組織化構造、及び関連方法 |
| KR101742609B1 (ko) * | 2014-11-18 | 2017-06-01 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 리튬 이차 전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101107075B1 (ko) | 2009-10-28 | 2012-01-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지 |
| KR101627305B1 (ko) * | 2013-02-04 | 2016-06-03 | 주식회사 엘지화학 | 전극조립체의 제조방법, 그 전극조립체 및 이를 포함하는 전기화학소자 |
-
2018
- 2018-03-12 KR KR1020180028748A patent/KR102606262B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3531552B2 (ja) * | 1999-09-30 | 2004-05-31 | トヨタ自動車株式会社 | 積層型電池・キャパシタ用電極構造体 |
| JP2005525674A (ja) * | 2001-07-27 | 2005-08-25 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | 電池構造、自己組織化構造、及び関連方法 |
| KR101742609B1 (ko) * | 2014-11-18 | 2017-06-01 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 리튬 이차 전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190107467A (ko) | 2019-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8709642B2 (en) | Stack and folding-typed electrode assembly and method for preparation of the same | |
| US9209491B2 (en) | Stack/folding-typed electrode assembly and method for preparation of the same | |
| EP2555305B1 (en) | Electrode assembly having a novel structure and a production method for the same | |
| KR20070075928A (ko) | 신규한 구조의 전극조립체 및 이를 포함하는 것으로 구성된이차전지 | |
| KR101282067B1 (ko) | 비대칭 코팅된 분리막을 포함하는 전극조립체 및 상기 전극조립체를 포함하는 전기화학소자 | |
| KR101874159B1 (ko) | 리튬 이차전지용 전극의 제조방법 및 이로부터 제조된 리튬 이차전지용 전극 | |
| US20110143181A1 (en) | Separator, method of manufacturing separator, and lithium secondary battery including separator | |
| CN109148797B (zh) | 电极组件以及包括该电极组件的锂二次电池 | |
| US20220158155A1 (en) | Electrode Drying Method | |
| KR102606262B1 (ko) | 정합성이 개선된 이차전지 | |
| CN108012572B (zh) | 电极组件及其制造方法 | |
| KR102560559B1 (ko) | 복수 기재를 갖는 리튬 이온 이차전지 | |
| KR20220000067A (ko) | 저항층이 형성된 전극의 제조방법 | |
| KR101515778B1 (ko) | 신규한 구조의 이차전지 | |
| KR101606442B1 (ko) | 전극의 구성이 상이한 단위셀들을 포함하고 있는 전지셀 | |
| KR102014458B1 (ko) | 두께 방향성을 갖는 전극조립체 및 이를 포함하는 리튬이차전지 | |
| KR20220109954A (ko) | 급속 충전 및 출력이 향상된 전극, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지 | |
| KR102049012B1 (ko) | 폴딩형 전극조립체 및 그 제조방법 | |
| KR20220124918A (ko) | 댐 라인 코팅층의 형성을 포함하는 전극의 제조방법 | |
| KR101556088B1 (ko) | 젤리-롤형 전극조립체 | |
| KR20220034409A (ko) | 도전층이 형성된 분리막을 포함하는 전극조립체 및 이를 포함하는 전지셀 | |
| CN114175305A (zh) | 具有在其中形成的粘合剂层的电极及其制造方法 | |
| KR20180051327A (ko) | 전기화학 디바이스 및 이의 제조방법 | |
| KR20180017696A (ko) | 안전성이 향상된 이차전지용 전극조립체 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |