WO2022250307A1 - 단위 셀 및 이를 포함하는 전지 셀 - Google Patents

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WO2022250307A1
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adhesive
electrode
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separator
paragraph
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정혁
최성원
이용준
정수택
권순관
배상호
김민욱
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • these secondary batteries are classified into cylindrical batteries and prismatic batteries in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or prismatic metal can, and pouch-type batteries in which the electrode assembly is embedded in a pouch-type case made of an aluminum laminate sheet.
  • the electrode assembly embedded in the battery case is a power generating device capable of charging and discharging, consisting of a positive electrode, a negative electrode, and a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode. It is classified into a jelly-roll type wound with a separator interposed and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes are sequentially stacked in a state in which a separator is interposed.
  • the separator may include a lower separator and an upper separator
  • the electrode may include a first electrode and a second electrode
  • the lower separator, the first electrode, the upper separator, and the second electrode may be stacked in order. have.
  • the plurality of dots may be spaced apart from each other.
  • An electrode assembly according to another embodiment of the present invention is formed by alternately stacking the unit cells, and the first adhesive part includes an adhesive pattern disposed at the same position between the electrode and the separator.
  • a battery cell according to another embodiment of the present invention includes an electrolyte solution together with an electrode assembly in which the unit cells are alternately stacked.
  • the first adhesive part may be dissolved in the electrolyte solution.
  • the first adhesive composition is made of at least one of an ethylene-vinyl acetate (EVA, Ethylene vinyl acetate)-based material, an acrylic-based material, and an epoxy-based material
  • the second adhesive composition is ethylene-vinyl acetate (EVA, Ethylene vinyl acetate) It may be made of at least one of a material based material, an acrylic material, an epoxy material, a polyolefin material, a rubber material, a polyamide material, and a polyurethane material.
  • the content of the first adhesive composition and the second adhesive composition may be 0.8wt% or more and 1.2wt% or less relative to the content of the electrolyte solution.
  • the content of the second adhesive composition may be 0.1wt% or more and 0.2wt% or less relative to the content of the electrolyte solution.
  • the electrolyte solution may include at least one of an organic liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, and a molten inorganic electrolyte.
  • the battery cell may have a zigzag shape by folding the separator.
  • a degree of dispersion of the first adhesive in the electrolyte may be greater than a degree of dispersion of the second adhesive in the electrolyte.
  • the electrolyte solution may include at least one of an organic liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, and a molten inorganic electrolyte.
  • the total content of the first adhesive may be 0.6wt% or more and 0.9wt% or less based on the total content of the electrolyte solution.
  • the total content of the second adhesive in the battery case may be 0.1wt% or more and 0.2wt% or less relative to the total content of the electrolyte in the battery case.
  • the unit cell and the battery cell including the same of the present invention, instead of the conventional lamination using heat and pressure, use an adhesive composition to bond the electrode and the separator and the separator and the separator, so that the electrode and the separator are bonded. Movement is prevented, and deformation and damage of electrodes and separators can be prevented.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the A-A axis of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a top view of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a view showing the results of the dispersion according to the content of the adhesive composition included in the unit cell of Figure 2.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • a unit cell includes separators 210 and 250 and electrodes 110 and 150 alternately stacked by a predetermined number; A first adhesive portion 310 disposed between the separators 210 and 250 and the electrodes 110 and 150 and made of a first adhesive composition; and a second adhesive portion 350 disposed between the separators 210 and 250 and the other separators 210 and 250 and made of a second adhesive composition.
  • the separators 210 and 250 include a lower separator 210 and an upper separator 250
  • the electrodes 110 and 150 include a first electrode 110 and a second electrode 150
  • the lower separator 210 , the first electrode 110 , the upper separator 250 , and the second electrode 150 may be sequentially stacked.
  • the cathode active material for example, lithium-cobalt-based oxide, lithium-manganese-based oxide, lithium-nickel-manganese-based oxide, lithium-manganese-cobalt-based oxide, lithium-nickel-manganese-cobalt-based oxide, and lithium It may be selected from the group consisting of iron phosphate, a combination thereof, or a complex oxide thereof.
  • the anode current collector or the cathode current collector is not particularly limited as long as it does not cause chemical change in the battery and has high conductivity.
  • copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon or aluminum A stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like may be used.
  • the first adhesive part 310 may fix the first electrode 110 and the second electrode 150 to the lower separator 210 and/or the upper separator 250, respectively. That is, the first adhesive part 310 can prevent movement between the electrodes 110 and 150 and the separators 210 and 250, and prevent deformation and breakage of the electrodes 110 and 150 and the separators 210 and 250. can do.
  • the second adhesive portion 350 may be positioned between the upper separator 250 and the lower separator 210 . More specifically, the second adhesive portion 350 may be positioned between an end of the lower separator 210 and an end of the first electrode 110 . In addition, the second adhesive portion 350 may be positioned between an end of the upper separator 250 and an end of the first electrode 110 . In other words, the second adhesive portion 350 is located on the surface of the separators 210 and 250 that the first electrode 110 does not contact, but the second adhesive portion 350 is located along the circumference of the first electrode 110. can do.
  • the second adhesive portion 350 may also be selectively positioned on a portion where the electrode tabs 115 and 155 protruding from the electrodes 110 and 150 are located.
  • the first adhesive portion 310 may be made of the first adhesive composition
  • the second adhesive portion 350 may be made of the second adhesive composition. More specifically, the first adhesive portion 310 may hinder the passage of lithium ions between the electrodes 110 and 150 and the separators 210 and 250 . That is, it may be preferable that the first adhesive part 310 is made of a material having a relatively high dispersibility or high solubility in an electrolyte solution.
  • the degree of dispersion of the first adhesive composition included in the first adhesive portion 310 may be equal to or greater than the degree of dispersion of the second adhesive composition included in the second adhesive portion 350 .
  • a separator according to an embodiment described herein may be a Ceramic Coated Separator (CCS).
  • CCS Ceramic Coated Separator
  • the separator has a raw film and a coating layer formed on at least one surface of the raw film, and the coating layer may include alumina powder and a binder to aggregate them.
  • SRS Safety Reinforced Separator
  • a large amount of binder is coated on the surface of the coating layer, but in CCS, the binder may not be coated on the surface of the coating layer, or the binder content distributed on the surface may be very low compared to SRS.
  • the content of the binder coated on the surface of the coating layer of the separator may be about 3 wt% or less.
  • a battery cell 1000 includes an electrolyte solution together with an electrode assembly 1100 in which the above-described unit cells 100 are alternately stacked.
  • the first electrode tabs 1150 in which the first electrode tabs 115 of the unit cell 100 are stacked and the second electrode tabs 1550 in which the second electrode tabs 155 are stacked are respectively electrodes. It may be electrically connected to the lead 3000 .
  • a lead film 4000 may be positioned above and/or below the electrode lead 3000 .
  • the first adhesive part 310 may be dissolved in the electrolyte solution. More specifically, the first adhesive composition included in the first adhesive portion 310 may be dissolved in the electrolyte solution. More preferably, all of the first adhesive composition included in the first adhesive portion 310 may be dissolved in the electrolyte solution.
  • the first adhesive portion 310 is dissolved in the electrolyte solution, so that the lithium ion passage between the electrodes 110 and 150 and the separators 210 and 250 may not be hindered, and the battery cell Battery performance can be improved.
  • the content of the first adhesive composition and the second adhesive composition may be 0.8wt% or more and 1.2wt% or less relative to the content of the electrolyte solution. More specifically, the content of the first adhesive composition and the second adhesive composition may be 0.85wt% or more and 1.15wt% or less relative to the content of the electrolyte solution. The content of the first adhesive composition and the second adhesive composition may be 0.9wt% or more and 1.1wt% or less relative to the content of the electrolyte solution.
  • the first adhesive composition and the second adhesive composition are included in a ratio within the above-described range, so that between the electrodes 110 and 150 and the separators 210 and 250
  • the first adhesive portion 310 located on the can be easily dispersed and dissolved in the electrolyte, and thus the lithium ion passage between the electrodes 110 and 150 and the separators 210 and 250 may not be hindered.
  • the content of the first adhesive composition may be 0.6wt% or more to 0.9wt% or less, and the content of the second adhesive composition may be 0.1wt% or more to 0.45wt% or less. More specifically, the content of the first adhesive composition may be 0.65wt% or more to 0.85wt% or less, and the content of the second adhesive composition may be 0.15wt% or more to 0.4wt% or less. For example, the content of the first adhesive composition may be 0.7wt% or more to 0.8wt% or less, and the content of the second adhesive composition may be 0.15wt% or more to 0.35wt% or less.
  • the first adhesive composition and the second adhesive composition are included in a ratio within the above-described range, respectively, so that the electrodes 110 and 150 and the separators 210 and 250
  • the first adhesive portion 310 and the second adhesive portion 350 may be easily dispersed and dissolved in the electrolyte solution while preventing the electrode from being distorted by being fixed therebetween.
  • the content of the first adhesive composition is less than 0.6wt% or greater than 0.9wt%, the adhesive strength between the first adhesive portion 310 and the electrode is insufficient, resulting in electrode distortion, or the first adhesive portion 310 Since it is not easily dispersed and dissolved in the electrolyte, an uncharged region may be generated by interfering with the lithium ion path.
  • the content of the second adhesive composition is less than 0.1wt% or greater than 0.45wt%, the adhesive force between the lower separator 210 and the upper separator 250 is excessively reduced, or the adhesive composition of the second adhesive part 350 The content of is too large and may deviate from the surface area where the second adhesive portion 350 can be formed.
  • the content of the second adhesive composition is higher than that of the electrolyte solution. It may be 0.1wt% or more and 0.2wt% or less. More specifically, in this case, the content of the second adhesive composition may be 0.12wt% or more and 0.18wt% or less relative to the content of the electrolyte solution. For example, in this case, the content of the second adhesive composition may be 0.14wt% or more and 0.16wt% or less relative to the content of the electrolyte solution.
  • the battery cell 1000 includes the second adhesive composition in an amount within the above range even though the dispersion of the second adhesive composition is relatively very small, and the electrodes 110 and 150 ) and the separators 210 and 250 are fixed to prevent twisting of the electrode, while the first adhesive portion 310 and the second adhesive portion 350 can be easily dispersed and dissolved in the electrolyte.
  • the content of the second adhesive composition is less than 0.1wt% or greater than 0.2wt%, the adhesive strength between the lower separator 210 and the upper separator 250 is excessively reduced, or the adhesion of the second adhesive portion 350 There is a problem in that the content of the composition is too large and the degree of dispersion is reduced.
  • a slurry mixed with Al2O3 and PVDF at a weight ratio of 94:6 was applied on both sides (each thickness: 3 ⁇ m) on a polyethylene/polypropylene base sheet (thickness: 10 ⁇ m), and dried at 60° C. to prepare a separator.
  • the separator is referred to as an upper separator and a lower separator depending on their location.
  • the manufactured lower separator, the cathode, the upper separator, and the anode are alternately stacked in the order, and the first adhesive portion made of acResin 250UV having a content of 0.75 wt% compared to the content of the electrolyte between the separator and the cathode and between the separator and the cathode
  • a unit cell was manufactured in which a second adhesive portion made of acResin 250UV having a content of 0.25 wt% of the electrolyte solution was positioned between the upper separator and the lower separator.
  • Example 1 a composition made of Technomelt 4046 was used for the first adhesive part. A unit cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except for this point.
  • Example 1 a composition in which the content of the first adhesive portion is 0.5 wt% based on the content of the electrolyte and the content of the second adhesive portion is 0.25 wt% based on the content of the electrolyte solution was used. A unit cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except for this point.
  • Example 1 a composition made of Supra502 was used for the first bonding part, and a composition made of Supra502 was used for the second bonding part.
  • a unit cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except for this point.
  • Ionic conductivity was measured using an ion conductivity measuring device using cond probe inlab710 equipment of Mettler Toledo.
  • Viscosity can be measured at 10 rpm by replacing the spindle of the Brookfield DV2T LV TJ10 model equipment with a cone and plate and applying the CPA-40Z cone.
  • the first adhesive portion and the second adhesive portion have the same or similar degree of dispersion, unlike Comparative Example 4, as in Examples 1 to 3, the first adhesive portion and the second adhesive portion respectively have a relatively high degree of dispersion. It can be confirmed that at least one of acResin 250UV, Loctite EA608, and Technomelt 4046 is suitable.
  • Example 1 in the case of Comparative Example 2, in which the total content of the first adhesive portion and the second adhesive portion is small, it can be confirmed that electrode distortion occurs.
  • Comparative Example 3 in which the total content of the first adhesive portion and the second adhesive portion is large, it can be confirmed that the viscosity and ionic conductivity cannot be measured because the degree of dispersion is too low.
  • the content of the first adhesive is included in the range of 0.6wt% or more to 0.9wt% or less, and the content of the second adhesive is included in the range of 0.1wt% or more to 0.45wt% or less. You can check what is suitable.
  • the content of the first adhesive is included in the range of 0.6wt% or more to 0.9wt% or less, and the content of the second adhesive is included in the range of 0.1wt% or more to 0.45wt% or less. You can check what is suitable.
  • Example 7 a composition consisting of acResin 250UV having a content of 0.75 wt% was used for the first adhesive part, and a composition consisting of 2802 dismelt having a content of 0.15 wt% was used for the second adhesive part. In this case, it can be confirmed that the dispersion, viscosity, and ionic conductivity are all excellent, and there is no electrode distortion.
  • the degree of dispersion of the second bonding portion is too low, measurement of viscosity and ionic conductivity may be impossible. Accordingly, in the case of 2802dispomelt, HPX 002, and EH9702 having an excessively low dispersion of the adhesive composition included in the second adhesive portion, the content of the second adhesive portion is in the range of 0.1 wt% or more to 0.2 wt% or less, as in Example 7. You can check if it is suitable for inclusion.
  • a fixing tape may be attached to the electrode assembly 3 , but instead of the fixing tape, one end of the separator 322 may cover a part of the outer surface of the electrode stack 40 .
  • the radical unit 30 of this embodiment may be in a state in which the electrodes 3112 and 3122 and the separator 322 are adhered to each other with an adhesive 34 . Accordingly, alignment between the electrodes 3112 and 3122 and the separator 322 can be maintained by the adhesive force of the adhesive 34 .
  • the separator 322 covers the upper and lower portions and one side of the electrodes 3112 and 3122, so that the basic units 30 can maintain stacking alignment without the fixing tape. .
  • the fixing tape is attached to the outside of the electrode stack 40 or one end of the separator 322 is wrapped around the electrode stack 40 of this embodiment, the stacking alignment of the radical units 30 is more stably maintained.
  • the adhesive 34 may be disposed at the same position between the electrodes 3112 and 3122 and the separator 322.
  • the adhesive 34 positioned between the bottom of the first electrode 3112 and the separator 322 and the first electrode 3112 may be disposed on the same vertical line based on the first electrode 3112 or the bottom surface of the separator 322, and the gap where the adhesive 34 is disposed. may be equal to each other. This can be similarly explained in the case of the adhesive 34 positioned between the second electrode 3122 and the separator 322 .
  • the adhesive 34 is disposed at the same position between the electrodes 3112 and 3122 and the separator 322, so that process time and efficiency can be increased There is an advantage.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • the adhesive 34 is disposed between the electrodes 3112 and 3122 and the separator 322, and the adhesive 34 disposed on adjacent layers. may be arranged in a staggered form.
  • the second adhesive 34-2 between the upper portion of the 3112 and the separation membrane 322 may be displaced from each other.
  • the positions of the first adhesive 34-1 and the second adhesive 34-2 are shifted from each other, and the intervals at which they are applied may be the same. This can be similarly explained in the case of the adhesive 14 positioned between the second electrode 3122 and the separator 322 .
  • first adhesive 34-1 and the second adhesive 34-2 are displaced from each other may be applied and manufactured by various methods.
  • the adhesive 34 is disposed between the electrodes 3112 and 3122 and the separator 322, while the adhesives 34 disposed in adjacent layers are staggered.
  • an increase in the thickness of the electrode assembly 4 due to the adhesive 34 can be minimized.
  • the adhesives 34 disposed on adjacent layers are offset from each other, the adhesives 34 can be more easily dissolved in the electrolyte solution included in the battery cell described above.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀은, 정해진 개수만큼 교대로 적층되어 있는 분리막과 전극; 상기 분리막과 상기 전극 사이에 위치하되, 제1 접착 조성물로 이루어지는 제1 접착부; 및 상기 분리막과 다른 분리막 사이에 위치하되, 제2 접착 조성물로 이루어지는 제2 접착부를 포함하고, 상기 제1 접착 조성물의 분산도는 상기 제2 접착 조성물의 분산도보다 크다.

Description

단위 셀 및 이를 포함하는 전지 셀
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2021년 05월 24일자 한국 특허 출원 제10-2021-0066460호 및 2022년 04월 19일자 한국 특허 출언 제10-2022-0048386호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 단위 셀 및 이를 포함하는 전지 셀에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 종래의 열과 압력을 이용한 라미네이션을 대신하여, 접착 조성물을 이용하여 전극과 분리막 및 분리막과 분리막을 접착시킨 단위셀 및 이를 포함하는 전지 셀에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다.
이러한 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 여기서, 전지 케이스에 내장되는 전극 조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재한 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이 중에서도, 특히 스택형 또는 스택/폴딩형 전극 조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지 케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조 비용, 작은 중량, 용이한 변형 형태 등을 이유로 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
여기서, 스택형 전극 조립체의 경우, 단위셀을 미리 제조한 후 상기 단위셀을 복수 개 적층하여 제조가 이뤄지는 방식이 일반적이다. 보다 구체적으로, 상기 단위셀은 분리막-음극-분리막-양극 순으로 교대로 적층되어 있는 상태에서, 라미네이팅 장치를 통해 열과 압력이 가해질 수 있고, 이에 따라 각 구성 요소는 서로 고정되어 있을 수 있다.
다만, 분리막-음극-분리막-양극 순으로 교대로 적층된 후, 라미네이팅 장치에 진입되기 전이나 라미네이션 진행 중에, 분리막 혹은 전극 중 일부가 정 위치에서 밀려나서, 파손이 발생되거나 접착력의 차이가 발생되는 등의 문제가 있다.
이에 따라, 전극과 분리막 사이의 움직임이 방지되어 있고, 전극과 분리막의 변형 및 파손이 방지될 수 있는 단위 셀을 개발할 필요가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 종래의 열과 압력을 이용한 라미네이션을 대신하여, 접착 조성물을 이용하여 전극과 분리막 및 분리막과 분리막을 접착시킨 단위셀 및 이를 포함하는 전지 셀을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀은, 정해진 개수만큼 교대로 적층되어 있는 분리막과 전극; 상기 분리막과 상기 전극 사이에 위치하되, 제1 접착 조성물로 이루어지는 제1 접착부; 및 상기 분리막과 다른 분리막 사이에 위치하되, 제2 접착 조성물로 이루어지는 제2 접착부를 포함하고, 상기 제1 접착 조성물의 분산도는 상기 제2 접착 조성물의 분산도보다 크다.
상기 제1 접착 조성물은 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA, Ethylene vinyl acetate)계 물질, 아크릴계 물질, 및 에폭시계 물질 중 적어도 하나로 이루어지고, 상기 제2 접착 조성물은 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA, Ethylene vinyl acetate)계 물질, 아크릴계 물질, 에폭시계 물질, 폴리 올레핀계 물질, 고무(Rubber)계 물질, 폴리아미드계 물질, 및 폴리우레탄계 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 제2 접착 조성물은 폴리 올레핀계 물질, 고무(Rubber)계 물질, 폴리아미드계 물질, 및 폴리우레탄계 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 분리막은 하부 분리막 및 상부 분리막을 포함하고, 상기 전극은 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 하부 분리막, 상기 제1 전극, 상기 상부 분리막, 및 상기 제2 전극 순으로 적층되어 있을 수 있다.
상기 제1 접착부는 상기 제1 전극과 상기 하부 분리막 사이, 상기 제1 전극과 상기 상부 분리막 사이, 및 상기 제2 전극과 상기 상부 분리막 사이 중 적어도 하나에 위치할 수 있다.
상기 제2 접착부는 상기 상부 분리막과 상기 하부 분리막 사이에 위치할 수 있다.
상기 제1 접착부 및 상기 제2 접착부는 각각 복수의 도트를 포함하는 패턴으로 형성되어 있을 수 있다.
상기 복수의 도트는 서로 이격되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체는, 상기 단위 셀을 교대로 적층하여 형성되고, 상기 제1 접착부는 상기 전극과 상기 분리막 사이마다 동일한 위치에 배치되는 접착 패턴을 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체는, 상기 단위 셀을 교대로 적층하여 형성되고, 상기 제1 접착부는 상기 전극과 상기 분리막 사이마다 서로 엇갈린 형태로 배치되는 접착 패턴을 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 셀은, 상기 단위 셀이 교대로 적층되어 있는 전극 조립체과 함께 전해액을 포함한다.
상기 제1 접착부는 상기 전해액에 용해되어 있을 수 있다.
상기 제1 접착 조성물은 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA, Ethylene vinyl acetate)계 물질, 아크릴계 물질, 및 에폭시계 물질 중 적어도 하나로 이루어지고, 상기 제2 접착 조성물은 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA, Ethylene vinyl acetate)계 물질, 아크릴계 물질, 에폭시계 물질, 폴리 올레핀계 물질, 고무(Rubber)계 물질, 폴리아미드계 물질, 및 폴리우레탄계 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 제1 접착 조성물 및 상기 제2 접착 조성물의 함량은 상기 전해액의 함량 대비 0.8wt% 이상 내지 1.2wt% 이하일 수 있다.
상기 제1 접착 조성물의 함량은 상기 전해액의 함량 대비 0.6wt% 이상 내지 0.9wt% 이하이고, 상기 제2 접착 조성물의 함량은 상기 전해액의 함량 대비 0.1wt% 이상 내지 0.45wt% 이하일 수 있다.
상기 제2 접착 조성물은 고무(Rubber)계 물질, 폴리아미드계 물질, 및 폴리우레탄계 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 제2 접착 조성물의 함량은 상기 전해액의 함량 대비 0.1wt% 이상 내지 0.2wt% 이하일 수 있다.
상기 전해액은 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 및 용융형 무기 전해질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 전지 셀은 상기 분리막이 폴딩되어 지그재그 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 단위 셀의 제조 방법은 전극의 제1 면 또는 제1 분리막의 접합 영역 중 적어도 어느 하나에 제1 접착제를 적용하는 단계; 상기 제1 접착제를 상기 전극의 제2 면 또는 제2 분리막의 접합 영역 중 적어도 하나에 적용하는 단계로서, 상기 전극의 제2 면은 상기 제1 면으로부터 상기 전극의 반대편에 위치하는 단계; 상기 제1 분리막의 주변 영역 또는 상기 제2 분리막의 주변 영역 중 적어도 하나에 제2 접착제를 적용하는 단계; 및 상기 전극의 제1 면이 상기 제1 분리막의 접합 영역에 접하고, 상기 전극의 제2 면이 상기 제2 분리막의 접합 영역에 접하도록 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막 사이에 상기 전극을 적층함으로써 적어도 일부의 전극 조립체를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 전극 조립체는 상기 제1, 2 분리막 각각의 주변 영역이 상기 전극의 가장자리를 넘어 외측으로 연장되도록 형성되며, 상기 제1, 2 분리막 각각의 주변 영역은 그 사이에 전극을 두지 않으면서 서로 대향하고, 상기 제1 접착제의 전해액 내 분산도는 상기 제2 접착제의 상기 전해액 내 분산도보다 크다.
상기 전해액에서 상기 제1 접착제의 분산도는 상기 전해액에서 상기 제2 접착제의 분산도보다 클 수 있다.
상기 제1, 2 분리막 각각의 주변 영역은 상기 제1, 2 분리막 각각의 둘레 주위로 연장되어, 상기 주변 영역 각각이 상기 제1, 2 분리막 각각의 접합 영역을 둘러쌀 수 있다.
상기 제1 접착제는 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA)계 물질, 아크릴계 물질, 및 에폭시계 물질 중 적어도 하나로 이루어지고, 상기 제2 접착제는 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA)계 물질, 아크릴계 물질, 에폭시계 물질, 폴리 올레핀계 물질, 고무(Rubber)계 물질, 폴리아미드계 물질, 및 폴리우레탄계 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 제1 접착제 및 상기 제2 접착제는 서로 이격된 각각의 도트 패턴으로 각각 도포될 수 있다.
상기 제1 접착제의 도트 패턴에서 도트는 행과 열의 격자로 배열될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지 셀의 제조 방법은 상기 단위 셀을 교대로 적층하여 전극 조립체를 형성하는 단계; 및 상기 전극 조립체 및 전해액을 전지 케이스에 배치하는 단계를 포함한다.
상기 전지 셀의 제조 방법은 상기 제1 접착체의 적어도 일부를 상기 전해액에 용해시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전해액은 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 및 용융형 무기 전해질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 제1 접착제의 총 함량은 상기 전해액의 총 함량 대비 0.6wt% 이상 0.9wt% 이하일 수 있다.
상기 제2 접착제의 총 함량은 상기 전해액의 총 함량 대비 0.1wt% 이상 0.45wt% 이하일 수 있다.
상기 전지 케이스 내에서 상기 제1 접착제 및 상기 제2 접착제의 총 함량은 상기 전지 케이스 내에서 상기 전해액의 총 함량 대비 0.8wt% 이상 1.2wt% 이하일 수 있다.
상기 전지 케이스 내에서 상기 제1 접착제의 총 함량은 상기 전지 케이스 내에서 상기 전해액의 총 함량 대비 0.6wt% 이상 0.9wt% 이하이고, 상기 전지 케이스 내에서 상기 제2 접착제의 총 함량은 상기 전지 케이스 내에서 상기 전해액의 총 함량 대비 0.1wt% 이상 0.45wt% 이하일 수 있다.
상기 제2 접착제는 폴리 올레핀계 물질, 고무(Rubber)계 물질, 폴리아미드계 물질, 및 폴리우레탄계 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 전지 케이스 내에서 상기 제2 접착제의 총 함량은 상기 전지 케이스 내에서 상기 전해액의 총 함량 대비 0.1wt% 이상 내지 0.2wt% 이하일 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명의 단위셀 및 이를 포함하는 전지 셀은, 종래의 열과 압력을 이용한 라미네이션을 대신하여, 접착 조성물을 이용하여 전극과 분리막 및 분리막과 분리막을 접착시켜, 전극과 분리막 사이의 움직임이 방지되고, 전극과 분리막의 변형 및 파손이 방지될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 구성 요소가 결합된 단위 셀을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A 축을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 셀에 대한 상면도이다.
도 5는 도 2의 단위셀에 포함된 접착 조성물의 함량에 따른 분산도 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2의 단위셀에 포함된 접착 조성물의 LSV(Linear Sweep Voltammetry)를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체를 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체를 도시하는 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 단위 셀에 대해 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀의 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 구성 요소가 결합된 단위 셀을 나타내는 사시도이다. 도 3은 도 2의 A-A 축을 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀은, 정해진 개수만큼 교대로 적층되어 있는 분리막(210, 250)과 전극(110, 150); 분리막(210, 250)과 전극(110, 150) 사이에 위치하되, 제1 접착 조성물로 이루어지는 제1 접착부(310); 및 분리막(210, 250)과 다른 분리막(210, 250) 사이에 위치하되, 제2 접착 조성물로 이루어지는 제2 접착부(350)를 포함한다.
보다 구체적으로, 분리막(210, 250)은 하부 분리막(210) 및 상부 분리막(250)을 포함하고, 전극(110, 150)은 제1 전극(110) 및 제2 전극(150)을 포함하고, 하부 분리막(210), 제1 전극(110), 상부 분리막(250), 및 제2 전극(150) 순으로 적층되어 있을 수 있다.
여기서, 제1 전극(110)은 일 방향으로 돌출되어 있는 제1 전극 탭(115)을 포함할 수 있고, 제2 전극(150)은 일 방향으로 돌출되어 있는 제2 전극 탭(155)을 포함할 수 있다. 일 예로, 도 1 및 2와 같이, 제1 전극(110)과 제2 전극(150) 사이에 상부 분리막(250)이 위치하도록 적층되되, 제1 전극(110)의 제1 전극 탭(115)과 제2 전극(150)의 제2 전극 탭(155)이 서로 반대 방향에 위치하도록 적층될 수 있다. 다만, 이에 한정된 것은 아니며, 제1 전극 탭(115)과 제2 전극 탭(155)이 같은 방향에 위치하도록 적층되는 구조 또한 본 실시예에 포함될 수 있다.
여기서, 제1 전극(110) 및 제2 전극(150)은 각각 전극 집전체와 상기 전극 집전체 상에 위치하는 활물질층을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 활물질층은 전극 활물질을 포함하는 전극 조성물로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 전극(110) 및 제2 전극(150)은 양극 또는 음극일 수 있다. 여기서, 상기 양극은 양극 집전체와 양극 활물질을 포함하는 활물질층을 포함할 수 있고, 상기 음극은 음극 집전체와 음극 활물질을 포함하는 활물질층을 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 전극(110)은 음극일 수 있고, 제2 전극(150)은 양극일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 반대의 경우에도 마찬가지로 본 실시예에 포함될 수 있다.
상기 음극 활물질은 당 업계에서 통상적인 리튬 이차 전지용 음극 활물질을 사용할 수 있으며, 일 예로, 리튬 금속, 리튬 합금, 석유 코크, 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite), 규소, 주석, 금속 산화물 또는 기타 탄소류 등과 같은 물질이 사용될 수 있다.
또한, 상기 양극 활물질은, 일 예로, 리튬-코발트계 산화물, 리튬-망간계 산화물, 리튬-니켈-망간계 산화물, 리튬-망간-코발트계 산화물, 리튬-니켈-망간-코발트계 산화물, 및 리튬 인산철로 이루어진 군에서 선택되거나, 이들의 조합 또는 이들의 복합 산화물 등일 수 있다.
상기 음극 집전체 또는 상기 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다.
분리막(210, 250)은 제1 전극(110)과 제2 전극(150)을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공할 수 있다. 또한, 분리막(210, 250)은 하부 분리막(210) 및 상부 분리막(250)을 포함하되, 하부 분리막(210) 및 상부 분리막(250)은 상이하거나 서로 동일한 소재의 분리막이 적용될 수 있다.
일 예로, 분리막(210, 250)은 통상 리튬이차 전지에서 세퍼레이터로 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용가능하며, 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.
이하에서는, 본 실시예에 따른 단위 셀에 포함된 제1 접착부(310) 및 제2 접착부(350)를 중심으로 설명한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 제1 접착부(310)는 제1 전극(110)과 하부 분리막(210) 사이, 제1 전극(110)과 상부 분리막(250) 사이, 및 제2 전극(150)과 상부 분리막(250) 사이 중 적어도 하나에 위치할 수 있다.
이에 따라, 제1 접착부(310)는 제1 전극(110) 및 제2 전극(150)을 각각 하부 분리막(210) 및/또는 상부 분리막(250)에 고정시킬 수 있다. 즉, 제1 접착부(310)는 전극(110, 150)과 분리막(210, 250) 사이의 움직임을 방지할 수 있고, 전극(110, 150)과 분리막(210, 250)의 변형 및 파손을 방지할 수 있다.
또한, 제2 접착부(350)는 상부 분리막(250)과 하부 분리막(210) 사이에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 접착부(350)는 하부 분리막(210)의 단부와 제1 전극(110)의 단부 사이에 위치할 수 있다. 또한, 제2 접착부(350)는 상부 분리막(250)의 단부와 제1 전극(110)의 단부 사이에 위치할 수 있다. 다르게 말하면, 제2 접착부(350)는 분리막(210, 250)에서 제1 전극(110)이 접하지 않는 면에 위치하되, 제2 접착부(350)는 제1 전극(110)의 둘레를 따라 위치할 수 있다. 여기서, 제2 접착부(350)는 전극(110, 150)에서 돌출되어 있는 전극 탭(115, 155)이 위치한 부분에 대해서도 선택적으로 위치할 수 있다.
이에 따라, 상부 분리막(210)과 하부 분리막(250) 사이에 제1 전극(110)이 위치하되, 상부 분리막(210)과 하부 분리막(250)이 제2 접착부(350)에 의해 서로 고정될 수 있어, 제1 전극(110)이 상부 분리막(210) 및 하부 분리막(250) 사이에서 움직이는 것을 방지할 수 있다. 다르게 말하면, 제2 접착부(350)는 제1 전극(110)의 둘레를 따라 상부 분리막(210) 및 하부 분리막(250)을 서로 고정시켜, 제1 전극(110)이 움직일 수 있는 공간을 제한시킬 수 있고, 이에 따라 제1 전극(110)의 변형 및 파손을 방지할 수 있다.
또한, 제1 접착부(310) 및 제2 접착부(350)는, 도 1 및 도 3과 같이, 각각 복수의 도트를 포함하는 패턴으로 형성되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 복수의 도트는 서로 이격되어 있을 수 있다. 여기서, 상기 복수의 도트 사이의 간격은 필요에 따라 동일하거나 서로 상이하게 조절될 수 있다.
이에 따라, 제1 접착부(310) 및 제2 접착부(350)는 상술한 패턴으로 형성될 수 있어, 복수의 단위셀(100)을 포함하는 전극 조립체(도 4, 1100)에 대해 전해액이 주액되는 경우, 전극 조립체(도 4, 1100)가 빠르게 함침될 수 있는 이점이 있다. 보다 구체적으로, 제1 접착부(310) 및 제2 접착부(350)에서 복수의 도트가 서로 이격되어 있어, 복수의 도트 사이로 전해액이 흐를 수 있는 이점이 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 전지셀(도 4, 100)의 제조 시간을 상대적으로 단축시키고, 수율 또한 개선될 수 있다.
또한, 제1 접착부(310)는 제1 접착 조성물로 이루어지고, 제2 접착부(350)는 제2 접착 조성물로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 접착부(310)는 전극(110, 150)과 분리막(210, 250) 사이의 리튬 이온 통로를 방해할 수 있다. 즉, 제1 접착부(310)는 상대적으로 분산도가 높거나 전해액에 대한 용해도가 높은 물질로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다. 여기서, 제1 접착부(310)에 포함된 상기 제1 접착 조성물의 분산도는 제2 접착부(350)에 포함된 상기 제2 접착 조성물의 분산도와 동일하거나 이보다 클 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 접착부(310)에 포함된 상기 제1 접착 조성물과 제2 접착부(350)에 포함된 상기 제2 접착 조성물은 서로 동일한 조성의 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 접착 조성물은 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA, Ethylene vinyl acetate)계 물질, 아크릴계 물질, 및 에폭시계 물질 중 적어도 하나로 이루어지고, 상기 제2 접착 조성물은 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA, Ethylene vinyl acetate)계 물질, 아크릴계 물질, 에폭시계 물질, 폴리 올레핀계 물질, 고무(Rubber)계 물질, 폴리아미드계 물질, 및 폴리우레탄계 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 다른 일 실시예에 따르면, 제1 접착부(310) 및 제2 접착부(350)는 서로 상이한 조성의 물질을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 접착 조성물과 상기 제2 접착 조성물은 분산도가 서로 상이할 수 있다. 다르게 말하면, 상기 제1 접착 조성물의 분산도는 상기 제2 접착 조성물의 분산도보다 클 수 있다. 일 예로, 상기 제1 접착 조성물은 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA, Ethylene vinyl acetate)계 물질, 아크릴계 물질, 및 에폭시계 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있고, 상기 제2 접착 조성물은 폴리 올레핀계 물질, 고무(Rubber)계 물질, 폴리아미드계 물질, 및 폴리우레탄계 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 예로써, 상기 제1 접착 조성물이 아크릴계 물질로 이루어진 경우, 아크릴계 물질이 에스터기(ester group)를 포함하기 때문에 전해액에 일정량의 용해도를 나타내는 것으로 생각될 수 있다.
이에 따라, 제1 접착부(310)에 포함된 상기 제1 접착 조성물은 제2 접착부(350)에 포함된 상기 제2 접착 조성물과 비교할 때, 상대적으로 동일하거나 높은 분산도를 가질 수 있어, 복수의 단위셀(100)을 포함하는 전극 조립체(도 4, 1100)에 전해액이 주액되는 경우 전극(110, 150)과 분리막(210, 250) 사이에서 용해되어 있을 수 있다. 즉, 이 경우, 전극(110, 150)과 분리막(210, 250) 사이에 위치하는 제1 접착부(310)는 전해액에 용해되어, 전극(110, 150)과 분리막(210, 250) 사이의 리튬 이온 통로를 방해하지 않을 수 있다.
도 6을 참고하면, 1번 위치에 해당하는 제1 접착부(310)에 포함된 상기 제1 접착 조성물과 달리, 2번 위치에 해당하는 제2 접착부(350)에 포함된 상기 제2 접착 조성물의 경우, 선형 주사 전위법(Linear Sweep Voltammetry; LSV)에 따른 결과 4.0V 부근에서 산화 반응이 나타나는 것으로 확인된다. 이는 전지 셀 내에서 부반응을 야기시켜 용량 및 수명 단축의 요인이 될 수 있다. 따라서, 제1 접착부(310)에는 상기 제2 접착 조성물을 사용하는 것은 바람직하지 않다. 제2 접착부(350)를 형성하는 이유 중 하나는 전해액 주입 공정 시 야기되는 분리막 접힘을 방지하기 위한 것이다. 도 6과 같은 결과는, 상기 제1 접착 조성물로서 에틸렌-비닐 아세테이트계 물질, 아크릴계 물질, 및 에폭시계 물질 중 적어도 하나를 사용하고, 상기 제2 접착 조성물로서 폴리 올레핀계 물질, 고무(Rubber)계 물질, 폴리아미드계 물질, 및 폴리우레탄계 물질 중 적어도 하나를 사용한 경우에 나타날 수 있다.
본 명세서에서 설명하는 실시예에 따른 분리막은 CCS(Ceramic Coated Separator)일 수 있다. 일반적으로 분리막은, 원단 필름과 상기 원단 필름의 적어도 일면에 코팅층이 형성되어 있는데, 상기 코팅층은 알루미나 가루와 이들을 뭉치도록 하는 바인더를 포함할 수 있다. SRS(Safety Reinforced Separator)는 상기 코팅층 표면에 바인더가 다량 코팅되어 있으나, CCS는 상기 코팅층 표면에 바인더가 코팅되어 있지 않거나, SRS 대비하여 표면에 분포하는 바인더 함량이 매우 낮을 수 있다. 가령, 본 실시예에 따른 CCS 분리막의 경우 분리막의 코팅층 표면에 코팅된 바인더 함량이 대략 3wt% 이하일 수 있다.
분리막이 CCS인 경우에는 전극 조립체에 포함된 내부 전극이 고정되지 않은 상태로 이송하므로, 이송 중에 정렬이 흐트러질 가능성이 있다. 물론, 분리막이 CCS인 경우에 열과 압력으로 고정시킬 수도 있으나, 전극과 분리막의 적층체를 형성한 후 열과 압력의 고정 장치로 이송하는 과정에서도 내부 전극의 정렬이 흐트러질 수 있다. 또한, 열과 압력으로 전극과 분리막을 붙이기 위해서는 바인더 함량이 높은 고가의 분리막을 사용해야 하는 단점도 있다. 이에 반해, 본 실시예에 따르면 이송 중에 내부 전극의 정렬이 흐트러지는 것을 방지하면서 고정력을 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 셀에 대한 상면도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 셀(1000)은, 상술한 단위 셀(100)이 교대로 적층되어 있는 전극 조립체(1100)과 함께 전해액을 포함한다. 여기서, 단위셀(100)의 제1 전극탭(115)이 적층되어 있는 제1 전극탭들(1150)과 제2 전극탭(155)이 적층되어 있는 제2 전극탭들(1550)은 각각 전극 리드(3000)와 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 전극 리드(3000)의 상부 및/또는 하부에는 리드 필름(4000)이 위치할 수 있다.
또한, 전극 조립체(1100)는 전지 케이스(120) 내부에 장착되어 있되, 전극 조립체(1100)는 상기 전해액과 함께 오목한 형상의 수납부(2100)에 위치할 수 있다. 또한, 실링부(2500)는 전지 케이스(2000)의 외주면이 서로 열융착되어 실링되어 형성될 수 있다.
일 예로, 상기 전해액은 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 및 용융형 무기 전해질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 일반적으로 사용되는 전해액은 모두 포함될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 접착부(310)는 상기 전해액에 용해되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 접착부(310)에 포함되어 있는 상기 제1 접착 조성물은 상기 전해액에 용해되어 있을 수 있다. 보다 바람직하게는, 제1 접착부(310)에 포함되어 있는 상기 제1 접착 조성물은 상기 전해액에 모두 용해되어 있을 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 제1 접착부(310)는 상기 전해액에 용해되어 있어, 전극(110, 150)과 분리막(210, 250) 사이의 리튬 이온 통로를 방해하지 않을 수 있고, 전지셀의 전지 성능이 향상될 수 있다.
여기서, 상기 제1 접착 조성물 및 상기 제2 접착 조성물의 함량은 상기 전해액의 함량 대비 0.8wt% 이상 내지 1.2wt% 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 접착 조성물 및 상기 제2 접착 조성물의 함량은 상기 전해액의 함량 대비 0.85wt% 이상 내지 1.15wt% 이하일 수 있다. 상기 제1 접착 조성물 및 상기 제2 접착 조성물의 함량은 상기 전해액의 함량 대비 0.9wt% 이상 내지 1.1wt% 이하일 수 있다.
이에 따라, 본 실시 예에 따른 전지 셀(1000)은, 상기 제1 접착 조성물 및 상기 제2 접착 조성물이 상술한 범위의 비율로 포함되어, 전극(110, 150)과 분리막(210, 250) 사이에 위치하는 제1 접착부(310)가 전해액에 용이하게 분산 및 용해될 수 있고, 이에 따른 전극(110, 150)과 분리막(210, 250) 사이의 리튬 이온 통로를 방해하지 않을 수 있다.
이와 달리, 상기 제1 접착 조성물 및 상기 제2 접착 조성물의 함량이 상기 전해액의 함량 대비 0.8wt% 미만인 경우, 제1 접착부(310) 및 제2 접착부(350)에 의한 전극(110, 150)과 분리막(210, 250) 사이 혹은 하부 분리막(210)과 상부 분리막(250) 사이의 접착력이 지나치게 감소할 수 있다. 또한, 상기 제1 접착 조성물 및 상기 제2 접착 조성물의 함량이 상기 전해액의 함량 대비 1.2wt% 초과인 경우, 전극(110, 150)과 분리막(210, 250) 사이에 위치하는 제1 접착부(310)가 전해액에 용이하게 분산 및 용해되지 않아, 상기 리튬 이온 경로를 방해하여 미충전 영역이 발생될 수 있다.
또한, 상기 제1 접착 조성물의 함량은 0.6wt% 이상 내지 0.9wt% 이하이고, 상기 제2 접착 조성물의 함량은 0.1wt% 이상 내지 0.45wt% 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 접착 조성물의 함량은 0.65wt% 이상 내지 0.85wt% 이하이고, 상기 제2 접착 조성물의 함량은 0.15wt% 이상 내지 0.4wt% 이하일 수 있다. 일 예로, 상기 제1 접착 조성물의 함량은 0.7wt% 이상 내지 0.8wt% 이하이고, 상기 제2 접착 조성물의 함량은 0.15wt% 이상 내지 0.35wt% 이하일 수 있다.
이에 따라, 본 실시 예에 따른 전지 셀(1000)은, 상기 제1 접착 조성물 및 상기 제2 접착 조성물이 각각 상술한 범위의 비율로 포함되어, 전극(110, 150)과 분리막(210, 250) 사이가 고정되어 전극의 틀어짐을 방지하면서도, 제1 접착부(310) 및 제2 접착부(350)가 전해액에 용이하게 분산 및 용해될 수 있다.
이와 달리, 상기 제1 접착 조성물의 함량이 0.6wt% 미만이거나 0.9wt% 초과인 경우, 제1 접착부(310)와 전극 사이에 접착력이 부족하여 전극 틀어짐이 발생하거나, 제1 접착부(310)가 전해액에 용이하게 분산 및 용해되지 않아 리튬 이온 경로를 방해하여 미충전 영역이 발생될 수 있다.
또한, 상기 제2 접착 조성물의 함량이 0.1wt% 미만이거나 0.45wt% 초과인 경우, 하부 분리막(210)과 상부 분리막(250) 사이의 접착력이 지나치게 감소하거나, 제2 접착부(350)의 접착 조성물의 함량이 지나치게 커서 제2 접착부(350)이 형성 가능한 표면적을 벗어날 수 있다.
또한, 상기 제2 접착 조성물이 전해액에 대한 분산도가 작은 고무(Rubber)계 물질, 폴리아미드계 물질, 및 폴리우레탄계 물질 중 적어도 하나로 이루어지는 경우, 상기 제2 접착 조성물의 함량은 상기 전해액의 함량 대비 0.1wt% 이상 내지 0.2wt% 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 이 경우, 상기 제2 접착 조성물의 함량은 상기 전해액의 함량 대비 0.12wt% 이상 내지 0.18wt% 이하일 수 있다. 일 예로, 이 경우, 상기 제2 접착 조성물의 함량은 상기 전해액의 함량 대비 0.14wt% 이상 내지 0.16wt% 이하일 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전지 셀(1000)은, 상기 제2 접착 조성물의 분산도가 상대적으로 매우 작더라도, 상기 제2 접착 조성물을 상술한 범위의 함량으로 포함하여, 전극(110, 150)과 분리막(210, 250) 사이가 고정되어 전극의 틀어짐을 방지하면서도, 제1 접착부(310) 및 제2 접착부(350)가 전해액에 용이하게 분산 및 용해될 수 있다.
이와 달리, 상기 제2 접착 조성물의 함량이 0.1wt% 미만이거나 0.2wt% 초과인 경우, 하부 분리막(210)과 상부 분리막(250) 사이의 접착력이 지나치게 감소하거나, 제2 접착부(350)의 접착 조성물의 함량이 지나치게 커서 분산도가 저하되는 문제가 있다.
이하에서는, 보다 구체적인 실시예를 통해 본 발명의 내용을 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 권리 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
<실험예 1- 분산도 측정>
1M LiPF6 의 리튬염이 EC : EMC = 3 : 7 비율로 섞인 전해액을 기준으로, 접착조성물인 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA, Ethylene vinyl acetate)계 물질, 아크릴계 물질, 에폭시계 물질, 폴리 올레핀계 물질, 고무(Rubber)계 물질, 폴리아미드계 물질, 및 폴리우레탄계 물질의 분산도를 각각 측정하였다.
여기서, 아크릴계 물질은 BASF사의 acResin 250UV이고, EVA계 물질은 Henkel사의 Technomelt 4046이고, 에폭시계 물질은 Henkel사의 Lotite EA608이고, 폴리올레핀계 물질은 Henkel사의 Supra502이고, 고무계 물질은 Henkel사의 2802dispomelt이고, 폴리아미드계 물질은 Henkel사의 HPX 002이고, 폴리우레탄계는 Fuller사의 EH9702이다.또한, 도 5는 Technomelt 4046의 분산도 결과로서, 좌측에서 우측으로 갈수록 접착 조성물의 함량을 증가시켜, 함량에 따른 분산도를 측정하였고, 도 5의 가장 우측의 결과와 같이 1wt%에서 현탁하게 나타났고, 이를 NG로 표시하였다. 이외에 다른 물질에 대해서도 동일하게 실험을 수행하였고, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
접착 조성물 분산도 (전해액 기준)
0.02wt% 0.25wt% 0.5wt% 0.75wt% 1.wt% 1.25wt%
아크릴계 acResin 250UV OK OK OK OK OK NG
EVA계 Technomelt 4046 OK OK OK OK NG NG
에폭시계 Lotite EA608 OK OK OK OK NG NG
폴리올레핀계 Supra502 OK OK NG NG NG NG
고무계 2802dispomelt OK NG NG NG NG NG
폴리아미드계 HPX 002 OK NG NG NG NG NG
폴리우레탄계 EH9702 OK NG NG NG NG NG
<실시예 1>
양극 활물질로 LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2, 도전재로 카본 블랙 및 바인더로 폴리비닐리덴 플루올라이드(PVdF)를 각각 사용하고, 양극 활물질 : 도전재 : 바인더의 중량비를 96 : 2 : 2 로 하여 혼합한 혼합물에 용제인 NMP에 첨가하여 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. 알루미늄 집전체에 양극 활물질 슬러리를 도포한 뒤, 건조 및 압연하여 양극을 제조하였다.
음극 활물질로 인조흑연, 도전재로 카본 블랙 및 바인더로 SBR 에멀전 수용액을 각각 사용하고, 음극 활물질 : 도전재 : 바인더의 중량비를 94 : 1 : 5 비율로 혼합한 혼합물에 물을 첨가하여 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 구리 집전체에 음극 활물질 슬러리를 도포한 뒤, 건조 및 압연하여 음극을 제조하였다.
폴리에틸렌/폴리프로필렌 소재의 베이스 시트 (두께: 10㎛) 상에 Al2O3와 PVDF를 94 : 6 중량비로 혼합된 슬러리를 양면에 도포(각 두께: 3㎛)하고, 60에서 건조하여 분리막을 제조하였다. 상기 분리막은 위치에 따라 상부 분리막 및 하부 분리막으로 명명한다.
전해액으로, 1M LiPF6의 리튬염을 EC:EMC = 3:7의 비율로 섞인 용액에 넣어 제조하였다.
제조된 하부 분리막, 음극, 상부 분리막, 양극 순으로 교대로 적층하되, 상기 분리막과 상기 음극 사이 및 상기 분리막과 또는 상기 음극 사이에 전해액의 함량 대비 0.75 wt% 함량인 acResin 250UV로 이루어진 제1 접착부가 위치하고, 상기 상부 분리막과 상기 하부 분리막 사이에 전해액의 함량 대비 0.25 wt% 함량인 acResin 250UV로 이루어진 제2 접착부가 위치하는 단위 셀을 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1에서, 제1 접착부는 Lotite EA608로 이루어진 조성물이 사용되었다. 이 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 단위 셀을 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1에서, 제1 접착부는 Technomelt 4046로 이루어진 조성물이 사용되었다. 이 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 단위 셀을 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1에서, 제2 접착부는 Supra502로 이루어진 조성물이 사용되었다. 이 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 단위 셀을 제조하였다.
<실시예 5>
상기 실시예 1에서, 제1 접착부는 Lotite EA608로 이루어진 조성물이 사용되었고, 제2 접착부는 Supra502로 이루어진 조성물이 사용되었다. 이 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 단위 셀을 제조하였다.
<실시예 6>
상기 실시예 1에서, 제1 접착부는 Technomelt 4046로 이루어진 조성물이 사용되었고, 제2 접착부는 Supra502로 이루어진 조성물이 사용되었다. 이 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 단위 셀을 제조하였다.
<실시예 7>
상기 실시예 1에서, 제2 접착부는 전해액의 함량 대비 0.15wt% 함량인 2802dispomelt로 이루어진 조성물이 사용되었다. 이 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 단위 셀을 제조하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1에서, 제1 접착부는 전해액의 함량 대비 0.25wt% 함량이고, 제2 접착부는 전해액의 함량 대비 0.75wt% 함량인 조성물이 사용되었다. 이 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 단위 셀을 제조하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 1에서, 제1 접착부는 전해액의 함량 대비 0.5wt% 함량이고, 제2 접착부는 전해액의 함량 대비 0.25wt% 함량인 조성물이 사용되었다. 이 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 단위 셀을 제조하였다.
<비교예 3>
상기 실시예 1에서, 제2 접착부는 전해액의 함량 대비 0.5wt% 함량인 조성물이 사용되었다. 이 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 단위 셀을 제조하였다.
<비교예 4>
상기 실시예 1에서, 제1 접착부는 Supra502로 이루어진 조성물이 사용되었고, 제2 접착부는 Supra502로 이루어진 조성물이 사용되었다. 이 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 단위 셀을 제조하였다.
<비교예 5>
상기 실시예 1에서, 제1 접착부는 Supra502로 이루어진 조성물이 사용되었다. 이 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 단위 셀을 제조하였다.
<실험예 2(분산도, 점도, 및 이온전도도 측정)>
제조된 실시예 1 내지 실시예 7, 비교예 1 내지 5에 대하여, 전해액의 함량 대비 제1 접착부 및 제2 접착부에 포함된 접착 조성물의 함량에 따른 분산도, 점도, 및 이온 전도도를 각각 측정하였다.
분산도는 실험예 1과 동일한 방법으로 측정되었고, 그 결과는 표 2에 나타내었다.
이온전도도는 Mettler Toledo 社의 cond probe inlab710 장비를 이용해 이온전도도 측정장치를 이용하여 측정하였다.
점도는, Brookfield DV2T LV TJ10 모델 장비의 spindle부분을 cone과 plate로 교체하여, CPA-40Z cone을 적용해 10rpm 조건에서 측정될 수 있다.
여기서, 점도 및 이온 전도도는, 1M LiPF6 의 리튬염이 EC : EMC = 3 : 7 비율로 섞인 전해액(점도는 3.78cPs@25℃ 이고, 이온전도도는 8.65mS/cm)을 기준으로 ±10% 이내인 경우 적합한 것으로 판단하였다. 그 결과는 표 2에 나타내었다.
제1 접착부 제2 접착부 분산도 점도
(cPs@25℃)		 이온 전도도
(mS/cm)
성분 함량 성분 함량
실시예 1 acResin 250UV 0.75wt% acResin 250UV 0.25wt% OK 4.08 8.45
실시예 2 acResin 250UV 0.75wt% Loctite EA608 0.25wt% OK 4.10 8.40
실시예 3 acResin 250UV 0.75wt% Technomelt 4046 0.25wt% OK 4.11 8.42
실시예 4 acResin 250UV 0.75wt% Supra502 0.25wt% OK 4.11 8.27
실시예 5 Loctite EA608 0.75wt% Supra502 0.25wt% OK 4.17 8.41
실시예 6 Technomelt 4046 0.75wt% Supra502 0.25wt% OK 4.21 8.33
실시예 7 acResin 250UV 0.75wt% 2802dispomelt 0.15wt% OK 4.15 8.25
비교예 1 acResin 250UV 0.25wt% acResin 250UV 0.75wt% OK 4.08 8.45
비교예 2 acResin 250UV 0.5wt% acResin 250UV 0.25wt% OK 3.95 8.56
비교예 3 acResin 250UV 0.75wt% acResin 250UV 0.5wt% NG - -
비교예 4 Supra502 0.75wt% Supra502 0.25wt% NG - -
비교예 5 Supra502 0.75wt% acResin 250UV 0.25wt% NG - -
<실험예 3(전극 틀어짐 측정)>
실시예 1 내지 7, 비교예 1 내지 5에서 제조된 각각의 단위 셀에 대하여, GE社 CT Scanner를 통해 170kV,200umA,34W의 조건에서 33um/pixel의 해상도로 전극 틀어짐을 측정하였다. 그 결과는 표 3에 나타내었다.
제1 접착부 제2 접착부 전극 틀어짐
성분 함량 성분 함량
실시예 1 acResin 250UV 0.75wt% acResin 250UV 0.25wt% OK
실시예 2 acResin 250UV 0.75wt% Loctite EA608 0.25wt% OK
실시예 3 acResin 250UV 0.75wt% Technomelt 4046 0.25wt% OK
실시예 4 acResin 250UV 0.75wt% Supra502 0.25wt% OK
실시예 5 Loctite EA608 0.75wt% Supra502 0.25wt% OK
실시예 6 Technomelt 4046 0.75wt% Supra502 0.25wt% OK
실시예 7 acResin 250UV 0.75wt% 2802dispomelt 0.15wt% OK
비교예 1 acResin 250UV 0.25wt% acResin 250UV 0.75wt% NG
비교예 2 acResin 250UV 0.5wt% acResin 250UV 0.25wt% NG
비교예 3 acResin 250UV 0.75wt% acResin 250UV 0.5wt% OK
비교예 4 Supra502 0.75wt% Supra502 0.25wt% OK
비교예 5 Supra502 0.75wt% acResin 250UV 0.25wt% OK
<실험 결과 분석>
표 1 내지 표 3을 참조하면, 실시예 1 내지 3과 같이, 제1 접착부에 0.75wt% 함량인 acResin 250UV로 이루어진 조성물이 사용되었고, 제2 접착부에 0.25wt% 함량인 acResin 250UV, Loctite EA608, Technomelt 4046로 각각 이루어진 조성물이 사용된 경우, 분산도, 점도, 및 이온 전도도가 모두 우수하고, 전극 틀어짐 또한 없는 것을 확인할 수 있다.
이와 달리, 비교예 4와 같이, 제1 접착부에 0.75wt% 함량인 Supra502로 이루어진 조성물이 사용되었고, 제2 접착부에 0.25wt% 함량인 Supra502로 이루어진 조성물이 사용된 경우, 전극 틀어짐은 없으나, 분산도가 지나치게 낮아 점도 및 이온 전도도가 측정이 불가한 것을 확인할 수 있다. 또한, Supra502보다 분산도가 낮은 2802dispomelt, HPX 002, EH9702의 경우에도 마찬가지로 해석될 수 있다.
이에 따라, 제1 접착부와 제2 접착부의 분산도가 서로 동일하거나 유사한 경우에는, 비교예 4와 달리, 실시예 1 내지 3과 같이, 제1 접착부 및 제2 접착부가 각각 분산도가 상대적으로 높은 acResin 250UV, Loctite EA608, 및 Technomelt 4046 중 적어도 하나로 이루어지는 것이 적합한 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 1과 달리, 제1 접착부 및 제2 접착부의 총 함량이 작은 비교예 2의 경우, 전극 틀어짐이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1과 달리 제1 접착부 및 제2 접착부의 총 함량이 큰 비교예 3의 경우, 분산도가 지나치게 낮아 점도 및 이온 전도도가 측정이 불가한 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 제1 접착부 및 제2 접착부의 총 함량은 실시예 1과 같이 0.8wt%이상 내지 1.2wt% 이하의 범위에 포함되는 것이 적합한 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 1과 달리, 제1 접착부 및 제2 접착부의 총 함량이 동일하나, 제1 접착부의 함량이 작고, 제2 접착부의 함량이 큰 경우, 전극 틀어짐이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1과 달리, 제1 접착부의 함량이 작은 비교예 2의 경우, 전극 틀어짐이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1과 달리 제2 접착부의 함량이 큰 비교예 3의 경우, 분산도가 지나치게 낮아 점도 및 이온 전도도가 측정이 불가한 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 실시예 1과 같이, 제1 접착부의 함량은 0.6wt% 이상 내지 0.9wt% 이하의 범위에 포함되고, 제2 접착부의 함량은 0.1wt% 이상 내지 0.45wt% 이하인 범위에 포함되는 것이 적합한 것을 확인할 수 있다.
또한, 표 1 내지 표 3을 참조하면, 실시예 4 내지 6과 같이, 제1 접착부에 0.75wt% 함량인 acResin 250UV, Loctite EA608, Technomelt 4046로 각각 이루어진 조성물이 사용되었고, 제2 접착부에 0.25wt% 함량인 Supra502로 이루어진 조성물이 사용된 경우, 분산도, 점도, 및 이온 전도도가 모두 우수하고, 전극 틀어짐 또한 없는 것을 확인할 수 있다.
이와 달리, 비교예 5와 같이, 제1 접착부에 0.75wt% 함량인 Supra502로 이루어진 조성물이 사용되었고, 제2 접착부에 0.25wt% 함량인 acResin 250UV로 이루어진 조성물이 사용된 경우, 전극 틀어짐은 없으나, 분산도가 지나치게 낮아 점도 및 이온 전도도가 측정이 불가한 것을 확인할 수 있다. 또한, Supra502보다 분산도가 낮은 2802dispomelt, HPX 002, EH9702이 제1 접착부에 사용되는 경우에도 마찬가지로 해석될 수 있다.
이에 따라, 제1 접착부와 제2 접착부의 분산도의 차이가 큰 경우에는, 비교예 5와 달리, 실시예 4 내지 6과 같이, 제1 접착부에 분산도가 상대적으로 높은 acResin 250UV, Loctite EA608, 및 Technomelt 4046 중 적어도 하나로 이루어지고, 제2 접착부에 분산도가 상대적으로 낮은 Supra502, 2802dispomelt, HPX 002, 및 EH9702 중 적어도 하나로 이루어지는 것이 적합한 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 4와 달리, 제1 접착부의 함량이 큰 비교예 3의 경우, 전극 틀어짐은 없으나, 분산도가 지나치게 낮아 점도 및 이온 전도도가 측정이 불가한 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 4와 달리, 제2 접착부의 함량의 함량이 커지면 분산도가 지나치게 낮아 점도 및 이온 전도도의 측정이 불가할 수 있다.
이에 따라, 실시예 1과 같이, 제1 접착부의 함량은 0.6wt% 이상 내지 0.9wt% 이하의 범위에 포함되고, 제2 접착부의 함량은 0.1wt% 이상 내지 0.45wt% 이하인 범위에 포함되는 것이 적합한 것을 확인할 수 있다.
또한, 표 1 내지 표 3을 참조하면, 실시예 7과 같이, 제1 접착부에 0.75wt% 함량인 acResin 250UV로 이루어진 조성물이 사용되었고, 제2 접착부에 0.15wt% 함량인 2802dispomelt로 이루어진 조성물이 사용된 경우, 분산도, 점도, 및 이온 전도도가 모두 우수하고, 전극 틀어짐 또한 없는 것을 확인할 수 있다.
이와 달리, 제2 접착부의 분산도가 지나치게 낮아지면 점도 및 이온 전도도가 측정이 불가할 수 있다. 이에 따라, 제2 접착부에 포함된 접착 조성물의 분산도가 지나치게 낮은 2802dispomelt, HPX 002, 및 EH9702의 경우, 실시예 7과 같이, 제2 접착부의 함량은 0.1wt% 이상 내지 0.2wt% 이하인 범위에 포함되는 것이 적합한 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체를 도시하는 단면도이다.
도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체(3)는 기본 단위체(30)가 복수 회 반복 형성되어 제조된 전극 적층체(40)를 포함할 수 있다. 여기서, 기본 단위체(30)는 분리막(322)이 폴딩되어 지그재그 모양을 가지면서, 전극(31)을 커버하며, 전극(31)과 분리막(322)이 적층되어 있는 단위체일 수 있다. 즉, 기본 단위체(30)는 분리막(322)의 일측 및 타측이 순차적으로 폴딩되어 전극(31)을 커버하면서, 전극(31)과 분리막(322)이 순차로 적층되어 있을 수 있다.
전극 조립체(3)는 고정 테이프가 부착될 수 있으나, 상기 고정 테이프를 대신하여 분리막(322)의 일 단부가 전극 적층체(40)의 외면 중 일부를 감싸고 있을 수도 있다. 본 실시예의 기본 단위체(30)는 전극(3112, 3122)과 분리막(322)이 접착제(34)로 서로 접착되어 있는 상태일 수 있다. 이에 따라, 전극(3112, 3122)과 분리막(322)은 접착제(34)의 접착력에 의하여 정렬도를 유지할 수 있다.
본 실시예의 전극 적층체(40)는 분리막(322)이 전극(3112, 3122)의 상하부 및 일 측면을 커버하고 있어, 상기 고정 테이프 없이도, 기본 단위체(30)끼리의 적층 정렬 상태를 유지할 수 있다. 또한, 본 실시예의 전극 적층체(40)의 외측에 상기 고정 테이프가 부착되어 있거나, 분리막(322)의 일 단부가 감싸고 있는 경우에는, 기본 단위체(30)끼리의 적층 정렬 상태를 보다 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 제조된 전극 조립체(3)에서, 접착제(34)는 전극(3112, 3122)과 분리막(322) 사이마다 동일한 위치에 배치되어 있을 수 있다. 일 예로, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 전극 조립체(3)에서, 제1 전극(3112)의 하부와 분리막(322) 사이에 위치하는 접착제(34)와 제1 전극(3112)의 상부와 분리막(322) 사이에 접착제(34)는 제1 전극(3112) 또는 분리막(322)의 바닥면을 기준으로 각각 동일한 수직선 상에 배치되어 있을 수 있고, 접착제(34)가 배치되어 있는 간격은 서로 동일할 수 있다. 이는 제2 전극(3122)과 분리막(322) 사이에 위치한 접착제(34)의 경우에도 마찬가지로 설명될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서 제조된 전극 조립체(3)에서, 접착제(34)는 전극(3112, 3122)과 분리막(322) 사이마다 동일한 위치에 배치되어 있어, 공정 시간 및 효율성이 증대될 수 있는 이점이 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체를 도시하는 단면도이다.
도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체(4)에서, 접착제(34)는 전극(3112, 3122)과 분리막(322) 사이마다 배치되어 있으면서, 서로 인접한 층에 배치된 접착제(34)는 엇갈린 형태로 배치되어 있을 수 있다. 일 예로, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 전극 조립체(4)에서, 제1 전극(3112)의 하부와 분리막(322) 사이에 위치하는 제1 접착제(34-1)와 제1 전극(3112)의 상부와 분리막(322) 사이에 제2 접착제(34-2)는 서로 어긋나게 배치되어 있을 수 있다. 이 때, 제1 접착제(34-1)와 제2 접착제(34-2)는 위치가 서로 어긋나게 배치되어 있을 뿐, 도포되어 있는 간격은 서로 동일할 수 있다. 이는 제2 전극(3122)과 분리막(322) 사이에 위치한 접착제(14)의 경우에도 마찬가지로 설명될 수 있다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 접착제(34-1) 및 제2 접착제(34-2)가 서로 어긋나게 배치되는 구조는 다양한 방식에 의해 도포되어 제조될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예의 전극 조립체(4)에서, 접착제(34)는 전극(3112, 3122)과 분리막(322) 사이마다 배치되어 있으면서, 서로 인접한 층에 배치된 접착제(34)는 엇갈린 형태로 배치되어 있어, 접착제(34)에 의한 전극 조립체(4)의 두께 증가를 최소화할 수 있다. 이와 더불어, 서로 인접한 층에 배치된 접착제(34)가 서로 어긋나게 배치되어 있어, 앞에서 설명한 전지 셀에 포함된 전해액에 접착제(34)가 보다 용이하게 용해될 수 있다.
도 7 및 도 8에 따른 전극 조립체(3, 4)에서 사용되는 접착제(34)는 상술한 제1 접착부(310)에 포함되는 제1 접착 조성물이 사용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
100: 단위 셀
110: 제1 전극
150: 제2 전극
210: 하부 분리막
250: 상부 분리막
310: 제1 접착부
350: 제2 접착부
1000: 전지 셀
1100: 전극 조립체
2000: 전지 케이스
3000: 전극 리드
4000: 리드 필름

Claims (34)

  1. 정해진 개수만큼 교대로 적층되어 있는 분리막과 전극;
    상기 분리막과 상기 전극 사이에 위치하되, 제1 접착 조성물로 이루어지는 제1 접착부; 및
    상기 분리막과 다른 분리막 사이에 위치하되, 제2 접착 조성물로 이루어지는 제2 접착부를 포함하고,
    상기 제1 접착 조성물의 분산도는 상기 제2 접착 조성물의 분산도보다 큰 단위 셀.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 접착 조성물은 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA, Ethylene vinyl acetate)계 물질, 아크릴계 물질, 및 에폭시계 물질 중 적어도 하나로 이루어지고,
    상기 제2 접착 조성물은 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA, Ethylene vinyl acetate)계 물질, 아크릴계 물질, 에폭시계 물질, 폴리 올레핀계 물질, 고무(Rubber)계 물질, 폴리아미드계 물질, 및 폴리우레탄계 물질 중 적어도 하나로 이루어지는 단위 셀.
  3. 제1항에서,
    상기 제2 접착 조성물은 폴리 올레핀계 물질, 고무(Rubber)계 물질, 폴리아미드계 물질, 및 폴리우레탄계 물질 중 적어도 하나로 이루어지는 단위 셀.
  4. 제1항에서,
    상기 분리막은 하부 분리막 및 상부 분리막을 포함하고,
    상기 전극은 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고,
    상기 하부 분리막, 상기 제1 전극, 상기 상부 분리막, 및 상기 제2 전극 순으로 적층되어 있는 단위 셀.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 접착부는 상기 제1 전극과 상기 하부 분리막 사이, 상기 제1 전극과 상기 상부 분리막 사이, 및 상기 제2 전극과 상기 상부 분리막 사이 중 적어도 하나에 위치하는 단위 셀.
  6. 제5항에서,
    상기 제2 접착부는 상기 상부 분리막과 상기 하부 분리막 사이에 위치하는 단위 셀.
  7. 제1항에서,
    상기 제1 접착부 및 상기 제2 접착부는 각각 복수의 도트를 포함하는 패턴으로 형성되어 있는 단위 셀.
  8. 제7항에서,
    상기 복수의 도트는 서로 이격되어 있는 단위 셀.
  9. 제1항에 따른 단위 셀을 교대로 적층하여 형성된 전극 조립체에 있어서,
    상기 제1 접착부는 상기 전극과 상기 분리막 사이마다 동일한 위치에 배치되는 접착 패턴을 포함하는 전극 조립체.
  10. 제1항에 따른 단위 셀을 교대로 적층하여 형성된 전극 조립체에 있어서,
    상기 제1 접착부는 상기 전극과 상기 분리막 사이마다 서로 엇갈린 형태로 배치되는 접착 패턴을 포함하는 전극 조립체.
  11. 제1항의 단위 셀이 교대로 적층되어 있는 전극 조립체과 함께 전해액을 포함하는 전지 셀.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 접착부는 상기 전해액에 용해되어 있는 전지 셀.
  13. 제11항에서,
    상기 제1 접착 조성물은 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA, Ethylene vinyl acetate)계 물질, 아크릴계 물질, 및 에폭시계 물질 중 적어도 하나로 이루어지고,
    상기 제2 접착 조성물은 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA, Ethylene vinyl acetate)계 물질, 아크릴계 물질, 에폭시계 물질, 폴리 올레핀계 물질, 고무(Rubber)계 물질, 폴리아미드계 물질, 및 폴리우레탄계 물질 중 적어도 하나로 이루어지는 전지 셀.
  14. 제13항에서,
    상기 제1 접착 조성물 및 상기 제2 접착 조성물의 총 함량은 상기 전해액의 함량 대비 0.8wt% 이상 내지 1.2wt% 이하인 전지 셀.
  15. 제14항에서,
    상기 제1 접착 조성물의 총 함량은 상기 전해액의 함량 대비 0.6wt% 이상 내지 0.9wt% 이하이고,
    상기 제2 접착 조성물의 총 함량은 상기 전해액의 함량 대비 0.1wt% 이상 내지 0.45wt% 이하인 전지 셀.
  16. 제13항에서,
    상기 제2 접착 조성물은 고무(Rubber)계 물질, 폴리아미드계 물질, 및 폴리우레탄계 물질 중 적어도 하나로 이루어지는 전지 셀.
  17. 제16항에서,
    상기 제2 접착 조성물의 총 함량은 상기 전해액의 함량 대비 0.1wt% 이상 내지 0.2wt% 이하인 전지 셀.
  18. 제11항에서,
    상기 전해액은 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 및 용융형 무기 전해질 중 적어도 하나로 이루어지는 전지 셀.
  19. 제1항에서,
    상기 분리막이 폴딩되어 지그재그 형태를 갖는 전지 셀.
  20. 전극의 제1 면 또는 제1 분리막의 접합 영역 중 적어도 어느 하나에 제1 접착제를 적용하는 단계;
    상기 제1 접착제를 상기 전극의 제2 면 또는 제2 분리막의 접합 영역 중 적어도 하나에 적용하는 단계로서, 상기 전극의 제2 면은 상기 제1 면으로부터 상기 전극의 반대편에 위치하는 단계;
    상기 제1 분리막의 주변 영역 또는 상기 제2 분리막의 주변 영역 중 적어도 하나에 제2 접착제를 적용하는 단계; 및
    상기 전극의 제1 면이 상기 제1 분리막의 접합 영역에 접하고, 상기 전극의 제2 면이 상기 제2 분리막의 접합 영역에 접하도록 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막 사이에 상기 전극을 적층함으로써 적어도 일부의 전극 조립체를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 전극 조립체는 상기 제1, 2 분리막 각각의 주변 영역이 상기 전극의 가장자리를 넘어 외측으로 연장되도록 형성되며,
    상기 제1, 2 분리막 각각의 주변 영역은 그 사이에 전극을 두지 않으면서 서로 대향하고,
    상기 제1 접착제의 전해액 내 분산도는 상기 제2 접착제의 상기 전해액 내 분산도보다 큰 단위 셀의 제조 방법.
  21. 제20항에서,
    상기 전해액에서 상기 제1 접착제의 분산도는 상기 전해액에서 상기 제2 접착제의 분산도보다 큰 단위 셀의 제조 방법.
  22. 제20항에서,
    상기 제1, 2 분리막 각각의 주변 영역은 상기 제1, 2 분리막 각각의 둘레 주위로 연장되어, 상기 주변 영역 각각이 상기 제1, 2 분리막 각각의 접합 영역을 둘러싸는 단위 셀의 제조 방법.
  23. 제20항에서,
    상기 제1 접착제는 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA)계 물질, 아크릴계 물질, 및 에폭시계 물질 중 적어도 하나로 이루어지고, 상기 제2 접착제는 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA)계 물질, 아크릴계 물질, 에폭시계 물질, 폴리 올레핀계 물질, 고무(Rubber)계 물질, 폴리아미드계 물질, 및 폴리우레탄계 물질 중 적어도 하나로 이루어지는 단위 셀의 제조 방법.
  24. 제20항에서,
    상기 제1 접착제 및 상기 제2 접착제는 서로 이격된 각각의 도트 패턴으로 각각 도포되는 단위 셀의 제조 방법.
  25. 제24항에서,
    상기 제1 접착제의 도트 패턴에서 도트는 행과 열의 격자로 배열되는 단위 셀의 제조 방법.
  26. 제20항의 단위 셀을 교대로 적층하여 전극 조립체를 형성하는 단계; 및
    상기 전극 조립체 및 전해액을 전지 케이스에 배치하는 단계를 포함하는 전지 셀의 제조 방법.
  27. 제26항에서,
    상기 제1 접착체의 적어도 일부를 상기 전해액에 용해시키는 단계를 더 포함하는 전지 셀의 제조 방법.
  28. 제26항에서,
    상기 전해액은 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 및 용융형 무기 전해질 중 적어도 하나로 이루어진 전지 셀 제조 방법.
  29. 제26항에서,
    상기 제1 접착제의 총 함량은 상기 전해액의 총 함량 대비 0.6wt% 이상 0.9wt% 이하인 전지 셀의 제조 방법.
  30. 제26항에서,
    상기 제2 접착제의 총 함량은 상기 전해액의 총 함량 대비 0.1wt% 이상 0.45wt% 이하인 전지 셀의 제조 방법.
  31. 제26항에서,
    상기 전지 케이스 내에서 상기 제1 접착제 및 상기 제2 접착제의 총 함량은 상기 전지 케이스 내에서 상기 전해액의 총 함량 대비 0.8wt% 이상 1.2wt% 이하인 전지 셀의 제조 방법.
  32. 제31항에서,
    상기 전지 케이스 내에서 상기 제1 접착제의 총 함량은 상기 전지 케이스 내에서 상기 전해액의 총 함량 대비 0.6wt% 이상 0.9wt% 이하이고,
    상기 전지 케이스 내에서 상기 제2 접착제의 총 함량은 상기 전지 케이스 내에서 상기 전해액의 총 함량 대비 0.1wt% 이상 0.45wt% 이하인 전지 셀의 제조 방법.
  33. 제26항에서,
    상기 제2 접착제는 폴리 올레핀계 물질, 고무(Rubber)계 물질, 폴리아미드계 물질, 및 폴리우레탄계 물질 중 적어도 하나로 이루어지는 전지 셀의 제조 방법.
  34. 제33항에서,
    상기 전지 케이스 내에서 상기 제2 접착제의 총 함량은 상기 전지 케이스 내에서 상기 전해액의 총 함량 대비 0.1wt% 이상 내지 0.2wt% 이하인 전지 셀의 제조 방법.
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