KR101484369B1

KR101484369B1 - 이차전지 및 이를 포함하는 전기화학소자

Info

Publication number: KR101484369B1
Application number: KR20120079023A
Authority: KR
Inventors: 이우용; 김민수; 우정규; 오제경
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2015-01-20
Anticipated expiration: 2032-07-19
Also published as: KR20140013177A

Abstract

본 발명은 폴리머 전지의 전극 연결부위에서 비활용되는 내부공간에 활용도를 높여 고용량 스택형 폴리머 전지를 제조하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 전극탭과 리드의 용접부와 리드와 포장재의 실링부로 구성되어 있는 구성을 하나의 영역에 배치시킬 수 있도록 하여 전지 내부의 공간활용도를 높이며, 전극탭과 리드 용접부의 용접잔여 패턴으로 인한 포장재의 손상을 방지할 수 있어 별도의 보호 테이프의 사용을 방지하여 원자재비용을 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

이차전지 및 이를 포함하는 전기화학소자{SECONDARY BATTERY AND ELECTROCHEMICAL CELL HAVING THE SAME}

본 발명은 공간활용도를 높일 수 있는 이차전지의 구조에 관한 것이다.

전자, 통신, 컴퓨터 산업의 급속한 발전에 따라, 캠코더, 휴대폰, 노트북 등이 눈부신 발전을 거듭함에 따라, 이들 휴대용 전자통신 기기들을 구동할 수 있는 동력원으로서 리튬 이차전지의 수요가 나날이 증가하고 있다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.

대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.

도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(100)는, 전극조립체(300), 전극조립체(300)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(310, 320), 전극 탭들(310, 320)에 용접되어 있는 전극리드(410, 420), 및 전극조립체(300)를 수용하는 전지케이스(200)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

전극조립체(300)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(310, 320)은 전극조립체(300)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극 리드(410, 420)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(310, 320)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(200)의 외부로 일부가 노출되어 있다.

또한, 전극 리드(410, 420)의 상하면 일부에는 전지케이스(200)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(430)이 부착되어 있다. 케이스(200)는 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체(300)를 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다. 도 1에서와 같은 적층형 전극조립체(300)의 경우, 다수의 양극 탭들(310)과 다수의 음극 탭들(320)이 전극 리드(410, 420)에 함께 결합될 수 있도록, 전지케이스(200) 내부 상단은 전극조립체(300)로부터 소정 간격으로 이격되어 있다.

상술한 구조의 이차전지의 전극 탭(310, 320)을 리드와 용접하기 위한 방식을 도 2를 통해 상술하면 다음과 같다.

도 2는 도 1의 전극조립체의 전극 탭(310)과 전극 리드(410)의 구조를 중심으로 요부 만을 확대한 도면으로, 전극의 연결부위인전극탭(310)과 전극리드(410)는 구간 B에서 용접이 수행되게 된다. 그리고 용접되는 전극리드(410)의 외부면에는 리드필름(411)이 코팅되어 있다. 도시된 전극조립체(300)에서는 전극 셀의 적층수가 많을 수록 전극탭(310)의 모이는 구간의 두께는 증가하게 되며, 일정한 셀의 치수에서 이러한 용접구간이 증가할 수록 전극의 치수는 줄어들기 때문에 이차전지 셀의 용략 측면에서 불이익을 가져오게 된다.

이에 도 3의 도시된 개면도와 같이, 전지케이스(200)를 구성하는 상부 시트(210)과 하부시트(220) 중 한쪽 면만을 성형하여 전극조립체를 삽이입하는 경우에는, 도 3에 도시된 것과 같이 "V" 자형으로 절곡된 형태로 꺾어서 용접을 수행하여 전지의 내부 공간을 활용도를 극대화하고 있으며, 이는 도 1에서도 시사한 바 있다.

그러나, 도 4에 도시된 개념도와 같이, 전극조립체(300)를 삽입하는 경우, 전극 탭(310)을 양쪽에서 모으는 구조로 형성되는 경우, 전지케이스의 상부 및 하부 시트 양쪽을 성형하는 구조에서는 "V" 자로 꺾어서 삽입하기가 어려우며, 특히 자동차 전지와 같이 대용량 셀의 경우, 리드(410)의 두께가 두꺼워 "V"자 형으로 꺾어서 용접하기가 어렵게 된다.

등록특허 공보 제10-1068618호

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전극탭과 리드의 용접부와 리드와 포장재의 실링부로 구성되어 있는 구성을 하나의 영역에 배치시킬 수 있도록 하여 전지 내부의 공간활용도를 높이며, 전극탭과 리드 용접부의 용접잔여 패턴으로 인한 포장재의 손상을 방지할 수 있어 별도의 보호 테이프의 사용을 방지하여 원자재비용을 절감할 수 있도록 하는 이차전지를 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에서는 전극조립체를 수용하는 파우치; 상기 파우치의 내부에 전극탭과 리드가 용접되는 용접영역;과 리드외부를 코팅하는 리드필름과 상기 파우치의 실링영역;이 중첩되는 구조로 배치되는 이차전지를 제공할 수 있도록 한다.

본 발명에 따르면, 전극탭과 리드의 용접부와 리드와 포장재의 실링부로 구성되어 있는 구성을 하나의 영역에 배치시킬 수 있도록 하여 전지 내부의 공간활용도를 높이며, 전극탭과 리드 용접부의 용접잔여 패턴으로 인한 포장재의 손상을 방지할 수 있어 별도의 보호 테이프의 사용을 방지하여 원자재비용을 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 이차전지의 구조를 도시한 것이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 구조에서 전극탭과 전극 리드의 용접의 공정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4 및 도 5는 종래의 파우치 구조의 양쪽 성형 후, 전극조립체를 수용하는 이차전지의 전극탭과 전극 리드의 용접의 공정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 바람직한 실시예로서의 전극 탭과 전극리드의 용접 공정을 설명하기 위한 개념도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명은 폴리머 전지의 전극 연결부위에서 비활용되는 내부공간에 활용도를 높여 고용량 스택형 폴리머 전지를 제조하는 것을 특징으로 한다.

도 5는 본 발명의 요지를 설명하기 위한 종래의 전극 탭의 용접구조를 설명하기위한 개념도이며, 도 6은 본 발명에 따른 구조를 설명하기 위한 개념도이다.

도 5를 살펴보면, 이차전지의 파우치를 형성하는 상부시트(210) 및 하부시트(220) 양쪽 모두를 성형하는 구조의 내부에 전극조립체(300)이 수용되며, 다수의 전극조립체에서 연장되는 다수의 전극 탭(310)의 전극조립체의 중심부 쪽으로 모아지게 되며, 이 경우 외부 전극 리드(410)과 모아지는 전극 탭 부분(311)이 용덥되는 용접영역(B)에서 초음파 용접이 수행되게 된다. 아울러, 상기 용접영역(B)의 외부쪽으로는 전극리드(410)을 코팅하는 리드필름(411)과 알루미늄 시트로 형성되는 파우치인 상부시트(210) 및 하부시트(220)의 실링영역(A)가 구현되게 된다.

그러나 이러한 종래의 일반적인 용접구조는 파우치 내부에 용접영역(B)과 실링영역(A)이 연속적으로 배열되는 구조를 취하게 되는바, 이차전지에서 비활용 내부 공간(C)이 형성되어 전극사이즈의 크기를 증가시키는 데 제약으로 작용하게 된다.

이에, 본 발명에서는 도 6에 도시된 구조와 같은 구조의 이차전지를 제안한다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지는, 다수의 전지 셀이 적층되는 전극조립체(300)에서 연장되는 전극탭(310)이 모아지는 전극 탭 부분(이하, '중첩 전극탭부'라 한다.(311))과 전극리드(410)이 용접되는 용접영역(B)와 전극 리드(410)의 외부를 코팅하는 리드필름(411)과 알루미늄 시트로 형성되는 파우치인 상부시트(210) 및 하부시트(220)의 실링영역(A)이 중첩되는 구조로 형성하는 것을 특징으로 한다. 상기 전극조립체(300)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 양극 및 음극 탭들은 전극조립체의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 양극 및 음극 탭들과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스의 외부로 일부가 노출되어 있다.

즉, 본 발명에 따른 이차전지의 구조에서는 상기 용접영역(B)와 실링영역(A)가 도 6에 도시된 구조와 같이 일부 또는 전부가 중첩되도록 형성할 수 있도록 한다. 즉, 중첩 전극탭부(311)와 전극 리드(410)이 용접되는 용접영역(A)의 상부 및 하부에는 순차적으로 리드필름(411), 상부 및 하부시트(210, 220)이 적층되는 구조로 형성되게 된다.

이러한 구조는 도 5의 종래의 배치 구조와는 달리 비활용구간이 현저하게 줄어들게 되며, 이를 통해 활용이 가능한 구간이 증가 되어 활용구간 만큼 전지셀의 용량을 증대할 수 있어, 도 5의 구조에 비해 약 3~5%의 용량증가를 구현할 수 있게 된다.

나아가, 도 5의 구조에서 용접영역(B)의 구간은 알루미늄 파우치(210, 220)과 초음파 용접을 통해 용접되는 표면의 용접결과로 인해 용접 돌기 잔여물이 형성되게 되는데, 이에 따른 절연불량이 매우 빈번하게 발생하는 문제가 초래된다. 본 발명에서는 리드 필름 재질이 이러한 용접부위 상부에 형성되어 용접부위를 보호하게 되며, 그 위에 파우치와 실링이 이루어지게 되는바, 절연불량이 현저하게 줄어들게 되며 용접돌기로 인한 파우치의 손상을 방지할 수도 있게 된다.

따라서, 도 6에 도시된 구조에서, 상기 용접영역(B) 상면 및 하면에 배치되는 리드필름(411)은, 상기 용접영역의 길이 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.

아울러, 실링특성과 절연특성을 향상하기 위해 상기 리드필름(411)은, 상기 파우치(210, 220)의 말단부 외부로 일부가 돌출되는 구조로 형성됨이 더욱 바람직하다. 아울러, 도시된 구조에서는 리드필름과 파우치(210, 220)이 직접 실링되는 구조를 예시하였으나, 상기 리드필름의 적어도 한 면에는 열경화층이 구비되도록 구현할 수도 있다. 상기 리드 필름에 형성된 열경화층이 절연저항 파괴를 억제시키고, 수분 침투 가능성을 개선시켜 전지 안전성과 전지 수명을 향상시킬 수 있게 된다.

상기 열경화층은 멜라닌 수지, 페놀 수지, 우레아 수지, 에폭시 수지, 및 폴리우레탄로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 열경화성 수지로 형성될 수 있다. 상기 열경화층은 10 내지 100㎛의 두께로 형성는 것이 전지 성형 시 파우치 및 탭의 손상을 방지하는 면에서 바람직하다.

즉, 본 발명에 따른 실시예에서, 리드 필름으로 사용된 PP 필름은 열에 취약한 특징을 가지고 있어, 통상 상기 리드 필름이 형성되는 위치는 상기 전지 케이스의 상부와 하부 케이스가 열융착되어 전극조립체를 수납시키게 되는 부위로서, 높은 열이나 압력을 가하게 된다. 따라서, 이 부위에 열이 가해지게 되면 리드 필름으로 사용된 PP 필름이 같이 녹게 되어 접착성이 떨어지게 되고, 이 부위로 수분이 침투되어 전지 안전성에 문제가 있다. 이에 따라서, 본 발명과 같이 리드 필름의 적어도 일면에 열경화층을 포함할 경우, 그러나 상기 탭 리드부에 열이 가해지더라도 상기 열경화층은 주로 열경화성 고분자로부터 형성됨으로서 하부의 리드 필름으로 전달되어 리드필름이 녹는 등의 문제가 발생되지 않고, 리드 필름이 견고하게 지지되어 전기절연성을 유지할 수 있어 전지의 안전성을 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명에 따른 상기 전극조립체는, 권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조 중 어느 하나로 이루어지는 구조로 이차전지를 구성할 수 있다. 이하에서는 상술한 본 발명에 따른 전극조립체를 구성하는 구성요소의 구체적인 재료 및 구성상의 특징을 설명하기로 한다.

양극구조

본 발명에서 상기 기본단위체에 형성되는 전극은 양극 또는 음극으로 구별되고, 상기 양극 및 음극을 그 사이에 분리막을 개재시킨 상태에서 상호 결합시켜 제조된다. 양극은 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진재를 더 첨가하기도 한다. 이러한 구조는 시트 형으로 구현되어 로딩 롤에 장착되는 형태로 공정에 적용될 수 있게 된다.

[양극집전체]

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. 상술한 본 발명에 따른 실시예에서 전극탭의 경우, 상기 양극집전체의 재질과 동일한 재질을 가지도록 형성될 수 있다.

[양극활물질]

상기 양극 활물질은 리튬 이차전지인 경우 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO₂), 리튬 니켈 산화물(LiNiO₂) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li₁ ₊ _xMn₂ _- _xO₄ (여기서, x는 0 ~ 0.33 임), LiMnO₃, LiMn₂O₃, LiMnO₂ 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li₂CuO₂); LiV₃O₈, LiFe₃O₄,V₂O₅, Cu₂V₂O₇ 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi₁ _- _xM_xO₂ (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x= 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn₂ _- _xM_xO₂ (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li₂Mn₃MO₈ (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 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 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널블랙, 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 도전성금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 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.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.

음극 구조

음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다. 이러한 구조는 시트 형으로 구현되어 로딩 롤에 장착되는 형태로 공정에 적용될 수 있게 된다.

[음극 집전체]

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다. 상술한 본 발명에 따른 실시예에서 전극탭의 경우, 상기 음극집전체의 재질과 동일한 재질을 가지도록 형성될 수 있다.

[음극활물질]

상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; Li_xFe₂O₃(0≤x≤1), Li_xWO₂(0≤x≤1), Sn_xMe₁ _- _xMe'_yO_z (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-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.

[분리막]

본 발명에 따른 분리막은 폴딩공정이나 롤(roll) 공정과는 무관히 단순 적층공정으로 기본 단위체를 형성하여 단순 적층을 구현하게 된다. 특히, 라미네이터에서 분리막과 양극, 음극의 접착은 라미네이터 내부에서 분리막 시트 자체가 열에 의해 용융되어 접착 고정되도록 하는 것이다. 이에 따라, 압력이 계속 유지되게 하는바 전극과 분리막 시트 사이의 안정적인 계면 접촉을 가능케 한다.

상기 분리막 시트 또는 셀의 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막은 절연성을 나타내고 이온의 이동이 가능한 다공성 구조라면, 그것의 소재가 특별히 제한되는 것은 아니며, 상기 분리막과 분리막 시트는 동일한 소재일 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

상기 분리막 또는 분리막 시트는, 예를 들어, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있고, 분리막 또는 분리막 시트의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막 또는 분리막 시트로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다. 바람직하게는, 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름이나 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 또는 폴리비닐리덴 플로라이드 헥사플루오로프로필렌(polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene) 공중합체 등의 고분자 전해질용 또는 겔형 고분자 전해질용 고분자 필름일 수 있다.

상기 분리막은 기본 단위셀을 구성하기 위해서 열융착에 의한 접착 기능을 가지고 있는 것이 바람직하고, 상기 분리막 시트는 반드시 그러한 기능을 가질 필요는 없으나 접착 기능을 가지는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 상기 전극조립체는 양극과 음극의 전기화학적 반응에 의해 전기를 생산하는 전기화학셀에 적용될 수 있는 바, 전기화학 셀의 대표적인 예로는, 슈퍼 캐패시터(super capacitor), 울트라 캐패시터(ultra capacitor), 이차전지, 연료전지, 각종 센서, 전기분해장치, 전기화학적 반응기 등을 들 수 있고, 그 중에서 이차전지가 특히 바람직하다.

상기 이차전지는 충방전이 가능한 전극조립체가 이온 함유 전해액으로 함침된 상태에서 전지케이스에 내장되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 하나의 바람직한 예에서, 상기 이차전지는 리튬 이차전지일 수 있다.

최근 리튬 이차전지는 소형 모바일 기기뿐만 아니라 대형 디바이스의 전원으로 많은 관심을 모으고 있으며, 그러한 분야에의 적용 시 작은 중량을 가지는 것이 바람직하다. 이차전지의 중량을 줄이는 하나의 방안으로서, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체를 내장한 구조가 바람직할 수 있다. 이러한 리튬 이차전지에 대해서는 당업계에 공지되어 있으므로 본 명세서에는 관련 설명을 생략한다.

또한, 앞서 설명한 바와 같이, 중대형 디바이스의 전원으로 사용할 때에는, 장기간의 사용시에도 작동 성능의 저하 현상을 최대한 억제하고, 수명 특성이 우수하며, 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있는 구조의 이차전지가 바람직하다. 이러한 관점에서 본 발명의 전극조립체를 포함하는 이차전지는 이를 단위전지로 하는 중대형 전지모듈에 바람직하게 사용될 수 있다.

다수의 이차전지를 포함하는 전지 모듈을 포함하는 전지 팩의 경우, 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)로 이루어진 군에서 선택된 전기차; 이-바이크(E-bike); 이-스쿠터(E-scooter); 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 및 전기 상용차로 이루어진 중대형 디바이스 군에서 선택된 하나 이상의 전원으로 사용될 수 있다.

중대형 전지모듈은 다수의 단위전지들을 직렬 방식 또는 직렬/병렬 방식으로 연결하여 고출력 대용량을 제공하도록 구성되어 있으며, 그에 대해서는 당업계에 공지되어 있으므로 본 명세서에는 관련 설명을 생략한다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 이차전지
200: 전지케이스
300: 전극조립체
310, 320: 전극 탭
410, 420 : 리드부(전극 리드)
411: 리드필름
430: 절연필름
A:실링영역
B:용접영역
C: 비활용공간

Claims

전극조립체를 수용하는 파우치;
상기 파우치의 내부에 전극탭과 리드가 용접되는 용접영역;과
리드외부를 코팅하는 리드필름과 상기 파우치의 실링영역;이
중첩되는 구조로 배치되는 이차전지.
청구항 1에 있어서,
상기 파우치의 실링영역 내부에 배치되는 전극탭과 리드부의 용접영역과,
상기 파우치와 용접영역 사이에 상기 파우치와 실링되는 리드필름이 배치되는 구조의 이차전지.
청구항 1에 있어서,
상기 용접영역 상면 및 하면에 배치되는 리드필름은,
상기 용접영역의 길이 이상으로 형성되는 이차전지.
청구항 2에 있어서,
상기 리드필름은,
상기 파우치의 말단부 외부로 일부가 돌출되는 구조의 이차전지.
청구항 4에 있어서,
상기 리드필름의 적어도 한 면에는 열경화층이 구비되는 이차전지.
청구항 5에 있어서,
상기 열경화층은 멜라닌 수지, 페놀 수지, 우레아 수지, 에폭시 수지, 및 폴리우레탄로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 열경화성 수지로 구성되는 이차전지.
청구항 6에 있어서,
상기 열경화층은 10㎛ 내지 100㎛의 두께로 형성되는 이차전지.
청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파우치는,
상기 파우치는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트인 제1시트와 상기 제1시트에 대향하여 배치되는 제2시트로 구성되는 이차전지.
청구항 8에 있어서,
상기 제1시트 및 제2시트의 양쪽이 성형(forming)되어 상기 전극조립체를 수용하는 수용부를 형성하는 구조인 이차전지.
청구항 9에 있어서,
상기 전극조립체는,
권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조 중 어느 하나로 이루어지는 이차전지인 이차전지.
청구항 9에 있어서,
상기 전극조립체는,
양극 집전체 상에 코팅되는 양극 슬러리가 양극 활물질로서, Li₂MnO₃ 및 LiMO₂를 포함하는 것임을 특징으로 하는 이차전지.(M은 전이금속원소임)
청구항 1의 이차전지를 포함하는 전지모듈 및 다수의 전지의 모듈을 포함하는 전지팩으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 전기화학소자.