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KR20230052713A - 접착코팅부가 부가된 리튬 이차전지용 전극 및 이의 제조방법 - Google Patents

접착코팅부가 부가된 리튬 이차전지용 전극 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20230052713A
KR20230052713A KR1020210136064A KR20210136064A KR20230052713A KR 20230052713 A KR20230052713 A KR 20230052713A KR 1020210136064 A KR1020210136064 A KR 1020210136064A KR 20210136064 A KR20210136064 A KR 20210136064A KR 20230052713 A KR20230052713 A KR 20230052713A
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KR
South Korea
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electrode
adhesive coating
mixture layer
secondary battery
lithium secondary
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Pending
Application number
KR1020210136064A
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Inventor
이지수
가경륜
성인혁
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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Publication date
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Priority to JP2023534032A priority patent/JP2023551957A/ja
Priority to US18/035,626 priority patent/US20230411597A1/en
Priority to CN202280008597.7A priority patent/CN116670916A/zh
Priority to EP22881361.4A priority patent/EP4250431A4/en
Priority to PCT/KR2022/015466 priority patent/WO2023063734A1/ko
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Abstract

본원발명은 전극집전체의 제1면 및 제2면 중 적어도 하나의 일측면에 전극합제층이 형성되어 있고, 상기 전극집전체는 상기 전극합제층이 형성된 부분 이외의 부분으로서 상기 전극합제층의 외주변에서 연장된 전극 탭을 포함하며, 상기 전극 탭의 상면, 및 상기 전극합제층의 상면 중 적어도 어느 하나에 접착코팅부가 부가되어 있는 리튬 이차전지용 전극에 대한 것으로, 상기 접착코팅부에 의해 전극과 분리막의 결합이 형성될 수 있다.

Description

접착코팅부가 부가된 리튬 이차전지용 전극 및 이의 제조방법 {Electrode for Lithium Secondary Battery with Adhesive Coating and Method for Manufacturing the Same}
본원 발명은 접착코팅부가 부가된 리튬 이차전지용 전극 및 이의 제조방법에 대한 것이다. 구체적으로, 전극과 분리막이 일체화되어 분리막의 접힘을 방지할 수 있도록 접착코팅부가 부가된 리튬 이차전지용 전극 및 이의 제조방법에 대한 것이다.
반복적인 충방전이 가능하며 높은 에너지 밀도를 갖는 리튬 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 줄일 수 있을 뿐 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 발생하지 않기 때문에 친환경 특성을 갖는 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
상기 리튬 이차전지는 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해질과 함께 전지케이스에 수용되고, 상기 전지케이스를 밀봉하여 제조된다.
상기 양극 및 음극을 포함하는 전극은 전극집전체에서 전극 탭을 제외한 부분에 전극합제층을 도포하여 제조하고, 상기 전극의 외면에 분리막을 배치한 후 라미네이션하여 전극조립체를 제조할 수 있다.
라미네이션된 전극과 분리막 간의 접착력이 약한 경우에는 전극조립체의 이송과정, 적층과정 및 조립 과정에서 분리막이 전극과 떨어져서 접히거나 말리는 현상이 발생할 수 있다.
이와 같이 분리막 접힘 등이 발생하면 양극과 음극의 접촉이 일어나 내부 단락과 같은 문제가 발생할 수 있다.
한편, 리튬 이차전지가 고온에 노출되거나 내부/외부 단락, 과충전 또는 과방전되는 등 비정상적으로 작동되는 경우, 발열에 의해 분리막이 수축되면서 양극과 음극이 서로 직접 접촉하여 단락이 발생할 가능성이 높아진다.
이에, 내부 단락을 방지하여 전지셀의 안전성을 확보하기 위한 연구가 다양하게 이루어지고 있다.
특허문헌 1은 젤리롤형 전극조립체에서 양극의 최외주부에는 전극 포일의 외측면에 양극합제층을 형성하지 않은 무지부가 있고, 상기 무지부의 일부분에 점착성 테이프가 점착되며, 상기 점착성 테이프는 상기 양극보다 상방 및 하방으로 돌출된 세퍼레이터와도 점착된다.
즉, 특허문헌 1은 점착성 테이프가 전극 포일 일부와 세퍼레이터 일부를 연결하도록 부착됨으로써 세퍼레이터의 위치를 고정하고 있다. 이와 같은 전극조립체는 세퍼레이터 주변부 일부를 양극에 고정하고 있으므로, 가열시 세퍼레이터의 수축에 의한 내부 단락을 방지할 수 있다.
그러나, 특허문헌 1은 젤리롤형 전극조립체의 최외측부 또는 최내측부에 무지부가 형성되는 구조를 활용한 것으로, 스택형 전극조립체에는 적용이 어렵다. 또한 점착성 테이프의 융점 이상에서는 분리막을 고정할 수 없기 때문에 양극과 음극의 접촉하여 내부 단락이 발생할 수 있다.
따라서, 스택형 전극조립체에서 일어날 수 있는 분리막 접힘을 방지하고, 분리막 수축이 발생하더라도 단락을 방지할 수 있는 방안이 필요하다.
일본 등록특허공보 제3932096호 (2007.03.23)('특허문헌 1')
본원 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전극의 제조 공정에서 전극과 분리막이 안정적으로 부착된 상태를 유지하여 양극과 음극 간의 절연성을 확보할 수 있도록 접착코팅부가 부가된 리튬 이차전지용 전극을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 리튬 이차전지용 전극의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극은 전극집전체의 제1면 및 제2면 중 적어도 하나의 일측면에 전극합제층이 형성되어 있고, 상기 전극집전체는 상기 전극합제층이 형성된 부분 이외의 부분으로서 상기 전극합제층의 외주변에서 연장된 미코팅부인 전극 탭을 포함하며, 상기 전극 탭의 상면, 및 상기 전극합제층의 상면 중 적어도 일부에 접착코팅부가 부가되어 있는 구성일 수 있다.
상기 접착코팅부는 상기 전극 탭의 상면 중 적어도 일부에 부가될 수 있다.
상기 접착코팅부는 상기 전극합제층의 상면 중 상기 전극 탭과 인접한 일측 외주변 상면에 부가될 수 있다.
상기 접착코팅부는 상기 전극합제층의 상면 중 상기 전극 탭이 형성된 일측 외주변의 반대측 외주변 상면에 부가될 수 있다.
상기 접착코팅부는 상기 전극 탭의 상면 및 상기 전극합제층의 상면 중 전극 탭과 인접한 일측 외주변 상면에 부가될 수 있다.
상기 접착코팅부는 상기 전극 탭의 상면, 상기 전극합제층의 상면 중 전극 탭과 인접한 일측 외주변 상면, 및 상기 전극합제층의 상면 중 상기 일측 외주변의 반대측 외주변 상면에 부가될 수 있다.
상기 접착코팅부는 비전기전도성 접착제를 포함할 수 있다.
상기 비전기전도성 접착제는 유리전이온도(Tg)가 100℃ 이하인 고분자 소재로 이루어질 수 있다.
상기 제1면 및 제2면 중 적어도 어느 하나에 상기 접착코팅부가 부가되고, 상기 접착코팅부가 부가된 제1면 및 제2면 중 적어도 어느 하나에서 상기 접착코팅부에 부착된 분리막을 포함할 수 있다.
본원발명은 상기 리튬 이차전지용 전극의 제조 방법을 제공한다. 구체적으로, (a) 전극집전체의 적어도 일면에 전극합제층을 형성하는 단계, (b) 상기 전극합제층의 외주변에서 연장된 전극 탭의 상면, 및 상기 전극합제층의 상면 중 적어도 일부에 접착코팅부를 부가하는 단계, (c) 상기 (b)단계의 전극합제층과 접착코팅부 상에 분리막을 배치하는 단계, 및 (d) 상기 분리막을 가압하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 (d)는 가열하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 접착코팅부는 양극 및 음극 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다.
본원발명은 상기 리튬 이차전지용 전극을 포함하는 전극조립체로서, 스택형 전극조립체, 스택-폴딩형 전극조립체, 라미네이션-스택형 전극조립체, 또는 젤리-롤형 전극조립체를 포함할 수 있다.
본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극은 접착코팅부의 부가에 의해 전극과 분리막의 접착력을 확보할 수 있는 바, 분리막의 접힘을 방지할 수 있다. 따라서, 양극과 음극 간의 절연성을 확보하여 리튬 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 접착코팅부를 구성하는 접착제의 유리전이온도, 코팅 면적 및 가열 공정의 온도 및/또는 시간을 조절하여 접착력을 조절할 수 있다.
또한, 고온에서도 분리막의 수축을 억제할 수 있는 바, 전지셀이 고온에 노출되었을 때, 양극과 음극 간의 접촉 영역이 생기는 것을 방지할 수 있다.
한편, 접착코팅부가 전극합제층과 전극 탭에 걸쳐 도포되는 경우에는, 음극 외주변 끝단이 양극 외주변 끝단 보다 짧게 형성되더라도 리튬 석출물이 생기는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 제1실시예에 따른 전극의 평면도와 부분 확대 단면도이다.
도 2는 제2실시예에 따른 전극의 평면도와 부분 확대 단면도이다.
도 3은 제3실시예에 따른 전극의 평면도와 부분 확대 단면도이다.
도 4는 제4실시예에 따른 전극의 평면도와 부분 확대 단면도이다.
도 5는 제5실시예에 따른 전극의 평면도와 부분 확대 단면도이다.
도 6은 제6실시예에 따른 전극의 평면도와 부분 확대 단면도이다.
도 7은 제7실시예 및 제8실시예에 따른 전극의 부분 사시도이다.
도 8은 리튬 이차전지용 전극의 제조과정이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, 또는, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
본원 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
본원발명에 따른 전극은 평면상 직사각형 형태의 전극집전체의 일측 외주변에서 전극 탭이 돌출되고 상기 전극집전체에 전극합제층이 형성된 형태일 수 있다. 또한, 본원발명에 따른 전극은 긴 시트 형태의 전극집전체에 전극 탭이 부착되고 상기 전극집전체에 전극합제층이 형성된 형태일 수 있다.
상기 전극집전체는 상면인 제1면 및 하면인 제2면 중 적어도 하나의 일측면에 전극합제층이 형성되어 있다.
전극집전체는 전극합제층이 형성된 부분 이외의 부분으로서 전극합제층의 외주변에서 연장된 미코팅부인 전극 탭을 포함하고, 상기 전극 탭의 상면, 및 상기 전극합제층의 상면 중 적어도 일부에 접착코팅부가 부가되어 있다. 상기 미코팅부는 전극합제층이 형성되지 않은 부분을 의미한다.
상기 접착코팅부는 분리막이 접착되는 기능을 발휘할 뿐만 아니라, 절연성이 있는 소재로 구성된다. 따라서, 접착코팅부가 접착 기능을 상실하는 온도가 되고 분리막이 수축되더라도 상기 접착코팅부가 부가된 상태인 바, 서로 다른 전극 간의 접촉을 방지할 수 있다.
도 1은 제1실시예에 따른 전극의 평면도와 부분 확대 단면도이다.
도 1을 참조하면, 전극집전체(110)는 전극합제층(120)이 형성된 전극 본체(101)와 전극합제층(120)의 외주변에서 연장된 미코팅부인 전극 탭(130)을 포함한다.
전극 탭(130)의 상면 중 일부로서, 전극합제층(120)과 인접한 위치에 접착코팅부(140)가 부가되어 있다.
접착코팅부(140)를 통해 분리막과 전극의 접착력이 향상될 수 있는 바, 전극과 분리막 간의 결합력이 높아질 수 있으며, 전극과 분리막이 일체형으로 결합된 형태가 될 수 있다.
양극과 음극 간의 내부 단락이 일어날 수 있는 경우로서, 양극합제층과 음극합제층 간의 접촉, 양극합제층과 음극집전체 간의 접촉, 양극집전체와 음극합제층 간의 접촉, 및 양극집전체와 음극집전체 간의 접촉이 일어나는 경우에 내부 단락이 일어날 수 있다. 이 때 양극집전체(양극 탭)와 음극합제층이 접촉하는 경우에 가장 큰 발열이 생기게 된다.
도 1과 같이 전극 탭의 상면에 접착코팅부가 부가되는 경우 전극 탭과 분리막의 접착력을 확보할 수 있다. 또한, 접착코팅부가 접착 기능을 잃는 온도로 상승하더라도 전극 탭 외면에 접착코팅부가 부가된 상태이기 때문에 양극 탭과 음극합제층이 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
전극 탭(130)은 전극리드와 연결되어 전지케이스 외부로 연장되어 전극단자로 이용할 수 있다.
따라서, 전극 탭(130)에서 전극합제층(120)과 인접한 부분에는 접착코팅부(140)가 부가되나, 전극 탭(130)에서 전극합제층(120)과 반대쪽 끝단부는 전극리드와 결합되기 위해 미코팅부가 노출되는 형태이다.
접착코팅부와 분리막 간의 부착이 쉽게 이루어질 수 있도록 접착코팅부(140)의 두께(H2)는 전극합제층(120)의 두께(H1)와 동일하거나 더 두꺼운 형태로 이루어질 수 있다.
또는, 라미네이션하는 가압롤의 형태를 변경하거나 가압 방법을 조절하는 경우에는 접착 코팅부의 두께(H2)가 전극합제층의 두께(H1) 보다 얇은 경우에도 라미네이션이 가능할 수 있다.
도 2는 제2실시예에 따른 전극의 평면도와 부분 확대 단면도이다.
도 2를 참조하면, 전극집전체(210)는 전극합제층(220)이 형성된 전극 본체(201)와 전극합제층(220)의 외주변에서 연장된 미코팅부인 전극 탭(230)를 포함한다.
전극 탭(230)은 전극 본체(201)의 외주변 중 일측 외주변의 일부가 외측으로 더 연장된 형태로서, 전극리드와 결합한다.
접착코팅부(240)는 전극 탭(230)의 상면 및 전극합제층(220)의 상면 중 전극 탭(230)과 인접한 일측 외주변 상면에 부가된다. 이와 같이 전극합제층의 일측 외주변을 따라 접착코팅부가 부가되는 경우, 분리막과 접착코팅부 간의 접착면을 더욱 넓게 확보할 수 있다.
전극 탭의 외측 끝단을 제외한 나머지 부분에만 접착코팅부(240)가 부가되며, 전극 탭(230)의 끝단으로서 전극 탭으로 기능하는 부분은 접착코팅부(240)가 도포되지 않고 전극리드와 결합하기 위한 용접부를 구성하게 된다.
한편, 일반적으로 전극조립체 제조시, 음극의 면적을 양극의 면적 보다 크게 제조하는데, 라미네이션 과정에서 양극과 음극의 정렬 불량이 발생하여 양극의 대향면에 음극이 없는 상태로 라미네이션이 될 수 있다.
이와 같은 경우, 음극 끝단 영역이 과충전되어 리튬 석출이 형성되어 리튬 덴드라이트로 성장할 수 있다. 이는 분리막을 뚫고 양극쪽으로 성장하여 내부 쇼트를 발생시키는 원인이 될 수 있다. 이에, 본원발명의 도 2에 도시된 바와 같이 양극에서 양극합제층의 외주변에서 양극 탭 방향으로 더 연장되도록 접착코팅부가 형성되는 경우에는 양극쪽으로 성장한 리튬 덴드라이트가 양극 탭과 접촉하여 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 제3실시예에 따른 전극의 평면도와 부분 확대 단면도이다.
도 3을 참조하면, 전극(300)에서 전극집전체(310)에 형성된 전극합제층(320)과 전극 탭(330)의 구조는 도 1 및 도 2에 도시된 전극과 동일하다.
접착코팅부(340)는 전극합제층(320)의 상면에만 형성되며, 구체적으로, 전극합제층(320)의 상면 중 전극 탭(330)과 인접한 일측 외주변 상면에만 형성되어 있다.
따라서, 전극 탭과 인접한 전극합제층의 일측 외주변에서는, 상기 접착코팅부를 통해 분리막과 전극이 안정적으로 결합된 상태가 될 수 있다.
도 4는 제4실시예에 따른 전극의 평면도와 부분 확대 단면도이다.
도 4를 참조하면, 전극(400)에서 전극집전체(410)에 형성된 전극합제층(420)과 전극 탭(430)의 구조는 도 1 내지 도 3에 도시된 전극과 동일하다.
접착코팅부(440)는 전극합제층(420)의 상면 중 전극 탭(430)이 형성된 일측 외주변의 반대측 외주변 상면에 형성되어 있다.
도 5는 제5실시예에 따른 전극의 평면도와 부분 확대 단면도이다.
도 5를 참조하면, 전극(500)에서 전극집전체(510)에 형성된 전극합제층(520)과 전극 탭(530)의 구조는 도 1 내지 도 4에 도시된 전극과 동일하다.
접착코팅부(540)는 전극 탭(530)의 상면, 전극합제층(520)의 상면 중 전극 탭(530)과 인접한 일측 외주변 상면, 및 전극합제층(520)의 상면 중 상기 일측 외주변의 반대측 외주변 상면에 형성되어 있다.
도 5의 전극(500)은 접착코팅부(540)가 전극합제층의 전폭방향(W) 양측 외주변 상에 형성된 것을 개시하고 있으나, 이와 달리, 접착코팅부가 전극합제층의 전장방향(L) 양측 외주변 상에 형성된 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본원발명은 접착코팅부가 전극합제층의 전장방향(L) 양측 외주변과 전극 탭의 상면에 형성된 것을 포함한다.
도 6은 제6실시예에 따른 전극의 평면도와 부분 확대 단면도이다.
도 6을 참조하면, 전극(600)에서 전극집전체에 형성된 전극합제층(620)과 전극 탭(630)의 구조는 도 1 내지 도 5에 도시된 전극과 동일하다.
접착코팅부(640)는 평면상 직사각형 형태의 전극합제층(620)의 상면 중 외주변 전체를 따라 형성되어 있다. 또는 추가적으로, 전극합제층의 상면 중 외주변 전체와 전극 탭(630)의 상면에 형성될 수 있다.
이와 같은 형태의 접착코팅부가 부가된 전극(600)에서는 접착코팅부와 분리막의 접착면이 넓게 형성되기 때문에, 분리막과 전극이 안정적으로 결합된 상태가 될 수 있다.
도 7은 제7실시예 및 제8실시예에 따른 전극의 부분 사시도이다.
도 7을 참조하면, 전극(700)은 제1실시예에 따른 전극이고, 전극(800)은 제8실시예에 따른 전극이다.
도 7에 도시된 전극들은 전극합제층(720, 820)의 외주변 중 전극 탭(730, 830)과 만나는 외주변은 두께 방향 외면이 경사진 형태로 이루어진 경사부들(722, 822)을 포함한다. 접착코팅부(740)는 전극합제층(720)의 경사부(722) 상면 중 전극 탭(730)과 인접한 부분에만 도포되는 형태로 도시되어 있으나, 이와 달리, 접착코팅부는 전극 탭의 상부까지 연장된 형태로 부가될 수 있다.
따라서, 상기 접착코팅부를 통해 발열이 가장 심하게 발생하는 전극 탭 인접부위에서 분리막과 전극의 접착력을 확보할 수 있다.
도 7의 접착코팅부(840)는 전극합제층(820)의 경사부(822) 상면 중 전극 탭(830)과 인접한 외주변을 따라 도포되는 형태로 도시되어 있으나, 이와 달리 접착코팅부는 전극 탭의 상부까지 연장된 형태로 부가될 수 있다.
따라서, 상기 접착코팅부를 통해 전극 탭과 인접한 전극합제층의 외주변에서 분리막과 전극의 접착력을 확보할 수 있다.
경사부(722, 822)에 부가된 접착코팅부들(740, 840)의 두께는 전극합제층들(720, 820)의 외주변으로 갈수록 증가하는 형태로 부가되는 바, 접착코팅부들(740, 840)의 최대 두께는 전극합제층들(720, 820)의 두께와 동일하거나 더 두껍게 형성된다. 따라서, 전극과 분리막을 가압하여 부착하는 과정에서 분리막과 접착코팅부가 밀착되어 부착될 수 있다.
또는 접착코팅부들(740, 840)의 최대 두께는 전극합제층들(720, 820)의 두께 보다 얇은 크기로 형성될 수 있다. 이와 같은 경우에도 라미네이션을 통해 접착코팅부와 분리막이 부착된 형태를 구현할 수 있다.
본원발명에서 제1실시예 내지 제8실시예에 따른 전극들은 전극집전체의 제1면 및 제2면 중 적어도 어느 하나에 접착코팅부가 부가되고, 상기 접착코팅부가 부가된 전극집전체의 제1면 및 제2면 중 적어도 어느 하나에서 상기 접착코팅부에 부착된 분리막을 포함할 수 있다.
상기 전극은 양극 및/또는 음극일 수 있는 바, 양극의 외면 중 접착코팅부가 부가된 외면에 분리막이 부착될 수 있고, 음극의 외면 중 접착코팅부가 부가된 외면에 분리막이 부착될 수 있으며, 양극 및 음극의 외면 중 접착코팅부가 부가된 외면에 분리막이 부착될 수 있다.
이와 같이 접착코팅부에 의해 전극과 분리막이 결합된 일체형 구조를 형성하게 되는 바, 전극에서 분리막이 떨어져서 분리막이 접히거나 말리는 것을 방지할 수 있다.
상기 접착코팅부는 접착제를 포함한다.
상기 접착제는 유리전이온도(Tg)가 100 ℃ 이하인 고분자 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 접착제는 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 스티렌부타디엔 고무, 폴리비닐아세테이트, 폴리에스테르, 폴리실록산, 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐아세탈, 폴리비닐프로피오네이트, 에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리퍼플루오로프로필렌, 천연 고무 또는 이들의 유도체나 공중합체일 수 있다.
상기 접착코팅부는 분리막과 접착되는 부분으로, 서로 다른 전극들 간의 절연성을 확보하기 위하여, 상기 접착코팅부에 포함되는 접착제는 비전기전도성 접착제일 수 있다.
본원발명은 상기 접착코팅부에 포함되는 접착제의 종류 및 상기 접착제의 조성비를 조절함으로써 접착제의 유리전이온도를 조절할 수 있다. 또한, 접착코팅부의 면적 또는 분리막을 부착하기 위해 가압하는 시간과 온도를 조절할 수 있다. 이와 같이 접착코팅부의 조성, 면적 및 가압시간과 온도를 조절함으로써 접착코팅부의 접착력을 조절할 수 있다.
도 8은 리튬 이차전지용 전극의 제조과정이다.
전극집전체(210)의 적어도 일면에 전극합제층(220)을 형성한다. 다만, 도 8에 도시된 바와 달리, 전극집전체(210)의 양면에 전극합제층이 형성될 수 있음은 물론이다. 또한, 전극합제층(220)은 전체적으로 균일한 두께를 갖는 형태로 형성될 수 있고, 또는 도 7에 도시된 전극합제층들(720, 820)과 같이 전극 탭(230)과 인접한 외주변에서 두께 방향 외면이 경사진 형태로 이루어진 경사부를 포함할 수 있다.
접착코팅부(240)는 전극합제층(220)과 전극 탭(230)의 상면과 전극합제층(220)의 상면 중 전극 탭(230)과 인접한 일측 외주변 상면에 부가된다.
접착코팅부(240)는 전극 탭의 외측 끝단을 제외한 나머지 부분에만 부가되고, 접착코팅부가 부가되지 않은 전극 탭의 외측 끝단은 전극리드와 결합하여 전기적인 연결이 이루어질 수 있다.
전극합제층(220)과 접착코팅부(240)의 상부에 분리막(910)이 배치된다. 분리막(910)의 좌측 끝단은 전극합제층(220) 보다 연장된다. 분리막(910)의 우측 끝단은 접착코팅부(240)의 외측 끝단까지 연장되거나, 또는 접착코팅부(240)의 외측 끝단 보다 더 연장되는 크기로 이루어진다.
이와 같이 전극과 분리막이 중첩되도록 배치된 상태에서 이들의 상부와 하부 각각에 배치되는 한 쌍의 가압롤(900)로 가압하여 전극과 분리막을 부착시킨다.
상기 접착코팅부는 유리전이온도(Tg)가 100℃ 이하인 고분자 소재로 이루어진 비전기전도성 접착제를 포함하고 있는 바, 가압롤(900)의 온도를 상기 비전기전도성 접착제의 유리전이온도 보다 높은 온도로 가열하여 가압함으로써 접착코팅부와 분리막의 결합력을 확보할 수 있다.
이와 같은 방법으로 제조된 전극은 분리막과 일체형 구조로 이루어지는 바, 분리막이 전극에서 분리되어 접히거나 말리는 것을 방지할 수 있으며, 양극과 음극의 절연성을 확보할 수 있다.
상기와 같이 제조된 전극은 리튬 이차전지용 전극으로 사용될 수 있고, 스택형 전극조립체, 스택-폴딩형 전극조립체, 라미네이션-스택형 전극조립체, 또는 젤리-롤형 전극조립체를 구성할 수 있다.
또한 상기와 같은 전극조립체를 전지케이스에 수용하여 단위 전지를 구성하고, 상기 단위 전지를 포함하는 전지모듈 및 전지팩을 제공할 수 있다.
본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
101, 201: 전극 본체
110, 210, 310, 410: 전극집전체
120, 220, 320, 420, 520, 620: 전극합제층
130, 230, 330, 430, 530, 630: 전극 탭
140, 240, 340, 440, 540, 640: 접착코팅부
722, 822: 경사부
300, 400, 500, 600, 700, 800: 전극
900: 가압롤
910: 분리막
H1: 전극합제층의 두께
H2: 접착코팅부의 두께
L: 전장방향
W: 전폭방향

Claims (13)

  1. 전극집전체의 제1면 및 제2면 중 적어도 하나의 일측면에 전극합제층이 형성되어 있고,
    상기 전극집전체는 상기 전극합제층이 형성된 부분 이외의 부분으로서 상기 전극합제층의 외주변에서 연장된 미코팅부인 전극 탭을 포함하며,
    상기 전극 탭의 상면, 및 상기 전극합제층의 상면 중 적어도 일부에 접착코팅부가 부가되어 있는 리튬 이차전지용 전극.
  2. 제1항에 있어서, 상기 접착코팅부는 상기 전극 탭의 상면 중 적어도 일부에 부가되는 리튬 이차전지용 전극.
  3. 제1항에 있어서, 상기 접착코팅부는 상기 전극합제층의 상면 중 상기 전극 탭과 인접한 일측 외주변 상면에 부가되는 리튬 이차전지용 전극.
  4. 제1항에 있어서, 상기 접착코팅부는 상기 전극합제층의 상면 중 상기 전극 탭이 형성된 일측 외주변의 반대측 외주변 상면에 부가되는 리튬 이차전지용 전극.
  5. 제1항에 있어서, 상기 접착코팅부는 상기 전극 탭의 상면 및 상기 전극합제층의 상면 중 전극 탭과 인접한 일측 외주변 상면에 부가되는 리튬 이차전지용 전극.
  6. 제1항에 있어서, 상기 접착코팅부는 상기 전극 탭의 상면, 상기 전극합제층의 상면 중 전극 탭과 인접한 일측 외주변 상면, 및 상기 전극합제층의 상면 중 상기 일측 외주변의 반대측 외주변 상면에 부가되는 리튬 이차전지용 전극.
  7. 제1항에 있어서, 상기 접착코팅부는 비전기전도성 접착제를 포함하는 리튬 이차전지용 전극.
  8. 제7항에 있어서, 상기 비전기전도성 접착제는 유리전이온도(Tg)가 100℃ 이하인 고분자 소재로 이루어진 리튬 이차전지용 전극.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1면 및 제2면 중 적어도 어느 하나에 상기 접착코팅부가 부가되고,
    상기 접착코팅부가 부가된 제1면 및 제2면 중 적어도 어느 하나에서 상기 접착코팅부에 부착된 분리막을 포함하는 리튬 이차전지용 전극.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 리튬 이차전지용 전극의 제조 방법으로서,
    (a) 전극집전체의 적어도 일면에 전극합제층을 형성하는 단계;
    (b) 상기 전극합제층의 외주변에서 연장된 전극 탭의 상면, 및 상기 전극합제층의 상면 중 적어도 일부에 접착코팅부를 부가하는 단계;
    (c) 상기 (b)단계의 전극합제층과 접착코팅부 상에 분리막을 배치하는 단계; 및
    (d) 상기 분리막을 가압하는 단계;
    를 포함하는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 단계 (d)는 가열하는 과정을 포함하는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 접착코팅부는 양극 및 음극 중 적어도 어느 하나에 형성되는 리튬 이차전지용 전극의 제조방법.
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 리튬 이차전지용 전극을 포함하는 전극조립체로서,
    스택형 전극조립체, 스택-폴딩형 전극조립체, 라미네이션-스택형 전극조립체, 또는 젤리-롤형 전극조립체를 포함하는 전극조립체.
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