KR102265976B1 - Electrode Assembly and Electrochemical device comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 복합고체전해질층을 포함하는 전극 조립체로서, 상기 복합고체전해질층은, 상기 음극과 양극에 모두 접촉되는 제1 고체전해질부; 및 상기 제1 고체전해질부와 상기 양극에 접촉되고 상기 음극으로부터 이격되는 제2 고체전해질부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학소자를 제공한다.
본 발명은 고체전해질층의 물리적 손상을 방지하여, 양극과 음극의 단락을 방지할 수 있다.The present invention provides an electrode assembly comprising a positive electrode, a negative electrode, and a composite solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the composite solid electrolyte layer includes: a first solid electrolyte part contacting both the negative electrode and the positive electrode; and a second solid electrolyte part in contact with the first solid electrolyte part and the positive electrode and spaced apart from the negative electrode, it provides an electrode assembly and an electrochemical device including the same.
The present invention prevents physical damage to the solid electrolyte layer, thereby preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode.
Description
본 발명은 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학소자에 관한 것으로, 구체적으로 고체전해질을 포함하는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학소자에 관한 것이다. The present invention relates to an electrode assembly and an electrochemical device including the same, and more particularly, to an electrode assembly including a solid electrolyte and an electrochemical device including the same.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목 받고 있는 분야이고 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발로 진행되고 있다.Recently, interest in energy storage technology is increasing. Efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more and more concrete as the field of application is expanded to the energy of mobile phones, camcorders and notebook PCs, and even electric vehicles. Electrochemical devices are receiving the most attention in this aspect, and among them, the development of rechargeable batteries that can be charged and discharged has become the focus of interest. Recently, in developing such batteries, new electrodes have been developed to improve capacity density and specific energy. and battery design research and development.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다. Among the currently applied secondary batteries, lithium secondary batteries developed in the early 1990s have a higher operating voltage and significantly higher energy density than conventional batteries such as Ni-MH, Ni-Cd, and sulfuric acid-lead batteries using aqueous electrolyte solutions. is gaining popularity as
이러한 리튬 이차전지는 가연성 유기 용매 등의 액체전해질(전해액)이 종래 사용되었다. 그러나 액체 전해질을 이용한 전지에 있어서는 전해액의 누액이나 발화, 폭발 등의 문제를 일으킬 가능성이 있다. For such a lithium secondary battery, a liquid electrolyte (electrolyte) such as a combustible organic solvent has been conventionally used. However, in a battery using a liquid electrolyte, there is a possibility of causing problems such as leakage of the electrolyte, ignition, and explosion.
이러한 문제를 해소하여 본질적인 안전성 확보를 위해, 액체전해질 대신에 고체전해질을 사용하고 기타 구성요소 모두를 고체로 구성한 전고체전지(All-Solid-State Secondary Battery)에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 전고체전지는 안전성, 고에너지 밀도, 고출력, 제조공정의 단순화 등의 관점에서 차세대 리튬 이차전지로 주목받고 있다. In order to solve this problem and secure intrinsic safety, research on an All-Solid-State Secondary Battery that uses a solid electrolyte instead of a liquid electrolyte and consists of all other components in solid is being actively conducted. The all-solid-state battery is attracting attention as a next-generation lithium secondary battery in terms of safety, high energy density, high output, and simplification of the manufacturing process.
그러나 이러한 전고체전지를 적용하는 전극 조립체 제작시 고체전해질층의 낮은 강도로 인해 단락이 발생하는 문제가 발생하고 있다.However, there is a problem in that a short circuit occurs due to the low strength of the solid electrolyte layer when manufacturing an electrode assembly to which such an all-solid-state battery is applied.
본 발명의 목적은 전극 간 단락을 방지하고, 고체전해질층의 물리적 손상이 방지된 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학소자를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an electrode assembly in which a short circuit between electrodes is prevented and physical damage to a solid electrolyte layer is prevented, and an electrochemical device including the same.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기 설명에 의해서 이해될 수 있을 것이다. 한편, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에서 기재되는 수단 또는 방법, 및 이의 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention will be understood by the following description. On the other hand, it will be easily understood that the objects and advantages of the present invention can be realized by means or methods described in the claims, and combinations thereof.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예들의 전극 조립체가 제공된다. According to one aspect of the present invention in order to solve the above problems, there is provided an electrode assembly of the following embodiments.
제1 구현예는, The first embodiment is
양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 복합고체전해질층을 포함하는 전극 조립체로서, An electrode assembly comprising a positive electrode, a negative electrode, and a composite solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode,
상기 복합고체전해질층은, 상기 음극과 양극에 모두 접촉된 제1 고체전해질부; 및 상기 제1 고체전해질부와 상기 양극에 접촉되고 상기 음극으로부터 이격된 제2 고체전해질부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체에 관한 것이다. The composite solid electrolyte layer may include: a first solid electrolyte part in contact with both the negative electrode and the positive electrode; and a second solid electrolyte part in contact with the first solid electrolyte part and the positive electrode and spaced apart from the negative electrode, it relates to an electrode assembly.
제2 구현예는, 제1 구현예에 있어서, In the second embodiment, according to the first embodiment,
상기 제2 고체전해질부는 상기 양극의 외주의 표면상에 위치하며 단부로부터 내측으로 소정 폭을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는, 전극 조립체에 관한 것이다. The second solid electrolyte portion is located on the outer peripheral surface of the positive electrode and relates to an electrode assembly, characterized in that formed to have a predetermined width inward from the end.
제3 구현예는, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서, A third embodiment, according to the first or second embodiment,
상기 음극의 면적은 상기 복합고체전해질층의 면적과 동일하거나 이보다 넓은 것을 특징으로 하는, 전극 조립체에 관한 것이다. It relates to an electrode assembly, characterized in that the area of the negative electrode is equal to or larger than the area of the composite solid electrolyte layer.
제4 구현예는, 제1 구현예 내지 제3 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, A fourth embodiment, according to any one of the first to third embodiments,
상기 음극의 면적은 상기 복합고체전해질층의 면적보다 넓은 것을 특징으로 하는, 전극 조립체에 관한 것이다. It relates to an electrode assembly, characterized in that the area of the negative electrode is larger than the area of the composite solid electrolyte layer.
제5 구현예는, 제1 내지 제4 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, A fifth embodiment, according to any one of the first to fourth embodiments,
상기 제1 고체전해질부는 전해질로 황화물계 고체전해질 및 고분자고체전해질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체에 관한 것이다. The first solid electrolyte part relates to an electrode assembly, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of a sulfide-based solid electrolyte and a polymer solid electrolyte as an electrolyte.
제6 구현예는, 제1 내지 제5 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, A sixth embodiment, according to any one of the first to fifth embodiments,
상기 황화물계 고체전해질은 Li, X 및 S를 포함하며, 상기 X는 P, Ge, B, Si, Sn, As, Cl, F, 및 I를 포함하는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체에 관한 것이다. The sulfide-based solid electrolyte includes Li, X and S, wherein X includes at least one selected from the group consisting of P, Ge, B, Si, Sn, As, Cl, F, and I It relates to an electrode assembly.
제7 구현예는, 제1 내지 제6 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, A seventh embodiment, according to any one of the first to sixth embodiments,
상기 고분자고체전해질은 폴리에테르계 고분자, 폴리카보네이트계 고분자, 아크릴레이트계 고분자, 폴리실록산계 고분자, 포스파젠계 고분자, 폴리에틸렌 유도체, 알킬렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 및 이온성 해리기를 포함하는 중합체 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체에 관한 것이다. The polymer solid electrolyte is a polyether-based polymer, a polycarbonate-based polymer, an acrylate-based polymer, a polysiloxane-based polymer, a phosphazene-based polymer, a polyethylene derivative, an alkylene oxide derivative, a phosphoric acid ester polymer, a poly agitation lysine, It relates to an electrode assembly comprising at least one selected from polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, and a polymer containing an ionic dissociation group.
제8 구현예는, 제1 내지 제7 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, The eighth embodiment, according to any one of the first to seventh embodiments,
상기 제2 고체전해질부는 전해질로 산화물계 고체전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체에 관한 것이다. The second solid electrolyte part relates to an electrode assembly, characterized in that it includes an oxide-based solid electrolyte as an electrolyte.
제9 구현예는, 제8 구현예에 있어서, The ninth embodiment, according to the eighth embodiment,
상기 산화물계 고체전해질은 Li, A 및 O를 포함하며, 상기 A는 La, Zr, Ti, Al P, 및 I를 포함하는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체에 관한 것이다. The oxide-based solid electrolyte includes Li, A and O, wherein A is La, Zr, Ti, Al P, and I, characterized in that it includes at least one selected from the group consisting of P, and I will be.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 하기 구현예들의 전기화학소자가 제공된다. According to another aspect of the present invention, an electrochemical device of the following embodiments is provided.
제10 구현예는, The tenth embodiment is
전해액이 주입된 제1 구현예 내지 제9 구현예 중 어느 한 구현예의 전극 조립체를 하나 이상 포함하는 전기화학소자에 관한 것이다. It relates to an electrochemical device including at least one electrode assembly of any one of the first to ninth embodiments into which the electrolyte is injected.
제11 구현예는, 제10 구현예에 있어서,The eleventh embodiment, according to the tenth embodiment,
상기 전기화학소자가 리튬 이차전지인, 전기화학소자에 관한 것이다.It relates to an electrochemical device, wherein the electrochemical device is a lithium secondary battery.
본 발명의 전극 조립체는 양극 표면의 테두리 부분에 기계적 강도가 높은 제2 고체전해질부가 배치되고 상기 제2 고체전해부는 음극으로부터 이격된다. 이러한 구성적 특징으로부터 본 발명에 따른 전극 조립체는 고체전해질층의 물리적 손상에 따른 단락을 방지할 수 있다. In the electrode assembly of the present invention, a second solid electrolyte part having high mechanical strength is disposed on the edge of the surface of the anode, and the second solid electrolyte part is spaced apart from the cathode. From these structural features, the electrode assembly according to the present invention can prevent a short circuit due to physical damage to the solid electrolyte layer.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 도시한 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 도시한 도 3의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의일 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의일 실시예에 따른 전극 조립체를 개략적으로 도시한 도 5의 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 전극 조립체의 제조방법을 개략적으로 도시한 것이다.1 is a perspective view schematically illustrating an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view of FIG. 1 schematically illustrating an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view schematically illustrating an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
4 is an exploded perspective view of FIG. 3 schematically illustrating an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view schematically illustrating an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
6 is an exploded perspective view of FIG. 5 schematically illustrating an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
7 schematically illustrates a method of manufacturing an electrode assembly according to a specific embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is. Accordingly, the configuration shown in the embodiments and drawings described in the present specification is merely the most preferred embodiment of the present invention and does not represent all the technical spirit of the present invention, so at the time of the present application, various It should be understood that there may be equivalents and variations.
전고체전지에 사용되는 전극 조립체에 있어서 고체전해질층은 전지 내에서 양극과 음극을 물리적으로 격리시키는 분리막의 역할 및 전지의 과열을 방지하는 안전 장치로서 역할한다. 또한, 고체전해질층은 이온 전도성 층으로 리튬 이온이 이동할 수 있으므로 전지의 충전과 방전이 가능하게 한다. In an electrode assembly used in an all-solid-state battery, the solid electrolyte layer serves as a separator that physically separates the positive and negative electrodes in the battery and as a safety device to prevent overheating of the battery. In addition, since the solid electrolyte layer can move lithium ions to the ion conductive layer, charging and discharging of the battery is possible.
이러한 전고체전지는 양극 활물질층의 강도가 고체전해질층의 강도보다 크기 때문에, 전극 조립체 제조 과정에서 양극 활물질층에 의해 고체전해질층의 물리적 손상이 발생할 수 있으며, 손상된 고체전해질층으로 인해 양극과 음극 사이에 단락(short circuit)이 일어날 수 있다. In such an all-solid-state battery, since the strength of the positive electrode active material layer is greater than that of the solid electrolyte layer, physical damage to the solid electrolyte layer may occur due to the positive electrode active material layer during the manufacturing process of the electrode assembly, and between the positive electrode and the negative electrode due to the damaged solid electrolyte layer A short circuit may occur.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것이다. The present invention is to solve the above problems.
본 발명은 전고체전지에 관한 것으로서, 복합고체전해질층을 포함하는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전기화학소자에 관한 것이다. The present invention relates to an all-solid-state battery, and to an electrode assembly including a composite solid electrolyte layer and an electrochemical device including the same.
본 발명의 일 측면에 따른 전극 조립체는, An electrode assembly according to an aspect of the present invention,
양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 복합고체전해질층을 포함하며, A positive electrode, a negative electrode, and a composite solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode,
상기 복합고체전해질층은, 상기 음극과 양극에 모두 접촉된 제1 고체전해질부; 및 상기 제1 고체전해질부와 상기 양극에 접촉되고 상기 음극으로부터 이격된 제2 고체전해질부를 포함한다. The composite solid electrolyte layer may include: a first solid electrolyte part in contact with both the negative electrode and the positive electrode; and a second solid electrolyte part in contact with the first solid electrolyte part and the positive electrode and spaced apart from the negative electrode.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명을 설명한다. First, the present invention will be described with reference to FIG. 1 .
도 1은 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 전극 조립체(100)를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 전극 조립체에 관한 분해 사시도를 나타낸 것이다. 1 is a perspective view schematically showing an
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 상기 전극 조립체(100)는 양극(10), 음극(20) 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재된 복합고체전해질층(50)을 포함한다. 상기 복합고체전해질층(50)은, 상기 음극과 양극에 모두 접촉된 제1 고체전해질부(30); 및 상기 제1 고체전해질부와 상기 양극에 접촉되고 상기 음극으로부터 이격된 제2 고체전해질부(40)를 포함한다. The
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서 상기 복합고체전해질층(50)은 양극과 음극 사이에 개재된 것으로, 전고체전지에서의 고체전해질층으로 사용되는 것이다. 본 발명에 따른 전극 조립체는 액체 전해질을 포함하지 않고 고체전해질층을 포함하므로 전해액 누액이나 난연성 저하 등의 문제가 발생하지 않는다. In a specific embodiment of the present invention, the composite
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 복합고체전해질층(50)은 1층과 2층으로 나누어 설명할 수 있다. 그러나 이는 구조를 쉽게 설명하기 위한 것일 뿐, 실제로는 1층의 제1 고체전해질부와 2층의 제1 고체전해질부는 분리되지 않고 일체로 형성된 것이다. In a specific embodiment of the present invention, the composite
상기 1층은 테두리 부분에 제2 고체전해질을 포함하며, 그 외 부분에 제1 고체전해질을 포함한다. 제2 고체전해질로 구성된 외주 부분은 모두 연결되어 폐곡선으로 구성될 수 있다. 이 경우, 제1층은 제2 고체전해질로 둘러싸인 내측 부분에 제1 고체전해질을 포함할 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 제2 고체전해질부는 하나의 폐곡선이 아니라 단절되어 복수의 부분으로 구성되어 있을 수 있으며, 테두리의 일부에 형성될 수 있다. 이 경우, 제2 고체전해질이 형성되지 않은 부분에는 제1 고체전해질이 포함되어 구성될 수 있다. 한편, 상기 2층은 1층의 일측 전면을 피복하는 형태로 구성되며, 제1 고체전해질을 포함한다. The first layer includes the second solid electrolyte in the edge portion and the first solid electrolyte in the other portions. All of the outer peripheral portions of the second solid electrolyte may be connected to form a closed curve. In this case, the first layer may include the first solid electrolyte in an inner portion surrounded by the second solid electrolyte. In a specific embodiment of the present invention, the second solid electrolyte part may be cut off instead of a single closed curve, and may consist of a plurality of parts, and may be formed on a part of the rim. In this case, the portion where the second solid electrolyte is not formed may include the first solid electrolyte. On the other hand, the second layer is configured to cover the entire surface of one side of the first layer, and includes a first solid electrolyte.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 전극 조립체 제조시 제2 고체전해질부의 외경은 양극과 일치되도록 형성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 양극과 제2 고체전해질부는 가로 및 세로의 길이를 동일하게 하여 단차없이 적층되도록 한다. 즉, 제2 고체전해질부는 양극의 테두리 부분과 일치된 형태로 형성될 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the outer diameter of the second solid electrolyte portion is formed to coincide with the positive electrode when the electrode assembly is manufactured. As shown in FIG. 1 , the anode and the second solid electrolyte part are stacked without a step by making the horizontal and vertical lengths the same. That is, the second solid electrolyte portion may be formed in a shape consistent with the edge portion of the positive electrode.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 1층은 양극과 대면하고, 2층은 음극과 대면한다. 상기 1층과 2층은 동일하거나 상이한 높이를 가질 수 있다. In one specific embodiment of the present invention, the first layer faces the anode, and the second layer faces the cathode. The first and second floors may have the same or different heights.
상기 복합고체전해질층(50)은 제1 고체전해질부(30)과 제2 고체전해질부(40)를 포함한다. 상기 제1 고체전해질부와 제2 고체전해질부는 모두 리튬 이온을 통과시키는 이온 전도층이며, 전자는 통과시키지 않은 절연층이다. 따라서 본 발명에 따른 전극 조립체는 복합고체전해질층을 포함함으로써 양극과 음극이 접촉하여 생길 수 있는 단락을 방지할 수 있으며, 전지의 충방전이 가능하게 한다.The composite
상기 복합고체전해질층의 기공 직경은 일반적으로 0.001 ~ 10 ㎛일 수 있다. 본 발명이 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 기공 직경의 하한은 0.01 ㎛ 이상, 0.1 ㎛ 이상 일 수 있고, 기공 직경의 상한은 7 ㎛ 이하, 5㎛ 이하일 수 있으며, 이들 각각의 조합일 수 있다. 상기 복합고체전해질층의 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛일 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 두께 하한은 7㎛ 이상, 10㎛ 이상 일 수 있고, 두께 하한은 200㎛ 이하, 150 ㎛ 이하일 수다. 상기 복합고체전해질층은 양극과 동일한 면적을 가질 수 있다. The pore diameter of the composite solid electrolyte layer may be generally 0.001 to 10 μm. In a specific embodiment of the present invention, the lower limit of the pore diameter may be 0.01 μm or more and 0.1 μm or more, and the upper limit of the pore diameter may be 7 μm or less, 5 μm or less, and a combination thereof. The thickness of the composite solid electrolyte layer may be generally 5 to 300 μm. In a specific embodiment of the present invention, the lower limit of the thickness may be 7 μm or more and 10 μm or more, and the lower thickness limit may be 200 μm or less and 150 μm or less. The composite solid electrolyte layer may have the same area as the positive electrode.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 양극; 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 복합고체전해질층(50)의 면적은 모두 동일하게 형성될 수 있다. 상기 복합고체전해질층은 면적을 동일하게 하여, 즉, 장방형인 경우, 가로와 세로의 길이를 동일하게 하여, 각층이 단차 없이 단부가 일치되도록 적층될 수 있다. 이와 같이 상기 양극, 음극 및 복합고체전해질층의 면적을 동일하게 함으로써, 전극 조립체 구성요소들 예를 들면, 음극, 양극, 고체전해질층이 연속적으로 투입되는 롤 라미네이션 등의 전극 조립체 제조 공정에 있어서, 사행에 따른 전극 조립체의 물리적 손상을 방지할 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the positive electrode; The area of the anode and the composite
상기 제1 고체전해질부(30)는 양극(10)과 음극(20) 모두에 직접 대면한다. 또한 상기 제1 고체전해질부는 제2 고체전해질부가 형성되지 않은 양극 표면, 및 상기 제2 고체전해질부의 내측 단면에 직접 대면한다. 즉, 상기 제1 고체전해질부는 양극, 음극, 및 제2 고체전해질부에 모두 대면한다. 이 경우, 상기 제1 고체전해질부는 제2 고체전해질부가 양극 표면의 테두리에만 위치하므로, 제1 고체전해질부의 단면은 T자 블록 형태일 수 있다. The first
상기 제1 고체전해질부는 전해질로 황화물계 고체전해질 및 고분자고체전해질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The first solid electrolyte part may include at least one selected from the group consisting of a sulfide-based solid electrolyte and a polymer solid electrolyte as an electrolyte.
상기 황화물계 고체전해질은 Li, X 및 S를 포함하며, 상기 X는 P, Ge, B, Si, Sn, As, Cl, F, 및 I를 포함하는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그러나 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 통상적으로 고체전해질로 사용되는 황화물계 화합물을 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 황화물계 고체전해질은 Li3 . 833Sn0 . 833As0 . 166S4, Li4SnS4, Li3 . 25Ge0 .25P0. 75S4, Li2S-P2S0, B2S3-Li2S, xLi2S-(100-x)P2S5 (x=70~80), Li2S-SiS2-Li3N, Li2S-P2S5-LiI, Li2S-SiS2-LiI, Li2S-B2S3-LiI, 및 Thio-LISICON(Li3 . 25Ge0 .25P0. 75S4)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. The sulfide-based solid electrolyte may include Li, X and S, and X may include at least one selected from the group consisting of P, Ge, B, Si, Sn, As, Cl, F, and I. . However, it is not particularly limited thereto, and a sulfide-based compound commonly used as a solid electrolyte may be used without limitation. For example, the sulfide-based solid electrolyte is Li 3 . 833 Sn 0 . 833 As 0 . 166 S 4 , Li 4 SnS 4 , Li 3 . 25 Ge 0 .25 P 0. 75 S 4, Li 2 SP 2 S 0, B 2 S 3 -Li 2 S, xLi 2 S- (100-x) P 2 S 5 (x = 70 ~ 80), Li 2 S-SiS 2 -Li 3 N , Li 2 SP 2 S 5 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -LiI, Li 2 SB 2 S 3 -LiI, and Thio-LISICON (Li 3. 25 Ge 0 .25 P 0. 75 may comprise S 4) of any one or a mixture of two or more of those selected from the group consisting of.
황화물 이온은 높은 분극을 가지고 리튬 이온과의 정전기적 인력이 작기 때문에, 황화물계 고체전해질은 높은 이온 전도성을 갖는다. 따라서, 황화물계 고체전해질을 함유하는 제1 고체전해질부를 도입함으로써, 전기화학소자의 높은 출력 전류를 얻을 수 있다.Since sulfide ions have high polarization and have small electrostatic attraction with lithium ions, sulfide-based solid electrolytes have high ionic conductivity. Therefore, by introducing the first solid electrolyte portion containing the sulfide-based solid electrolyte, it is possible to obtain a high output current of the electrochemical device.
상기 고분자고체전해질은 예를 들어, 폴리에테르계 고분자, 폴리카보네이트계 고분자, 아크릴레이트계 고분자, 폴리실록산계 고분자, 포스파젠계 고분자, 폴리에틸렌 유도체, 알킬렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 고분자고체전해질은 고분자 수지로서 PEO(poly ethylene oxide) 주쇄에 PMMA, 폴리카보네이트, 폴리실록산(pdms) 및/또는 포스파젠과 같은 무정형 고분자를 공단량체로 공중합시킨 가지형 공중합체, 빗형 고분자 수지 (comb-like polymer) 및 가교 고분자 수지 등이 포함될 수 있다. 그러나 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 통상적으로 고체전해질로 사용되는 고분자고체전해질을 제한없이 사용할 수 있다.The polymer solid electrolyte is, for example, a polyether-based polymer, a polycarbonate-based polymer, an acrylate-based polymer, a polysiloxane-based polymer, a phosphazene-based polymer, a polyethylene derivative, an alkylene oxide derivative, a phosphoric acid ester polymer, and a poly-edition lysine ( agitation lysine), polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, a polymer containing an ionic dissociation group, and the like. In a specific embodiment of the present invention, the polymer solid electrolyte is a polymer resin obtained by copolymerizing an amorphous polymer such as PMMA, polycarbonate, polysiloxane (pdms) and/or phosphazene as a comonomer in a PEO (polyethylene oxide) main chain. A branched copolymer, a comb-like polymer, and a cross-linked polymer resin may be included. However, the present invention is not particularly limited thereto, and a polymer solid electrolyte generally used as a solid electrolyte may be used without limitation.
상기 고분자고체전해질은 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 폴리프로필렌옥사이드(Polypropylene oxide), 폴리포스파젠(Polyphosphazene), 폴리실록산(Polysiloxane) 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 상기 고분자고체전해질은 화학적으로 안정되어 있기 때문에, 충방전 과정에서도 안전하다. 또한 상기 고분자고체전해질은 취급이 용이해 전극 조립체 조립 공정에서 유리하다. The polymer solid electrolyte is any one selected from the group consisting of polyethylene oxide, polyethylene glycol, polypropylene oxide, polyphosphazene, polysiloxane, and copolymers thereof. Or it may be a mixture of two or more of these. Since the polymer solid electrolyte is chemically stable, it is safe even in the charging and discharging process. In addition, the polymer solid electrolyte is easy to handle, which is advantageous in the electrode assembly assembly process.
상기 제1 고체전해질부는 황화물계 고체전해질 또는 고분자고체전해질을 사용함으로써, 전지 내 단락을 방지할 수 있다. The first solid electrolyte unit may prevent a short circuit in the battery by using a sulfide-based solid electrolyte or a polymer solid electrolyte.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 제1 고체전해질부는 필요에 따라 적절한 바인더 수지, 첨가제 등을 더 포함할 수 있다.In a specific embodiment of the present invention, the first solid electrolyte part may further include an appropriate binder resin, additives, and the like, if necessary.
상기 제2 고체전해질부(40)는 1층에만 형성되어 있어 음극(20)으로부터 이격되어 있으며, 물리적으로 음극과 직접 접촉되지 않는다. 상기 제2 고체전해질부는 양극 표면상의 테두리 부분에 단부로부터 내측 방향으로 소정 폭을 갖도록 형성된 것일 수 있다. 상기 폭은 라미네이션 등을 수행하는 전극 조립체 제조 공정에 있어서, 양극 엣지부(edge)에 의한 물리적 손상을 방지할 수 있는 정도이면 족하다.The second
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 폭은 0.5 내지 200㎛일 수 있다. 바람직하게는 상기 폭은 각각 0.5 ㎛ 이상, 1 ㎛ 이상, 10 ㎛ 이상, 20 ㎛ 이상일 수 있으며, 상기 폭은 각각 200 ㎛ 이하, 150 ㎛ 이하, 100 ㎛ 이하일 수 있으며, 이들 각각의 조합일 수 있다. 제2 고체전해질부의 폭이 상기 범위 내인 경우에, 전극 조립체 제조시 발생하는 고체전해질층의 물리적 손상을 방지함과 동시에 제1 고체전해질의 면접하는 제2 고체전해질의 면적 또는 양극에 면접하는 제2 고체전해질의 면적이 작아 계면 저항에 따른 전지 성능 저하가 발생하지 않는다. In a specific embodiment of the present invention, the width may be 0.5 to 200㎛. Preferably, the width may be 0.5 μm or more, 1 μm or more, 10 μm or more, and 20 μm or more, respectively, and the width may be 200 μm or less, 150 μm or less, 100 μm or less, respectively, and a combination thereof . When the width of the second solid electrolyte part is within the above range, physical damage to the solid electrolyte layer that occurs during the manufacturing of the electrode assembly is prevented and at the same time, the area of the second solid electrolyte that faces the first solid electrolyte or the second solid electrolyte that faces the anode Since the area of the solid electrolyte is small, there is no deterioration in battery performance due to interfacial resistance.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 제2 고체전해질부의 두께는 3 ㎛이하, 1 ㎛이하, 0.7 ㎛ 이하, 또는 0.6 ㎛ 이하일 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 제2 고체전해질부의 두께는 0.1 ㎛ 이상, 0.3 ㎛ 이상, 1 ㎛ 이상일 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 제2 고체전해질부의 두께는 전술한 상한과 하한 각각의 조합일 수 있다. 제2 고체전해질부의 두께가 상기 범위 내인 경우에, 전극 조립체 제조 과정에서 양극의 엣지부에 의한 복합고체전해질층의 물리적 손상을 최소화할 수 있다.In a specific embodiment of the present invention, the thickness of the second solid electrolyte portion may be 3 μm or less, 1 μm or less, 0.7 μm or less, or 0.6 μm or less. In a specific embodiment of the present invention, the thickness of the second solid electrolyte portion may be 0.1 μm or more, 0.3 μm or more, or 1 μm or more. In a specific embodiment of the present invention, the thickness of the second solid electrolyte portion may be a combination of each of the above-described upper and lower limits. When the thickness of the second solid electrolyte portion is within the above range, physical damage to the composite solid electrolyte layer by the edge portion of the positive electrode during the manufacturing process of the electrode assembly may be minimized.
상기 제2 고체전해질부는 전술한 바와 같이 양극 표면에서의 외주 부분에 위치하여 폐곡선 형태로 구성될 수 있다. 한편, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 제2 고체전해질부는 하나의 폐곡선이 일체로 형성되지 않고 단절된 여러 부분의 집합체일 수 있다. As described above, the second solid electrolyte part may be positioned on the outer periphery of the surface of the anode to have a closed curve shape. On the other hand, in one specific embodiment of the present invention, the second solid electrolyte part may be an aggregate of several parts in which one closed curve is not integrally formed and is disconnected.
상기 제2 고체전해질은 전해질로 산화물계 고체전해질을 포함할 수 있다.The second solid electrolyte may include an oxide-based solid electrolyte as an electrolyte.
상기 산화물계 고체전해질은 Li, A 및 O를 포함하며, 상기 A는 La, Zr, Ti, Al, P 및 I를 포함하는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 통상적으로 고체전해질로 사용되는 산화물계 화합물을 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 산화물계 고체전해질은 Li3xLa2 /3- xTiO3(LLTO), Li7La3Zr2O12 (LLZO), Li1 + xAlxTi2 -X(PO4)3 (LATP), Li1 + xAlxGe2 -X(PO4)3 (LAGP), Li1.4Zn(GeO4)4, Li3N, LIPON(Li3 + yPO4 - xNx), 및 Li3 . 6Si0 .6P0. 4O4 로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. The oxide-based solid electrolyte may include Li, A and O, and A may include at least one selected from the group consisting of La, Zr, Ti, Al, P and I. However, the present invention is not limited thereto, and oxide-based compounds commonly used as solid electrolytes may be used without limitation. For example, the oxide-based solid electrolyte is Li 3 xLa 2 /3- x TiO 3 (LLTO), Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZO), Li 1 + x Al x Ti 2 -X (PO 4 ) 3 (LATP), Li 1 + x Al x Ge 2 -X (PO 4 ) 3 (LAGP), Li 1.4 Zn(GeO 4 ) 4 , Li 3 N, LIPON(Li 3 + y PO 4 - x N x ) , and Li 3 . 6 Si 0 .6 P 0. 4 O 4 which is selected from the group consisting of one or may comprise a mixture of two or more of these.
산화물계 고체전해질은 황화물계 고체전해질 또는 고분자고체전해질에 비해 높은 기계적 강도를 가진다. 따라서, 전극 조립체의 구성요소, 예를 들면, 양극, 음극, 고체전해질층이 투입되어 적층되는 라미네이션 공정에 있어서, 전극 조립체의 가압시 양극 엣지부에 의해 복합고체전해질층이 물리적으로 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있다. Oxide-based solid electrolytes have higher mechanical strength than sulfide-based solid electrolytes or solid polymer electrolytes. Therefore, in the lamination process in which the components of the electrode assembly, for example, the positive electrode, the negative electrode, and the solid electrolyte layer are input and stacked, the composite solid electrolyte layer is physically damaged by the positive electrode edge portion when the electrode assembly is pressed. can be prevented in
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 제2 고체전해질부는 필요에 따라 적절한 바인더 수지, 첨가제 등을 더 포함할 수 있다.In a specific embodiment of the present invention, the second solid electrolyte part may further include an appropriate binder resin, additives, and the like, if necessary.
한편, 종래 전극 조립체 설계시에는 양극, 고체전해질층, 음극의 면적을 달리하여 이들간의 면적의 차이가 존재하였다. 통상적으로는 양극과 고체전해질층 사이 및 음극과 고체전해질층 사이의 적어도 2개의 면적차가 존재하였다. Meanwhile, when designing an electrode assembly according to the related art, the areas of the positive electrode, the solid electrolyte layer, and the negative electrode are different, so that there is a difference in area between them. Typically, there was at least two area differences between the positive electrode and the solid electrolyte layer and between the negative electrode and the solid electrolyte layer.
반면, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전극 조립체는 양극, 음극, 복합고체전해질층의 면적이 동일하므로 면적차가 존재하지 않는다. 따라서, 면적 차이에 따른 에너지 밀도의 손실이 없게 되며, 종래 전극 조립체에 비해 에너지 밀도가 개선된다.On the other hand, referring to FIG. 1 , in the electrode assembly according to the present invention, since the areas of the positive electrode, the negative electrode, and the composite solid electrolyte layer are the same, there is no area difference. Accordingly, there is no loss of energy density due to the area difference, and energy density is improved compared to the conventional electrode assembly.
본 발명의 다른 실시양태에 있어서, 본 전극 조립체는 음극과 복합고체전해질층의 면적이 동일하거나, 양극과 복합고체전해질층의 면적이 동일한 것일 수 있다. 이 경우, 본 전극 조립체는 양극보다 음극의 면적이 더 큰 것일 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 음극의 면적은 복합고체전해질층의 면적보다 크고, 복합고체전해질층의 면적은 양극의 면적과 동일할 수 있다. In another embodiment of the present invention, in the electrode assembly, the area of the negative electrode and the composite solid electrolyte layer may be the same, or the area of the positive electrode and the composite solid electrolyte layer may be the same. In this case, the electrode assembly may have a larger area of the negative electrode than the positive electrode. In a specific embodiment of the present invention, the area of the negative electrode may be greater than the area of the composite solid electrolyte layer, and the area of the composite solid electrolyte layer may be the same as the area of the positive electrode.
도 3은 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 전극 조립체(100)를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 4는 도 3의 전극 조립체에 대한 분해 사시도를 나타낸 것이다. 3 is a perspective view schematically showing an
도 3을 참조하면, 상기 전극 조립체(100)는 양극(10); 음극(20) 및 양극과 음극 사이에 개재된 복합고체전해질층(50)을 포함한다. 상기 복합고체전해질층은 양극에 접촉되고 상기 음극으로부터 이격된 제2 고체전해질부(40)를 포함하며, 음극과 양극에 모두 접촉되는 제1 고체전해질부(30)를 포함한다. Referring to FIG. 3 , the
다시 도 3을 참조하면, 상기 전극 조립체(100)은 음극의 면적이 복합고체전해질층의 면적보다 크며, 복합고체전해질층의 면적과 양극의 면적은 동일하다. 이러한 구성을 갖는 전극 조립체는 양극과 복합고체전해질층 사이에서는 면적차가 없으며, 단지 음극과 복합고체전해질층 사이의 면적차만 존재한다. 이에 따라 면적 차이에 따른 에너지 손실이 감소되어, 에너지 밀도가 개선된 전극 조립체를 제공할 수 있다.Referring back to FIG. 3 , in the
본 발명의 또 다른 일 실시양태에 있어서, 음극의 면적은 복합고체전해질층의 면적과 동일하고, 이 둘의 면적은 양극의 면적보다 클 수 있다. In another embodiment of the present invention, the area of the negative electrode may be the same as the area of the composite solid electrolyte layer, and the area of the two may be larger than the area of the positive electrode.
도 5는 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 전극 조립체(100)를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 6은 도 5의 전극 조립체에 관한 분해사시도를 나타낸 것이다 5 is a perspective view schematically illustrating an
도 5를 참조하면, 상기 전극 조립체(100)는 양극(10); 음극(20) 및 양극과 음극 사이에 개재된 복합고체전해질층(50)을 포함한다. 상기 복합고체전해질층은 양극에 접촉되고 상기 음극으로부터 이격되는 제2 고체전해질부(40)를 포함하며, 음극과 양극에 모두 접촉되는 제1 고체전해질부(30)를 포함한다.Referring to FIG. 5 , the
도 5의 복합고체전해질층(50)을 1층과 2층으로 나누어 설명하면, When the composite
상기 1층은 프레임 형태의 제2 고체전해질을 포함하며, 그 외 부분에 제1 고체전해질을 포함한다. 제2 고체전해질로 구성된 프레임 부분은 모두 연결되어 폐곡선으로 구성될 수 있다. 이 경우, 제2 고체전해질로 구성된 프레임 부분의 내측 부분에 제1 고체전해질을 포함할 수 있다. 또한, 제2 고체전해질로 구성된 프레임 부분의 외측 부분의 전부 또는 일부에 소정 폭을 갖는 제1 고체전해질부가 더 배치될 수 있다. 상기 제1 고체전해질부는 프레임 부분을 전부 또는 일부 둘러싸고 있는 모양으로 형성될 수 있다. 본 발명이 구체적인 일 실시양태에 있어서, 제2 고체전해질부는 하나의 폐곡선이 아니라 단절된 복수이 부분으로 구성될 수 있으며, 테두리의 일부에 형성될 수 있다. 이 경우, 제2 고체전해질이 형성되지 않은 부분에는 제1 고체전해질이 포함되어 구성될 수 있다. 한편, 상기 2층은 1층의 일측 전면을 피복하는 형태로 구성되며, 제1 고체전해질을 포함한다. 도 5를 참조하면, 제1 고체전해질부는, 제1 고체전해질부의 표면 내측에 소정 폭을 갖는 프레임 형태의 홈이 파여진 구조일 수 있다.The first layer includes a second solid electrolyte in the form of a frame, and includes a first solid electrolyte in other portions. All of the frame portions made of the second solid electrolyte may be connected to form a closed curve. In this case, the first solid electrolyte may be included in the inner portion of the frame portion composed of the second solid electrolyte. In addition, a first solid electrolyte portion having a predetermined width may be further disposed on all or part of an outer portion of the frame portion composed of the second solid electrolyte. The first solid electrolyte part may be formed to enclose all or part of the frame part. In a specific embodiment of the present invention, the second solid electrolyte portion may be formed of a plurality of discontinuous portions rather than a single closed curve, and may be formed in a portion of the rim. In this case, the portion where the second solid electrolyte is not formed may include the first solid electrolyte. On the other hand, the second layer is configured to cover the entire surface of one side of the first layer, and includes a first solid electrolyte. Referring to FIG. 5 , the first solid electrolyte part may have a structure in which a frame-shaped groove having a predetermined width is dug inside the surface of the first solid electrolyte part.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 전극 조립체 제조시 제2 고체전해질부의 외경은 양극과 일치되도록 형성된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 양극과 제2 고체전해질부는 가로 및 세로의 길이를 동일하게 하여 단차없이 적층되도록 한다. 즉, 제2 고체전해질부는 양극의 테두리 부분과 일치된 형태로 형성될 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 1츠은 양극과 대면하고, 2층은 음극과 대면한다. 상기 1층과 2층은 동일하거나 상이한 높이를 가질 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the outer diameter of the second solid electrolyte portion is formed to coincide with the positive electrode when the electrode assembly is manufactured. As shown in FIG. 5 , the anode and the second solid electrolyte part are stacked without a step by making the horizontal and vertical lengths the same. That is, the second solid electrolyte portion may be formed in a shape consistent with the edge portion of the positive electrode. In a specific embodiment of the present invention, the first layer faces the anode, and the second layer faces the cathode. The first and second floors may have the same or different heights.
전술한 설명에서 복합고체전해질층은 1층 및 2층으로 구분하여 설명하였으나, 이는 구조를 쉽게 설명하기 위한 것일 뿐, 실제로는 1층의 제1 고체전해질부와 2층의 제1 고체전해질부는 분리되지 않고 일체로 형성된 것이다. In the above description, the composite solid electrolyte layer has been described as being divided into one layer and two layers, but this is only for easy explanation of the structure, and in reality, the first solid electrolyte part of the first layer and the first solid electrolyte part of the second layer are separated. It is not formed as a single entity.
다시 도 5를 참조하면, 상기 전극 조립체(100)는 음극의 면적과 복합고체전해질층의 면적이 동일하며, 상기 음극과 복합고체전해질층의 면적이 양극의 면적보다 클 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전극 조립체는 양극과 복합고체전해질층 사이의 면적차만 존재한다. 이 경우, 면적 차이에 따른 에너지 손실이 줄어들게 된다. 전극 조립체의 에너지 밀도가 개선된 전극 조립체를 제공할 수 있다.Referring back to FIG. 5 , in the
본 발명의 일 측면에 따른 전극 조립체는 양극, 제2 고체전해질부, 제1 고체전해질부 및 음극을 각각 별도로 제조한 후, 이들을 적층하고 라미네이션하고 제조될 수 있다. 도 7은 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 전극 조립체의 제조방법을 개략적으로 도시한 것이다. The electrode assembly according to an aspect of the present invention may be manufactured by separately manufacturing the positive electrode, the second solid electrolyte part, the first solid electrolyte part, and the negative electrode, and then laminating them and laminating them. 7 schematically illustrates a method of manufacturing an electrode assembly according to a specific embodiment of the present invention.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 제1 고체전해질부는 제2 고체전해질부가 배치되는 위치가 미리 마련되지 않은 평판형으로 준비되며, 가압에 의해 제2 고체전해질부가 제1 고체전해질부에 배설되는 방식으로 복합고체전해질층을 형성할 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the first solid electrolyte part is prepared in a flat plate shape in which a position where the second solid electrolyte part is disposed is not provided in advance, and the second solid electrolyte part is disposed in the first solid electrolyte part by pressurization. In this way, a composite solid electrolyte layer can be formed.
그러나 본 발명의 일 측면에 따른 전극 조립체의 제조방법은 상기 방법들에 한정되는 것은 아니며 본 발명에 따른 전극 조립체를 제조할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. However, the method for manufacturing the electrode assembly according to an aspect of the present invention is not limited to the above methods, and is not particularly limited as long as it can manufacture the electrode assembly according to the present invention.
한편, 본 발명의 다른 일 측면은 전술한 전극 조립체를 하나 이상 포함하는 전기화학소자를 제공한다. Meanwhile, another aspect of the present invention provides an electrochemical device including at least one electrode assembly described above.
이러한 전기화학소자는 전기 화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예를 들면, 모든 종류의 1차, 이차 전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 수퍼 캐패시터 소자와 같은 캐퍼시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 2차 전지 중 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등을 포함하는 리튬 이차전지가 바람직하다.The electrochemical device includes all devices that undergo an electrochemical reaction, and specific examples thereof include all kinds of primary, secondary batteries, fuel cells, solar cells, or capacitors such as super capacitor devices. In particular, a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery among the secondary batteries is preferable.
본 발명의 복합고체전해질층과 함께 적용될 양극과 음극의 양 전극은 특별히 제한되지 않으며 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 전극 활물질층을 전극 집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있다. The positive electrode and the negative electrode to be applied together with the composite solid electrolyte layer of the present invention are not particularly limited, and the electrode active material layer may be prepared in the form of binding to the electrode current collector according to a conventional method known in the art.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서 상기 양극은 집전체, 상기 집전체 표면에 형성된 양극 활물질층을 포함할 수 있으며, 상기 양극 활물질층은 양극 활물질, 고체전해질, 바인더 및 도전재를더 포함할 수 있다.In a specific embodiment of the present invention, the positive electrode may include a current collector and a positive active material layer formed on the surface of the current collector, and the positive active material layer may further include a positive active material, a solid electrolyte, a binder, and a conductive material. have.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The positive electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 μm. The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing a chemical change in the battery, and for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, or a surface of aluminum or stainless steel. Carbon, nickel, titanium, silver, etc. surface-treated may be used. In addition, the positive electrode current collector may increase the adhesive force of the positive electrode active material by forming fine irregularities on the surface thereof, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven body are possible.
상기 양극 활물질은 전기화학소자의 양극에 사용될 수 있는 양극 활물질이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi1 -x-y- zCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0 ≤≤ x < 0.5, 0 ≤≤ y < 0.5, 0 ≤ z < 0.5, x+y+z ≤≤ 1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. The positive active material is not particularly limited as long as it is a positive active material that can be used for a positive electrode of an electrochemical device. For example, the positive active material is LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoPO 4 , LiFePO 4 , LiNiMnCoO 2 and LiNi 1- xy- z Co x M1 y M2 z O 2 (M1 and M2 are each independently Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, any one selected from the group consisting of Mg and Mo, x, y and z are each independently 0 ≤ 0 ≤ ≤ x < 0.5, 0 ≤ y < 0.5, 0 ≤ z < 0.5, and x+y+z ≤ 1) or a mixture of two or more thereof.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 음극은 집전체, 상기 집전체 표면에 형성된 음극 활물질층을 포함할 수 있으며, 상기 음극 활물질층은 음극 활물질, 고체전해질, 바인더 및 도전재를 포함할 수 있다.In a specific embodiment of the present invention, the negative electrode may include a current collector and a negative active material layer formed on the surface of the current collector, and the negative active material layer may include a negative active material, a solid electrolyte, a binder, and a conductive material. have.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 일 수 있다. The negative electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 μm. Such a negative current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing a chemical change in the battery, and may be a foil made of copper, gold, nickel, or a copper alloy or a combination thereof.
상기 음극 활물질은 전기화학소자의 음극에 사용될 수 있는 음극 활물질이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착물질 등일 수 있다. The negative active material is not particularly limited as long as it is an anode active material that can be used for the negative electrode of the electrochemical device. For example, it may be a lithium adsorption material such as lithium metal or lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, graphite, or other carbons.
상기 바인더는 전극 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중 량%로 첨가된다. 이러한 바인더로서 상기 고분자량 폴리아크릴로니트릴-아크릴산 공중합체를 이용할 수 있으나, 이것만으로 한정되는 것은 아니다. 다른 예로는, 폴리비닐리덴 플로라이드, 폴리비닐알콜, 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. 그러나 특별히 이에 한정되지 않으며, 통상적으로 전기화학소자에 사용되는 바인더 성분이라면 제한없이 사용할 수 있다.The binder is a component that assists in bonding between the electrode active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is typically added in an amount of 1 to 50 wt % based on the total weight of the positive electrode mixture. As such a binder, the high molecular weight polyacrylonitrile-acrylic acid copolymer may be used, but is not limited thereto. Other examples include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene ether polymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butyrene rubber, fluororubber, various copolymers, and the like. However, it is not particularly limited thereto, and any binder component commonly used in electrochemical devices may be used without limitation.
상기 도전재는 전극 제조에 사용되는 통상의 것들을 사용할 수 있으며 이의 비제한적인 예로는 탄소 나노 튜브, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 천연흑연, 인조흑연, 케첸블랙, 탄소섬유 등에서 선택되는 하나 또는 이들 중 둘 이상의 조합인 것이다. 그러나 특별히 이에 한정되지 않으며, 통상적으로 전기화학소자에 사용되는 도전재 성분이라면 제한없이 사용할 수 있다. As the conductive material, conventional ones used for manufacturing electrodes may be used, and non-limiting examples thereof include one or more selected from carbon nanotubes, acetylene black, carbon black, natural graphite, artificial graphite, Ketjen black, carbon fiber, and the like. it is a combination However, it is not particularly limited thereto, and as long as it is a conductive material commonly used in an electrochemical device, it may be used without limitation.
Claims (11)
상기 복합고체전해질층은, 상기 음극과 양극에 모두 접촉된 제1 고체전해질부; 및 상기 제1 고체전해질부와 상기 양극에 접촉되고 상기 음극으로부터 이격된 제2 고체전해질부를 포함하며,
상기 제1 고체전해질부는 전해질로 황화물계 고체 전해질 및 고분자 고체전해질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 제2 고체전해질부는 고체 전해질 재료를 포함하며, 상기 고체전해질 재료는 산화물계 고체전해질인 것인 전극 조립체.
An electrode assembly comprising a positive electrode, a negative electrode, and a composite solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode,
The composite solid electrolyte layer may include: a first solid electrolyte part in contact with both the negative electrode and the positive electrode; and a second solid electrolyte part in contact with the first solid electrolyte part and the positive electrode and spaced apart from the negative electrode,
The first solid electrolyte part comprises at least one selected from the group consisting of a sulfide-based solid electrolyte and a polymer solid electrolyte as an electrolyte,
The second solid electrolyte part includes a solid electrolyte material, and the solid electrolyte material is an oxide-based solid electrolyte.
상기 제2 고체전해질부는 상기 양극의 외주의 표면상에 위치하며 단부로부터 내측으로 소정 폭을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는, 전극 조립체.
According to claim 1,
The second solid electrolyte portion is located on the outer peripheral surface of the positive electrode, characterized in that formed to have a predetermined width inward from the end, the electrode assembly.
상기 음극의 면적은 상기 복합고체전해질층의 면적과 동일하거나 이보다 넓은 것을 특징으로 하는, 전극 조립체.
According to claim 1,
The electrode assembly, characterized in that the area of the negative electrode is equal to or larger than the area of the composite solid electrolyte layer.
상기 음극의 면적은 상기 복합고체전해질층의 면적보다 넓은 것을 특징으로 하는, 전극 조립체.
According to claim 1,
The electrode assembly, characterized in that the area of the negative electrode is larger than the area of the composite solid electrolyte layer.
상기 황화물계 고체전해질은 Li, X 및 S를 포함하며, 상기 X는 P, Ge, B, Si, Sn, As, Cl, F, 및 I를 포함하는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체.
According to claim 1,
The sulfide-based solid electrolyte includes Li, X and S, wherein X includes at least one selected from the group consisting of P, Ge, B, Si, Sn, As, Cl, F, and I to the electrode assembly.
상기 고분자고체전해질은 폴리에테르계 고분자, 폴리카보네이트계 고분자, 아크릴레이트계 고분자, 폴리실록산계 고분자, 포스파젠계 고분자, 폴리에틸렌 유도체, 알킬렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 고분자, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 및 이온성 해리기를 포함하는 중합체 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체.
According to claim 1,
The polymer solid electrolyte is a polyether-based polymer, a polycarbonate-based polymer, an acrylate-based polymer, a polysiloxane-based polymer, a phosphazene-based polymer, a polyethylene derivative, an alkylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, a poly agitation lysine, An electrode assembly comprising at least one selected from polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, and a polymer containing an ionic dissociation group.
상기 산화물계 고체전해질은 Li, A 및 O를 포함하며, 상기 A는 La, Zr, Ti, Al P, 및 I를 포함하는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체.
According to claim 1,
The oxide-based solid electrolyte includes Li, A and O, and A is La, Zr, Ti, Al P, and I, characterized in that it includes at least one selected from the group consisting of I, the electrode assembly.
An electrochemical device comprising at least one of the electrode assemblies of any one of claims 1 to 4, 6, 7 and 9 in which the electrolyte is injected.
상기 전기화학소자가 리튬 이차전지인, 전기화학소자.11. The method of claim 10,
The electrochemical device is a lithium secondary battery.
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