KR20050107386A - The secondary battery with an improved safty - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전지 포장재에 의해 포장되어 있는 이차 전지에 있어서, 상기 전지 포장재는 내부에 접착층; 중간에 알루미늄 층; 및 외부에 고분자 층을 포함하는 알루미늄 라미네이트 필름을 포함하고, 상기 전지 포장재의 알루미늄 층과 전지의 양극 단자 또는 음극 단자 사이는 전기가 흐를 수 있도록 연결된 것이 특징인 이차 전지를 제공한다. The present invention provides a secondary battery packaged by a battery packaging material, wherein the battery packaging material is an adhesive layer therein; Aluminum layer in the middle; And an aluminum laminate film including a polymer layer on the outside, and the secondary battery is characterized in that the aluminum layer of the battery packaging material and the positive terminal or the negative terminal of the battery are connected to allow electricity to flow.
본 발명은 포장재의 알루미늄 층과 양극 단자를 전기적으로 연결하거나 또는 포장재의 알루미늄 층과 음극 단자를 전기적 연결함으로써 못 관통시 전류가 포장재의 알루미늄 층으로 흘러 전지 내부에서의 발열을 억제하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.The present invention electrically connects the aluminum layer and the positive electrode terminal of the packaging material or electrically connects the aluminum layer and the negative electrode terminal of the packaging material. Can be improved.
Description
본 발명은 안정성이 향상된 신규 구조의 포장재로 포장된 이차 전지에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 포장재는 리튬 이차 전지, 특히 리튬 폴리머 전지에 사용가능하다.The present invention relates to a secondary battery packaged with a packaging material of a novel structure with improved stability. In particular, the packaging material of the present invention can be used in lithium secondary batteries, in particular lithium polymer batteries.
리튬 이차 전지는 에너지 밀도가 높아 가볍고 작은 크기를 가지면서 큰 용량의 이차 전지를 만들 수 있어서 최근 그 사용량이 증가하고 있다. 그러나, 이와 같은 리튬 이차 전지는 안전성에 문제가 있으므로 이를 해결하기 위한 시도들이 진행되고 있다. 리튬 이차 전지가 과충전되면 양극으로부터 과잉의 리튬이 나오고 음극으로 과잉의 리튬이 삽입되면서 음극 표면에 반응성이 매우 큰 리튬 금속이 석출되고 양극 또한 열적으로 불안정한 상태가 되며 전해액으로 사용하는 유기 용매의 분해반응으로 인한 급격한 발열반응으로 전지가 발화, 폭발하는 등의 안전성 문제가 생긴다. Lithium secondary batteries have a high energy density and thus have a lighter size and a smaller size, thereby making a secondary battery having a large capacity. However, since such a lithium secondary battery has a safety problem, attempts have been made to solve this problem. When the lithium secondary battery is overcharged, excess lithium comes out from the positive electrode and excess lithium is inserted into the negative electrode, resulting in precipitation of highly reactive lithium metal on the surface of the negative electrode, and the positive electrode also becomes thermally unstable, and the decomposition reaction of the organic solvent used as an electrolyte solution. Sudden exothermic reaction causes safety problems such as battery ignition and explosion.
또한, 못과 같이 전기 전도성을 가지는 물질이 전지를 관통할 경우 전지내부의 전기화학적 에너지가 열 에너지로 변환되면서 급격한 발열이 일어나게 되고 이에 수반되는 열에 의해 양극 또는 음극 물질이 화학반응을 하게 되어 급격한 발열 반응을 일으켜서 전지가 발화, 폭발하는 등의 안전성 문제가 생긴다. In addition, when a material having electrical conductivity, such as a nail, penetrates the battery, the electrochemical energy inside the battery is converted into thermal energy, causing rapid heat generation, and the positive or negative electrode material undergoes a chemical reaction by the accompanying heat, causing rapid heat generation. Reaction causes safety problems such as battery ignition and explosion.
또, 못 관통, 압착, 충격, 고온 노출 등의 경우 전지 내부의 양극과 음극은 내부에서 국부적으로 단락이 생긴다. 이때 국부적으로 과도한 전류가 흐르게 되고 이 전류로 인해 발열이 생긴다. 국부적인 단락으로 인한 단락 전류의 크기는 저항에 반비례하므로 단락 전류는 저항이 낮은 쪽으로 많이 흐르게 되는데 주로 집전체로 사용되는 금속 호일을 통해서 전류가 흐르게 되고, 이때의 발열을 계산해 보면 도 1에서와 같이 가운데 못이 관통된 부분을 중심으로 국부적으로 매우 높은 발열이 생기게 된다.In addition, in the case of nail penetration, crimping, impact, and high temperature exposure, a short circuit occurs locally inside the positive electrode and the negative electrode. At this time, locally excessive current flows and heat is generated by this current. Since the magnitude of the short circuit current due to local short circuit is inversely proportional to the resistance, the short circuit current flows to the lower side of the resistor. The current flows through the metal foil mainly used as the current collector, and the heat generation is calculated as shown in FIG. Locally very high heat is generated around the center of the nail.
전지 내부에 발열이 생길 경우 전지 내부를 구성하고 있는 양극, 음극 및 전해액이 서로 반응하거나 연소하게 되는데 이 반응은 매우 큰 발열 반응이므로 결국 발화되거나 폭발하게 된다. 따라서, 이와 같은 경우 전지 내부에서 급격한 발열이 생기지 않게 해야 한다. When heat is generated inside the battery, the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte constituting the inside of the battery react or burn with each other. This reaction is a very large exothermic reaction and eventually ignites or explodes. Therefore, in such a case, it is necessary to prevent rapid generation of heat inside the battery.
또, 전지가 무거운 물체에 눌리거나 강한 충격을 받거나 전지가 고온에 노출될 경우에도 이와 같은 안전성 문제가 생긴다. 이와 같은 안전성 문제는 리튬 이차 전지가 고용량화되면서 에너지 밀도가 증가할수록 더 중요한 문제가 된다.In addition, such a safety problem occurs when the battery is pressed by a heavy object, subjected to strong impact, or when the battery is exposed to high temperature. This safety problem becomes more important as the energy density increases as the lithium secondary battery becomes higher in capacity.
일반적으로 리튬 이차 전지는 양극 활물질로 리튬 함유 전이 금속 산화물을 사용하며, 예를 들면 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiMnO2 및 LiNi1 -XCoXO2(여기에서, 0＜X＜1)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된다. 또한, 음극 활물질로 탄소, 리튬 금속 또는 합금을 사용하며 기타 리튬을 흡장 방출할 수 있고, 리튬에 대한 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2와 같은 금속 산화물도 가능하다. 또한, 비수 전해액으로 환형 카보네이트와 선형 카보네이트를 사용한다. 비수전해액에는 리튬염을 포함하며, 구체적 예를 들면 LiClO4, LiCF3SO3, LiPF6, LiBF4, LiAsF6, 및 LiN(CF3SO2)2로 이루어진 군으로부터 선택된다.In general, a lithium secondary battery uses a lithium-containing transition metal oxide as a cathode active material, for example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2, and LiNi 1- X Co X O 2 (where 0 <X One or more types are selected from the group which consists of <1). In addition, carbon, lithium metal, or an alloy is used as the negative electrode active material, and other lithium can be occluded and released, and metal oxides such as TiO 2 and SnO 2 having a potential of less than 2 V are also possible. In addition, cyclic carbonate and linear carbonate are used as the nonaqueous electrolyte. The non-aqueous electrolyte includes a lithium salt and is specifically selected from the group consisting of LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 .
이와 같이 제조된 리튬 이차 전지는 특히 충전된 상태에서 양극 또는 음극과 비수 전해액이 고온에서 서로 반응하여 큰 반응열을 발생시키며 이와 같은 열에 의한 연쇄적인 발열반응이 전지의 안전성 문제를 일으키는 원인이 된다. In the lithium secondary battery manufactured as described above, the positive or negative electrode and the nonaqueous electrolyte react with each other at a high temperature in a charged state to generate a large reaction heat, and a series of exothermic reactions by such heat causes a safety problem of the battery.
과충전시의 안전성을 향상시키기 위해서는 비수 전해액에 첨가제를 첨가하여 그 문제를 해결하고 있으나 앞에서 언급한 못의 관통, 압착, 충격, 고온에의 노출 등의 상황에서 안전성을 확보 위해서는 비수 전해액에 첨가제를 첨가하는 것으로는 해결할 수 없다.To solve this problem, additives are added to the non-aqueous electrolyte to improve the safety of overcharging.However, additives are added to the non-aqueous electrolyte to secure safety in the aforementioned conditions such as penetration of the nail, pressing, impact, and exposure to high temperature. You can't solve it.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 고려하여, 못의 관통, 압착, 충격, 고온에의 노출 등의 상황에서도 안전성이 확보된 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a lithium secondary battery in which safety is ensured even in situations such as penetration of a nail, compression, impact, exposure to high temperature, etc. in consideration of the problems of the prior art.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명자는 리튬 이차 전지, 특히 리튬 폴리머 전지에서 많이 사용되고 있는 알루미늄 라미네이트 포장재의 알루미늄 층과 양극 단자 또는 음극 단자 사이를 전기가 흐를 수 있도록 연결하였다. In order to achieve the above object, the present inventors connected the aluminum layer of the aluminum laminate packaging material, which is widely used in lithium secondary batteries, in particular lithium polymer batteries, so that electricity can flow between the positive electrode terminal or the negative electrode terminal.
본 발명은 전지 포장재에 의해 포장되어 있는 이차 전지에 있어서, 상기 전지 포장재는 내부에 접착층; 중간에 알루미늄 층; 및 외부에 고분자 층을 포함하는 알루미늄 라미네이트 필름을 포함하고, 상기 전지 포장재의 알루미늄 층과 전지의 양극 단자 또는 음극 단자 사이는 전기가 흐를 수 있도록 연결된 것이 특징인 이차 전지를 제공한다.The present invention provides a secondary battery packaged by a battery packaging material, wherein the battery packaging material is an adhesive layer therein; Aluminum layer in the middle; And an aluminum laminate film including a polymer layer on the outside, and the secondary battery is characterized in that the aluminum layer of the battery packaging material and the positive terminal or the negative terminal of the battery are connected to allow electricity to flow.
이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따라 제조될 수 있는 이차 전지는 리튬 이차 전지가 바람직하고, 리튬 이차 전지는 리튬이온을 흡장 방출할 수 있는 양극, 리튬이온을 흡장 방출할 수 있는 음극, 다공성 분리막 및 전해액을 포함한다.The secondary battery that can be prepared according to the present invention is preferably a lithium secondary battery, the lithium secondary battery includes a positive electrode capable of occluding and releasing lithium ions, a negative electrode capable of occluding and releasing lithium ions, a porous separator and an electrolyte solution.
도 2는 일반적인 포장재에 의해 포장된 리튬 이차 전지를 나타낸 것이며, 도 3은 도 2 중 점선 부분 즉, 양극/음극 단자가 포함된 포장재 부분의 단면도이다. 도 3에서, 알루미늄 라미네이트 필름의 포장재는 내부에 접착층(4), 중간에 알루미늄 층(5), 외부에 고분자 층(6)으로 구성되어 있으며, 내부의 접착층 사이로 양극 단자(1) 또는 음극 단자(2)가 외부로 연결되어 있다. 이 때 단자는 단자 필름(3)으로 도포되어 있다.2 illustrates a lithium secondary battery packaged by a general packaging material, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a portion of the packaging material including a dotted line, that is, a cathode / cathode terminal of FIG. 2. In FIG. 3, the packaging material of the aluminum laminate film is composed of an adhesive layer 4 inside, an aluminum layer 5 in the middle, and a polymer layer 6 outside, and the positive terminal 1 or the negative terminal ( 2) is connected to the outside. At this time, the terminal is coated with the terminal film 3.
단자 필름(3)은 접착층(4)과 단자(1, 2) 사이의 접착성을 향상시키기 위해서 사용되는 특수 고분자이다. 일반적으로 접착층은 접착층 상호간의 접착력은 우수하지만 알루미늄이나 니켈, 구리 등으로 만들어진 단자와의 접착력은 우수하지 않다. 따라서, 금속 단자와 접착층의 고분자 사이의 접착력을 향상시키기 위해 단자필름을 사용한다.The terminal film 3 is a special polymer used to improve the adhesiveness between the adhesive layer 4 and the terminals 1, 2. In general, the adhesive layer has excellent adhesive strength between the adhesive layers, but is not excellent in adhesive strength with terminals made of aluminum, nickel, copper, or the like. Therefore, a terminal film is used to improve the adhesive force between the metal terminal and the polymer of the adhesive layer.
단자필름(3)은 전기적으로 절연성을 가지는 고분자를 사용하며, 일반적으로 접착층에서 사용되는 폴리올레핀 계통의 고분자에 첨가제를 섞어서 만든다. The terminal film 3 uses an electrically insulating polymer, and is generally made by mixing an additive with a polyolefin-based polymer used in an adhesive layer.
접착층(4)은 전지 포장시 포장재의 양면을 접착시켜 외부의 수분이나 이물질이 전지 내부로 들어오지 못하게 하고 전지 내부의 전해액 등이 외부로 누출되지 않게 하는 역할을 하는 것으로, 전해액과 같은 유기물에 대해 내구성을 가지고, 열융착시 잘 접착되도록 열가소성 수지로 이루어져 있으며, 전기적으로 절연성을 가지는 재료로 되어 있다. 현재 사용되고 있는 접착층은 주로 폴리올레핀 계의 수지인 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌, 또는 이들의 공중합체 등으로 제조되고 있다.The adhesive layer 4 serves to bond both sides of the packaging material during battery packaging to prevent external moisture or foreign matter from entering the battery and to prevent leakage of the electrolyte inside the battery to the outside. It is made of a thermoplastic resin so as to adhere well when thermally fused, and is made of an electrically insulating material. The adhesive layer currently used is mainly manufactured from polyethylene, polypropylene, or a copolymer thereof, which is a polyolefin resin.
알루미늄 층(5)은 포장재를 성형할 때 성형을 가능하게 해 주며 수분이나 전해액의 침투, 누액을 방지하는 역할을 한다. 알루미늄 층은 전기 전도성과 열 전도성이 매우 우수한 알루미늄 금속으로 구성되어 있다. The aluminum layer 5 enables the molding when molding the packaging material and serves to prevent the penetration of water, electrolyte, and leakage. The aluminum layer is composed of aluminum metal, which is very good in electrical and thermal conductivity.
제일 외곽에 있는 고분자층(6)은 전지 외부보호 및 인쇄를 가능하게 해 주며 전지의 두 단자가 동시에 닿더라도 단락되지 않도록 전기 전도성이 없는 재료가 사용된다. 현재 사용되고 있는 고분자는 PET(Poly Ethylene Terephthalate) 나 나일론 계열이다.The outermost polymer layer (6) enables the outer protection and printing of the battery, and a non-electrically conductive material is used so that the two terminals of the battery are not touched at the same time. Currently used polymer is PET (Poly Ethylene Terephthalate) I am nylon series.
따라서, 종래 전지는 포장재의 알루미늄 층과 단자가 단자필름이나 접착층에 의해 전기적으로 절연되어 있어 전류가 흐르지 못하게 되어 있다.Therefore, in the conventional battery, the aluminum layer and the terminal of the packaging material are electrically insulated by the terminal film or the adhesive layer so that no current flows.
본 발명은 전지의 안전성을 확보하기 위해 양극 단자(1)와 알루미늄 층(5) 사이 또는 음극 단자(2)와 알루미늄 층(5) 사이가 전기 전도되도록 또는 전기가 흐를 수 있도록 양극 단자(1)와 알루미늄 층(5) 사이 또는 음극 단자(2)와 알루미늄 층(5) 사이를 연결시키는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the positive electrode terminal 1 may be electrically conductive or electrically flow between the positive electrode terminal 1 and the aluminum layer 5 or between the negative electrode terminal 2 and the aluminum layer 5 to ensure battery safety. And between the aluminum layer 5 or between the cathode terminal 2 and the aluminum layer 5.
본 발명에 따라 포장재의 알루미늄 층과 양극 단자 사이가 전기가 흐를 수 있도록 연결되거나 포장재의 알루미늄 층과 음극 단자 사이가 전기가 흐를 수 있도록 연결되면, 못 관통 등과 같은 상황에서 전류가 포장재의 알루미늄 층으로 흐르게 되어 포장재에서 발열이 생기므로 전지 내부에서의 발열이 생기지 않게 되거나 발열이 작게 생기게 된다.According to the present invention, if an electrical current is connected between the aluminum layer and the positive terminal of the packaging material or an electrical current is connected between the aluminum layer of the packaging material and the negative electrode terminal, the current flows to the aluminum layer of the packaging material in a situation such as nail penetration. Since heat is generated in the packaging material due to the flow, no heat is generated inside the battery or heat is generated small.
그러나, 못 관통 등의 특수한 상황이 생기지 않은 평상시에는 포장재의 알루미늄 층의 전압이 어느 부위나 동일하므로 전류가 흐르지 않는다. 그리고 포장재는 전기적으로 절연성을 가지는 고분자층으로 둘러싸여 있으므로 다른 단자가 포장재 외부에 닿더라도 전류가 흐르지 않는다. 따라서 이와 같은 포장재를 사용하면 평상시에는 포장재의 알루미늄 층으로 전류가 흐르지 않다가 못 관통 등의 위험한 상황이 되면 포장재의 알루미늄 층으로 전류가 흘러 전지 내부로의 전류 흐름을 억제하고 전지의 안전성을 확보할 수 있다.However, in normal times when a special situation such as nail penetration does not occur, the current does not flow because the voltage of the aluminum layer of the packaging material is the same at any part. In addition, since the packaging material is surrounded by an electrically insulating polymer layer, current does not flow even when another terminal contacts the packaging material. Therefore, if such a packaging material is used, current does not flow to the aluminum layer of the packaging material, but when a dangerous situation such as nail penetration occurs, current flows to the aluminum layer of the packaging material to suppress the flow of current into the battery and ensure battery safety. Can be.
본 발명은 금속인 단자와 금속인 포장재의 알루미늄 층을 직접 연걸하거나, 또는 전기 전도성 물질을 삽입하여 연결함으로써 전류가 흐를 수 있게 만든 것이다.The present invention makes the current flow by directly connecting the aluminum layer of the metal terminal and the metal packaging material or by inserting and connecting an electrically conductive material.
양극 단자와 포장재의 알루미늄 층 사이 또는 음극 단자와 포장재의 알루미늄 층 사이를 직접 연결하는 방법은 전지 포장시 단자가 있는 부분을 더 강하게 융착시키는 방법, 포장재의 접착층(4) 중 일부를 제거하는 방법, 단자 필름(3) 중 일부를 제거하는 방법, 또는 포장재의 접착층(4)과 단자 필름(3) 중 일부를 제거하는 방법 등이 있다.The direct connection between the positive terminal and the aluminum layer of the packaging material or between the negative terminal and the aluminum layer of the packaging material may include a method of more fusion bonding the terminal part in the battery packaging, a method of removing a part of the adhesive layer 4 of the packaging material, The method of removing a part of terminal film 3, or the method of removing a part of adhesive layer 4 and terminal film 3 of a packaging material, etc. are mentioned.
알루미늄 층과 단자를 직접 연결하면 알루미늄 층은 전기 전도성과 열 전도성이 매우 우수한 알루미늄 금속으로 되어 있기 때문에 평상시 또는 특수 상황에서도 전지 내부의 열이 단자를 통해 알루미늄 층으로 분산될 수 있다.When the aluminum layer is directly connected to the terminal, the aluminum layer is made of aluminum metal having excellent electrical and thermal conductivity, so that the heat inside the cell can be dispersed to the aluminum layer through the terminal under normal or special circumstances.
양극 단자와 포장재의 알루미늄 층 사이 또는 음극 단자와 포장재의 알루미늄 층 사이를 전기 전도성 물질을 삽입하여 연결하는 방법은 i) 양극 단자 또는 음극 단자에 접착되는 접착층 부분에 전기 전도성 물질로 된 조각을 삽입하는 방법 및 ii) 알루미늄 라미네이트 포장재의 외부 고분자 층을 일부 또는 전부 제거하여 겉에 들어난 알루미늄 층과 양극 단자 또는 음극 단자를 전기 전도성 물질로 된 조각 또는 층의 삽입에 의해 연결하는 방법 등이 있다.The method of inserting and connecting an electrically conductive material between the positive electrode terminal and the aluminum layer of the packaging material or between the negative electrode terminal and the aluminum layer of the packaging material includes: i) inserting a piece of electrically conductive material into a portion of the adhesive layer bonded to the positive terminal or the negative electrode terminal; Methods and ii) removing some or all of the outer polymer layer of the aluminum laminate packaging to connect the outer aluminum layer and the positive or negative terminals by insertion of a piece or layer of electrically conductive material.
도 4, 도 5에는 양극 단자 또는 음극 단자에 접착되는 접착층 부분에 전기 전도성 물질로 된 조각(7)을 삽입하는 방법이 예시되어 있다.4 and 5 illustrate a method of inserting a piece 7 of electrically conductive material into a portion of the adhesive layer adhered to the positive terminal or the negative terminal.
도 6 내지 도 11에는 알루미늄 라미네이트 포장재의 외부 고분자 층을 일부 또는 전부 제거하여 겉에 들어난 알루미늄 층과 양극 단자 또는 음극 단자를 전기 전도성 물질로 된 조각 또는 층의 삽입에 의해 연결하는 방법이 예시되어 있다. 6 to 11 illustrate a method of removing part or all of the outer polymer layer of the aluminum laminate packaging material to connect the outer aluminum layer and the positive or negative terminal by inserting a piece or layer of electrically conductive material. have.
즉, 도 6은 포장재의 고분자 층(6)을 전부 제거한 것이고, 도 7, 도 8은 고분자 층(6)을 일부 제거한 것이다. 상기와 같이 포장재의 고분자 층이 제거되면 알루미늄 층(5)이 외부로 들어나게 되는데, 외부에 전기 전도성 물질로 된 조각 또는 층을 도입하여 상기 전기 전도성 물질을 통해 알루미늄 층(5)과 양극 단자(1) 또는 음극 단자(2)를 연결한다. 금속과 금속을 연결하는 방법에는 아크용접과 저항 용접이 있으며, 포장재의 알루미늄 층과 상기 전기 전도성 물질과는 저항 용접을 이용하여 연결하고, 전기 전도성 물질과 양극 단자 또는 음극 단자는 아크용접을 이용하여 연결할 수 있다. That is, FIG. 6 removes all of the polymer layer 6 of the packaging material, and FIGS. 7 and 8 remove some of the polymer layer 6. When the polymer layer of the packaging material is removed as described above, the aluminum layer 5 enters to the outside, and the aluminum layer 5 and the anode terminal are introduced through the electrically conductive material by introducing a piece or layer of an electrically conductive material to the outside. 1) Or connect the negative terminal (2). There are arc welding and resistance welding methods for connecting metals and metals. The aluminum layer of the packaging material and the electrically conductive material are connected by resistance welding, and the electrically conductive material and the positive terminal or the negative terminal are connected by arc welding. Can connect
본 발명의 일례로 포장재 외부에 있는 전기 전도성 물질을 통해 알루미늄 층(5)과 양극 단자(1) 또는 음극 단자(2)를 전기가 흐를 수 있도록 연결시킨 리튬 이차 전지의 사시도가 도 9에 도시되어 있으며, 도 9 중 점선 부분의 단면은 도 10, 도 11에 도시되어 있다.As an example of the present invention, a perspective view of a lithium secondary battery in which an aluminum layer 5 and a positive electrode terminal 1 or a negative electrode terminal 2 are electrically connected through an electrically conductive material outside the packaging material is illustrated in FIG. 9. 9 is a cross-sectional view of the dotted line in FIGS. 10 and 11.
본 발명에서 사용가능한 전기 전도성 물질로는 전기 전도성을 가진 모든 금속이 사용 가능하다. 예컨대, 알루미늄 금속, 구리 금속, 니켈 금속 등이 있다.As the electrically conductive material usable in the present invention, any metal having electrical conductivity can be used. For example, aluminum metal, copper metal, nickel metal and the like.
바람직하게는 상기 전기 전도성 물질은 열전도성도 우수하며, 이 경우 평상시 또는 특수 상황에서도 전지 내부의 열이 단자를 통해 이어서 열전도성이 있는 전기 전도성 물질을 통해 알루미늄 층으로 분산될 수 있다.Preferably, the electrically conductive material is also excellent in thermal conductivity, in which case the heat inside the cell can be dispersed into the aluminum layer through the terminal and then through the thermally conductive electrically conductive material in normal or special circumstances.
이외에도 다양한 방법으로 단자와 포장재의 알루미늄 층을 연결하여 전기가 통하게 할 수 있다.In addition, the aluminum layer of the terminal and the packaging material may be connected in various ways to allow electricity to flow.
또한, 본 발명은 내부에 접착층; 중간에 알루미늄 층; 및 외부에 고분자 층을 포함하는 알루미늄 라미네이트 필름을 포함하는 전지 포장재에 있어서, 양극 단자 또는 음극 단자에 접착되는 접착층 부분에 전기 전도성 물질로 된 조각이 삽입된 전지 포장재로서, 상기 전지 포장재로 전지를 포장할 때 상기 전기 전도성 물질로 된 조각에 의해 포장재의 알루미늄 층과 전지의 양극 단자 사이 또는 알루미늄 층과 전지의 음극 단자 사이에 전기가 흐를 수 있는 것이 특징인 전지 포장재를 제공한다.In addition, the present invention is an adhesive layer therein; Aluminum layer in the middle; And an aluminum laminate film including a polymer layer on the outside thereof, the battery packaging material having a piece of electrically conductive material inserted in a portion of an adhesive layer adhered to a positive electrode terminal or a negative electrode terminal, the battery packaging material being packaged with the battery packaging material The battery packaging material is characterized in that electricity can flow between the aluminum layer of the packaging material and the positive terminal of the battery or between the aluminum layer and the negative terminal of the battery by the pieces of the electrically conductive material.
또, 본 발명은 내부에 접착층; 중간에 알루미늄 층; 및 외부에 고분자 층을 포함하는 알루미늄 라미네이트 필름을 포함하는 전지 포장재에 있어서, 포장재의 외부 고분자 층이 일부 또는 전부 제거되고 제거된 부위에 전기 전도성 물질로 된 조각 또는 층이 삽입된 전지 포장재로서, 상기 전지 포장재로 전지를 포장할 때 상기 전기 전도성 물질로 된 조각에 의해 포장재의 알루미늄 층과 전지의 양극 단자 사이 또는 알루미늄 층과 전지의 음극 단자 사이에 전기가 흐를 수 있는 것이 특징인 전지 포장재를 제공한다.In addition, the present invention is an adhesive layer therein; Aluminum layer in the middle; And an aluminum laminate film including a polymer layer on the outside, wherein the battery packaging material has a piece or layer of an electrically conductive material inserted in a portion where the outer polymer layer is partially or completely removed and is removed. When packaging a battery in a battery packaging material, the battery packaging material is characterized in that electricity may flow between the aluminum layer of the packaging material and the positive terminal of the battery or between the aluminum layer and the negative terminal of the battery by the piece of electrically conductive material. .
한편, 본 발명에 따른 전지의 포장재는 알루미늄 층을 포함하나, 전기 전도성이 있고 포장재에 성형성을 부여할 수 있는 한 임의의 재료로 구성된 층은 상기 알루미늄 층을 대신할 수 있으며, 이러한 층을 포함하는 포장재로 포장된 전지도 본 발명의 균등 범위에 속한다.On the other hand, the packaging material of the battery according to the present invention includes an aluminum layer, but a layer made of any material may be substituted for the aluminum layer as long as it is electrically conductive and can impart moldability to the packaging material. Batteries packaged with the packaging material also belong to the equivalent range of the present invention.
본 발명을 사용할 수 있는 전지의 예로, a) 리튬이온을 흡장 방출할 수 있는 양극; b) 리튬이온을 흡장 방출할 수 있는 음극; c) 다공성 분리막; 및 d) 리튬 염과 전해액 화합물을 포함하는 비수전해액을 포함하는 리튬 이차 전지가 있다.Examples of a battery that can use the present invention include: a) a positive electrode capable of storing and releasing lithium ions; b) a negative electrode capable of storing and releasing lithium ions; c) a porous separator; And d) a nonaqueous electrolyte comprising a lithium salt and an electrolyte compound.
상기 비수전해액은 환형 카보네이트와 선형 카보네이트를 포함한다. 상기 환형 카보네이트의 예를 들면 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 감마부티로락톤(GBL) 등이 있다. 상기 선형 카보네이트의 예를 들면 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 에틸메틸카보네이트 (EMC) 및 메틸 프로필 카보네이트(MPC)로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 것이 바람직하다.The nonaqueous electrolyte includes cyclic carbonate and linear carbonate. Examples of the cyclic carbonates include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), gamma butyrolactone (GBL), and the like. For example, at least one selected from the group consisting of diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethylmethyl carbonate (EMC) and methyl propyl carbonate (MPC) may be selected.
상기 비수전해액에 포함되는 리튬염은 LiClO4, LiCF3SO3, LiPF6, LiBF4, LiAsF6, 및 LiN(CF3SO2)2로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.The lithium salt contained in the non-aqueous electrolyte is preferably selected from the group consisting of LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 .
상기 음극 활물질은 탄소, 리튬 금속 또는 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 기타 리튬을 흡장 방출할 수 있고, 리튬에 대한 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2와 같은 금속 산화물도 가능하다.It is preferable to use carbon, lithium metal, or an alloy as the negative electrode active material. Other metals such as TiO 2 and SnO 2 capable of occluding and releasing lithium and having a potential for lithium of less than 2 V are also possible.
상기 양극 활물질은 리튬 함유 전이 금속 산화물이 바람직하며, 예를 들면 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiMnO2 및 LiNi1 -XCoXO2(여기에서, 0＜X＜1)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것이 바람직하다. MnO2와 같은 금속 산화물 혹은 이들의 조합으로 이루어진 양극도 무방하다.The positive electrode active material is preferably a lithium-containing transition metal oxide, for example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2, and LiNi 1- X Co X O 2 (here, 0 <X <1). It is preferable to select at least 1 type from the group. An anode made of a metal oxide such as MnO 2 or a combination thereof may be used.
또한, 상기 다공성 분리막의 예로 폴리올레핀계 다공성 분리막이 있다.In addition, examples of the porous separator is a polyolefin-based porous separator.
본 발명의 리튬 이온 이차 전지는 통상적인 방법으로 음극과 양극 사이에 다공성의 분리막을 넣고, 상기한 LiPF6 등의 리튬염과 첨가제를 포함하는 비수전해액을 투입하여 제조할 수 있다.The lithium ion secondary battery of the present invention can be prepared by inserting a porous separator between the negative electrode and the positive electrode in a conventional manner, and by adding a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt and additives such as LiPF 6 described above.
본 발명에 따른 리튬 이차 전지의 외형은 알루미늄 라미네이트 필름으로 만들어진 파우치형 전지에 사용될 수 있다. The outline of the lithium secondary battery according to the present invention can be used in a pouch type battery made of an aluminum laminate film.
이하의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the examples are only for illustrating the present invention and not for limiting the present invention.
[실시예]EXAMPLE
실시예Example 1 One
전해액으로 EC: EMC = 1: 2의 조성을 가지는 1M LiPF6 용액을 사용하였고, 음극은 인조흑연을 사용하였으며, 양극은 LiCoO2를 사용하였다. 이후, 통상적인 방법으로 383562형 리튬 폴리머 전지를 제조하였으며 알루미늄 라미네이트 포장재를 이용하여 포장하되, 포장재의 알루미늄 층과 양극 단자를 연결하기 위하여 양극 단자쪽 단자 필름의 일부를 제거 한 후 이 부분에 알루미늄 금속 조각을 삽입하여 열 융착하여 전지를 제조하였다.1M LiPF 6 solution having a composition of EC: EMC = 1: 2 was used as an electrolyte, artificial graphite was used as the negative electrode, and LiCoO 2 was used as the positive electrode. After that, a 383562-type lithium polymer battery was manufactured by a conventional method, and was packaged using an aluminum laminate packaging material, but after removing a part of the terminal film on the anode terminal side to connect the aluminum layer of the packaging material and the anode terminal, the aluminum metal was placed on this portion. The cell was prepared by inserting the pieces and heat fusion.
실시예Example 2 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 포장재의 알루미늄 층과 음극 단자를 연결하기 위하여 니켈 금속 조각을 삽입하여 전지를 제조하였다.Prepared in the same manner as in Example 1, but a battery was prepared by inserting a piece of nickel metal in order to connect the aluminum layer of the packaging material and the negative electrode terminal.
실시예Example 3 3
전해액으로 EC: EMC = 1: 2의 조성을 가지는 1M LiPF6 용액을 사용하였고, 음극은 인조흑연을 사용하였으며, 양극은 LiCoO2를 사용하였다. 이후, 통상적인 방법으로 383562형 리튬 폴리머 전지를 제조하였고, 알루미늄 라미네이트 포장재를 이용하여 포장하되, 포장재의 외부 고분자 층을 일부 제거하여 알루미늄 층을 겉에 들어나게 한 후 알루미늄을 포장재의 알루미늄 층, 양극 단자 각각과 용접을 하여 포장재의 알루미늄 층과 양극 단자 사이에 전기가 통하게 연결하여 전지를 제조하였다.1M LiPF 6 solution having a composition of EC: EMC = 1: 2 was used as an electrolyte, artificial graphite was used as the negative electrode, and LiCoO 2 was used as the positive electrode. Thereafter, a 383562 type lithium polymer battery was manufactured by a conventional method, and was packaged by using an aluminum laminate packaging material, but the aluminum layer was lifted out by removing some of the outer polymer layer of the packaging material, followed by aluminum. By welding with each of the terminals was electrically connected between the aluminum layer and the positive terminal of the packaging material to prepare a battery.
실시예Example 4 4
상기 실시예 3과 동일한 방법으로 제조하되 알루미늄을 포장재의 알루미늄 층, 음극 단자 각각과 용접을 하여 포장재의 알루미늄 층과 양극 단자 사이에 전기가 통하게 연결하여 전지를 제조하였다.Manufactured in the same manner as in Example 3, but the aluminum was welded to each of the aluminum layer and the negative electrode terminal of the packaging material to produce a battery by electrically connecting between the aluminum layer and the positive electrode terminal of the packaging material.
비교예Comparative example 1 One
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되 양극 또는 음극 단자와 포장재의 알루미늄 층을 연결하지 않고 전지를 제조하였다, A battery was manufactured in the same manner as in Example 1, but without connecting the positive or negative terminals and the aluminum layer of the packaging material.
(못 관통 시험)(Penetration test)
실시예 1 내지 4, 비교예 1에서 제조한 전지들을 완전 충전된 상태로 준비하였다. 못 관통 시험기를 이용하여 철로 만들어진 직경 2.5mm의 못을 위에서 만들어진 전지의 중앙에 관통시켰다. The batteries prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were prepared in a fully charged state. Using a nail penetration tester, a nail of steel diameter 2.5mm was penetrated to the center of the cell made above.
못의 관통 속도에 따라서 전지의 안전성이 달라지는데 관통 속도를 조절할 수 있는 장치를 사용하여 일정 속도로 못이 관통되도록 하였다. 전지의 안전성 정도를 파악하기 위해서 못의 관통 속도를 다양하게 바꾸어 시험하였다. 상기 비교예 1의 경우 초당 10cm의 속도로 못을 관통시킬 경우에도 전지가 발화되었으나 실시예 1 내지 4의 경우에는 초당 1cm의 속도로 못을 관통시킬 경우에도 전지가 발화되지 않았다. The safety of the battery varies depending on the penetration speed of the nail, and the nail is allowed to penetrate at a constant speed by using a device capable of adjusting the penetration speed. In order to determine the safety level of the battery, it was tested by varying the penetration rate of the nail. In Comparative Example 1, the battery was ignited even when penetrating the nail at a speed of 10 cm per second, but in Examples 1 to 4, the battery was not ignited even when the nail was penetrated at a speed of 1 cm per second.
못 관통 시험의 결과를 표 1에 정리하였다.The results of the nail penetration test are summarized in Table 1.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 포장재의 알루미늄 층과 양극 단자를 전기적으로 연결하거나 또는 포장재의 알루미늄 층과 음극 단자를 전기적 연결함으로써 못 관통시 전류가 포장재의 알루미늄 층으로 흘러 전지 내부에서의 발열을 억제하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 의해 양극 단자 또는 음극 단자와 알루미늄 층이 전기적으로 연결된 구조를 갖는 전지 포장재에 포장된 리튬 이온 전지는 못 관통, 압착, 충격, 고온 노출 등의 상황에서 안전성이 확보된다.As described above, the present invention electrically connects the aluminum layer and the positive electrode terminal of the packaging material or electrically connects the aluminum layer and the negative electrode terminal of the packaging material so that current flows into the aluminum layer of the packaging material to prevent heat generation inside the battery. It can suppress and improve the safety of a battery. According to the present invention, a lithium ion battery packaged in a battery packaging material having a structure in which a positive electrode terminal or a negative electrode terminal and an aluminum layer is electrically connected is secured in a situation such as nail penetration, crimping, impact, and high temperature exposure.
도 1은 전지에 못 관통 시 못 관통 부분을 중심으로 온도 변화를 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the temperature change around the nail penetration portion when the nail penetrates the battery.
도 2는 일반적인 포장재에 의해 포장된 리튬 이차 전지의 사시도이다.2 is a perspective view of a lithium secondary battery packaged by a general packaging material.
도 3은 도 2 중 점선 부분의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a dotted line in FIG. 2.
도 4는 본 발명의 일실시태양으로 전기전도성 금속 조각을 포장재 내부에 삽입하여 포장재의 알루미늄 층과 양극 단자를 연결시킨 전지의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a battery in which an electrically conductive metal piece is inserted into a packaging material to connect an aluminum layer and a positive electrode terminal of the packaging material according to one embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일실시태양으로 전기전도성 금속 조각을 포장재 내부에 삽입하여 포장재의 알루미늄 층과 음극 단자를 연결시킨 전지의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a battery in which an electrically conductive metal piece is inserted into a packaging material to connect an aluminum layer and a negative electrode terminal of the packaging material according to one embodiment of the present invention.
도 6은 도 3에서 포장재 중 고분자 층(6) 전부를 제거한 전지의 단면도이다. FIG. 6 is a cross-sectional view of the battery in which all of the polymer layers 6 are removed from the packaging material in FIG. 3.
도 7은 도 3에서 포장재 중 양극 단자 쪽 고분자 층(6) 일부를 제거한 전지의 단면도이다.FIG. 7 is a cross-sectional view of the battery in which a portion of the polymer layer 6 on the positive electrode terminal side is removed from the packaging material of FIG. 3.
도 8은 도 3에서 포장재 중 음극 단자 쪽 고분자 층(6) 일부를 제거한 전지의 단면도이다.FIG. 8 is a cross-sectional view of a battery in which a portion of the polymer layer 6 of the negative electrode terminal side is removed from the packaging material of FIG. 3.
도 9는 본 발명의 일실시태양으로 포장재의 고분자 층을 제거하고 포장재 외부에 있는 전기 전도성 물질을 통해 알루미늄 층(5)과 양극 단자(1) 또는 음극 단자(2)를 전기가 흐를 수 있도록 연결시킨 리튬 이차 전지의 사시도이다.9 is an embodiment of the present invention to remove the polymer layer of the packaging material and to connect the aluminum layer (5) and the positive terminal (1) or the negative terminal (2) to flow through the electrically conductive material outside the packaging material It is a perspective view of the lithium secondary battery.
도 10은 도 9 중 점선 부분의 단면도의 일례로서, 본 발명의 일실시태양으로 포장재의 외부 고분자 층을 전부 제거하고 포장재 외부에 있는 전기 전도성 물질을 통해 알루미늄 층(5)과 양극 단자(1)를 연결시킨 리튬 이차 전지의 단면도이다.FIG. 10 is an example of a cross-sectional view of the dotted line in FIG. 9. In one embodiment of the present invention, the aluminum layer 5 and the anode terminal 1 are removed through an electrically conductive material that is completely removed from the outer polymer layer of the packaging material. It is sectional drawing of the lithium secondary battery which connected.
도 11은 도 9 중 점선 부분의 단면도의 일례로서, 본 발명의 일실시태양으로 포장재의 외부 고분자 층을 전부 제거하고 포장재 외부에 있는 전기 전도성 물질을 통해 알루미늄 층(5)과 음극 단자(2)를 연결시킨 리튬 이차 전지의 단면도이다.FIG. 11 is an example of a cross-sectional view of the dotted line in FIG. 9. In one embodiment of the present invention, the aluminum layer 5 and the negative electrode terminal 2 are removed through an electrically conductive material outside of the package and completely removing the outer polymer layer of the package. It is sectional drawing of the lithium secondary battery which connected.
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