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KR20210061779A - 이차 전지 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

이차 전지 및 이를 포함하는 디바이스 Download PDF

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KR20210061779A
KR20210061779A KR1020190149721A KR20190149721A KR20210061779A KR 20210061779 A KR20210061779 A KR 20210061779A KR 1020190149721 A KR1020190149721 A KR 1020190149721A KR 20190149721 A KR20190149721 A KR 20190149721A KR 20210061779 A KR20210061779 A KR 20210061779A
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KR
South Korea
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secondary battery
poly
insulating member
electrode assembly
temperature
Prior art date
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KR1020190149721A
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English (en)
Inventor
김수정
류덕현
김진수
정민기
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Publication date
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Priority to EP20888979.0A priority patent/EP4007034A4/en
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 젤리롤 형태의 전극 조립체; 상기 전극 조립체의 상단에 위치한 상단 절연 부재(Top insulator); 및 상기 전극 조립체의 하단에 위치한 하단 절연 부재(Bottom insulator)를 포함하고, 상기 상단 절연 부재 및 상기 하단 절연 부재 중 적어도 하나는 온도 상승에 따라 부풀어 오르는 온도 감음성 고분자를 포함한다.

Description

이차 전지 및 이를 포함하는 디바이스{SECONDARY BATTERY AND DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 이차 전지 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로서, 상세하게는, 외부 충격이나 진동에 대한 안전성이 향상된 이자 전지 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 그 구동 전원으로 사용되는 이차 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다.
전지 케이스에 내장되는 상기 전극 조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 젤리-롤형, 스택형 및 스택/폴딩형으로 분류된다. 젤리-롤형은 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 형태이고, 스택형은 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 형태이며, 스택/폴딩형은 젤리-롤형과 스택형의 복합 구조이다. 그 중 젤리-롤형 전극 조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
이러한 이차 전지에는 예를 들어 니켈 카드뮴전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연전지, 리튬 이차 전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지, 전극 조립체가 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 각형 전지 및 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다. 다만, 원통형 전지는 그 구조 상, 좌우보다는 상하 방향에 대한 진동과 충격에 큰 영향을 받을 수 있다. 상하 방향에 대한 진동과 충격에 별다른 대처 없이 노출될 경우, 전극 조립체나 내부 부품에 손상이 발생하여 성능이 저하될 수 있다.
따라서, 강한 진동이나 충격에도 그 성능을 유지할 수 있는 이차 전지에 대한 개발이 필요하다.
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서 내부의 전극 조립체를 고정하여, 외부 진동이나 충격에도 안전성이 향상된 이차 전지 및 이를 포함하는 디바이스를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
다만, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 젤리롤 형태의 전극 조립체; 상기 전극 조립체의 상단에 위치한 상단 절연 부재(Top insulator); 및 상기 전극 조립체의 하단에 위치한 하단 절연 부재(Bottom insulator)를 포함하고, 상기 상단 절연 부재 및 상기 하단 절연 부재 중 적어도 하나는 온도 상승에 따라 부풀어 오르는 온도 감음성 고분자를 포함한다.
상기 온도 감음성 고분자는 pNIPAAm(Poly(N-isopropylacrylamide)), pDEAM(Poly(N,N-diethylacrylamide)), pNEMAM(Poly(N-ethylmethacrylamide)), pMVE(Poly(methyl vinyl ether)), pEOVE(Poly(2-ethoxyethyl vinyl ether)), pNVCa(Poly(N-vinylcaprolactam)), pNVIBAM(Poly(N-vinylisobutyramide)) 및 pNVBAM(Poly(N-vinyl-n-butyramide)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 상단 절연 부재 및 상기 하단 절연 부재 중 적어도 하나는, 절연성 섬유 및 상기 절연성 섬유의 표면에 코팅된 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층이 상기 온도 감응성 고분자를 포함할 수 있다.
상기 절연성 섬유는 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 유리 섬유(Glass fiber), 천연 고무 및 합성 고무 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체에서 상부 방향으로 연장된 양극 탭을 더 포함하고, 상기 상단 절연 부재에 상기 양극 탭이 관통하는 개방부가 형성될 수 있다.
상기 개방부의 내벽과 상기 양극 탭 사이에 겔 타입 부재가 위치할 수 있다.
상기 겔 타입 부재는 상기 온도 감응성 고분자를 포함할 수 있다.
상기 개방부의 내벽에 자가회복 바인더를 포함하는 내벽 코팅층이 형성될 수 있다.
상기 자가회복 바인더는 CMC(Ceramic Matrix Composite) 소재, 아르기네이트(Arginate) 소재 및 키토산(Chitosan) 소재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 이차 전지는 상기 전극 조립체를 수납하는 원통형 케이스를 더 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체는, 상기 상단 절연 부재 및 상기 하단 절연 부재 사이에서 고정될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 온도 감응성 고분자를 포함하는 절연 부재를 통해 외부 진동이나 충격에도 전극 조립체의 고정이 가능한 이차 전지를 제공할 수 있다. 이에 따라 이차 전지 및 이를 포함하는 디바이스의 안전성 및 내구성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단면 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차 전지에 포함된 상단 절연 부재를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A'선을 따라 자른 절단면의 일부를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 "A" 부분을 확대하여 나타낸 부분 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 단면 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)는 젤리롤 형태의 전극 조립체(120), 전극 조립체(120)의 상단에 위치한 상단 절연 부재(160, Top insulator) 및 전극 조립체(120)의 하단에 위치한 하단 절연 부재(170, Bottom insulator)를 포함한다.
전극 조립체(120)는 다수의 양극(121) 및 음극(122) 사이에 분리막(123)을 개재하고 권취한 젤리롤 형태의 구조로, 그 중심부에 센터 핀(150)이 삽입될 수 있다.
상단 절연 부재(160) 및 하단 절연 부재(170) 중 적어도 하나는 온도 상승에 따라 부풀어 오르는 온도 감음성 고분자를 포함할 수 있다. 다만, 진동 등에 대한 안전성을 위해 상단 절연 부재(160) 및 하단 절연 부재(170) 모두 온도 감응성 고분자를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 온도 감응성 고분자는, 다양한 자극 중에서도 온도에 민감하게 반응하여 작은 온도 자극에 의해서도 급격하게 물리적 또는 화학적인 변화가 일어나는 고분자를 의미한다.
온도에 따라 부피 변화를 일으키는 상기 온도 감음성 고분자는 pNIPAAm(Poly(N-isopropylacrylamide)), pDEAM(Poly(N,N-diethylacrylamide)), pNEMAM(Poly(N-ethylmethacrylamide)), pMVE(Poly(methyl vinyl ether)), pEOVE (Poly(2-ethoxyethyl vinyl ether)), pNVCa(Poly(N-vinylcaprolactam)), pNVIBAM(Poly(N-vinylisobutyramide)) 및 pNVBAM(Poly(N-vinyl-n-butyramide)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이러한 온도 감응성 고분자는 외부 온도에 따라서 그 성질이 바뀌는 고분자로서 특정 온도에서 가역적인 부피 상전이(volume phase transition)가 일어날 수 있다. 즉, 온도 감응성 고분자를 포함하는 본 발명에서의 상단 절연 부재(160) 및 하단 절연 부재(170)는 온도 상승에 따라 부풀어 올랐다가, 온도 복원 시 다시 원상태로 돌아갈 수 있다.
따라서, 외부 진동이나 충격과 함께 이차 전지(100)의 온도가 상승할 경우, 상기 온도 감응성 고분자를 포함하는 상단 절연 부재(160) 및 하단 절연 부재(170)가 부풀어 올라, 그 사이에 위치한 전극 조립체(120)를 고정할 수 있다. 특히, 상하 방향의 진동에 대한 완충 작용을 일으켜 이차 전지(100)의 성능을 유지하는데 도움이 될 수 있다.
한편, 온도 감응성 고분자를 포함하는 상단 절연 부재(160) 및 하단 절연 부재(170)는 대략 45℃ 이상일 때 부풀어 올라, 전극 조립체(120)를 진동으로부터 보호할 수 있다.
도 2는 도 1의 이차 전지(100)에 포함된 상단 절연 부재(160)를 나타낸 평면도이다. 이하에서는 설명의 반복을 피하기 위해 상단 절연 부재(160)에 대하여 설명하되, 하단 절연 부재(170)에도 후술하는 상단 절연 부재(160)와 상호 동일 또는 유사한 특징이 적용될 수 있다. 도 3은 도 2의 A-A'선을 따라 자른 절단면의 일부를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 상단 절연 부재(160)는 절연성 섬유(180)를 포함할 수 있고, 이러한 절연성 섬유(180)가 방향성 없이 얽혀 부직포 같은 형태를 형성할 수 있다. 절연성 섬유(180)는 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 유리 섬유(Glass fiber), 천연 고무 및 합성 고무 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이러한 절연성 섬유(180)에 의해 상단 절연 부재(160)는 전기적 절연성을 띄고, 도 1에서 전극 조립체(120)가 캡 어셈블리(140)와 접촉되어 단락이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 하단 절연 부재(170)도 상기 절연성 섬유를 포함할 수 있으며, 전기적 절연성을 띄어 전극 조립체(120)가 전지 케이스(130)의 바닥부(131)와 접촉하여 단락이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
절연성 섬유(180) 사이에는 다수의 빈 공간이 형성될 수 있고, 이러한 상단 절연 부재(160)를 온도 감응성 고분자를 포함하는 용액에 함침시킨 후, 세척 및 건조를 진행하여, 절연성 섬유(180) 상에 온도 감응성 고분자를 포함하는 코팅층(190)을 형성할 수 있다. 즉, 상단 절연 부재(160)가 방향성 없이 얽힌 절연성 섬유(180) 및 절연성 섬유(180)의 표면에 코팅된 코팅층(190)을 포함할 수 있고, 이러한 코팅층(190)이 상기 온도 감응성 고분자를 포함할 수 있다.
다만, 절연성 섬유(180) 사이의 다수의 빈 공간으로 인해 상단 절연 부재(160)는 열린 기공(300)이 형성될 수 있다. 본 실시예에서의 기공(300)은 절연성 섬유(180) 사이의 빈 공간들 중 일부가 서로 연결되어, 상단 절연 부재(160)의 상부 표면과 하부 표면을 관통할 수 있도록 형성된 통로와 같은 구성을 의미한다.
도 3에서와 같이, 절연성 섬유(180)의 표면에 코팅층(190)이 형성되어도, 상단 절연 부재(160)에 형성된 열린 기공(300)을 막지 않고, 가스의 흐름을 방해하지 않기 때문에 상단 절연 부재(160)의 가스에 대한 통기도(Permeability)가 저하되지 않는다.
한편, 도 1을 다시 참고하면, 이차 전지(100)는 전극 조립체(120)를 전지 케이스(130)에 수납하고, 전지 케이스(130) 내에 전해액을 주입한 후에, 전지 케이스(130)의 상단에 캡 어셈블리(140)를 결합하여 제작될 수 있다.
이때, 전지 케이스(130)는 비딩부(132) 및 클림핑부(133)를 포함할 수 있다.
비딩부(132)는 전지 케이스(130) 중 일부가 전극 조립체(120)의 중심 방향으로 만입된 부분을 지칭하는 것으로, 캡 어셈블리(140)의 안정적인 결합 및 전극 조립체(120)의 유동 방지를 위한 것이다.
클림핑부(133)는 비딩부(132)의 상부에 위치하여, 캡 어셈블리(140)를 감싸는 부분을 지칭하는 것으로, 캡 어셈블리(140)의 안정적인 결합을 위한 것이다.
캡 어셈블리(140)는 양극 단자를 형성하는 상단 캡(141), 전극 조립체(120)에서 상부 방향으로 연장된 양극 탭(144)이 접속되는 캡 플레이트(142) 및 기밀유지용 가스켓(143)을 포함할 수 있다.
가스켓(143)은 클림핑부(133)와 비딩부(132)의 상부 내면에 장착되어 캡 어셈블리(140)와 전지 케이스(130) 간의 밀봉력을 증대시킨다.
전지 케이스(130)는 원통형 케이스 또는 각형 케이스일 수 있으나, 도 1에 도시된 것처럼, 원통형 케이스인 것이 바람직하다.
상술한 바 대로, 양극 탭(144)은 전극 조립체(120)에서 상부 방향으로 연장될 수 있다. 구체적으로는 전극 조립체(120)의 양극(121)으로부터 연장될 수 있다.
이러한 양극 탭(144)이 캡 플레이트(142)와 접속되어, 상단 캡(141)이 양극 단자로 작동할 수 있다. 상단 절연 부재(160)에는 개방부(161)가 형성되고, 양극 탭(144)이 개방부(161)를 관통하여 캡 플레이트(142)와 접속될 수 있다.
도 4 및 도 5는, 각각 본 발명의 변형 실시예를 설명하기 위한 도면으로, 도 1의 “A” 부분을 확대하여 나타낸 부분 도면이다.
우선, 도 4를 참고하면, 개방부(161)의 내벽과 양극 탭(144) 사이에 겔 타입 부재(210)가 위치할 수 있다.
상술한 바 대로 양극 탭(144)이 캡 플레이트(142)와 접속되기 위해 개방부(161)를 관통하는데, 양극 탭(144)에 대한 별도의 고정 장치가 없다면 외부 진동이나 충격에 의해 양극 탭(144)의 단락이 일어날 수 있다.
이에 본 실시예에서는 개방부(161)의 내벽과 양극 탭(144) 사이에 위치하는 겔 타입 부재(210)를 구비하여, 개방부(161)의 내부 공간을 메울 수 있다. 따라서, 양극 탭(144)을 강하게 고정할 수 있으므로, 외부 진동이나 충격에 의한 양극 탭(144)의 단락을 방지할 수 있다.
이러한 겔 타입 부재(210)는 상기 온도 감응성 고분자를 포함할 수 있고, 상기 온도 감응성 고분자는 pNIPAAm(Poly(N-isopropylacrylamide)), pDEAM(Poly(N,N-diethylacrylamide)), pNEMAM(Poly(N-ethylmethacrylamide)), pMVE(Poly(methyl vinyl ether)), pEOVE(Poly(2-ethoxyethyl vinyl ether)), pNVCa(Poly(N-vinylcaprolactam)), pNVIBAM(Poly(N-vinylisobutyramide)) 및 pNVBAM(Poly(N-vinyl-n-butyramide)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
따라서, 외부 진동이나 충격과 함께 이차 전지(100)의 온도가 상승할 경우 겔 타입 부재(210)가 부풀어올라 개방부(161)가 형성하는 공간을 모두 채울 수 있으므로, 양극 탭(144)을 더욱 견고하게 고정할 수 있다.
다음, 도 5를 참고하면, 개방부(161)의 내벽에 자가회복 바인더를 포함하는 내벽 코팅층(220)이 형성될 수 있다.
상기 자가회복 바인더는 바인더는 CMC(Ceramic Matrix Composite) 소재, 아르기네이트(Arginate) 소재 및 키토산(Chitosan) 소재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라, 내벽 코팅층(220)에 가역적인 공유 결합을 이용한 자가 복원성을 부여하여 내벽 코팅층(220)이 온도 감응성의 성질을 보일 수 있다.
가역적인 공유 결합의 일례로, 친수성인 PEO(polyethylene oxide) 고분자가 약 섭씨 15도 이상에서 소수성인 PPO(polyphenyleneoxide)로 변화함에 따라 온도 감응성의 성질을 보일 수 있다.
온도가 상승하게 되면, 온도 감응성의 성질에 따라 내벽 코팅층(220)이 팽창하여, 양극 탭(144)을 강하게 고정할 수 있고, 외부 진동이나 충격에 의한 양극 탭(144)의 단락을 방지할 수 있다.
한편, 도 1을 다시 참고하면, 센터 핀(150)은 일반적으로 소정의 강도를 부여하기 위해 금속 소재를 포함하며, 판재를 둥글게 구부린 원통형 구조로 이루어져 있다. 이러한 센터 핀(150)은, 후술하는 자가 발열 이외에, 전극 조립체(120)를 고정 및 지지하고, 충방전 및 작동 시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 기능할 수 있다.
한편, 전지 케이스(130) 내에 주입되는 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 비수계 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수계 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
앞에서 설명한 이차 전지는 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 이차 전지
120: 전극 조립체
130: 전지 케이스
131: 바닥부
132: 비딩부
133: 클림핑부
140: 캡 어셈블리
150: 센터 핀
160: 상단 절연 부재
161: 개방부
170: 하단 절연 부재

Claims (12)

  1. 젤리롤 형태의 전극 조립체;
    상기 전극 조립체의 상단에 위치한 상단 절연 부재(Top insulator); 및
    상기 전극 조립체의 하단에 위치한 하단 절연 부재(Bottom insulator)를 포함하고,
    상기 상단 절연 부재 및 상기 하단 절연 부재 중 적어도 하나는 온도 상승에 따라 부풀어 오르는 온도 감음성 고분자를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 온도 감음성 고분자는 pNIPAAm(Poly(N-isopropylacrylamide)), pDEAM(Poly(N,N-diethylacrylamide)), pNEMAM(Poly(N-ethylmethacrylamide)), pMVE(Poly(methyl vinyl ether)), pEOVE(Poly(2-ethoxyethyl vinyl ether)), pNVCa(Poly(N-vinylcaprolactam)), pNVIBAM(Poly(N-vinylisobutyramide)) 및 pNVBAM(Poly(N-vinyl-n-butyramide)) 중 적어도 하나를 포함하는 이차 전지.
  3. 제1항에서,
    상기 상단 절연 부재 및 상기 하단 절연 부재 중 적어도 하나는, 절연성 섬유 및 상기 절연성 섬유의 표면에 코팅된 코팅층을 포함하고,
    상기 코팅층이 상기 온도 감응성 고분자를 포함하는 이차 전지.
  4. 제3항에서,
    상기 절연성 섬유는 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 유리 섬유(Glass fiber), 천연 고무 및 합성 고무 중 적어도 하나를 포함하는 이차 전지.
  5. 제1항에서,
    상기 전극 조립체에서 상부 방향으로 연장된 양극 탭을 더 포함하고,
    상기 상단 절연 부재에 상기 양극 탭이 관통하는 개방부가 형성된 이차 전지.
  6. 제5항에서,
    상기 개방부의 내벽과 상기 양극 탭 사이에 겔 타입 부재가 위치하는 이차 전지.
  7. 제6항에서,
    상기 겔 타입 부재는 상기 온도 감응성 고분자를 포함하는 이차 전지.
  8. 제5항에서,
    상기 개방부의 내벽에 자가회복 바인더를 포함하는 내벽 코팅층이 형성되는 이차 전지.
  9. 제8항에서,
    상기 자가회복 바인더는 CMC(Ceramic Matrix Composite) 소재, 아르기네이트(Arginate) 소재 및 키토산(Chitosan) 소재 중 적어도 하나를 포함하는 이차 전지.
  10. 제1항에서,
    상기 전극 조립체를 수납하는 원통형 케이스를 더 포함하는 이차 전지.
  11. 제1항에서,
    상기 전극 조립체는, 상기 상단 절연 부재 및 상기 하단 절연 부재 사이에서 고정되는 이차 전지.
  12. 제1항에 따른 이차 전지를 하나 이상 포함하는 디바이스.
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