KR20040105338A - Lithium secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 오사용시 내압 증가에 따른 발열 또는 발화를 방지할 수 있는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly, to a lithium secondary battery capable of preventing heat generation or ignition caused by an increase in internal pressure when misused.
일반적으로, 비디오 카메라, 휴대용 전화기, 휴대용 PC 등과 같은 휴대용 전자 제품의 구조가 경량화 또는 고기능화 될 뿐만 아니라, 전기 자동차, 에너지저장용 축전지, 로봇트, 위성 등의 개발이 본격화 됨으로써 이러한 전자 제품 또는 전기 자동자 등의 전원으로 사용되는 전지들에 대해서 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 전지들은 충/방전에 의해 연속적으로 사용할 수 있는 전지이다.In general, not only the structure of portable electronic products such as video cameras, portable telephones, portable PCs, etc. is reduced in weight or high performance, but also the development of electric vehicles, energy storage batteries, robots, satellites, and the like is in full swing. A lot of research is being conducted on the batteries used as the power source. These batteries are batteries that can be used continuously by charging / discharging.
통상적으로, 전지는 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소전지, 니켈 아연전지, 리튬 이차 전지 등이 있으며, 이중에서 수명과 용량을 고려하면 리튬 이차 전지가 범용화 되고 있다.In general, batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, lithium secondary batteries, and the like, and lithium secondary batteries have been widely used in consideration of their lifetime and capacity.
상기 리튬 2차 전지는 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속전지 및 리튬 이온전지와, 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 구분된다. 리튬 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 유기 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 폴리머 전지, 유기 전해액을 함유하는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분된다.The lithium secondary battery is classified into a lithium metal battery and a lithium ion battery using a liquid electrolyte and a lithium polymer battery using a polymer solid electrolyte according to the type of electrolyte. Lithium polymer batteries are classified into fully solid lithium polymer batteries containing no organic electrolyte at all and lithium ion polymer batteries using a gel polymer electrolyte containing organic electrolyte according to the type of polymer solid electrolyte.
리튬 이차 전지는 양극 집전체(알루미늄, 니켈)/양극 활성물질층(금속산화물, 카본블랙, 금속황화물, 전해액, 폴리아크릴로니트릴 등의 고분자 양극재료)/전해질층(프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 탄산디메틸, 에틸렌메틸카보네이트 등의 카보네이트계 전해액, 리튬염으로부터 되는 무기 고체전해질, 겔전해질)/음극 활성물질(리튬금속, 합금, 카본, 전해액, 폴리아크릴로니트릴 등의 고분자 음극 재료)/음극 집전체(구리, 니켈, 스테인레스 스틸)를 갖는 전극 조립체와 전극 조립체를 포장하는 외장체(케이스)를 구비한다.Lithium secondary battery is a positive electrode current collector (aluminum, nickel) / positive electrode active material layer (high-molecular cathode material such as metal oxide, carbon black, metal sulfide, electrolyte, polyacrylonitrile) / electrolyte layer (propylene carbonate, ethylene carbonate, carbonic acid) Carbonate type electrolyte solution, such as dimethyl and ethylene methyl carbonate, inorganic solid electrolyte and gel electrolyte which consist of lithium salts / negative electrode active material (high-molecular negative electrode material, such as lithium metal, alloy, carbon, electrolyte solution, polyacrylonitrile) / negative electrode collector An electrode assembly having (copper, nickel, stainless steel) and an outer package (case) for packaging the electrode assembly are provided.
리튬 이차 전지의 음극은 주로 Li-금속이나 탄소 재료가 사용되고 있으며 양극은 Li-금속 산화물이 사용되고 있다. Li-금속을 음극 재료로 사용할 경우 수지상결정(dentrite)의 형성으로 인하여 전지 단락에 의한 폭팔 위험성이 있기 때문에 Li-금속 대신 탄소재료로 대체되어 가고 있는 실정이다. 양극 재료는 LiMn2O4, LiMnO2, LiCoO2, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0＜x＜1) 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다. LiMn2O4, LiMnO2등의 Mn-계 전극 물질은 합성하기도 쉽고 값이 비교적 저렴하며 환경에 대한 오염도 적다는 장점이 있으나 용량이 작다는 단점이 있다. 특히, LiMn2O4는 LiCoO2, LiNiO2등의 다른 활물질에 비해 방전 용량이 작고, 고율 충·방전시 방전 용량이 급격히 감소하며, 고온에서의 연속적인 충·방전시 망간의 용출로 인해 전지 수명이 급격히 열화되는 문제점이 있다. LiCoO2는 양호한 전기 전도도와 높은 전지전압 그리고 우수한 전극특성을 보이며 현재 SONY사 등에서 상업화되어 시판되고 있는 대표적인 양극 전극물질이나 가격이 비싸다는 단점이 있다. LiNiO2는 상기 언급된 양극 전극물질중 비교적 값이 싸며 가장 높은 방전용량의 전지특성을 나타내고 있으나 합성하기 어렵고 높은 방전 용량 등으로 전지의 안정성 확보 문제가 대두되고 있다.Li-metal or carbon material is mainly used as a negative electrode of a lithium secondary battery, and Li-metal oxide is used as a positive electrode. When Li-metal is used as a negative electrode material, there is a risk of explosion due to battery short circuit due to the formation of dendrite (dentrite), which is being replaced by carbon material instead of Li-metal. As the anode material, composite metal oxides such as LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , and LiNi1-xCoxO 2 (0 <x <1) are used. Mn-based electrode materials, such as LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , are easy to synthesize, relatively inexpensive, and have low environmental pollution but have a small capacity. In particular, LiMn 2 O 4 has a lower discharge capacity than other active materials such as LiCoO 2 and LiNiO 2 , a rapid decrease in discharge capacity at high rates of charge and discharge, and a discharge of manganese during continuous charge and discharge at high temperatures. There is a problem that the life is rapidly deteriorated. LiCoO 2 has good electrical conductivity, high battery voltage, and excellent electrode characteristics, and is a representative anode electrode material commercialized and sold by SONY, and has a disadvantage of high price. LiNiO 2 is relatively inexpensive among the above-mentioned positive electrode materials and exhibits the highest discharge capacity. However, LiNiO 2 is difficult to synthesize and has a high discharge capacity.
또한, 전지는 양극/전해액, 음극/전해액 등의 복합적인 반응에 의하여 특성이 나타나기 때문에 적절한 전해액의 사용이 전지의 성능을 향상시키는 중요한 변수중의 하나이다. 종래의 전해액의 체계는 단순히 리튬이온을 이동시키는 매개체 정도의 역할만을 기대하였고 또한 그렇게 작용하여 왔다. 최근 들어, 이러한 전해액은 충·방전 중에 분해가 될 수 있고 이러한 분해반응은 전지성능에 치명적임이 밝혀진 바 있다. 이에 따라, 카보네이트계 용매가 고전위 리튬 이차 전지의 용매로 가장 적합한 것으로 알려져 있고 다른 용매의 적용 가능성은 희박해졌다. 그러나, 이러한 전해액은 유기용매이므로 외부의 발화 요인에 의하여 쉽게 발화될 수 있으며 고온에서도 발화될 수 있는 단점을 갖고 있다.In addition, since a battery is characterized by a complex reaction such as an anode / electrolyte and a cathode / electrolyte, use of an appropriate electrolyte is one of the important variables for improving the performance of the battery. Conventional electrolyte systems have expected and only acted as the mediators to move lithium ions. Recently, these electrolytes can be decomposed during charging and discharging, and these decomposition reactions have been found to be fatal to battery performance. Accordingly, carbonate-based solvents are known to be the most suitable solvents for high potential lithium secondary batteries, and the applicability of other solvents has become slim. However, since the electrolyte is an organic solvent, it can be easily ignited by external ignition factors and has a disadvantage of being ignited even at high temperatures.
따라서, 에너지 밀도가 높고 유기용매를 사용하는 밀폐형 전지에 있어서, 충전기를 포함한 관련 기기의 고장이나 과충전 또는 잘못사용 등으로 인해서 화학반응을 수반해서 전지 내부에 비정상적으로 가스가 발생하여, 전지 내부의 압력이 과대해지고, 전지가 파열되거나, 그 전지를 구동전원으로 하는 전자기기에 손상을 주는 등의 사고를 방지하고 리튬 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그 대표적인 것이 전해액에 과충전 억제재를 혼합시키는 방법과 과충전 보호장치를 이용하는 방법이 있다.Therefore, in a sealed battery that has a high energy density and uses an organic solvent, abnormal gas is generated inside the battery due to a chemical reaction due to a failure, overcharging, or misuse of a related device including a charger. There is an increasing amount of research into a method that can prevent accidents such as excessive battery rupture, damage to electronic devices using the battery as a driving power source, and improve the safety of lithium secondary batteries. Typical examples thereof include a method of mixing an overcharge suppressor with an electrolyte and a method of using an overcharge protection device.
전자의 일 예는 SONY 사의 경우로서, 카보네이트계 용매에 인산계 용매를 추가적으로 첨가하는 방법을 시도하였으나 안전성면에서는 향상된 특성을 보이나 비가역 용량의 증가와 전지의 수명 열화현상 등 근본적인 전지성능에 문제가 있다. 특히, 충·방전중에 인산계 전해액의 분해로 비가역 용량이 지나치게 증가하는 등 전지로서의 성능이 크게 저하되는 특성을 나타낸다.An example of the former is the case of SONY, which attempts to add an additional phosphate solvent to the carbonate solvent, but shows an improved property in terms of safety, but there are problems in fundamental battery performance such as an increase in irreversible capacity and deterioration of battery life. . In particular, it exhibits a characteristic that the performance as a battery is greatly reduced, such as excessively increasing irreversible capacity due to decomposition of the phosphate electrolyte during charging and discharging.
후자의 경우에는, 전지의 내부 압력이 설정치를 초과했을 때에 밸브체를 개방해서 가스를 배출하기 위한 방폭(防爆)안전장치가 종래부터 이용되고 있다. 또 비수전해액 2차전지에서는 급격한 온도상승에 의한 발화의 위험성도 있기 때문에,내부압력을 검지함으로써 가스의 배출에 앞서서 통전전류를 완전히 차단하기 위한 방폭안전기구가 설치되어 있다. 예를 들면, 상부의 밸브체와 통기구멍을 가진 단자판을, 그들의 중앙부의 용착부를 통해서 도전상태로 해두고, 내부압력이 소정치에 달했을 때에, 단자판의 통기구멍을 통해서 이 압력을 받는 밸브체가 바깥쪽으로 변형하는 응력에 의해서 밸브체가 단자판과의 용착부로부터 박리함으로써, 통전전류를 차단하는 기구가 알려져 있다(일본국 특개평 6-196150 호 공보 참조).In the latter case, an explosion-proof safety device for discharging gas by opening the valve body when the internal pressure of the battery exceeds the set value has conventionally been used. In addition, in the nonaqueous electrolyte secondary battery, there is a risk of ignition due to rapid temperature rise. Therefore, an explosion-proof safety mechanism is provided to completely block the energized current before the gas is discharged by detecting the internal pressure. For example, when the terminal plate having the upper valve body and the vent holes is in a conductive state through the welded portion of the center thereof, when the internal pressure reaches a predetermined value, the valve body which receives this pressure through the vent holes of the terminal plate is outside. The mechanism which cuts off an energizing current by peeling a valve body from the welding part with a terminal board by the stress which deform | transforms to the side is known (refer Unexamined-Japanese-Patent No. 6-196150).
그런데, 상기의 방폭안전기구에서는, 밸브체와 단자판의 소정부위 끼리를 일정한 내부압력에 의해서 박리가능한 낮은 용착강도로 설정해서 용접할 필요가 있기 때문에, 낮은 용착강도로 용접이 가능한 초음파 용접이 채용되고 있다. 그러나 초음파 용접은 진동발열에 의해 피용접물의 접합부의 표면에만 용융을 일으키는데 불과하므로 용착강도에 큰 불균일을 발생시킬 가능성이 있다. 따라서, 상기의 방폭안전기구에서는, 용착부의 용착강도에 따라서 전류차단압력을 설정하고 있으므로 전류차단압력이 용착강도의 불균일에 따라서 변화하여, 일정치로 설정할 수 없는 결점이 있다. 그 결과, 전지의 내부압력이 소정치로 상승하기 이전에 전류가 차단되어 버리거나, 반대로 전지의 내부압력이 소정치로 상승해 있음에도 불구하고 전류가 차단되지 않는 등의 문제가 발생하게 된다.However, in the above explosion-proof safety mechanism, it is necessary to set and weld the predetermined portions of the valve body and the terminal plate to a low welding strength that can be peeled off by a constant internal pressure, so that ultrasonic welding capable of welding at low welding strength is employed. have. However, ultrasonic welding only causes melting only on the surface of the joint of the welded object by vibrating heat, which may cause a large unevenness in welding strength. Therefore, in the above explosion-proof safety mechanism, since the current breaking pressure is set in accordance with the welding strength of the welded portion, there is a drawback that the current breaking pressure changes in accordance with the nonuniformity of the welding strength and cannot be set to a constant value. As a result, a problem arises that the current is cut off before the internal pressure of the battery rises to a predetermined value, or on the contrary, the current is not cut off even though the internal pressure of the battery rises to a predetermined value.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전지 케이스의 일부에 마련된 별도의 공간에 소화약제를 수용하고, 전지의 오 사용시 이상 압력이 발생되면 그 소화약제를 전극 조립체의 수납 공간으로 침투시킴으로써 전지의 발화를 억제할 수 있는 구조를 가진 리튬 이차 전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, by accommodating the extinguishing agent in a separate space provided in a part of the battery case, if the abnormal pressure occurs when the battery is misused by infiltrating the extinguishing agent into the storage space of the electrode assembly An object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having a structure capable of suppressing ignition of a battery.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 사시도.1 is a perspective view of a lithium secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 단면 구성도.2 is a cross-sectional configuration of FIG.
도 3은 도 2의 요부 확대도.3 is an enlarged view illustrating main parts of FIG. 2;
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100...리튬 이차 전지 110...전극 조립체Lithium secondary battery 110 electrode assembly
120...케이스 122...수납부120 ... case 122 ... storage
124...사이드 시일 126...탑 시일124 ... side seal 126 ... top seal
130...수용부 140...소화부재130 ... receiving part 140 ... digestion member
150...선택적 연통부재 152...시일150 ... optional communication member 152 ... seal
154...노치 156...2차 시일154 ... Notch 156 ... Second Seal
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리튬 이차 전지는, 양극 전극판, 음극 전극판, 및 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되는 수납부와, 상기 수납부에 선택적으로 연통될 수 있는 수용부를 가진 케이스; 상기 수용부에 수용되는 소화(消火)부재; 및 상기 수납부와 상기 수용부를 연통시킬 수 있는 선택적 연통수단을 구비한다.A lithium secondary battery according to the present invention for achieving the above object, an electrode assembly having a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator; A case having an accommodating portion in which the electrode assembly is accommodated and an accommodating portion selectively communicating with the accommodating portion; A fire extinguishing member accommodated in the accommodation portion; And selective communication means capable of communicating the accommodation portion and the accommodation portion.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 소화부재는, 중탄산나트륨 분말소화약제, 중탄산칼륨 분말소화약제, 인산암모늄분말소화약제 중에서 선택된 어느 하나를 포함한다.In a lithium secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention, the fire extinguishing member includes any one selected from sodium bicarbonate powder fire extinguishing agent, potassium bicarbonate powder fire extinguishing agent, and ammonium phosphate powder fire extinguishing agent.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 소화부재는, 화학포(chemical foam) 소화약제, 기계포 소화약제, 강화액소화약제, 침윤제소화약제 중에서 선택된 어느 하나를 포함한다.In the lithium secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention, the fire extinguishing member includes any one selected from chemical foam fire extinguishing agent, mechanical foam fire extinguishing agent, enhanced liquid fire extinguishing agent, and infiltrating fire extinguishing agent.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 소화부재는 가스계소화약제를 포함한다.In a lithium secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention, the fire extinguishing member includes a gas fire extinguishing agent.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 선택적 연통수단은, 상기 수납부와 상기 수용부의 실질적인 경계선에 마련되며, 과충전에 의해 상기 케이스의 수납부 및/또는 상기 전극 조립체가 팽창하여 임계압력 이상이 될 경우 밀봉이 해제될 수 있는 시일(seal)을 구비한다.In the lithium secondary battery according to the preferred embodiment of the present invention, the selective communication means is provided at a substantial boundary between the accommodating part and the accommodating part, and the accommodating part and / or the electrode assembly of the case are inflated by overcharging. It is provided with a seal that can be released when the pressure is above the critical pressure.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 시일은노치(notch) 또는 단차가 형성된다.In a lithium secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention, the seal is formed of notches or steps.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차 전지를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a lithium secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 2차 전지를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면 구성도이다.1 is a perspective view schematically showing a lithium secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional configuration of FIG.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차 전지(100)는 양극판/세퍼레이터/음극판의 구조를 가진 전극 조립체(110)와, 이 전극 조립체(110)가 수납되어 밀봉될 수 있는 케이스(120)와, 케이스(120)에 형성된 수용부(130)와, 수용부(130)에 수용되는 소화부재(140), 및 소화부재(140)를 전극 조립체(110) 방향으로 유인할 수 있는 선택적 연통수단(150)을 구비한다.1 and 2, a lithium secondary battery 100 according to a preferred embodiment of the present invention includes an electrode assembly 110 having a structure of a positive electrode plate / separator / cathode plate, and the electrode assembly 110 is housed and sealed. The case 120, the receiving part 130 formed on the case 120, the extinguishing member 140 accommodated in the receiving part 130, and the extinguishing member 140 toward the electrode assembly 110. It is provided with a selective communication means 150 to attract.
상기 전극 조립체(110)는 이론적으로 리튬 이차 이온 전지 또는 리튬 이차 폴리머 전지일 수 있다. 또한, 전극 조립체(110)는 단위 셀(unit cell) 그 자체 또는 바이-셀(Bi-cell) 그 자체를 불문하며, 이러한 단위 셀 또는 바이셀이 여러 겹으로 적층된 것일 수도 있다. 그리고, 각각의 전극판(양극판 또는 음극판)은 극판 몸체와 극판 몸체로부터 돌출된 그리드로 구성된다.The electrode assembly 110 may theoretically be a lithium secondary ion battery or a lithium secondary polymer battery. In addition, the electrode assembly 110 may be a unit cell or a bi-cell itself, and such unit cells or bicells may be stacked in multiple layers. Each electrode plate (anode plate or cathode plate) is composed of a pole plate body and a grid protruding from the pole plate body.
상기 그리드는 양극 그리드와 음극 그리드로 구별되며, 양극 그리드와 음극 그리드는 전극 조립체(110)의 길이 방향에 대해 서로 반대 방향에 배치될 수도 있으나, 본 실시예에서는 양극 그리드와 음극 그리드는 전극 조립체의 길이 방향에 대해 서로 동일한 방향에 위치되는 것으로 가정한다.The grid may be divided into an anode grid and a cathode grid, and the anode grid and the cathode grid may be arranged in opposite directions with respect to the longitudinal direction of the electrode assembly 110, but in this embodiment, the anode grid and the cathode grid are formed of the electrode assembly. It is assumed that they are located in the same direction with each other with respect to the longitudinal direction.
일반적으로, 전극 조립체(110)는 케이스(120)에 수납되어 전해액(미도시)이충진된 후 진공 포장된 전지(100) 그 자체와 구별된다.In general, the electrode assembly 110 is stored in the case 120 and filled with an electrolyte (not shown), and then distinguished from the vacuum packaged battery 100 itself.
상기 전극 조립체는 다양한 구조가 가능하지만, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극 조립체(110)는, 양극판/격리막/음극판의 3단의 적층 구조로 이루어지는데 이를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.Although the electrode assembly may have various structures, the electrode assembly 110 according to a preferred embodiment of the present invention has a three-stage stacked structure of a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate.
상기 전극 조립체(110)에 있어서, 양극판은 알루미늄과 같은 금속(Foil) 집전체의 양면 또는 일면에 양극활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 양극활물질이 도포되지 않은 집전체 부분에 양극 그리드가 돌출 형성되어 있다. 상기 음극판(113)은 구리와 같은 금속(Foil) 집전체의 양면 또는 일면에 음극활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 음극활물질이 도포되지 않는 집전체 부분에는 음극 그리드가 돌출 형성되어 있다. 세퍼레이터(115)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)의 폴리머 다공질막을 구비하며, 단층 및 다층구조를 가진다. 세퍼레이터는 양면에 양극판과 음극판이 각각 접착되는 접착부와, 양극판과 음극판을 절연하기 위한 절연부와, 최종적으로 양/음극판이 적층된 상태에서 그 적층물의 표면을 수회 와인딩하기 위한 와인딩부를 구비한다. 여기서, 접착부와 절연부는 서로 순차적으로 형성되며, 절연부의 길이는 접착부의 길이보다 약간 길게 형성된다. 왜냐하면, 접착부는 양극판 및 음극판의 폭과 동일한 길이를 가지면 되지만, 절연부는 양극판 또는 음극판 두께만큼 접혀져야 하기 때문에 그 폭만큼의 길이가 확보되어야 하기 때문이다. 한편, 와인딩부는 적층물을 와인딩할 수 있을 만큼의 충분한 길이를 가지는 것이 바람직하다. 상기 세퍼레이터 표면에 도포되는 이온전도성 폴리머 접착제(미도시)는 양극판 및 음극판들을 세퍼레이터에 접착시킴과 동시에 리튬 이온의 전도성에 방해가 되지 않도록 이온전도성 폴리머 예를 들어, 에스.비.알. 라텍스(SBR Latex) 계열 접착제, 아크릴 솔벤트(Acrylic Solvent) 접착제, 팬(PAN)(homo, co-polymer)을 이용한 접착제, PAN/PVDF 블렌딩(Blending)을 이용한 접착제, MMA/PMMA 중합접착제 등의 솔벤트(Solvent) 타입의 접착제가 이용되는 것이 바람직하다. 세퍼레이터는 양극판 및 음극판이 서로 교호되게 지그재그(보다 정확하게는 폴드/폴드(fold/fold)) 형태로 접혀진 후 후공정의 편리를 위해 테이프로 부착된다.In the electrode assembly 110, the positive electrode plate is manufactured by applying and drying a positive electrode active material on both surfaces or one surface of a metal current collector, such as aluminum, and forming a positive electrode grid on the current collector portion where the positive electrode active material is not applied. It is. The negative electrode plate 113 is manufactured by coating and drying a negative electrode active material on both surfaces or one surface of a metal current collector such as copper, and a negative electrode grid is formed on the current collector portion to which the negative electrode active material is not applied. The separator 115 includes a polymer porous membrane made of polyethylene (PE) or polypropylene (PP), and has a single layer and a multilayer structure. The separator includes an adhesive part to which the positive electrode plate and the negative electrode plate are respectively bonded to both surfaces, an insulating part for insulating the positive electrode plate and the negative electrode plate, and a winding part for winding the surface of the laminate several times in a state where the positive / negative plate is finally laminated. Here, the bonding portion and the insulating portion are sequentially formed with each other, the length of the insulating portion is formed slightly longer than the length of the bonding portion. This is because the adhesive portion should have the same length as the width of the positive electrode plate and the negative electrode plate, but since the insulating portion must be folded by the thickness of the positive electrode plate or the negative electrode plate, the length corresponding to the width must be ensured. On the other hand, the winding portion preferably has a length sufficient to wind the stack. The ion conductive polymer adhesive (not shown) applied to the surface of the separator adheres the positive electrode plate and the negative electrode plate to the separator and at the same time does not interfere with the conductivity of lithium ions such as S.B.R. Solvents such as latex (SBR Latex) adhesives, acrylic solvent adhesives, adhesives using pan (homo, co-polymer), adhesives using PAN / PVDF blending, and MMA / PMMA polymer adhesives It is preferable to use an adhesive of the type (Solvent). The separator is folded in a zigzag (or more precisely fold / fold) form in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are alternated with each other, and then attached to the tape for the convenience of the post process.
상기 케이스(120)는 전극 조립체(110)를 수납하는 수납부(122)와, 수납부(122) 주위에 마련되는 사이드 시일(124)과 탑 시일(126), 및 상술한 바 있는 수용부(130)를 구비한다.The case 120 includes an accommodating part 122 accommodating the electrode assembly 110, a side seal 124 and a top seal 126 provided around the accommodating part 122, and the accommodating part as described above ( 130).
상기 케이스(120)는 금속을 프레스 가공해서 원통 또는 평행 육면체 등으로 용기화한 금속제관, 또는 기재층, 알루미늄, 실란트층으로부터 구성되는 적층체를 파우치 형태로 사용할 수도 있고, 적층체를 프레스 성형한 후 요부(凹部)를 형성하고, 이 요부에 전극 조립체를 수납하는 엠보스 타입의 케이스를 사용할 수도 있다. 상기 엠보스 타입의 케이스는, 파우치 타입의 케이스와 비교해서, 보다 콤팩트(compact)한 포장을 얻을 수 있다.The case 120 may be a metal tube formed by pressing a metal into a cylindrical or parallelepiped, or a laminate formed of a base layer, aluminum, or a sealant layer in the form of a pouch. An embossed case may be used, in which a recess is formed and the electrode assembly is accommodated in the recess. The embossed case can obtain a more compact package compared with the pouch type case.
상기 케이스(120)는 대략 20~50㎛의 두께를 가진 얇은 알루미늄을 이용하여 제조되고 그 알루미늄의 내면 즉, 전극 조립체(110)가 수납되는 면에는 접착제를 이용하여 대략 30㎛의 두께를 가진 폴리프로필렌을 접착시키고 알루미늄의 외면에는 나일론 필름이 접착제에 의해 접착된 구조를 가진다.The case 120 is made of thin aluminum having a thickness of approximately 20 to 50 μm, and an inner surface of the aluminum, that is, a surface having a thickness of approximately 30 μm using an adhesive on the surface where the electrode assembly 110 is accommodated. The propylene is bonded and the outer surface of aluminum has a structure in which a nylon film is bonded by an adhesive.
상기 수용부(130)는 케이스(120)의 상단 일측 즉, 전극 조립체(110)의 그리드 옆에 있는 여유 공간에 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 케이스의 양 측면 또는 하단에 마련될 수도 있다. 또한, 상기 수용부(130)는 케이스(120)의 여러 부위에 복수로 마련될 수도 있다.The accommodating part 130 is illustrated as being formed in a free space at an upper side of the case 120, that is, next to the grid of the electrode assembly 110, but is not limited thereto and provided at both sides or the bottom of the case. May be In addition, the accommodating part 130 may be provided in plurality in various portions of the case 120.
상기 소화부재(140)는 분말소화약제, 액체계소화약제, 가스계소화약제 중에서 선택하여 사용할 수 있다.The fire extinguishing member 140 may be selected from among powder fire extinguishing agents, liquid fire extinguishing agents, and gas fire extinguishing agents.
상기 분말소화약제는 BC분말소화약제, ABC분말소화약제 등으로 나눌 수 있다. BC분말소화약제는 중탄산나트륨 분말소화약제, 중탄산칼륨 분말소화약제 등으로 나눌수 있다.The powder fire extinguishing agent may be divided into BC powder fire extinguishing agent, ABC powder fire extinguishing agent and the like. BC powder fire extinguishing agent can be divided into sodium bicarbonate powder fire extinguishing agent, potassium bicarbonate powder fire extinguishing agent and the like.
상기 중탄산나트륨 분말소화약제(BC분말소화약제)는 중탄산나트륨을 주제로 한다. 이것은 값이 싸고, 소화 작용이 빠르고, 유류와 전기화재에 사용할 수 있는 반면, 일반화재에는 소화력이 없는 단점이 있다.The sodium bicarbonate powder fire extinguishing agent (BC powder fire extinguishing agent) is based on sodium bicarbonate. It is inexpensive, fast to extinguish, and can be used for oil and electric fires, while general fires have the disadvantage of not being fire extinguishing.
상기 중탄산칼륨 분말소화약제(BC분말소화약제)는 중탄산칼륨을 주제로 한다. 소화 작용이 빠르고, 소화능력면에서 중탄산나트륨분말소화약제보다 거의 2배 빠르다.The potassium bicarbonate powder fire extinguishing agent (BC powder fire extinguishing agent) is based on potassium bicarbonate. Digestion is fast and almost twice as fast as sodium bicarbonate powder fire extinguishing agent.
상기 인산암모늄 분말소화약제(ABC소화약제)는 제1인산암모늄을 주제로 한다. 소화 작용이 빠르고, 일반,유류,전기화재에 사용할 수 있다.The ammonium phosphate powder fire extinguishing agent (ABC fire extinguishing agent) is based on the first ammonium phosphate. Fire extinguishing is fast and can be used in general, oil and electric fire.
상기 액체계소화약제는 화학포 소화약제, 기계포소화약제, 강화액소화약제, 침윤제소화약제로 나눌 수 있다.The liquid fire extinguishing agent may be divided into a chemical foam fire extinguishing agent, a mechanical foam fire extinguishing agent, a reinforced liquid fire extinguishing agent, and an infiltrating fire extinguishing agent.
상기 화학포 소화약제는 소위, CHEMICAL FOAM이라고 하며, 포말소화약제는A, B 2 기제의 화학작용에 의해 반응된 거품으로 소화하는 소화약제로 조작 간편성과 성능에도 불구하고 충진된 약제가 5℃전후에서 동결되는 결점이 있다. A제(황산알루미늄)와 B제(중탄산나트륨)를 주제로 한다. 일반화재와 유류화재 겸용이고, 소화된 부분은 다시 불이 번지지 않으며, 물체의 내부까지 약제가 침투한다.The chemical foam fire extinguishing agent is called CHEMICAL FOAM, and the foam fire extinguishing agent is a fire extinguishing agent that extinguishes into the foam reacted by the chemical action of A and B 2 bases. There is a drawback to freezing. Topics include agent A (aluminum sulfate) and agent B (sodium bicarbonate). It is a combination of general fire and oil fire, and the extinguished part does not spread again, and the chemical penetrates into the inside of the object.
상기 기계포 소화약제는 다량의 물에 포소화약제 원액을 녹인 포수용액을 발포기에 의하여 기계적인 수단으로 공기와 혼합 교반하여 거품을 발생기키는 포소화약제로서, 소위 "폼소화약제"라고 부르며 발포기의 종류에 따라 같은 포소화약제라도 포질이 다른 거품이 발생하기도 한다.The mechanical foam fire extinguishing agent is a foaming agent that generates bubbles by mixing and stirring the catcher solution in which a large amount of the solution is dissolved in a large amount of water by means of a foaming machine, and is called a "foaming agent". Depending on the type of aeration, the same foaming agent may produce different foams.
상기 강화액소화약제는 A급화재에 효력이 있으며, ABC소화약제 또는 포소화약제를 들 수 있다.The enhanced liquid fire extinguishing agent is effective in class A fire, and may include ABC fire extinguishing agent or foam fire extinguishing agent.
상기 침윤제소화약제는 주로 A급 소화약제로 개발된 것이 많이 있으나 A급 및 B급 화재를 동시에 소화할 수도 있다. 소화작용은 강화액소화약제와 비슷하나 겨울철 -10℃까지 얼지 않는 내한성을 가지고 있다.The infiltrating fire extinguishing agent is mainly developed as a Class A fire extinguishing agent, but may also simultaneously extinguish A and B fires. Digestive action is similar to strengthening liquid fire extinguishing agent, but has a cold resistance does not freeze to -10 ℃ in winter.
상기 가스계소화약제는 하론 소화약제가 대표적이다. 뛰어난 성능에도 불구하고 환경오염문제와 몬트리올 의정서등에 의해 점점 그 규제가 심해지고 생산을 줄이고 있는 실정이다. 가스계소화약제는 크린 소화약제로 가격대가 높음에도 불구하고 소화 후 잔유물이 남지 않는다는 이유로 밀폐된 공간에 널리 사용된다.The gas-based fire extinguishing agent is Halon's fire extinguishing agent. Despite the outstanding performance, due to environmental pollution and the Montreal Protocol, the regulations are getting more severe and production is being reduced. Gas fire extinguishing agent is a clean extinguishing agent and is widely used in confined spaces because no residue remains after digestion despite high price.
하론소화약제는 가스계소화약제로 최초로 개발된 제품으로서, 하론 1211, 1301, 2402 등이 사용되고 있다. 한편, 가스계소화약제는 HCFC계열(Hydrochlorofluorocarbons)을 들 수 있으며 이러한 가스계소화약제는 한시적으로 사용이 허가된 제품으로 HCFC-123,HCFC-124등 수종의 HCFC계열의 가스를 혼합하여 만든 제품으로 대표적으로 HCFC Blend A, HCFC Blend B 등이 있다.Halon fire extinguishing agent was first developed as a gas fire extinguishing agent, and halon 1211, 1301, and 2402 are used. On the other hand, gas fire extinguishing agents include HCFC series (Hydrochlorofluorocarbons), and these gas fire extinguishing agents are licensed products for a limited time and are made by mixing several HCFC series gases such as HCFC-123 and HCFC-124. Representative examples include HCFC Blend A and HCFC Blend B.
또 다른 가스계소화약제는 HFC계열(Hydrofluorocarbons)을 들 수 있으며 여기에 해당하는 소화약제로는 HFC-227ea, HFC-23, HFC-236fa, HFC-125, FC-3-1-10 등이 있으며 HCFC계열의 제품보다는 보다 환경에 안정화된 제품들이다.Other gas fire extinguishing agents include HFC series (Hydrofluorocarbons), and the corresponding extinguishing agents include HFC-227ea, HFC-23, HFC-236fa, HFC-125, and FC-3-1-10. They are more environmentally stable products than HCFC series products.
3세대 가스계소화약제는 FIC계열(Fluoroiodocarbones)을 들 수 있으며 여기에 해당되는 소화약제로는 CF3I이고, HFC계열보다 대기중의 자연분해도가 더 높은제품이나 단가 높아 아직 실용성이 떨어진다.Third generation gas fire extinguishing agents include FIC series (Fluoroiodocarbones), and the corresponding extinguishing agent is CF3I, which has higher biodegradability in the air than HFC series, but its practicality is low due to its high unit cost.
또 다른 가스계소화약제로는 불활성가스류가 있다. 상기 불활성가스류(Inert Gases) 소화약제는 대기 중의 공존산소량을 10%~14%정도로 낮추는 것을 목적으로 설계된 제품으로 산소량을 낮춤으로써 인화물질이 연소되는 것을 방지하도록 설계된 제품으로 주로 아르곤 또는 질소를 단독 또는 혼합 사용한다.Another gas fire extinguishing agent is an inert gas stream. The inert gas fire extinguishing agent is a product designed to reduce the amount of coexisting oxygen in the atmosphere to about 10% to 14%. It is a product designed to prevent combustion of flammable substances by lowering the amount of oxygen. Or use mixed.
그 외의 충진 소화약제는 이산화 탄소(CO2), NAF SⅢ 등이 있다. NAF SⅢ는 소화 능력이 아주 높으면서도 인체 미치는 독성 및 환경에 미치는 영향이 매우 적다.Other filling fire extinguishing agents include carbon dioxide (CO 2 ), NAF SIII and the like. NAF SIII has a very high digestive capacity and little effect on human toxicity and environment.
상기 선택적 연통수단(150)은 수납부(122)와 수용부(130)의 실질적인 경계선에 마련되는 것으로서, 과충전에 의해 케이스(120)의 수납부(122) 및/또는 전극 조립체(110)가 팽창하여 케이스(120) 내부의 압력이 임계압력 이상이 될 경우 수용부(130)에 수용된 소화부재(140)를 수납부(122) 측으로 이동시킬 수 있는 구조를 가진다. 그 대표적인 것인 케이스(120)의 다른 시일들에 비해 상대적으로 연약한 시일(152) 구조를 가진다.The selective communication means 150 is provided at a substantial boundary between the accommodating part 122 and the accommodating part 130, and the accommodating part 122 and / or the electrode assembly 110 of the case 120 are expanded due to overcharging. When the pressure inside the case 120 is more than the critical pressure has a structure that can move the fire-extinguishing member 140 accommodated in the accommodating portion 130 toward the accommodating portion 122 side. It has a seal 152 structure that is relatively soft compared to the other seals of the case 120 that is typical.
이를 위해, 상기 시일(152)은 노치(notch) 구조(154; 도 3 참조) 또는 단차 구조를 가지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 시일(152)은 케이스(120)의 측면에 형성된 사이드 시일(124) 또는 상단에 마련된 탑 시일(126)보다 시일 압력을 처음부터 상대적으로 약하게 밀봉시켜 두거나 동일한 시일 압력에 의하더라도 미리 시일 부분에 의도적으로 노치 또는 단차를 형성시켜 둠으로써 이상 압력에 의해 그 밀봉을 해제시킬 수 있는 것이 바람직하다. 상기 시일(152)의 연약 구조는 여기서 설명된 노치(154) 또는 단차 이외에 다양한 변형들이 가능함은 물론이다.For this purpose, the seal 152 preferably has a notch structure 154 (see FIG. 3) or a stepped structure. That is, the seal 152 seals the seal pressure relatively weakly from the beginning than the side seal 124 formed on the side of the case 120 or the top seal 126 provided at the top, or seals in advance even if the seal pressure is the same. It is preferable that the sealing can be released by abnormal pressure by intentionally forming notches or steps in the part. Of course, the fragile structure of the seal 152 may be modified in addition to the notch 154 or step described herein.
한편, 상기 선택적 연통구조는 상기 시일(152) 구조 외에 별도의 플렉스블한 관 구조, 또는 기본 시일과 다른 재질의 필름 구조, 본 발명의 목적을 수행할 수 있는 별도의 밸브 구조를 가질 수 있음은 물론이다.On the other hand, the selective communication structure may have a separate flexible pipe structure, or a film structure of a different material from the base seal, in addition to the seal 152 structure, may have a separate valve structure that can carry out the object of the present invention. Of course.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 2차 전지의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the manufacturing method of a lithium secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention.
우선, 준비된 전극 조립체(110)를 케이스(120)의 수납부(122)에 수납한 후 양 측면 및 상부를 각각 사이드 시일 및 탑 시일을 한다. 즉, 수용부(130)만 제외하고 모두 실링한다.First, the prepared electrode assembly 110 is accommodated in the housing 122 of the case 120, and then the side seals and the top seals are formed on both sides and the top thereof, respectively. That is, all except the receiving portion 130 is sealed.
이어서, 수납부(122)와 수용부(130)의 경계선에 시일(152) 작업을 한다. 이러한 시일 작업 때, 필요한 노치(154) 또는 단차를 동시에 행하는 것이 바람직하다.Subsequently, the seal 152 is worked on the boundary line between the housing 122 and the housing 130. In such a seal operation, it is desirable to simultaneously perform the necessary notches 154 or steps.
다음, 시일(152)에 의해 차단된 수용부(130)에 소정의 소화부재(140)를 투입 또는 충진 후 수용부(130)의 상단을 2차 시일(156) 하면 작업이 마무리 된다.Next, after the predetermined fire extinguishing member 140 is put into or filled in the receiving part 130 blocked by the seal 152, the second seal 156 of the upper part of the receiving part 130 is finished.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 리튬 이차 전지는 다음과 같은 효과를 가진다.As described above, the lithium secondary battery according to the present invention has the following effects.
첫째, 양극, 음극, 세러페이터, 전해액에 관계 없이 케이스의 일측에 별도의 소화약제를 마련함으로써, 전지 사용시 과충전 등의 이상 작동에 의해 전지 내부의 압력이 임계 압력 이상으로 상승하면, 시일 부분을 통해 수납부와 수용부를 연통시키게 함으로써 수용부에 수용된 소화약제가 수납부 측으로 스며들게 함으로써 전지의 발화를 미연에 방지할 수 있다. 따라서, 전지의 안전성을 제고할 수 있다. 특히, 전기 자동차의 경우에는 보다 높은 효과를 얻을 수 있다.First, by providing a separate extinguishing agent on one side of the case irrespective of the positive electrode, the negative electrode, the cerapattern, and the electrolyte, and when the pressure inside the battery rises above the critical pressure by abnormal operation such as overcharging when the battery is used, By allowing the receiving portion and the receiving portion to communicate with each other, the fire extinguishing agent contained in the containing portion is permeated to the receiving portion side, whereby the ignition of the battery can be prevented in advance. Therefore, the safety of the battery can be improved. In particular, in the case of an electric vehicle, a higher effect can be obtained.
둘째, 수용부의 위치를 전지의 상단 여유 공간에 확보함으로써 제조 공정을 단순화시킬 수 있다.Second, the manufacturing process can be simplified by securing the position of the accommodating part in the upper free space of the battery.
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