CN110870091A - 用于二次电池的顶部绝缘体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

为了解决上述问题，根据本发明实施方式的制造插入到二次电池的壳体中的用于二次电池的顶部绝缘体的方法包括：通过将硅橡胶施加至玻璃纤维织物的至少一个表面来制备顶部绝缘体织物的步骤，所述玻璃纤维织物是通过交织玻璃纤维原纱的纬纱和经纱而形成的；和将所述顶部绝缘体织物冲压的步骤。

Description

用于二次电池的顶部绝缘体及其制造方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年1月29日提交的韩国专利申请第10-2018-0010900号和于2018年10月19日提交的韩国专利申请第10-2018-0125530号的优先权的权益，通过引用将上述专利申请整体结合在此。
技术领域
本发明涉及一种用于二次电池的顶部绝缘体及其制造方法，更具体地说，涉及一种在诸如耐热性和耐化学性之类的特性方面得到改善并且在冲压过程中抑制灰尘的产生的用于二次电池的顶部绝缘体及其制造方法。
背景技术
一般来说，二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池和锂离子聚合物电池。这种二次电池正被应用于诸如数码相机、P-DVD、MP3P、移动电话、PDA、便携式游戏装置(Portable Game Device)、动力工具(Power Tool)、电动自行车(E-bike)等之类的小型产品，以及诸如电动车辆和混合动力车辆之类的需要高功率的大型产品、用于存储过剩电力或可再生能源的储能装置、以及备用储能装置。
一般而言，为了制造锂二次电池，首先，将电极活性材料浆料施加至正极集流体和负极集流体，以制造正极和负极。然后，将这些电极堆叠在隔膜(Separator)的两侧上，以形成电极组件(Electrode Assembly)。此外，将电极组件容纳在电池壳体中，注入电解质，然后进行密封。
根据容纳电极组件的壳体的材料，这种二次电池分为袋型(Pouch Type)二次电池和罐型(Can Type)二次电池。在袋型(Pouch Type)二次电池中，电极组件被容纳在由具有可变形状的柔性聚合物材料制成的袋中。此外，在罐型(Can Type)二次电池中，电极组件被容纳在由具有预定形状的金属或塑性材料制成的壳体中。
根据电池壳体的形状，罐型(Can Type)二次电池分为其中壳体具有多边形形状的棱柱型(Prismatic Type)二次电池和其中电池壳体具有圆柱形状的圆柱型(CylinderType)二次电池。
图1是根据相关技术的圆柱形二次电池2的局部横截面图。
一般来说，如图1中所示，圆柱形二次电池2包括圆柱形电池罐12、容纳在电池罐12中的果冻卷型电极组件13、结合至电池罐12的上部的盖组件11、设置在电池罐12的前端以安装盖组件11的卷边部14以及用于密封电池罐12的压接部15。
盖组件11具有其中顶盖111、PTC元件112、安全排气部113、CID垫圈114和CID过滤器115按顺序堆叠的结构，顶盖111密封电池罐12的开口并形成正极端子，PTC元件112通过在电池的内部温度增加时增加电阻来中断电流，安全排气部113在电池的内部压力由于异常电流而增加时中断电流并排出内部气体，除特定部分之外，CID垫圈114将安全排气部与CID过滤器115电隔离，CID过滤器115连接至与正极连接的正极引线，当电池中产生高压时，CID过滤器115中断电流。
此外，盖组件11以安装在压接垫圈116上的状态安装在电池罐12的卷边部14上。因此，在正常操作条件下，电极组件13的正极经由正极引线131、CID过滤器115、安全排气部113和PTC元件112电连接至顶盖111。
绝缘体26设置在电极组件13的上端和下端的每一个上。在此，设置在上端的顶部绝缘体26将电极组件13与盖组件11绝缘，设置在下端的底部绝缘体(未示出)将电极组件13与电池罐12的底部绝缘。
然而，在根据相关技术的圆柱形二次电池2的情况下，顶部绝缘体由具有绝缘特性和耐电解质性并且冲压加工性优异的诸如聚乙烯或聚丙烯之类的热塑性树脂制成。然而，热塑性树脂具有相当低的200℃至250℃的熔点。另外，存在如下问题：当二次电池2的内部温度急剧上升至超过250℃时，顶部绝缘体26熔化而引起短路。为了解决该问题，尽管已经提出了增加顶部绝缘体26的厚度的技术，但是存在由于二次电池2的内部空间减小而导致电池的容量和效率下降的问题。
近年来，已经提出了一种通过将作为热固性树脂的苯酚(Phenol)涂覆至玻璃纤维(Glass Fiber)织物来制造顶部绝缘体26的技术。然而，苯酚本身的熔点在40℃的温度时非常低，并且即使将其施加至玻璃纤维织物，也存在因在600℃的温度时被氧化成二氧化碳或一氧化碳而使质量降低的问题。此外，当玻璃纤维织物被涂布苯酚，然后被冲压成圆盘形状时，产生大量的灰尘。因此，很难连续生产产品，导致产量的下降和制造成本的增加。
发明内容
技术问题
为了解决所要解决的问题，本发明的目的是提供一种在诸如耐热性和耐化学性之类的特性方面得到改善并且在冲压过程中抑制灰尘的产生的用于二次电池的顶部绝缘体及其制造方法。
本发明的目的不限于上述目的，本领域技术人员从下面的描述将清楚地理解本文未描述的其他目的。
技术方案
为了解决上述问题，根据本发明实施方式的制造插入到二次电池的壳体中的用于二次电池的顶部绝缘体的方法包括：通过将硅橡胶施加至玻璃纤维织物的至少一个表面来制备顶部绝缘体织物的步骤，所述玻璃纤维织物是通过交织玻璃纤维原纱的纬纱和经纱而形成的；和将所述顶部绝缘体织物冲压的步骤。
此外，所述制备顶部绝缘体织物的步骤可包括施加第一硅橡胶的步骤，并且其中所述施加第一硅橡胶的步骤可包括：将通过把第一硅酮聚合物溶解在第一溶剂中而制备的第一溶液施加至所述至少一个表面的步骤；和干燥施加的第一溶液以施加所述第一硅橡胶的步骤。
此外，所述制备顶部绝缘体织物的步骤可进一步包括施加第二硅橡胶的步骤，其中所述施加第二硅橡胶的步骤可包括，在施加所述第一硅橡胶的步骤之后：将通过把第二硅酮聚合物溶解在第二溶剂中而制备的第二溶液施加至所述至少一个表面的步骤；和干燥施加的第二溶液以施加所述第二硅橡胶的步骤。
此外，可执行所述施加第一硅橡胶的步骤，使得所述第一硅橡胶附着至所述玻璃纤维原纱，并且在所述玻璃纤维原纱之间形成孔隙。
此外，所述孔隙可以是形成在彼此垂直的玻璃纤维原纱之间的孔隙。
此外，在所述施加第二硅橡胶的步骤中，所述第二硅橡胶可插入产生的孔隙中。
此外，所述第一溶液可具有比所述第二溶液的粘度小的粘度。
此外，当执行所述施加第二硅橡胶的步骤时，所述第一硅橡胶和所述第二硅橡胶可堆叠在所述玻璃纤维织物的所述至少一个表面上。
此外，当执行所述施加第一硅橡胶的步骤时，所述第一硅橡胶可堆叠在所述玻璃纤维织物的所述至少一个表面上。
此外，当执行所述制备顶部绝缘体织物的步骤时，所述玻璃纤维织物和所述顶部绝缘体织物可具有相同的厚度。
此外，在所述将玻璃纤维冲压的步骤中，所述玻璃纤维可被冲压成圆盘形状。
此外，在所述制备顶部绝缘体织物的步骤中，所述硅橡胶可施加至所述玻璃纤维织物的所有两个表面。
为了解决上述问题，根据本发明实施方式的插入到二次电池的壳体中的用于二次电池的顶部绝缘体包括：通过交织玻璃纤维原纱的纬纱和经纱形成的玻璃纤维；和施加至所述玻璃纤维的至少一个表面的硅橡胶。
此外，当在600℃的温度下被加热时，由于热解引起的质量损失可为10wt％至15wt％。
此外，当在950℃的温度下被加热时，质量损失可为10wt％至15wt％。
此外，质量损失可为12wt％至14wt％。
此外，当被浸渍到含有10wt％或更多的双(氟磺酰基)酰亚胺锂(LIFSI，Lithiumbis(fluorosulfonyl)imide)的电解质中并在72℃的温度下储存1周或更长时间时，双(氟磺酰基)酰亚胺锂(LIFSI)的减少量可为1wt％至3wt％。
此外，双(氟磺酰基)酰亚胺锂(LIFSI)的减少量可为1.5wt％至2.5wt％。
此外，当二次电池在600℃或更高的温度下被加热从而爆炸时，在电池壳体中不会形成针孔。
此外，当向两侧被拉伸时，拉伸强度可为120N/mm2至150N/mm2，并且延伸率可为5％至10％。
此外，拉伸强度可为130N/mm2至140N/mm2，并且延伸率可为7％至8％。
详细描述和附图中包括其他实施方式的细节。
有益效果
本发明的实施方式至少可具有以下效果。
可将硅橡胶施加至玻璃纤维织物，以制造用于二次电池的顶部绝缘体，由此改善诸如耐热性和耐化学性之类的特性。
此外，当将顶部绝缘体织物冲压以制造用于二次电池的顶部绝缘体时，可抑制灰尘的产生，从而能够连续生产产品，增加产量并降低制造成本。
此外，顶部绝缘体织物可具有柔性并且易于卷起，从而容易形成母卷(MotherRoll)，因此，可容易制造用于二次电池的顶部绝缘体。
本发明的效果不受前述描述限制，因此，本申请中涉及更多变化的效果。
附图说明
图1是根据相关技术的圆柱形二次电池的局部横截面图。
图2是示出根据本发明一实施方式的制造顶部绝缘体的方法的流程图。
图3是根据本发明一实施方式的圆柱形二次电池的局部横截面图。
图4是根据本发明一实施方式的顶部绝缘体的平面图。
图5是根据本发明一实施方式的顶部绝缘体的侧视图。
图6是示出根据本发明另一实施方式的制造顶部绝缘体的方法的流程图。
图7是根据本发明另一实施方式的圆柱形二次电池的局部横截面图。
图8是根据本发明另一实施方式的顶部绝缘体的侧视图。
图9是根据本发明又一实施方式的圆柱形二次电池的局部横截面图。
图10是示出根据本发明又一实施方式的其中第一硅橡胶被施加至玻璃纤维织物的状态的示意图。
图11是示出根据本发明又一实施方式的其中第二硅橡胶被施加至玻璃纤维织物的状态的示意图。
图12是根据本发明又一实施方式的沿图11的线A-A'截取的顶部绝缘体的横截面图。
图13是根据本发明又一实施方式实际制造的顶部绝缘体放大1500倍的SEM照片。
图14是根据本发明又一实施方式实际制造的顶部绝缘体放大1000倍的SEM照片。
图15是根据本发明又一实施方式实际制造的顶部绝缘体放大200倍的SEM照片。
图16是根据本发明又一实施方式实际制造的顶部绝缘体放大40倍的SEM照片。
图17是示出通过对根据本发明的制造例的顶部绝缘体进行耐热性测试而获得的结果的曲线图。
图18是示出通过对根据比较例2的顶部绝缘体进行耐热性测试而获得的结果的曲线图。
图19是示出在耐化学性测试之后每个电解质样品的状态的照片。
图20是示出每个电解质样品的GC-MS测试结果的曲线图。
图21是示出根据本发明的制造例组装有顶部绝缘体的二次电池在稳定性测试之后的分解状态的照片。
图22是示出根据比较例1组装有顶部绝缘体的二次电池在稳定性测试之后的分解状态的照片。
图23是示出根据比较例2组装有顶部绝缘体的二次电池在稳定性测试之后的分解状态的照片。
具体实施方式
通过以下参照附图描述的实施方式，将阐明本公开内容的优点和特征及其实现方法。然而，本发明可以以不同的形式实施，不应被解释为限于在此阐述的实施方式。而是，提供这些实施方式是为了使本公开内容全面和完整，并将本发明的范围充分传递给本领域技术人员。此外，本发明仅由权利要求的范围限定。相似的参考数字通篇表示相似的元件。
除非不同地定义了本发明中使用的术语，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本领域技术人员通常理解的含义相同的含义。此外，除非在说明书中明确且明显地进行了定义，否则在常用字典中定义的术语不被理想地或过度地解释为具有形式上的含义。
在以下描述中，技术术语仅用于解释具体示例性实施方式，而不是限制本发明。在本申请中，除非特别提及，否则单数形式的术语可包括复数形式。“包括(comprises)”和/或“包含(comprising)”的含义不排除除所提及的部件之外的其他部件。
下文中，将参照附图详细地描述优选实施方式。
图2是示出根据本发明一实施方式的制造顶部绝缘体16的方法的流程图。
通过将硅橡胶162施加至玻璃纤维161的织物来制造根据本发明一实施方式的顶部绝缘体16。因此，可改善诸如耐热性和耐化学性之类的特性。此外，当将顶部绝缘体织物冲压以制造用于二次电池的顶部绝缘体16时，可抑制灰尘的产生，从而能够连续生产产品，增加产量并降低制造成本。此外，顶部绝缘体织物可具有柔性并且易于卷绕以容易形成母卷(Mother Roll)，因此，可容易制造用于二次电池的顶部绝缘体16。
下文中，将参照图3至图5描述图2的流程图中所示的每个步骤的具体内容。
图3是根据本发明一实施方式的圆柱形二次电池1的局部横截面图。
如图3中所示，根据本发明一实施方式的圆柱形二次电池1包括：电池罐12；容纳在电池罐12中的果冻卷型电极组件13；结合至电池罐12的上部的盖组件11；设置在电池罐12的前端以安装盖组件11的卷边部14；以及用于密封电池罐12的压接部15。圆柱形二次电池1可用作移动电话、笔记本电脑、电动车辆等的稳定地提供恒定输出的电源。
电池罐12可由诸如铝、镍、不锈钢或其合金之类的轻质导电金属材料制成。电池罐12可具有敞开的上部和与上部相对的封闭的底部。电解质可与电极组件13一起被容纳在电池罐12的内部空间中。尽管电池罐12具有圆柱形状，但是本发明不限于此。例如，除了圆柱形状之外，电池罐12还可具有诸如棱柱形状之类的各种形状。
电极组件13可具有包括诸如正极板和负极板之类的两个电极板与隔膜的堆叠结构，每个电极板都具有卷状物形式的宽板形状，隔膜设置在电极板之间以使电极板彼此绝缘或者隔膜设置在一个电极板的左侧或右侧。堆叠结构可具有各种形状，例如，堆叠结构可以以果冻卷(Jelly Roll)的形式进行卷绕，或者可以以其中每个都具有预定尺寸的正极板和负极板在二者之间具有隔膜的情况下堆叠的形状进行堆叠。两个电极板的每一个都具有其中活性材料浆料被施加至包括铝和铜的金属箔或网状集流体的结构。通常可通过在添加溶剂的情况下搅拌颗粒状活性材料、辅助导体、粘合剂和增塑剂来形成浆料。可在后续工艺中除去溶剂。在电极板卷绕的方向上的集流体的起始端和末端处可设置其上未施加浆料的未涂布部分。分别对应于电极板的一对引线附接至未涂布部分。附接至电极组件13的上端的正极引线131可电连接至盖组件11，附接至电极组件13的下端的负极引线(未示出)可连接至电池罐12的底表面。然而，本发明并不限于此。例如，所有的正极引线131和负极引线可在盖组件11的方向上抽出。
将电极组件13的每一个绝缘的绝缘体16设置在电极组件13的上端和下端的每一个上。在此，设置在上端的顶部绝缘体16设置在电极组件13与盖组件11之间，以将电极组件13绝缘，设置在下端的底部绝缘体(未示出)设置在电极组件13与电池罐12的底部之间，以将电极组件13绝缘。如图3中所示，根据本发明一实施方式的绝缘体16可以是设置在电极组件的上部的顶部绝缘体16，但并不限于此。例如，绝缘体16可以是设置在电极组件的下部的底部绝缘体(未示出)。之后将描述根据本发明一实施方式的顶部绝缘体16。
防止以果冻卷形式卷绕的电极组件13展开并用作二次电池1内的气体的移动路径的中心销(未示出)可插入到电池罐12的中央。
填充到电池罐12中的电解质可在二次电池1的充电和放电期间移动由电极板的电化学反应所产生的锂离子。电解质可包括作为锂盐和高纯度有机溶剂的混合物的非水有机电解质或使用聚合物电解质的聚合物。
盖组件11可结合至形成在电池罐12的上端中的开口，以密封电池罐12的开口。根据电池罐12的形状，盖组件11可具有诸如圆形形状或棱柱形状之类的各种形状。根据一实施方式，电池罐12具有圆柱形状。在这种情况下，盖组件11也可具有与电池罐12的形状对应的圆盘形状。
据本发明一实施方式，盖组件11可具有其中顶盖111、安全排气部113和电流中断装置按顺序堆叠的结构，顶盖111密封电池罐12的开口并形成正极端子，安全排气部113在电池的内部压力由于异常电流而增加时中断电流并将电池内的气体排出，电流中断装置连接至与电极组件13的正极连接的正极引线131，并且当电池中产生高压时，电流中断装置中断电流。此外，盖组件11以安装在压接垫圈116上的状态安装在电池罐12的卷边部14上。因此，在正常操作条件下，电极组件13的正极经由正极引线131、电流中断装置、安全排气部113和PTC元件112电连接至顶盖111。
顶盖111以向上突出的形状设置在盖组件11的最上部，以形成正极。因此，顶盖111可电连接至负载或诸如充电装置之类的外部装置。可在顶盖111中形成气孔1111，二次电池1中产生的气体通过该气孔1111排出。因此，当由于过充电等原因电极组件13产生气体而导致内部压力增加时，电流中断装置的CID过滤器115和安全排气部113可破裂，因此，内部气体可通过破裂部分和气孔1111排放到外部。因此，不再进行充电和放电，以确保二次电池1的安全性。顶盖111可由诸如不锈钢或铝之类的金属材料制成。
顶盖111的与安全排气部113接触的部分在厚度上可没有特别限制，只要顶盖111的该部分保护盖组件11的各个部件免受外部施加的压力的影响即可，即顶盖111的该部分可具有0.3mm至0.5mm的厚度。当顶盖111的该部分的厚度太薄时，难以表现出机械刚性。另一方面，当顶盖111的该部分的厚度太厚时，与相同规格相比，由于尺寸和重量的增加，电池的容量可降低。
安全排气部113可用于在电池的内部压力由于异常电流而增加时中断电流或排出气体，并且可由金属材料制成。安全排气部113的厚度可根据其材料、结构等而变化。也就是说，安全排气部113的厚度没有特别限制，只要当电池中产生预定高压时，安全排气部113在破裂的同时排出气体即可。例如，安全排气部113可具有0.2mm至0.6mm的厚度。
电流中断装置(CID，Current Interrupt Device)可设置在安全排气部113与电极组件13之间，以将电极组件13电连接至安全排气部113。电流中断装置包括CID过滤器115和CID垫圈114，CID过滤器115接触安全排气部113以传输电流，CID垫圈114在空间上将CID过滤器115与安全排气部113彼此分离和隔开。
因此，从电极组件13产生的电流在正常状态下经由正极引线131和CID过滤器115流入安全排气部113，使得二次电池被放电。然而，当二次电池1的内部压力由于异常电流而增加时，由于异常电流导致二次电池1中产生的气体，电池的内部压力可增加。因此，安全排气部113与CID过滤器114之间的连接可中断，或者CID过滤器114可破裂。因此，安全排气部113与电极组件13之间的电连接可被中断，以确保安全性。
盖组件11可进一步包括安全排气部113与顶盖111之间的正温度系数(PTC，Positive Temperature Coefficient element)元件112。PTC元件112可在内部温度升高时增加电池电阻，以中断电流。也就是说，PTC元件112在正常状态下将顶盖111电连接至安全排气部113。然而，在异常状态下，例如，当温度异常升高时，PTC元件112中断顶盖111与安全排气部113之间的电连接。PTC元件112在厚度上也可根据其材料、结构等而变化，例如，PTC元件112可具有0.2mm至0.4mm的厚度。当PTC元件112具有大于0.4mm的厚度时，内部电阻可增加，此外，与相同规格相比时，电池在尺寸上可增加，从而降低电池容量。另一方面，当PTC元件112具有小于0.2mm的厚度时，难以在高温下表现出电流中断效果，并且PTC元件112可被较弱的外部冲击破坏。因此，可综合考虑这些方面在上述厚度范围内适当地确定PTC元件112的厚度。
甚至当包括上述盖组件11的二次电池1用作诸如电钻之类的动力工具的电源时，二次电池1也可瞬间提供高输出，并且对于诸如振动和跌落之类的外部物理冲击来说是稳定的。
从外部向内弯曲的卷边部14可形成在电池罐12的上部。卷边部14可使其上堆叠有顶盖111、PTC元件112、安全排气部113和电流中断装置的盖组件11设置在电池罐12的上端，从而防止电极组件13垂直移动。
如上所述，盖组件11以安装在压接垫圈116上的状态安装在电池罐12的卷边部14上。压接垫圈116可具有包括两个开口端的圆柱形状。如图2中所示，压接垫圈116的面向电池罐12内部的一端可首先朝向中心轴大致垂直地弯曲，然后朝向电池罐12的内部二次垂直地弯曲并且安放在卷边部14上。此外，压接垫圈116具有最初在平行于中心轴的方向上延伸的另一端。然而，当之后执行结合盖组件11并按压电池罐12的上端的外壁以形成压接部15的工艺时，压接垫圈116可沿压接部15的形状在大致垂直的方向上弯曲，从而指向中心轴。因此，压接垫圈116具有紧密附接至盖组件111的内周表面和紧密附接至电池罐12的内周表面的外周表面。
图4是根据本发明一实施方式的顶部绝缘体16的平面图。
根据本发明一实施方式的插入到二次电池1的壳体中的用于二次电池1的顶部绝缘体16包括：通过交织玻璃纤维161的原纱的纬纱和经纱形成的圆盘状玻璃纤维161；和施加至玻璃纤维161的至少一个表面的硅橡胶162。此外，硅橡胶162堆叠在玻璃纤维161的至少一个表面上。
玻璃纤维(Glass Fiber)161是通过在铂炉中熔化玻璃并将熔化的玻璃通过小直径孔拉出而被制成长纤维形状。玻璃纤维可具有优异的耐热性、耐久性、吸音性、电绝缘性、防锈性和易加工性，因此主要用于建筑绝缘材料、空气过滤材料、电绝缘材料等。根据本发明一实施方式，玻璃纤维161的原纱的纬纱和经纱可彼此交织，以制备玻璃纤维161的织物，并且将硅橡胶162施加至玻璃纤维161的织物。优选的是，从玻璃纤维161解织的一股纱线的横截面具有约4μm至15μm的直径。
硅橡胶(Si Rubber)162是含硅的橡胶。硅橡胶可具有优异的耐热性和耐化学性。因此，即使在250℃的温度下放置3天后，硅橡胶的强度和延伸率仍可保持在10％以内，并且在-45℃的温度下也可保持硅橡胶的弹性。由于电学特性对温度不敏感，所以硅橡胶广泛用在需要耐热性的电气、电子和通信领域中。硅橡胶162是通过混合各种材料制备的。例如，诸如有机聚硅氧烷之类的硅酮聚合物用作原料。可混合二氧化硅类填料、用于增加体积的增容剂、诸如有机过氧化物之类的硫化剂、诸如低分子量硅酮低聚物之类的加工材料、或诸如BaO、CaO、MgO和ZnO之类的各种性能改进剂。此外，为了提高阻燃性，可进一步包含诸如Al(OH)3、Mg(OH)2和BH3O3之类的阻燃剂，或者可进一步包含颜料，以便于用肉眼进行质量检验。此外，可通过将上述材料混合并加热，然后进行硫化和干燥处理来制备硅橡胶162。诸如过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯等之类的过氧化物可用于硫化处理。
为了制造根据本发明一实施方式的用于二次电池的顶部绝缘体16，首先，把含有硅酮聚合物的各种材料在混合和固化之前溶解在特定溶剂中，以制备溶液。溶剂优选是能够容易溶解上述材料的有机溶剂。例如，溶剂包括甲苯、二甲苯、MEK等。
根据硅酮聚合物溶解的浓度，所制备的溶液具有不同的粘度(Viscosity)。在此，如果粘度太低，则玻璃纤维161的纬纱和经纱可解织，涂布的效果会不太明显。另一方面，如果粘度太高，则溶液无法渗透到玻璃纤维161的纬纱与经纱之间的孔隙3中，孔隙3不会被填充。溶液的粘度可通过实验选择为最佳粘度。
此外，将所制备的溶液施加至玻璃纤维161的织物(S201)，然后干燥(S202)。当施加溶液时，可通过使用喷雾器将溶液喷涂到玻璃纤维161的织物上。然而，优选的是将玻璃纤维161的织物浸入含有所述溶液的容器中。结果，大量溶液可快速施加至玻璃纤维161的织物。当施加溶液并干燥时，溶剂蒸发，由此硅橡胶162被涂覆至玻璃纤维161的织物，从而形成顶部绝缘体织物(S203)。此外，将顶部绝缘体织物冲压成特定形状，制造出根据本发明一实施方式的顶部绝缘体16(S204)。在此，当将顶部绝缘体16安装在圆柱形二次电池1中时，如图4所示，顶部绝缘体织物优选被冲压成圆盘形状，使得顶部绝缘体16容易插入到圆柱形二次电池1的电池罐12中。因此，总的来说，可通过将硅橡胶162施加至具有圆盘形状的玻璃纤维161来制造顶部绝缘体16。
图5是根据本发明一实施方式的顶部绝缘体16的侧视图。
如图5中所示，根据本发明一实施方式的顶部绝缘体16具有其中硅橡胶(SiRubber)162被施加至玻璃纤维(Glass Fiber)161的至少一个表面的同时多个层进行堆叠的形状。
溶液可仅施加至玻璃纤维161的织物的一个表面。然而，根据本发明一实施方式，溶液可优选施加至玻璃纤维161的织物的所有两个表面。结果，硅橡胶162可被施加至玻璃纤维161的两个表面，使得根据本发明一实施方式的顶部绝缘体16具有其中多个层进行堆叠的形状。尽管在图5中堆叠三个层，但本发明的实施方式并不限于此。例如，可在玻璃纤维161与硅橡胶162之间进一步设置隔离层。
图6是示出根据本发明另一实施方式的制造顶部绝缘体16的方法的流程图。
根据本发明一实施方式的顶部绝缘体16是通过将硅橡胶162一次施加至玻璃纤维161的至少一个表面来制造的。另一方面，根据本发明另一实施方式的顶部绝缘体16a是通过将硅橡胶162a数次施加至玻璃纤维161a的至少一个表面来制造的。
下文中，将参照图7至图8描述图6的流程图中所示的每个步骤的具体内容。
图7是根据本发明另一实施方式的圆柱形二次电池1a的局部横截面图。
下文中，将省略根据本发明另一实施方式的圆柱形二次电池1a和顶部绝缘体16a与根据本发明上述实施方式的二次电池重复的描述。这是为了便于描述，并不旨在限制权利的范围。
将电极组件13的每一个绝缘的绝缘体16a设置在电极组件13的上端和下端的每一个上。如图7中所示，根据本发明另一实施方式的绝缘体16a可以是设置在电极组件的上部的顶部绝缘体16a，但并不限于此。例如，绝缘体16a可以是设置在电极组件的下部的底部绝缘体(未示出)。
根据本发明另一实施方式的插入到二次电池1a的壳体中的用于二次电池1a的顶部绝缘体16a包括：通过交织玻璃纤维161a的原纱的纬纱和经纱形成的玻璃纤维161a；和施加至玻璃纤维161a的至少一个表面的硅橡胶162a。此外，硅橡胶162a包括：首先施加至玻璃纤维161a的至少一个表面的第一硅橡胶1621a；和施加至第一硅橡胶1621a的第二硅橡胶1622a。为了制造根据本发明另一实施方式的顶部绝缘体16a，首先，把含有硅酮聚合物的各种材料在混合和固化之前溶解在特定溶剂中，以制备第一溶液和第二溶液。
具体地，把第一硅酮聚合物溶解在第一溶剂中，以制备第一溶液，把第二硅酮聚合物溶解在第二溶剂中，以制备第二溶液。根据硅酮聚合物溶解的浓度，所制备的溶液具有不同的粘度(Viscosity)。在此，优选的是第一溶液具有比第二溶液的粘度小的粘度。
此外，将所制备的第一溶液施加至玻璃纤维161a的织物的至少一个表面(S601)，然后干燥(S602)。第一溶液可仅施加至玻璃纤维161a的织物的一个表面。然而，根据本发明的另一实施方式，溶液可优选施加至玻璃纤维161a的织物的所有两个表面。当施加第一溶液并干燥时，第一溶剂蒸发，由此第一硅橡胶1621a被施加至玻璃纤维161a的织物(S603)。之后，将所制备的第二溶液施加至被施加了第一硅橡胶1621a的至少一个表面(S604)，然后干燥(S605)。当施加第二溶液并干燥时，第二溶剂蒸发，由此第二硅橡胶1622a被施加至第一硅橡胶1621a(S606)。结果，制备出顶部绝缘体织物。
由于第一溶液具有低粘度，所以第一溶液可容易渗透到玻璃纤维161a的织物的纬纱与经纱之间的孔隙3中，以填充孔隙3。另一方面，第二溶液具有高粘度，以固定玻璃纤维161a的织物的纬纱和经纱而不会解织，从而增加保持力。因此，在根据本发明另一实施方式的顶部绝缘体16a中，硅橡胶162a可更好地与玻璃纤维161a混合，以增加保持力。
将顶部绝缘体织物冲压成特定形状，制造出根据本发明另一实施方式的顶部绝缘体16a(S607)。在此，当将顶部绝缘体16a安装在圆柱形二次电池1a中时，顶部绝缘体织物优选被冲压成圆盘形状，使得顶部绝缘体16a容易插入到圆柱形二次电池1a的电池罐中。
图8是根据本发明另一实施方式的顶部绝缘体16a的侧视图。
如图8中所示，在根据本发明另一实施方式的顶部绝缘体16a中，第一硅橡胶1621a堆叠在玻璃纤维161a的至少一个表面上，第二硅橡胶1622a堆叠在第一硅橡胶1621a上。也就是说，第一硅橡胶1621a和第二硅橡胶1622a顺序堆叠，以形成其中多个层进行堆叠的形状。
第一溶液和第二溶液可仅施加至玻璃纤维161a的织物的一个表面。然而，根据本发明的另一实施方式，溶液可优选施加至玻璃纤维161a的织物的所有两个表面。结果，第一硅橡胶1621a和第二硅橡胶1622a可施加至玻璃纤维161a的两个表面，使得根据本发明另一实施方式的顶部绝缘体161a具有其中多个层进行堆叠的形状。具体地，由于在施加第二硅橡胶1622a之前施加第一硅橡胶1621a，所以第一硅橡胶1621a堆叠在第二硅橡胶1622a内侧，第二硅橡胶1622a堆叠在第一硅橡胶1621a外侧。尽管在图8中堆叠有五个层，但本发明的实施方式并不限于此。例如，可在玻璃纤维161a与硅橡胶1621a和1621a之间进一步设置隔离层。
图9是根据本发明又一实施方式的圆柱形二次电池1b的局部横截面图。
在根据本发明另一实施方式的顶部绝缘体16a中，硅橡胶162和162a的每一个被施加至玻璃纤维161和161a的每一个的至少一个表面，以形成其中多个层进行堆叠的形状。然而，在根据本发明又一实施方式的顶部绝缘体16b中，硅橡胶162b不堆叠在玻璃纤维161b上，因此，顶部绝缘体16b具有与玻璃纤维161b相同的厚度。
然而，根据本发明又一实施方式的制造顶部绝缘体16b的方法与根据另一实施方式的制造顶部绝缘体16a的方法类似，因此，将参照图9至图16再次描述图6的流程图中所示的每个步骤的具体内容。下文中，将省略根据本发明又一实施方式的圆柱形二次电池1b和顶部绝缘体16b与根据本发明上述实施方式的二次电池重复的描述。这是为了便于描述，并不意在限制权利的范围。
根据本发明又一实施方式的插入到二次电池的壳体中的用于二次电池的顶部绝缘体16b包括：通过交织玻璃纤维161b的原纱的纬纱和经纱形成的玻璃纤维161b；和施加至玻璃纤维161b的至少一个表面的硅橡胶162b。此外，硅橡胶162b包括：附着至玻璃纤维161b的原纱的第一硅橡胶1621b；和插入到形成在玻璃纤维161b的原纱之间的孔隙3中的第二硅橡胶1622b。
为了制造根据本发明又一实施方式的顶部绝缘体16b，将第一溶液施加至玻璃纤维161b的织物的至少一个表面(S601)，然后干燥(S602)。根据本发明的又一实施方式，优选的是将第一溶液施加至玻璃纤维16b的织物的所有两个表面上。
图10是图示根据本发明又一实施方式的其中第一硅橡胶1621b被施加至玻璃纤维161b的织物的状态的示意图。
通过交织玻璃纤维161b的原纱形成玻璃纤维161b，在玻璃纤维161b的彼此垂直的原纱之间形成有孔隙3。在此，第一溶液具有比第二溶液的粘度小的粘度并且进一步小于根据本发明另一实施方式的第一溶液的粘度。因此，第一溶液可仅粘附至形成玻璃纤维161b的织物的玻璃纤维161b的原纱外围。
在施加第一溶液之后，用刀等刮削玻璃纤维161b的织物。因此，可在厚度上调节玻璃纤维161b的织物。此外，可使玻璃纤维161b的织物表面平滑。此外，当干燥第一溶液时(S602)，第一溶剂蒸发。如图10中所示，第一硅橡胶1621b被施加至玻璃纤维161b的织物(S603)。在此，根据本发明的又一实施方式，由于第一硅橡胶1621b紧密地附着以仅粘附至玻璃纤维161b的原纱，所以在玻璃纤维161b的彼此垂直的原纱之间形成孔隙3。
图11是示出根据本发明又一实施方式的其中第二硅橡胶1622b被施加至玻璃纤维161b的织物的状态的示意图。
之后，将第二溶液施加至玻璃纤维161b的织物的至少一个表面(S604)，然后干燥(S605)。在此，第二溶液具有比第一溶液的粘度大但比根据本发明另一实施方式的第二溶液的粘度小的粘度。因此，第二溶液插入到形成在玻璃纤维161b的原纱之间的孔隙3中。
在施加第二溶液之后，用刀等再次刮削玻璃纤维161b的织物。因此，可在厚度上调节玻璃纤维161b的织物。此外，可使玻璃纤维161b的织物的表面平滑。此外，当干燥第二溶液时(S605)，第二溶剂蒸发。如图11中所示，第二硅橡胶1622b被施加至玻璃纤维161b的织物(S606)。在此，根据本发明的又一实施方式，第二硅橡胶1622b插入到形成在玻璃纤维161b的彼此垂直的原纱之间的孔隙3中，以填充孔隙3。结果，制备出顶部绝缘体织物。
将顶部绝缘体织物冲压成特定形状，制造出根据本发明又一实施方式的顶部绝缘体16b(S607)。在此，当将顶部绝缘体16b安装在圆柱形二次电池1b中时，顶部绝缘体织物优选被冲压成圆盘形状，使得顶部绝缘体16b容易插入到圆柱形二次电池1b的电池罐12中。
图12是根据本发明又一实施方式的沿图11的线A-A'截取的顶部绝缘体16b的横截面图。
在根据本发明又一实施方式的顶部绝缘体16b中，如图12中所示，第一和第二硅橡胶162b未形成为单独的层。也就是说，第一硅橡胶1621b紧密附着以仅粘附至玻璃纤维161b的原纱，第二硅橡胶1622b插入到形成在玻璃纤维161b的原纱之间的孔隙3中。因此，由于第一和第二硅橡胶162b未形成为单独的层，所以完成的顶部绝缘体16b具有与未施加硅橡胶162b的玻璃纤维161b的厚度相等或相似的厚度。
如上所述，将电极组件13的每一个绝缘的绝缘体16b设置在电极组件13的上端和下端的每一个上。如图9中所示，根据本发明一实施方式的绝缘体16b可以是设置在电极组件的上部的顶部绝缘体16b，但并不限于此。例如，绝缘体16b可以是设置在电极组件下部的底部绝缘体(未示出)。
当根据本发明又一实施方式的绝缘体16b用作顶部绝缘体16b时，可改善诸如耐热性和耐化学性之类的特性，以确保热稳定性和化学稳定性。另一方面，当绝缘体16b用作底部绝缘体时，可确保热稳定性和化学稳定性，还可阻断从电极组件13的下部扩散热量的热传输路径。根据相关技术，底部隔膜可由于电极组件13的负极接片的热扩散而损耗，从而导致电极组件13下部的边缘短路(Edge Short)。然而，根据本发明又一实施方式的绝缘体16b可用作底部绝缘体，以阻断热量向电极组件13的下部扩散的热传输路径，由此防止电极组件13的下部的边缘短路(Edge Short)。
图13是根据本发明又一实施方式实际制造的顶部绝缘体16b放大1,500倍的SEM照片，图14是根据本发明又一实施方式实际制造的顶部绝缘体16b放大1,000倍的SEM照片，图15是根据本发明又一实施方式实际制造的顶部绝缘体16b放大200倍的SEM照片，图16是根据本发明又一实施方式实际制造的顶部绝缘体16b放大40倍的SEM照片。
在图13和图14中，较大的圆化形状是玻璃纤维161b的原纱的横截面，附着在玻璃纤维161b的原纱周围的材料是硅橡胶162b。
如图13和图14中所示，第一硅橡胶1621b紧密附着以粘附在玻璃纤维161b的原纱之间。此外，如图15和图16中所示，硅橡胶162b未形成为单独的层。
在图13至图16中，未拍摄到玻璃纤维161b的原纱之间的孔隙3以及第二硅橡胶1622b插入孔隙3中的状态。然而，当考虑到尽管将第二硅橡胶1622b施加至玻璃纤维161b，但是硅橡胶162b未形成单独的层时，可确定第二硅橡胶1622b插入到孔隙3中。
在实际制造出根据本发明又一实施方式的顶部绝缘体16b之后，如下测量组成比。
[表1]
材料名称 组成比(wt％)
玻璃纤维(织物) 70～80
乙烯基封端的二甲基硅氧烷和硅酮 10～15
二甲基乙烯基化和三甲基化二氧化硅 0～5
三氢氧化铝 10～15
二氧化钛 0～5
表1显示了根据制造例的顶部绝缘体的组成比。
如表1中所示，玻璃纤维具有70wt％至80wt％的组成比，硅橡胶具有20wt％至30wt％的组成比。具体地，作为硅酮聚合物的主链(Main Chain)，乙烯基封端的二甲基硅氧烷和硅酮的含量为10wt％至15wt％，二甲基乙烯基化和三甲基化二氧化硅的含量为0wt％至5wt％。也就是说，硅酮聚合物的总组成比为10wt％至20wt％。此外，作为阻燃剂的三氢氧化铝的含量为10wt％至15wt％，作为颜料的二氧化钛的含量为0wt％至5wt％。也就是说，由于二甲基乙烯基化和三甲基化二氧化硅以及二氧化钛的最小值为0wt％，因此根本不需要含有。
根据本发明实施方式的插入到二次电池的壳体中的用于二次电池的顶部绝缘体包括：通过交织玻璃纤维的原纱的纬纱和经纱形成的玻璃纤维；和施加至玻璃纤维的至少一个表面的硅橡胶。
当用于二次电池的顶部绝缘体被加热至600℃或更高，或者甚至950℃或更高的温度时，由于热解引起的质量损失可为10wt％至15wt％，优选为12wt％至14wt％。因此，根据本发明实施方式的用于二次电池的顶部绝缘体在耐热性方面优异。
此外，将用于二次电池的顶部绝缘体浸渍到含有10wt％或更多的双(氟磺酰基)酰亚胺锂(LIFSI，Lithium bis(fluorosulfonyl)imide)的电解质中，并在72℃的温度下储存1周或更长时间，双(氟磺酰基)酰亚胺锂(LIFSI)的减少量可为1wt％至3wt％，优选为1.5wt％至2.5wt％。因此，根据本发明实施方式的用于二次电池的顶部绝缘体在耐化学性方面优异。
此外，当使用根据本发明实施方式的用于二次电池的顶部绝缘体来制造二次电池时，当二次电池在600℃或更高的温度下被加热并因此爆炸时，在电池壳体中不会形成针孔。因此，根据本发明实施方式的用于二次电池的顶部绝缘体在安全性方面优异。
此外，当根据本发明实施方式的用于二次电池的顶部绝缘体向两侧拉伸时，拉伸强度可为120N/mm2至150N/mm2，优选为130N/mm2至140N/mm2，并且延伸率可以是5％至10％，优选为7％至8％。因此，根据本发明实施方式的用于二次电池的顶部绝缘体在拉伸强度和延伸率方面优异。
制造例
制备具有1,040mm宽度、300,000mm长度和0.3mm厚度的玻璃纤维织物。此外，将12kg的乙烯基封端的二甲基硅氧烷和硅酮以及4kg的二甲基乙烯基化和三甲基化二氧化硅作为硅酮聚合物的主链(Main Chain)加入到20kg的甲苯(Toluene)溶剂中，并加入13kg的三氢氧化铝作为阻燃剂。此外，进一步加入3kg的二氧化钛作为颜料，从而制备52kg的第一溶液。
在将辊设置在玻璃纤维织物的两侧上之后，在每个辊的上端设置刀。此外，将第一溶液装在容器中，旋转辊以使玻璃纤维织物浸入第一溶液中。当辊反向旋转以取下玻璃纤维织物时，通过刀刮掉留在玻璃纤维织物的表面上的第一溶液。此外，将玻璃纤维织物插入干燥炉中，将第一溶液在170℃的温度下干燥5分钟。
然后，将12kg的乙烯基封端的二甲基硅氧烷和硅酮以及4kg的二甲基乙烯基化和三甲基化二氧化硅作为硅酮聚合物的主链(Main Chain)加入到10kg的甲苯(Toluene)溶剂中，并加入13kg的三氢氧化铝作为阻燃剂。此外，进一步加入3kg的二氧化钛作为颜料，从而制备41kg的第二溶液。
在将辊设置在玻璃纤维织物的两侧上之后，在每个辊的上端设置刀。此外，将第二溶液装在容器中，旋转辊以使玻璃纤维织物浸入第二溶液中。当辊反向旋转以取下玻璃纤维织物时，通过刀刮掉留在玻璃纤维织物的表面上的第二溶液。此外，将玻璃纤维织物插入干燥炉中，将第二溶液在170℃的温度下干燥5分钟。
当如上所述制备出顶部绝缘体织物时，插入冲压机，以将顶部绝缘体织物冲压成具有20mm直径的圆盘形状，从而制备出根据制造例的顶部绝缘体。
比较例1
通过静电纺丝法使用PET原料制备宽度为30mm、长度为30mm、厚度为0.3mm的具有无纺布的PET。
当如上所述制备出顶部绝缘体织物时，插入冲压机，以将顶部绝缘体织物冲压成具有20mm直径的圆盘形状，从而制备出根据比较例1的顶部绝缘体。
比较例2
制备具有270mm宽度、270mm长度和0.3mm厚度的玻璃纤维织物。此外，将5kg的酚醛树脂和5kg的三氢氧化铝加入到10kg的甲苯(Toluene)溶剂中，以制备20kg的溶液。
堆叠三片浸渍的织物，并通过使用热压施加热量和压力，以制备固化的酚醛顶部绝缘体。
当如上所述制备出顶部绝缘体织物时，插入冲压机，以将顶部绝缘体织物冲压成具有20mm直径的圆盘形状，从而制备出根据比较例2的顶部绝缘体。
测量物理特性的方法
1.耐热性
将根据前述制造例、比较例1和比较例2的每个顶部绝缘体插入到由TAInstruments公司制造的耐热性测试仪(型号：TGA Q500)中，并且在25℃至950℃的温度和10℃/min的升温速率下逐渐加热。此外，实时测量每个顶部绝缘体的质量，并确认由于热解引起的质量损失的量。
2.耐化学性
将盐和添加剂与溶剂混合，以制备电解质。通过将EC(碳酸乙烯酯，EthyleneCarbonate)、DMC(碳酸二甲酯，Dimethyl Carbonate)和EMC(碳酸甲乙酯，Ethyl MethylCarbonate)彼此混合制备溶剂，并且混合作为盐的LiFF6(六氟磷酸锂，Lithiumhexafluorophosphate)和LiFSI(双(氟磺酰基)酰亚胺锂，Lithium bis(fluorosulfonyl)imide)以及各种添加剂。
将根据制造例、比较例1和比较例2的每个顶部绝缘体浸渍到所制备的电解质中并在72℃的温度下存储1周。此外，在移除各个顶部绝缘体后，将电解质样品注入NMR设备(由Varian制造，型号名称为EQC-0279)和GC-MS设备(由SHIMADZU制造，型号为GC2010 Plus/QP2020、EQC-0291)中，以进行NMR和GC分析，从而分析各个电解质样品的组成比和反应副产物。
3.火焰传播
在该测试中，未测试根据比较例1和比较例2的顶部绝缘体，仅测试根据制造例的顶部绝缘体。因此，证实了根据制造例的顶部绝缘体满足火焰传播性能标准。测试标准依赖于IMO RESOLUTION MSC.307(88)。
具体地，将根据制造例的顶部绝缘体安装在具有主热源和辅助热源的设备中，并施加火焰。在具有483mm宽度和284mm长度的辐射板中使用具有99.99％纯度的甲烷气体作为燃料产生作为主热源的火焰。在此，50mm的点处热量为50.5kW/m2，350mm的点处热量为23.9kW/m2。此外，作为辅助热源的引燃火焰具有约230mm的长度，并且通过使用丙烷气体作为燃料产生火焰。
首先，为了将设备的运行条件标准化，安装校准试件，点燃辐射板和引燃火焰，确认烟囱信号值持续稳定至少180秒。当信号值变得稳定时，移除校准试件，并且在10秒内安装根据制造例的顶部绝缘体。此外，持续测量烟囱信号值，并且记录火焰尖端到达根据制造例的顶部绝缘体的50mm的点的每个时间和火焰熄灭的点及火焰熄灭的时间。
如果在测试开始后600秒没有发生点火，或者在火焰熄灭后经过180秒，则移除根据制造例的顶部绝缘体，并再次安装标准试件。制造了根据制造例的总共三个顶部绝缘体，并且该过程总共重复三次。
4.稳定性
通过使用根据制造例、比较例1和比较例2的顶部绝缘体来制造二次电池，然后完全充电。此外，当将二次电池放入温度保持在600℃的加热炉中并加热3分钟至5分钟时，二次电池爆炸。此外，将爆炸的二次电池在室温下冷却，然后拆开盖组件，以确认在电池罐的上边缘是否出现针孔。
5.拉伸强度和延伸率
将根据制造例、比较例1和比较例2制造的每个顶部绝缘体固定至由Instron制造的万能试验机(Universal Testing Machine，UTM，型号3340)的上夹具和下夹具。此外，在以300mm/min的速度拉伸的同时测量所需的力，该力被评价为拉伸强度。此外，拉伸长度与拉伸强度的比率被评价为延伸率。进行两次试验，计算各结果的平均值。
物理特性测量结果
1.耐热性
[表2]
Figure BDA0002361366120000211
图17是示出通过对根据本发明的制造例的顶部绝缘体进行耐热性测试而获得的结果的曲线图，图18是示出通过对根据比较例2的顶部绝缘体进行耐热性测试而获得的结果的曲线图。此外，表2显示了基于温度范围，每个顶部绝缘体的质量损失的量和残余质量。
如图17中所示，根据制造例的顶部绝缘体分阶段逐渐减少。此外，减小的质量宽度如上表2所示。如表2中所示，可确认根据制造例的顶部绝缘体在0℃至320℃的范围内具有3.8wt％的质量损失，在320℃至600℃的范围内具有9.3wt％的质量损失，并且在600℃至700℃的范围内具有0.3wt％的质量损失。
另一方面，如图18中所示，根据比较例2的顶部绝缘体的质量一直到600℃的温度为止持续下降，并且顶部绝缘体的质量在320℃至600℃的范围内迅速下降。如表2中所示，可确认根据比较例2的顶部绝缘体在0℃至600℃的范围内具有40.5wt％的质量损失。
当根据比较例1的顶部绝缘体具有600℃的温度时，其被完全烧毁并且损失了100wt％的质量，由于其快速烧毁而在图中未示出。
因此，证实了根据制造例的顶部绝缘体在600℃或更高的温度下具有由于热解引起的最小质量损失量13.4wt％，甚至一直到950℃的温度为止仍具有热稳定性。
2.耐化学性
[表3]
LiPF6 LiFSI 其余组分
基准 9.5 11.4 79.1
制造例 6.5 9.3 84.2
比较例1 9.4 11.1 79.5
比较例2 7.8 0.8 91.4
图19是示出在耐化学性测试之后每个电解质样品的状态的照片，图20是示出每个电解质样品的GC-MS测试结果的曲线图。此外，表3显示了每个电解质样品的组分的组成比。
如表3中所示，在所有样品中LiPF6和LiFSI相对减少，其余组分倾向于相对增加。然而，这并不意味着LiPF6和LiFSI被分解并变成电解质的其余组分，因为绝对质量没有改变。由于表3中所示的数值是相对质量比，所以意味着LiPF6和LiFSI相对更多地分解。
如表3中所示，在根据本发明的制造例的顶部绝缘体中，与基准相比时，LiPF6减少了3wt％，LiFSI减少了2.1wt％。然而，在根据比较例1的顶部绝缘体中，LiPF6和LiFSI分别减少了0.1wt％和0.3wt％，在根据比较例2的顶部绝缘体中，LiPF6减少了1.7wt％，LiFSI减少了10.6wt％。也就是说，可以看出，在根据比较例2的顶部绝缘体中LiFSI减少最多，这表明根据比较例2的顶部绝缘体是最活跃的。
参照图19的照片，目测确认，根据比较例2的顶部绝缘体中包含的电解质的颜色变化最大。此外，在图20的曲线图中，可证实根据比较例2的顶部绝缘体具有最弱的耐化学性，因为检测到在包含根据比较例2的顶部绝缘体的电解质中最初不存在的大量副产物。
因此，可确认，根据制造例的顶部绝缘体在耐化学性方面比根据比较例2的顶部绝缘体更优异。
然而，根据比较例1的顶部绝缘体具有最高的耐化学性。然而，在耐热性测试中，可证实根据比较例1的顶部绝缘体具有最低的耐热性，因此，根据制造例的顶部绝缘体在耐热性和耐化学性方面优异。
3.火焰传播
[表4]
Figure BDA0002361366120000231
[表5]
Figure BDA0002361366120000232
Figure BDA0002361366120000241
表4示出了对于根据制造例的顶部绝缘体来说，熄灭时的临界通量、总散热量、最大放热率以及火焰是否滴落的结果，表5示出了对于根据制造例的顶部绝缘体来说，平均燃烧持续热量的结果。
燃烧持续热量是通过将从初始暴露样本起到火焰尖端到达每点时的时间，乘以在同一点处与不可燃校准板对应辐射的辐射热通量而得到的值。此外，平均燃烧持续热量是燃烧持续热量在不同位置处测量的特征值的平均值。如表5中所示，根据制造例的顶部绝缘体的平均燃烧持续热量小于1.5，即，当火焰到达距离为50mm或100mm时的基准值。
然而，在根据制造例1至3的顶部绝缘体中，点火分别在13秒、12秒和13秒开始。然而，火焰分别在54秒、31秒和50秒熄灭，然后顶部绝缘体不再被点燃。因此，可确认火焰不在顶部绝缘体中维持，因为即使在燃烧期间平均燃烧持续热量较低，火焰也在短时间内熄灭。也就是说，可证实火焰不容易传播到其周围，从而确保安全性。
熄灭时的临界通量是指火焰从燃烧样本的中心线起传播最远从而停止的位置处的热量的流速。通过使用校准板经由测试机的校准测试获得记录的热通量。如表4中所示，根据制造例的顶部绝缘体熄灭时的临界通量的平均值为48.6kW/m2，其大于20.0kW/m2的基准值，因此满足标准。
总散热量是指测试期间的总散热量，最大放热率是指测试期间的最大放热率。如表4中所示，根据制造例的顶部绝缘体的总散热量的平均值为0.03MJ，其小于作为基准值的0.7MJ，并且最大放热率的平均值为0.21kW，其小于作为基准值的4.0kW。
4.稳定性
[表6]
Figure BDA0002361366120000242
Figure BDA0002361366120000251
图21是示出根据本发明的制造例组装有顶部绝缘体的二次电池在稳定性测试之后的分解状态的照片，图22是示出根据比较例1组装有顶部绝缘体的二次电池在稳定性测试之后的分解状态的照片，图23是示出根据比较例2组装有顶部绝缘体的二次电池在稳定性测试之后的分解状态的照片。此外，表6显示了各个顶部绝缘体的出现针孔的次数和比率。
如图22中所示，在其中组装有根据比较例1的顶部绝缘体的二次电池中产生针孔。具体地，如表6中所示，在组装有根据比较例1的顶部绝缘体的十五个二次电池中，在三个二次电池中产生针孔。
另一方面，如图21和图23中所示，可证实根据制造例的顶部绝缘体和根据比较例2的顶部绝缘体根本没有产生针孔，具有抗电池爆炸的最佳稳定性。
然而，由于根据比较例2的顶部绝缘体在耐热性、耐化学性和稳定性方面比根据制造例的顶部绝缘体弱，所以可证实根据制造例的顶部绝缘体在耐热性、耐化学性和稳定性所有方面都是优异的。
5.拉伸强度和延伸率
[表7]
Figure BDA0002361366120000252
表7显示了各个顶部绝缘体的拉伸强度和延伸率。
如表7中所示，根据制造例的顶部绝缘体在133.64N/mm2的平均拉伸强度时破裂。此外，此时的延伸率的平均值为7.13％。
然而，根据比较例1的顶部绝缘体在56.9N/mm2的平均拉伸强度时破裂。此外，此时的延伸率的平均值为49.0％。
此外，根据比较例2的顶部绝缘体根本没有拉伸至1000N，这是万能试验机的最大允许重量。因此，未测量拉伸强度，延伸率的平均值为0％。
因此，根据比较例1的顶部绝缘体由于低拉伸强度和高延伸率而具有容易因较小的力而变形的问题。此外，由于根据比较例2的顶部绝缘体不具有拉伸特性，所以其无法制成卷型。因此，由于顶部绝缘体没有排成一行，所以连续生产是不可能的，生产率会降低。然而，根据制造例的顶部绝缘体由于其高拉伸强度和低延伸率以及在一定程度上拉伸的能力，所以可制造成其中顶部绝缘体卷起到一侧的卷型。
如上所述，与根据相关技术的涂布有热塑性树脂或苯酚的情况相比，当玻璃纤维161被涂布硅橡胶162时，通过制造用于二次电池的顶部绝缘体16，可改善诸如耐热性和耐化学性之类的特性。具体地，苯酚具有其中中心元素是碳(C)的链式键合形式，而作为硅橡胶162的主要原料的硅酮聚合物具有其中中心元素是硅的链式键合形式。因此，可获得较高的热稳定性。此外，在将用于二次电池的顶部绝缘体16冲压时，可抑制灰尘的产生，从而能够连续生产产品，增加产量并降低制造成本。此外，在用于二次电池的顶部绝缘体16被冲压之前，顶部绝缘体织物可具有柔性并且容易卷起，从而容易形成母卷(Mother Roll)，因此，可容易制造用于二次电池的顶部绝缘体16。
本发明技术领域的普通技术人员将理解，在不改变技术构思或实质特征的情况下本发明可以以其他特定形式实施。因此，上述实施方式被认为是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由前面的描述和其中描述的示例性实施方式限定。在本发明的权利要求范围内及其等同含义范围内进行的各种修改被认为落在本发明的范围内。

Claims (21)

1.一种制造插入到二次电池的壳体中的用于二次电池的顶部绝缘体的方法，所述方法包括：
通过将硅橡胶施加至玻璃纤维织物的至少一个表面来制备顶部绝缘体织物的步骤，所述玻璃纤维织物是通过交织玻璃纤维原纱的纬纱和经纱而形成的；和
将所述顶部绝缘体织物冲压的步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述制备顶部绝缘体织物的步骤包括施加第一硅橡胶的步骤，并且
其中所述施加第一硅橡胶的步骤包括：
将通过把第一硅酮聚合物溶解在第一溶剂中而制备的第一溶液施加至所述至少一个表面的步骤；和
干燥施加的第一溶液以施加所述第一硅橡胶的步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述制备顶部绝缘体织物的步骤进一步包括施加第二硅橡胶的步骤，
其中所述施加第二硅橡胶的步骤包括，在施加所述第一硅橡胶的步骤之后：
将通过把第二硅酮聚合物溶解在第二溶剂中而制备的第二溶液施加至所述至少一个表面的步骤；和
干燥施加的第二溶液以施加所述第二硅橡胶的步骤。
4.如权利要求3所述的方法，其中执行所述施加第一硅橡胶的步骤，使得所述第一硅橡胶附着至所述玻璃纤维原纱，并且在所述玻璃纤维原纱之间形成孔隙。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述孔隙是形成在彼此垂直的玻璃纤维原纱之间的孔隙。
6.如权利要求4所述的方法，其中，在所述施加第二硅橡胶的步骤中，所述第二硅橡胶插入产生的孔隙中。
7.如权利要求3所述的方法，其中所述第一溶液具有比所述第二溶液的粘度小的粘度。
8.如权利要求3所述的方法，其中，当执行所述施加第二硅橡胶的步骤时，所述第一硅橡胶和所述第二硅橡胶堆叠在所述玻璃纤维织物的所述至少一个表面上。
9.如权利要求2所述的方法，其中，当执行所述施加第一硅橡胶的步骤时，所述第一硅橡胶堆叠在所述玻璃纤维织物的所述至少一个表面上。
10.如权利要求1所述的方法，其中，当执行所述制备顶部绝缘体织物的步骤时，所述玻璃纤维织物和所述顶部绝缘体织物具有相同的厚度。
11.如权利要求1所述的方法，其中，在所述将玻璃纤维冲压的步骤中，所述玻璃纤维被冲压成圆盘形状。
12.如权利要求1所述的方法，其中，在所述制备顶部绝缘体织物的步骤中，所述硅橡胶施加至所述玻璃纤维织物的所有两个表面。
13.一种插入到二次电池的壳体中的用于二次电池的顶部绝缘体，所述顶部绝缘体包括：
通过交织玻璃纤维原纱的纬纱和经纱形成的玻璃纤维；和
施加至所述玻璃纤维的至少一个表面的硅橡胶。
14.如权利要求13所述的顶部绝缘体，其中，当在600℃的温度下被加热时，由于热解引起的质量损失为10wt％至15wt％。
15.如权利要求14所述的顶部绝缘体，其中，当在950℃的温度下被加热时，质量损失为10wt％至15wt％。
16.如权利要求15所述的顶部绝缘体，其中质量损失为12wt％至14wt％。
17.如权利要求13所述的顶部绝缘体，其中，当被浸渍到含有10wt％或更多的双(氟磺酰基)酰亚胺锂(LIFSI，Lithium bis(fluorosulfonyl)imide)的电解质中并在72℃的温度下储存1周或更长时间时，双(氟磺酰基)酰亚胺锂(LIFSI)的减少量为1wt％至3wt％。
18.如权利要求17所述的顶部绝缘体，其中双(氟磺酰基)酰亚胺锂(LIFSI)的减少量为1.5wt％至2.5wt％。
19.如权利要求13所述的顶部绝缘体，其中，当二次电池在600℃或更高的温度下被加热从而爆炸时，在电池壳体中未形成针孔。
20.如权利要求13所述的顶部绝缘体，其中，当向两侧被拉伸时，拉伸强度为120N/mm2至150N/mm2，并且延伸率为5％至10％。
21.如权利要求20所述的顶部绝缘体，其中拉伸强度为130N/mm2至140N/mm2，并且延伸率为7％至8％。
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