JP2018530876A - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
本発明は、ネールテスト(nail test)時のショートの発生を防止することができる二次電池に関する。
また、本発明は、内部に電解液と電極組立体を収容するケースを含んでなり、前記ケースは、外部に露出される外部層、内部に位置する内部層、及び前記外部層と前記内部層の間に液状で形成されたショート防止層を含むことを特徴とする。
【選択図】図５
また、本発明は、内部に電解液と電極組立体を収容するケースを含んでなり、前記ケースは、外部に露出される外部層、内部に位置する内部層、及び前記外部層と前記内部層の間に液状で形成されたショート防止層を含むことを特徴とする。
【選択図】図５
Description
［関連出願の相互参照］
本出願は、2016年9月13日付韓国特許出願第10-2016-0118175号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本出願は、2016年9月13日付韓国特許出願第10-2016-0118175号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、二次電池に関し、さらに詳細には、ネールテスト(nail test)時のショートの発生を防止することができる二次電池に関する。
物質の物理的反応や化学的反応を介し電気エネルギーを生成させて外部に電源を供給することになる電池(cell、battery)は、各種の電気電子機器で取り囲まれている生活環境によって、建物に供給される交流電源を獲得できない場合や直流電源が必要な場合に用いることになる。
このような電池のうち、化学的反応を利用する化学電池である一次電池と二次電池が一般に多く用いられているが、一次電池は乾電池と通常称されるものであって消耗性電池である。また、二次電池は、電流と物質の間の酸化還元過程を多数繰り返し可能な素材を用いて製造される再充電式電池であって、電流により素材に対する還元反応が行われると電源が充電され、素材に対する酸化反応が行われると電源が放電されるところ、このような充電-放電が繰り返し行われつつ電気が生成されるようになる。
一方、二次電池のうちリチウムイオン電池は、正極導電ホイルと負極導電ホイルにそれぞれ活物質を一定の厚さにコーティングし、前記両導電ホイルの間には分離膜が介在されるようにし、略ゼリーロール(jelly roll)あるいは円筒状に多数回巻き取って製作した電極組立体を円筒状又は角形の缶、パウチなどに収納し、これを密封処理して製作される。
韓国登録実用新案第20-0214033号公報には、収縮用樹脂層が付加されたパウチ資材が開示されている。
図1は、従来の収縮用樹脂層が付加されたパウチ資材の一部を切開してパウチをなす層構造が見えるように拡大した一部切開拡大図である。
図1に示されているところのように、従来には二次電池用パウチをポリプロピレン10、アルミニウム20、ナイロン30、ポリエチレンテレフタレート40を順に積層して製作した。
ところで、このような従来の二次電池用パウチは、ネールテスト(nail test)を行う過程でネールがパウチを突き抜けてパウチ内部の電極組立体を貫通すると、電極組立体内の正極と負極の間のショートを発生させ、これによる熱で発火し得るという問題点があった。
したがって、本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の課題は、ネールテスト時に電極組立体の負極と正極の間のショートを防止することができる二次電池を提供することである。
本発明の一実施形態に係る二次電池は、内部に電解液と電極組立体を収容するケースを含んでなり、前記ケースは、外部に露出される外部層、内部に位置する内部層、及び前記外部層と前記内部層の間に液状で形成されたショート防止層を含むことを特徴とする。
前記ショート防止層は、オイル(oil)を含むオイル層であってよい。
前記オイルは、絶縁油であってよい。
前記外部層は、ポリエチレンテレフタレート(PET)であってよい。
前記外部層と前記ショート防止層の間にアルミニウム層が形成されてよい。
前記アルミニウム層と前記外部層の間に位置し、前記アルミニウム層を前記外部層に付着させるための接着部材で形成された接着層をさらに含むことができる。
前記内部層120は、ポリプロピレン(PP)であってよい。
前記オイルは、絶縁油であってよい。
前記外部層は、ポリエチレンテレフタレート(PET)であってよい。
前記外部層と前記ショート防止層の間にアルミニウム層が形成されてよい。
前記アルミニウム層と前記外部層の間に位置し、前記アルミニウム層を前記外部層に付着させるための接着部材で形成された接着層をさらに含むことができる。
前記内部層120は、ポリプロピレン(PP)であってよい。
本発明によれば、ネールテスト時に安全性を確保するという効果がある。
本発明によれば、破損又は衝撃などによりショートが発生することを防止して発火の可能性を最小化するという効果がある。
本発明によれば、破損又は衝撃などによりショートが発生することを防止して発火の可能性を最小化するという効果がある。
以下、図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態に係る二次電池に対して詳しく説明する。
本明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的且つ辞典的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自身の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適宜定義することができるという原則に立脚し、本発明の技術的思想に適合する意味と概念として解釈されなければならない。よって、本明細書に記載されている実施例と図面に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替することができる多様な均等物があり得ることを理解しなければならない。
図面で、各構成要素又はその構成要素をなす特定部分の大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張または省略されるか、概略的に示されている。よって、各構成要素の大きさは実際の大きさを全的に反映するものではない。関連の公知機能あるいは構成に対する具体的な説明が、本発明の要旨を不要に濁す恐れがあると判断される場合、そのような説明は略する。
図2は、本発明の一実施形態に係る二次電池を示した斜視図であり、図3は、図2のA-A線に沿った断面図であり、図4は、図3でケースの「B」部分を拡大して示した一部拡大断面図である。
図2から図4に示されているところのように、本発明の一実施形態に係る二次電池は、内部に電解液と電極組立体を収容するケース100を含んでなり、前記ケース100は、外部に露出される外部層110、内部に位置する内部層120、及び前記外部層110と前記内部層120の間に液状で形成されたショート防止層130を含む。
電極組立体1は、正極活物質が塗布された正極と、負極活物質が塗布された負極と、正極と負極の間に介在された分離膜とを複数回積層して製作することができる。
そして、電極組立体1は、正極と分離膜及び負極を積層した積層体をゼリーロール状に巻き取って製作することもできる。
正極はアルミニウム板であってよく、正極活物質が塗布された正極有地部と、 正極活物質が塗布されていない正極無地部とを含むことができる。
正極活物質は、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMnO4のようなリチウム含有遷移金属酸化物又はリチウムカルコゲナイド化合物であってよい。
正極有地部は、例えば、アルミニウム板の少なくともいずれか一面の一部に正極活物質を塗布して形成し、正極活物質が塗布されていないアルミニウム板の残りの部分が正極無地部となってよい。
正極無地部には正極電極タブが付着されてよい。
正極無地部には正極電極タブが付着されてよい。
負極は銅板であってよく、負極活物質が塗布された負極有地部と、負極活物質が塗布されていない負極無地部とを含むことができる。
負極無地部には、負極電極タブが付着されてよい。
負極無地部には、負極電極タブが付着されてよい。
負極活物質は、結晶質炭素、非晶質炭素、炭素複合体、炭素繊維のような炭素材料、リチウム金属又はリチウム合金などであってよい。
負極有地部は、例えば、銅板の少なくともいずれか一面の一部に負極活物質を塗布して形成し、 負極活物質が塗布されていない銅板の残りの部分が負極無地部となってよい。
分離膜は、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリスチレン(PS)、ポリプロピレン(PP)、及びポリエチレン(PE)とポリプロピレン(PP)の共重合体(co-polymer)からなる群より選択されるいずれか一つの基材にポリビニリデンフルオリド-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVDF-HFP co-polymer)をコーティングすることにより製造されてよい。
電解液は、電極組立体でリチウムイオンの移動を円滑にし、例えば、非水性有機溶媒及びリチウム塩を含むことができる。
リチウム塩は有機溶媒に溶解され、二次電池内でリチウムイオンの供給源として働き、正極と負極の間のリチウムイオンの移動を促進させることができる。
リチウム塩の例としては、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3、LiClO4、LiAlO4、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(ここで、x及びyは自然数)、LiCl、LiI及びリチウムビスオキサラトボラート(lithium bisoxalate borate)などの一種又は二種以上を支持(supporting)電解塩として含むことを挙げることができる。
電解液でリチウム塩の濃度は、用途に応じて変わり得るものであって、通常は0.1Mから2.0Mの範囲内で用いることができる。
また、有機溶媒は、電池の電気化学的反応に関与するイオンが移動することができる媒質の役割を担うものであって、その例としては、ベンゼン、トルエン、フルオロベンゼン、1,2-ジフルオロベンゼン、1,3-ジフルオロベンゼン、1,4-ジフルオロベンゼン、1,2,3-トリフルオロベンゼン、1,2,4-トリフルオロベンゼン、クロロベンゼン、1,2-ジクロロベンゼン、1,3-ジクロロベンゼン、1,4-ジクロロベンゼン、1,2,3-トリクロロベンゼン、1,2,4-トリクロロベンゼン、ヨードベンゼン(iodobenzene)、1,2-ジヨードベンゼン、1,3-ジヨードベンゼン、1,4-ジヨードベンゼン、1,2,3-トリヨードベンゼン、1,2,4-トリヨードベンゼン、フルオロトルエン、1,2-ジフルオロトルエン、1,3-ジフルオロトルエン、1,4-ジフルオロトルエン、1,2,3-トリフルオロトルエン、1,2,4-トリフルオロトルエン、クロロトルエン、1,2-ジクロロトルエン、1,3-ジクロロトルエン、1,4-ジクロロトルエン、1,2,3-トリクロロトルエン、1,2,4-トリクロロトルエン、ヨードトルエン、1,2-ジヨードトルエン、1,3-ジヨードトルエン、1,4-ジヨードトルエン、1,2,3-トリヨードトルエン、1,2,4-トリヨードトルエン、R-CN(ここで、Rは、炭素数2から50の直鎖状、分岐状又は環状構造の炭化水素基であって、前記炭化水素基は二重結合、芳香族環又はエーテル結合などを含むことができる)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセテート、キシレン、シクロヘキサン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、エタノール、イソプロピルアルコール、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、プロピレンカーボネート、メチルプロピオネート、エチルプロピオネート、メチルアセテート、エチルアセテート、プロピルアセテート、ジメトキシエタン、1,3-ジオキソラン、ジグライム、テトラグライム、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ガンマ-ブチロラクトン、スルホラン(sulfolane)、バレロラクトン、デカノリド又はメバロラクトンの一種又は二種以上を挙げることができるが、これらに制限されるものではない。
ケース100は、カン(can)、パウチ(pouch)などであってよいが、本発明では説明の便宜のためにパウチを例として説明する。
ケース100は、外部環境から内部に収容された電解液と電極組立体1を保護するための外部層110と、内部に収容された電解液と電極組立体1が外部に漏出又は露出しないようにするための内部層120とを含む。
外部層110は、外部環境から電解液と電極組立体1を保護するために耐久性の強い素材で形成されることが好ましいが、一実施形態としてポリエチレンテレフタレート(PET)で形成されてよい。
内部層120は、ケース100の内部に収容された電解液と直接接触した状態で変形又は変質されないよう、耐化学性の強い絶縁素材で形成されることが好ましいが、一実施形態としてポリプロピレン(PP)で形成されてよい。
ショート防止層130は、絶縁油などのようなオイル(oil)を含むオイル層であってよい。
図5は、図4で、ネールがパウチを貫通し、ショート防止層のオイルがネールに沿って流動することを示した使用状態図である。
図5に示されているところのように、ショート防止層130は、ケース100で外部層110と内部層120の間に位置し、ネールテスト(nail test)時にネール(N)がケース100を貫通すると、ショート防止層130のオイル(O)がネール(N)に沿って流れて行き、このようなネール(N)が電極組立体1の負極と正極を貫通すると、ネール(N)に沿って流れるオイル(O)は、電極組立体1の貫通部に流入され、電極組立体1の負極と正極の間のショート(short)を防止することができる。
つまり、絶縁油などのような絶縁素材のオイル(O)が電極組立体1の貫通部に流入され、電極組立体1の負極と正極の間を絶縁してショートが発生することを防止することができる。
一方、外部層110とショート防止層130の間にはアルミニウム層140が形成されてよい。
アルミニウム層140はアルミニウム(Al)素材で形成され、外部側には耐久性を補完し、内部側には絶縁性と耐化学性を補完し、外部層110が損傷されるか内部層120が損傷された時に二次電池の安全性を補完する役割ができる。
また、アルミニウム層140と外部層110の間には接着層150がさらに形成されてよい。
接着層150は、接着剤などのような接着部材で形成され、アルミニウム層140と外部層110を互いに付着して外部層110の耐久性を増強させることができる。
前述したところのように、本発明によれば、ネールテスト時に安全性を確保するという効果がある。
また、本発明によれば、破損又は衝撃などによってショートが発生することを防止し、発火の可能性を最小化するという効果がある。
以上のように、本発明に係る二次電池を例示された図面を参考にして説明したが、本発明は、以上で説明された実施形態と図面によって限定されず、特許請求の範囲内で本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者によって多様な実施が可能である。
Claims (7)
- 内部に電解液と電極組立体1を収容するケース100；を含んでなり、
前記ケース100は、
外部に露出される外部層110；
内部に位置する内部層120；及び、
前記外部層110と前記内部層120の間に液状で形成されたショート防止層130；を含むことを特徴とする二次電池。 - 前記ショート防止層130は、オイル(oil)を含むオイル層であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
- 前記オイルは絶縁油であることを特徴とする請求項2に記載の二次電池。
- 前記外部層110はポリエチレンテレフタレート(PET)であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
- 前記外部層110と前記ショート防止層130の間にアルミニウム層140が形成されることを特徴とする請求項4に記載の二次電池。
- 前記アルミニウム層140と前記外部層110の間に位置し、前記アルミニウム層140を前記外部層110に付着させるための接着部材で形成された接着層150をさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の二次電池。
- 前記内部層120はポリプロピレン(PP)であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
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