JP2023548893A - 二次電池 - Google Patents

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Abstract

本発明の一実施様態による二次電池は、電極リードが取り付けられた電極組立体と、内部に前記電極組立体を収納するケースと、前記電極リードの外面の一部を囲むように形成され、前記電極リードと前記ケースとの間に介在されるリードフィルムと、前記ケースの少なくとも一部に形成されたベント領域と、前記ベント領域に挿入され、４以下の多分散指数（Ｐｏｌｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ；ＰＤＩ）を有する線状低密度ポリエチレンを含むベント部材と、を含み、前記ベント部材は、１００℃以上における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり、常温～６０℃における最大シーリング強度が６ ｋｇｆ／１５ｍｍ以上である。

Description

本発明は、二次電池に関し、より詳しくは、ベント部材を備えた二次電池に関する。
本出願は、２０２１年４月１５日出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００４９３７８号及び２０２１年１１月４日出願の韓国特許出願第１０－２０２１－０１５０９５１号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
二次電池は、多様な製品への適用が可能であり、高いエネルギー密度などの電気的特性が優秀である。二次電池は、携帯用器機のみならず、電力によって駆動される電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）にも使用される。二次電池は、化石燃料の使用を大幅減らすことができ、エネルギー消費過程で副産物が発生しないという点で環境に優しく、エネルギー効率の向上のための新しいエネルギー源として注目されている。
現在、広く使用される二次電池としては、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッカド電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。
二次電池は、通常、正極／分離膜／負極の構造を有する少なくとも一つの単位セルを含む電極組立体が、外層、金属バリアー層、シーラント層が順次に積層されたラミネートシートのケースに収納され、前記シーラント層のシーラント樹脂を溶着して電極組立体が密封された構造を有する。
従来の二次電池においては、二次電池の内部短絡、過充電または過放電、温度調節などの多様な原因によって電池が発火し得る。この際、二次電池の内部温度が急上昇すると共に隣接するセルヘ熱が伝達される熱暴走現象（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）が発生して火事がさらに大きくなり得る。
熱暴走現象の発生時、即ち、二次電池の内部温度が上昇すると、ガスによる電極の損傷を最小化するために、ガスを一方向へ排出するディレクショナルベンティング（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｖｅｎｔｉｎｇ）特性が求められる。しかし、従来の二次電池は、特定の方向へのガス排出を誘導しにくいという問題点がある。
そこで、本発明は、特定の方向へガス排出を誘導することで安全性が向上した二次電池を提供することを目的とする。
本発明が解決しようとする課題は、特定の方向へガスの排出を誘導することで安全性が向上した二次電池を提供することである。
上記の課題を解決するために、本発明の一面によれば、下記の具現例による二次電池が提供される。
第１具現例は、
電極組立体と、
前記電極組立体に取り付けられた電極リードと、
内部に前記電極組立体を収納するケースと、
前記電極リードの外面の一部を囲むように形成され、前記電極リードと前記ケースとの間に介在されるリードフィルムと、
前記ケースの少なくとも一部に形成されたベント領域と、
前記ベント領域に挿入され、４以下の多分散指数（Ｐｏｌｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ；ＰＤＩ）を有する線状低密度ポリエチレンを含むベント部材と、を含み、
前記ベント部材は、１００℃以上における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり、常温～６０℃における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であることを特徴とする二次電池に関する。
第２具現例は、第１具現例において、
前記ベント部材は、１００℃以上における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。
第３具現例は、第１具現例または第２具現例において、
前記ベント部材は、常温～６０℃における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であり得る。
第４具現例は、第１具現例から第３具現例のいずれか一具現例において、
前記ケースは前記電極組立体を密封するために形成されたシーリング部を備え、前記シーリング部はシーラント樹脂を含み、前記線状低密度ポリエチレンは前記シーラント樹脂よりも低い融点を有し得る。
第５具現例は、第１具現例から第４具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント部材が、１００℃～１２０℃で溶融してガスをベントし得る。
第６具現例は、第５具現例において、
前記ベント部材が１．５ａｔｍ以上の圧力でベントされ得る。
第７具現例は、第１具現例から第６具現例のいずれか一具現例において、
前記線状低密度ポリエチレンが、メタロセン触媒の存在下で重合されたものであり得る。
第８具現例は、第４具現例から第７具現例のいずれか一具現例において、
前記シーラント樹脂の結晶化温度と前記線状低密度ポリエチレンの結晶化温度の差が、１０℃以下であり得る。
第９具現例は、第８具現例において、
前記線状低密度ポリエチレンの結晶化温度が９０℃～１１５℃であり得る。
第１０具現例は、第１具現例から第９具現例のいずれか一具現例において、
前記線状低密度ポリエチレンが、１００℃～１３０℃の融点を有し得る。
第１１具現例は、第１具現例から第１０具現例のいずれか一具現例において、
前記線状低密度ポリエチレンの重量平均分子量が１０万ｇ／ｍｏｌ～４０万ｇ／ｍｏｌであり得る。
第１２具現例は、第１具現例から第１１具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント領域が前記シーリング部に位置し得る。
第１３具現例は、第１２具現例において、
前記ベント領域は前記ケースのコーナー側のシーリング部に位置し得る。
第１４具現例は、第１具現例から第１３具現例のいずれか一具現例において、
前記二次電池はパウチ型二次電池であり得る。
第１５具現例は、第１具現例から第１４具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント部材は、１００℃～１２０℃における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。
第１６具現例は、第１具現例から第１５具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント部材は１００℃～１２０℃における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。
第１７具現例は、第１具現例から第１６具現例のいずれか一具現例において、
前記線状低密度ポリエチレンが１～４の多分散指数（ＰＤＩ）を有し得る。
第１８具現例は、第１具現例から第１７具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント部材は、１２０℃以上における最大シーリング強度が３ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。
第１９具現例は、第１具現例から第１８具現例のいずれか一具現例において、
前記ベント部材は、１２０℃以上における平均シーリング強度が２ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。
本発明の一実施様態による二次電池は、１００℃以上における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり、常温～６０℃における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であるベント部材を備えているので、常温～６０℃で電池の密封性が確保可能であり、１００℃以上では、ベント領域へのガス排出を誘導することができる。これによって、電池の安全性が向上する。
本発明の一実施様態による二次電池は、多分散指数（ＰＤＩ）が４以下である線状低密度ポリエチレンを含むベント部材を備えているので、電池の正常動作温度で電池の密封性を確保することができる。
本明細書に添付されている図面は、本発明の望ましい実施例を例示するためのものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割を有しており、本発明は図面に記載された事項のみに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施様態による二次電池の分解斜視図である。 本発明の一実施様態による二次電池を示す平面図である。 本発明の一実施様態による二次電池でベントが発生する状態を示す図である。 本発明のさらに他の実施様態による二次電池を示す平面図である。 本発明のさらに他の実施様態による二次電池を示す平面図である。 本発明のさらに他の実施様態による二次電池を示す平面図である。 本発明のさらに他の実施様態による二次電池を示す平面図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的または辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応じた意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明の最も望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
通常、電池は、１００℃以下、特に、常温～６０℃で正常に作動する。しかし、異常反応が発生すると、電池温度が上昇し得る。電池の温度が上昇すると、電池内部にガスが発生するなどの問題が発生する。特に、電池の温度が１００℃以上になると、電池内部で発生するガスによって電池がより激しく膨張する。
本発明者は、電池の正常動作温度で電池の密封性を確保し、かつ高温でベントの誘導が可能な電池を設計することで本発明を完成した。
本発明の一面による二次電池は、電極リードが取り付けられた電極組立体と、内部に前記電極組立体を収納するケースと、前記電極リードの外面の一部を囲むように形成され、前記電極リードと前記ケースとの間に介在されるリードフィルムと、前記ケースの少なくとも一部に形成されたベント領域と、前記ベント領域に挿入され、４以下の多分散指数（Ｐｏｌｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ；ＰＤＩ）を有する線状低密度ポリエチレンを含むベント部材と、を含む。前記ベント部材は、１００℃以上における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり、常温～６０℃における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ以上である。
図１及び図２は、本発明の一実施様態による二次電池を示す。
二次電池１０は、電極リード１１が取り付けられた電極組立体１２と、ケース１３と、を備える。
前記電極組立体１２は、正極板、負極板及び分離膜を含む。電極組立体１２は、分離膜を挟んで正極板と負極板が順次に積層され得る。
正極板は、導電性に優れた金属薄板、例えば、アルミニウム（Ａｌ）ホイルからなる正極集電体と、その少なくとも一面にコーティングされた正極活物質層と、を含み得る。また、前記正極板は、一側端部に金属材質、例えば、アルミニウム材質からなる正極タブを含み得る。前記正極タブは、正極板の一側端部から突出し得る。前記正極タブは、正極板の一側端部に溶接されるか、または導電性接着剤を用いて接合され得る。
負極板は、導電性金属薄板、例えば、銅（Ｃｕ）ホイルからなる負極集電体と、その少なくとも一面にコーティングされた負極活物質層と、を含み得る。また、前記負極板は、一側端部に、金属材質、例えば、ニッケル（Ｎｉ）材質から形成された負極タブを含み得る。前記負極タブは、負極板の一側端部から突出し得る。前記負極タブは、負極板の一側端部に溶接されるか、または導電性接着剤を用いて接合され得る。
分離膜は、正極板と負極板との間に位置し、正極板と負極板を互いに電気的に絶縁する。前記分離膜は、正極板と負極板との間でリチウムイオンが互いに通過可能な多孔性膜であり得る。前記分離膜は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、またはポリプロピレン（ＰＰ）、またはこれらの複合フィルムを使用した多孔性膜を含み得る。
分離膜の表面には、無機物コーティング層が備えられ得る。無機物コーティング層は、無機物粒子がバインダーによって互いに結合して粒子の間に気孔構造（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ ｖｏｌｕｍｅ；インタースティシャルボリューム）を形成した構造を有し得る。
電極組立体１２は、長いシート状の正極と負極を分離膜が介在された状態で巻き取った構造のゼリーロール（巻取型）電極組立体、所定の大きさの単位で切り取った複数の正極と負極を、分離膜を介在した状態で順次に積層したスタック型（積層型）電極組立体、所定の単位の正極と負極を、分離膜を介在した状態で積層したバイセル（Ｂｉ－ｃｅｌｌ）またはフルセル（Ｆｕｌｌ ｃｅｌｌ）を巻き取った構造のスタック／フォールディング型電極組立体などであり得る。
前記ケース１３は、電極組立体１２を収納する役割を果たす。
本発明の一実施様態において、前記ケース１３は、図１に示したように、電極組立体１２を収納する収納部１３ａと、電極組立体１２を密封するために形成されたシーリング部１３ｂと、を備え得る。
前記シーリング部１３ｂがシーラント樹脂を含み、前記シーラント樹脂が前記収納部１３ａの外周面に沿って溶着して電極組立体１２を密封し得る。
本発明の一実施様態で、前記ケース１３は、外部衝撃から保護するための外層、水分を遮断する金属バリアー層及びケースを密封するシーラント層の多層構造のフィルム形態で設けられ得る。
前記外層は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、共重合ポリエステル、ポリカーボネート、ナイロンなどを用いたポリエステル系フィルムを含むことができ、単層または多層から構成され得る。
前記金属バリアー層は、アルミニウム、銅などを含み得る。
前記シーラント層は、シーラント樹脂を含むことがあり、単一層または多層から構成され得る。
前記シーラント樹脂は、ポリプロピレン（ＰＰ）、酸変性ポリプロピレン（Ａｃｉｄ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ；ＰＰａ）、ランダムポリプロピレン（ｒａｎｄｏｍ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、エチレンプロピレン共重合体、またはこれらの二種以上を含み得る。前記エチレンプロピレン共重合体は、エチレンプロピレンゴム（ｅｔｈｙｌｅｎｅ－ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ）、エチレンプロピレンブロック共重合体などを含み得るが、これらに限定されない。
本発明の一実施様態において、前記ケース１３は、パウチ形態であり得る。
パウチ形態のケース１３は、上部パウチ及び下部パウチを含み得る。ケース１３が上部パウチ及び下部パウチを含む場合、シーラント樹脂が互いに対向するように上部パウチと下部パウチを配置した後、対向するシーラント樹脂が熱と圧力によって相互に溶着することで電池を密封する構造を有し得る。
シーリング部１３ｂの溶着は、熱溶着、超音波による溶着などであり得るが、シーリング部１３ｂが溶着可能であるなら、特に制限されない。
シーリング部１３ｂは、一部の実施様態でケース１３の周縁部において四面シーリングまたは三面シーリングされ得る。三面シーリング構造において、上部パウチ及び下部パウチが一つのパウチシートで形成された後、上部パウチと下部パウチとの境界面を折り曲げて上部パウチ及び下部パウチに形成された収納部１３ａが重ねられるようにした状態で折曲部を除いた残りの三面の周縁がシーリングされる。
前記電極リード１１は、図１に示したように、電極リード１１の一部が前記ケース１３の外部に露出するようにケース１３に収納され得る。
本発明の一実施様態による二次電池１０は、リードフィルム１４を備える。前記リードフィルム１４は、前記電極リード１１の外面の一部を囲み、電極リード１１とケース１３との間に介在される。例えば、リードフィルム１４が、電極リード１１と、電極リード１１がケース１３から突出または延びる部分のケース１３のシーリング部１３ｂとの間に介在されることで、電極リード１１と前記ケース１３との結着を助け得る。
図１及び図２を参照すると、本発明の一実施様態による二次電池１０は、前記ケース１３の少なくとも一部に形成されたベント領域（図示せず）を備え、前記ベント領域にベント部材１５が挿入され得る。熱暴走現象の発生時、前記ベント部材１５は、特定の方向へガスの排出を誘導して電池の安全性を向上させることができる。
前記ベント部材１５とケース１３は、熱溶着によって重ねられ得る。他の例で、前記ベント部材１５とケース１３は、グルーなどの接着剤によって重ねられ得る。さらに他の例で、前記ベント部材１５とケース１３は、クリップなどによって物理的に相互に結合し得る。さらに他の例で、ケース１３を構成するフィルム、例えば、シーラント樹脂内にベント部材１５の少なくとも一部が埋め込まれ得る（ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ）。
前記ベント部材１５は、１００℃以上における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満である。ベント部材１５が前述した温度範囲で前述したシーリング強度を満たす場合、ケース１３のベント部材１５が挿入された部分のシーリング強度が１００℃以上で低くなり、ベント特性を容易に具現し得る。
前記ベント部材１５は、１００℃以上における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ以上である場合、１００℃以上でケース１３のベント部材１５が挿入された部分のシーリング強度が強すぎて高温でベントを誘導しにくい。
ベント部材１５は、常温～６０℃における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ以上である。ベント部材１５が前述した温度範囲で前述したシーリング強度を満たす場合、ベント部材１５が挿入されているとしても、ケース１３のベント部材１５が挿入された部分が常温～６０℃で優秀なシーリング強度を有することができ、電池の密封性を容易に確保することができる。
前記ベント部材１５は、常温～６０℃における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満である場合、ケース１３のベント部材１５が挿入された部分が常温～６０℃で電池の密封性を確保しにくい。
本発明の一実施様態において、前記ベント部材１５の１００℃以上における最大シーリング強度は５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。本発明の一実施様態において、前記ベント部材１５は、１００℃～１２０℃における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。本発明の一実施様態において、前記ベント部材１５は、１２０℃以上における最大シーリング強度が３ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または２ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または１ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または０．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満あり得る。前記ベント部材１５が前述した温度範囲で前述したシーリング強度を満たす場合、１００℃以上でケース１３のベント部材１５が挿入された部分のシーリング強度が低下し、より容易にベント特性が具現可能である。
本発明の一実施様態において、前記ベント部材１５は、常温～６０℃における最大シーリング強度が８ｋｇｆ／１５ｍｍ以上、または１０ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であり得る。前記ベント部材１５が前述した温度範囲で前述したシーリング強度を満たす場合、ベント部材１５が挿入されているとしても、ケース１３のベント部材１５が挿入された部分が常温～６０℃で優秀なシーリング強度を有することができ、より容易に電池の密封性が確保可能である。
本発明の一実施様態で、前記ベント部材１５は、１００℃以上における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または３ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。本発明の一実施様態で、前記ベント部材１５は、１００℃～１２０℃における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または３ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。本発明の一実施様態で、前記ベント部材１５は、１２０℃以上における平均シーリング強度が２ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または１ｋｇｆ／１５ｍｍ未満、または０．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり得る。前記ベント部材１５が前述した温度範囲で前述したシーリング強度を満たす場合、１００℃以上でケース１３のベント部材１５が挿入された部分のシーリング強度が低下するようになり、より容易にベント特性が具現可能である。
本発明の一実施様態で、前記ベント部材１５は、常温～６０℃における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ以上、または５ｋｇｆ／１５ｍｍ以上、または６ｋｇｆ／１５ｍｍ以上、または７ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であり得る。前記ベント部材１５が前述した温度範囲で前述したシーリング強度を満たす場合、ベント部材１５が挿入されているとしても、ケース１３のベント部材１５が挿入された部分が常温～６０℃で優秀なシーリング強度を有することができ、より容易に電池の密封性が確保可能になり得る。
本発明の一実施様態で、前記ベント部材１５は、１００℃以上における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり、常温～６０℃における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であり得る。前記ベント部材１５が前述した温度範囲で前述したシーリング強度を有する場合、１００℃以上でケース１３のベント部材１５が挿入された部分のシーリング強度が低下するようになり、より容易にベント特性が具現できる。また、ケース１３は電池の正常作動時に優秀なシーリング強度を有することができ、電池の密封性をより容易に確保できる。
温度によるベント部材１５のシーリング強度は、ベント部材１５が挿入されたケース１３の一部を幅１５ｍｍ、長さ５ｃｍに裁断した後、両端を１８０゜に開けてＵＴＭジグに介在した後、５ｍｍ／分の速度で引張テストを行って測定し得る。
この際、最大シーリング強度は、ケース１３が破断するときの最大値を意味し、平均シーリング強度は、最大シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ以上である場合には４．５ｋｇｆ／１５ｍｍでケース１３が８ｍｍ延伸したときの平均値を意味し、最大シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満である場合には、最大シーリング強度でケース１３が８ｍｍ延伸したときの平均値を意味する。
図３は、本発明の一実施様態による二次電池でベントが発生する状態を示した図である。具体的には、図３は、本発明の一実施様態による二次電池におけるベント部材を示した断面図である。
図３を参照すると、電池が正常に作動する温度、例えば、常温～６０℃で、ベント部材が優秀なシーリング強度を有することで、ベント部材が挿入されたベント領域がケースを外部から密封する役割を果たす。電池の異常作動によって電池の温度が過度に上昇すると、例えば、電池の温度が１００℃以上になる場合、ベント部材のシーリング強度が低下し、ベント部材が挿入された部分のシーリング強度が低下して、当該部分からガスが排出され得る。例えば、電池の内部ガスの圧力がベント部材と電池ケースとの界面に加えられることによって、ベント部材とケースとの間に隙間が形成されることによってそこからガスが排出され得る。
本発明の一実施様態において、前記ベント部材１５は、１００℃～１２０℃でベントされることで、収納部から電池の外部へガスを排出または排気し得る。特に、前記ベント部材１５は、１００℃～１２０℃で１．５ａｔｍ以上の圧力でベントされ得る。前記ベント部材１５が前述した温度範囲及び／または前述した圧力条件でベントされることによって、電池が正常に作動するときには電池の密封が可能でありながら、電池の異常作動時のみにガス排出を誘導することがより容易になり得る。
前記ベント部材１５は、４以下の多分散指数（Ｐｏｌｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ；ＰＤＩ）を有する線状低密度ポリエチレンを含む。前記線状低密度ポリエチレンの多分散指数が前述した範囲を満たす場合、分子量の分布が狭くなり、電池の正常作動時、例えば、常温～６０℃でシーリング強度及び物性が優秀になり得る。
本発明の一実施様態において、前記線状低密度ポリエチレンの多分散指数（ＰＤＩ）が３．８以下、または３．７９６以下、または３．５以下、または３．０２３以下、または３以下、または２．７以下、または２．６７４以下であり得る。また、多分散指数（ＰＤＩ）が１．０以上であり得る。前記線状低密度ポリエチレンの多分散指数が前述した範囲を満たす場合、分子量分布が狭くなり、電池の正常作動時にシーリング強度及び物性がさらに優秀になり得る。
本発明の一実施様態で、前記線状低密度ポリエチレンの重量平均分子量が１０万ｇ／ｍｏｌ～４０万ｇ／ｍｏｌ、または２０万ｇ／ｍｏｌ～３５万ｇ／ｍｏｌ、または２３万ｇ／ｍｏｌ～３０万ｇ／ｍｏｌであり得る。前記線状低密度ポリエチレンの重量平均分子量が前述した範囲を満たす場合、電池の正常作動時にシーリング強度がさらに向上し得る。例えば、ベント部材が常温～６０℃で６ｋｇｆ／１５ｍｍ以上の最大シーリング強度を有することがより容易になり得る。
前記線状低密度ポリエチレンの重量平均分子量及び多分散指数は、ゲル透過クロマトグラフィー（ｇｅｌ ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ；ＧＰＣ）によって下記の条件で測定したものであり得る。
－カラム：Ｔｏｓｏｈ社 ＨＬＣ－８３２１ ＧＰＣ／ＨＴ
－溶媒：トリクロロベンゼン（ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｂｅｎｚｅｎｅ；ＴＣＢ）＋０．０４％ＢＨＴ（ａｆｔｅｒ ｄｒｙｉｎｇ ｗｉｔｈ ０．１％ ＣａＣｌ２）
－流速：１．０ｍｌ／分
－試料濃度：１．５ｍｇ／ｍｌ
－注入量：３００μｌ
－カラム温度：１６０℃
－Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＲＩ ｄｅｔｅｃｔｏｒ
－Ｓｔａｎｄａｒｄ：ポリスチレン（三次関数に補正）
本発明の一実施様態において、前記線状低密度ポリエチレンは、前記シーラント樹脂よりも融点が低いことがある。前記線状低密度ポリエチレンがシーラント樹脂よりも融点が低い場合、高温でベント部材がシーラント樹脂よりも速く溶融し得る。これによって、高温では、ベント部材１５が挿入された部分のシーリング強度が、シーラント樹脂を含むケース部分のシーリング強度よりも低下することで、より容易にベント特性が具現され得る。
本発明の一実施様態において、前記線状低密度ポリエチレンが１００℃～１３０℃、または１０５℃～１２５℃、または１１０℃～１２０℃の融点を有し得る。前記線状低密度ポリエチレンの融点が前述した範囲を満たす場合、高温、例えば、１００℃以上でベント部材１５が挿入されたケース１３のシーリング強度が低下することによって、より容易にベント特性が具現され得る。また、ベント部材が、１００℃以上における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満となり、常温～６０℃における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ以上となることがより容易に具現され得る。
前記線状低密度ポリエチレンの融点は、示差走査熱量計（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ；ＤＳＣ）を用いて測定し得る。例えば、試料の温度を３０℃から１０℃／分で２８０℃まで増加させた後、２８０℃で１０分間維持し、１０℃／分で３０℃まで冷却した後、３０℃で１０分間維持し得る。その後、試料の温度を３０℃から１０℃／分で２８０℃まで増加させた後、温度を２８０℃で１０分間維持して融点を測定し得る。
本発明の一実施様態において、前記線状低密度ポリエチレンはメタロセン触媒の存在下で重合されたものであり得る。前記線状低密度ポリエチレンがメタロセン触媒の存在下で重合されたものである場合、チーグラー・ナッタ触媒の存在下で重合された場合よりもシーリング強度及び物性の面でより有利になり得る。例えば、線状低密度ポリエチレンを含むベント部材が、１００℃以上における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満となり、常温～６０℃における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ以上となることがより容易に具現され得る。
本発明の一実施様態において、前記シーラント樹脂の結晶化温度と前記線状低密度ポリエチレンの結晶化温度が類似であり得る。例えば、前記シーラント樹脂の結晶化温度と前記線状低密度ポリエチレンの結晶化温度との差が、１０℃以下、または５℃以下あり得る。また、前記シーラント樹脂の結晶化温度と前記線状低密度ポリエチレンの結晶化温度との差が０．１℃以上であり得る。前記シーラント樹脂の結晶化温度と前記線状低密度ポリエチレンの結晶化温度との差が前述した範囲を満たす場合、前記シーラント樹脂と線状低密度ポリエチレンの電池の正常作動時における溶着特性がより優秀になり得る。例えば、前記線状低密度ポリエチレンを含むベント部材が常温～６０℃で６ｋｇｆ／１５ｍｍ以上の最大シーリング強度を有することがより容易に具現し得る。
本発明の一実施様態において、前記線状低密度ポリエチレンの結晶化温度が、９０℃～１１５℃、または９５℃～１１０℃、または１００℃～１１０℃、または１０５℃～１１０℃であり得る。前記線状低密度ポリエチレンの結晶化温度が前述した範囲を満たす場合、前記シーラント樹脂と前記線状低密度ポリエチレンの溶着特性がより優秀になり得る。
本発明の一実施様態において、前記シーラント樹脂の結晶化温度と前記線状低密度ポリエチレンの結晶化温度との差が１０℃以下であり、前記線状低密度ポリエチレンの結晶化温度が９０℃～１１５℃であり得る。
前記結晶化温度は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定可能である。例えば、試料の温度を３０℃から１０℃／分で２８０℃まで増加させた後、２８０℃で１０分間維持し、１０℃／分で３０℃まで冷却した後、３０℃で１０分間維持し得る。その後、試料の温度を３０℃から１０℃／分で２８０℃まで増加させた後、温度を２８０℃で１０分間維持することで、結晶化温度を測定し得る。
本発明の一実施様態において、前記ベント部材１５は、ガスがベント領域に向かうように多様な形状を有し得る。例えば、ベント部材１５がフィルム形状を有し得る。
前記ベント部材１５は、予め設定された大きさの所定の厚さを有するように形成され得る。
本発明の一実施様態において、図１及び図２に示したように、ベント部材１５がシーリング部に位置し得る。
図２を参照すると、ベント部材１５は、ケースのコーナー側のシーリング部に位置し得る。例えば、ベント部材１５は、電極リード１１が外部に露出されるシーリング部のコーナー側に位置し得る。具体的には、ベント部材１５は、電極リード１１同士の間の領域を除いて、電極リード１１の隣のシーリング部に位置し得る。ベント部材１５が、電極リード１１が外部に露出されるシーリング部のコーナー側に位置する場合、電極リード１１に向かってベントされるガスの量を最小化することができ、電池の安全性をさらに向上させることができる。
本発明の一実施様態において、シーリング部１３ｂが三面で密封される場合、ケースの折り曲げられた側面とベント部材１５の一端が密着し得る。
また、ベント部材１５は、設計によって、挿入長を相違させるか、またはベンティング圧力及び位置を制御可能にケース１３に挿入され得る。ここで、ベント部材の挿入長とは、電極リードの突出方向を基準にしてベント部材の一端と他端との距離の最大値を意味する。
例えば、図４に示したように、ベント部材１５の挿入長は、シーリング部１３ｂの幅よりも小さいことがある。例えば、ベント部材１５の挿入長は、シーリング部１３ｂの幅の約５０％未満であり得る。ここで、シーリング部１３ｂの幅とは、電極リード１１の突出方向を基準にしてシーリング部１３ｂの一端と他端との距離の最大値を意味する。
または、図５に示したように、ベント部材１５の挿入長は、シーリング部１３ｂの幅よりも大きくなり得る。例えば、ベント部材１５は、収納部１３ａを経てケース１３の外部に露出するように挿入され得る。
本発明の一実施様態において、ベント部材１５は、より円滑な配置のために接着層をさらに含み得る。
図６は、本発明のさらに他の実施様態による二次電池を示す平面図である。
図６を参照すると、ベント部材１５は、電極リード１１が外部に露出するシーリング部を除いたシーリング部に位置し得る。
図７は、本発明のさらに他の実施様態による二次電池を示す平面図である。
図７を参照すると、ベント部材１５は、電極リード１１が外部に露出されるシーリング部に位置し得る。例えば、ベント部材１５は、電極リード１１と電極リード１１との間のシーリング部に位置し得る。
本発明の一実施様態による二次電池は、多分散指数（ＰＤＩ）が４以下である線状低密度ポリエチレンを含むベント部材を含み、ベント部材の最大シーリング強度が１００℃以上で６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり、常温～６０℃で最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であることから、高温でシーリング強度を低下させて特定の方向へガスを排出できるディレクショナルベンティングをより円滑かつ迅速に具現可能であるので、熱暴走現象の発生時、即ち、二次電池の内部温度が上昇する場合、ガスによる電極の損傷を最小化することができる。
本発明の一実施様態において、前記二次電池は、円筒型、角形またはパウチ型二次電池であり得る。その中でも、前記二次電池はパウチ型二次電池であり得る。
以下、本発明を具体的な実施例を挙げて説明する。しかし、本発明による実施例は多様な他の形態に変形可能であり、本発明の範囲が下記の実施例に限定されると解釈されてはならない。本発明の実施例は当業界で平均的な知識を持つ者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
実施例１
ポリエチレンテレフタレート／アルミニウムホイル／ポリプロピレン樹脂の順に積層された上部パウチ及び下部パウチを、ポリプロピレン樹脂が互いに対向するように配置した後、正極／分離膜／負極の順に積層された電極組立体を収納した。
その後、前記ポリプロピレン樹脂の間にメタロセン触媒の存在下で重合された炭素数６のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレン（ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌｅ社，ＥｘｃｅｅｄＴＭ，１０１８）を含むベント部材を挿入した後、熱溶着して二次電池を製造した。
実施例２
メタロセン触媒の存在下で重合された炭素数６のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレン（ＬＧ化学，ＬｕｃｅｎｅＴＭ，ＳＰ３１１）を含むベント部材をポリプロピレン樹脂の間に挿入したことを除いては、実施例１と同様の方法で二次電池を製造した。
実施例３
メタロセン触媒の存在下で重合された炭素数８のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレン（Ｄｏｗ，ＥｌｉｔｅＴＭ，５４０１ＧＴ）を含むベント部材をポリプロピレン樹脂の間に挿入したことを除いては、実施例１と同様の方法で二次電池を製造した。
比較例１
ポリエチレンテレフタレート／アルミニウムホイル／ポリプロピレン樹脂の順に積層された上部パウチ及び下部パウチをポリプロピレン樹脂が互いに対向するように配置した後、正極／分離膜／負極の順に積層された電極組立体を収納した。
その後、前記ポリプロピレン樹脂を熱溶着して二次電池を製造した。
比較例２
チーグラー・ナッタ触媒の存在下で重合された炭素数４のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレンを含むベント部材をポリプロピレン樹脂の間に挿入したことを除いては、実施例１と同様の方法で二次電池を製造した。
比較例３
高密度ポリエチレン（ＳＡＢＩＣ（登録商標）、ＨＤＰＥ Ｆ０４６６０）を含むベント部材をポリプロピレン樹脂の間に挿入したことを除いては、実施例１と同様の方法で二次電池を製造した。
比較例４
チーグラー・ナッタ触媒の存在下で重合された炭素数６のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレン（ＤｏｗｌｅｘＴＭ ２６４５Ｇ）を含むベント部材をポリプロピレン樹脂の間に挿入したことを除いては、実施例１と同様の方法で二次電池を製造した。
比較例５
チーグラー・ナッタ触媒の存在下で重合された炭素数８のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレン（ＤｏｗｌｅｘＴＭ ２０４５Ｇ）を含むベント部材をポリプロピレン樹脂の間に挿入したことを除いては、実施例１と同様の方法で二次電池を製造した。
比較例６
メタロセン触媒の存在下で重合された炭素数８のコモノマーを有する線状低密度ポリエチレン（ＬＧ化学，ＬｕｃｅｎｅＴＭ，ＬＦ１００）を含むベント部材をポリプロピレン樹脂の間に挿入したことを除いては、実施例１と同様の方法で二次電池を製造した。
評価例１：ベント部材に使用された樹脂の物性評価
実施例１～３及び比較例２、４～６のベント部材に使用された樹脂（本明細書で「ベント樹脂」ともいう。）と比較例１で使用されたシーラント樹脂の融点、コモノマーの含量、重量平均分子量、多分散指数及び結晶化温度を測定して下記表１に示した。
（１）融点及び結晶化温度の測定
比較例１で使用されたシーラント樹脂と、実施例１～３及び比較例２、４～６のベント部材に使用されたベント樹脂の融点及び結晶化温度を下記のような方法で測定した。
示差走査熱量計（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ；ＤＳＣ）を用いて試料の温度を３０℃から１０℃／分で２８０℃まで増加させた後、２８０℃で１０分間維持し、１０℃／分で３０℃まで冷却した後、３０℃で１０分間維持した。その後、試料の温度を３０℃から１０℃／分で２８０℃まで増加させた後、２８０℃で１０分間維持して融点及び結晶化温度を測定した。
（２）コモノマーの含量測定
比較例１で使用されたシーラント樹脂と、実施例１～３及び比較例２、４～６のベント部材に使用されたベント樹脂のコモノマー含量をＨ－ＮＭＲを用いて測定した。
試料約１０ｍｇを約０．６ｍＬのトリクロロエチレン溶媒にヒーターガン（ｈｅａｔ ｇｕｎ）を使用して完全に溶解した後、ＮＭＲチューブにサンプリングし、Ｈ－ＮＭＲを用いて測定した。
（３）重量平均分子量及び多分散指数の測定
比較例１で使用されたシーラント樹脂と、実施例１～３及び比較例２、４～６のベント部材に使用されたベント樹脂の重量平均分子量及び多分散指数をゲル透過クロマトグラフィー（ｇｅｌ ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ；ＧＰＣ）によって下記の条件で測定した。
－カラム：Ｔｏｓｏｈ社 ＨＬＣ－８３２１ ＧＰＣ／ＨＴ
－溶媒：トリクロロベンゼン（ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｂｅｎｚｅｎｅ；ＴＣＢ）＋０．０４％ＢＨＴ（ａｆｔｅｒ ｄｒｙｉｎｇ ｗｉｔｈ ０．１％ ＣａＣｌ２）
－流速：１．０ｍｌ／分
－試料濃度：１．５ｍｇ／ｍｌ
－注入量：３００μｌ
－カラム温度：１６０℃
－Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＲＩ ｄｅｔｅｃｔｏｒ
－Ｓｔａｎｄａｒｄ：ポリスチレン（三次関数に補正）
評価例２：温度によるシーリング強度測定
実施例１～３及び比較例２～６で製造した二次電池において、ベント部材が挿入されたケース部分を幅１５ｍｍ、長さ５ｃｍに裁断し、両端を１８０゜に開けてＵＴＭジグに介在した後、下記の温度で５ｍｍ／分の速度で引張テストを行った。この際のケースのシーリング強度を下記の表２に示した。
比較例１で製造した二次電池において、シーリング部のケースを幅１５ｍｍ、長さ５ｃｍに裁断し、両端を１８０゜に開けてＵＴＭジグに介在した後、下記の温度で５ｍｍ／分の速度で引張テストを行った。この際のケースのシーリング強度を下記の表２に示した。
この際、最大シーリング強度は、ケースが破断するときの最大値を意味し、平均シーリング強度は、最大シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ以上である場合には４．５ｋｇｆ／１５ｍｍでケースが８ｍｍ延伸したときの平均値を意味し、最大強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満である場合には、最大シーリング強度でケースが８ｍｍ延伸したときの平均値を意味する。
上記表２から分かるように、実施例１～３で製造した二次電池は、ベント部材が挿入されたケース部分の常温～６０℃における最大シーリング強度が６．０ｋｇｆ／１５ｍｍ以上、平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であり、１００℃以上では、最大シーリング強度が６．０ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり、平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であることを確認することができた。これによって、実施例１～３で製造したベント部材を備えた二次電池は、電池が正常に作動する常温～６０℃では、適切なシーリング強度が確保可能であると共に、異常現象によって電池が１００℃以上の高温になる場合には、シーリング強度が弱くなったベント部材からガスを排出できる。
一方、比較例１で製造した二次電池は、常温～６０℃におけるケースの最大シーリング強度が６．０ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であり、平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であるが、１００℃以上においても最大シーリング強度が６．０ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であり、平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であることを確認することができた。これによって、比較例１で製造した二次電池は、電池が正常に作動する常温～６０℃では適切なシーリング強度が確保できるが、異常現象によって電池が１００℃以上の高温になる場合には、ガスが不特定な方向へ排出され、連鎖発火が起こり得る。
比較例２～６で製造した二次電池は、ベント部材が挿入されたケース部分の常温～６０℃における最大シーリング強度が６．０ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり、平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり、１００℃以上ではシーリング強度が低すぎて測定が不可能であった。このことから、比較例２～６で製造した二次電池は、正常に作動する常温～６０℃で適切なシーリング強度が確保できないことを確認することができた。
１０ 二次電池
１１ 電極リード
１２ 電極組立体
１３ ケース
１３ａ 収納部
１３ｂ シーリング部
１４ リードフィルム
１５ ベント部材

Claims (20)

  1. 電極組立体と、
    前記電極組立体に取り付けられた電極リードと、
    内部に前記電極組立体を収納するケースと、
    前記ケースの少なくとも一部に形成されたベント領域と、
    前記ベント領域に挿入され、４以下の多分散指数（Ｐｏｌｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ；ＰＤＩ）を有する線状低密度ポリエチレンを含むベント部材と、を含み、
    前記ベント部材は、１００℃以上における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であり、常温～６０℃における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であることを特徴とする、二次電池。
  2. 前記ベント部材は、１００℃以上における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  3. 前記ベント部材は、常温～６０℃における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１または２に記載の二次電池。
  4. 前記ケースが、前記電極組立体を密封するために形成されたシーリング部を備え、
    前記シーリング部が、シーラント樹脂を含み、
    前記線状低密度ポリエチレンが、前記シーラント樹脂よりも融点が低いことを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  5. 前記ベント部材が、１００℃～１２０℃で溶融してガスをベントすることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  6. 前記ベント部材が、１．５ａｔｍ以上の圧力でベントされることを特徴とする、請求項５に記載の二次電池。
  7. 前記線状低密度ポリエチレンが、メタロセン触媒の存在下で重合されたことを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  8. 前記シーラント樹脂の結晶化温度と前記線状低密度ポリエチレンの結晶化温度の差が、１０℃以下であることを特徴とする、請求項４に記載の二次電池。
  9. 前記線状低密度ポリエチレンの結晶化温度が、９０℃～１１５℃であることを特徴とする、請求項８に記載の二次電池。
  10. 前記線状低密度ポリエチレンが、１００℃～１３０℃の融点を有することを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  11. 前記線状低密度ポリエチレンの重量平均分子量が、１０万ｇ／ｍｏｌ～４０万ｇ／ｍｏｌであることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  12. 前記ベント領域が、前記シーリング部に位置することを特徴とする、請求項４に記載の二次電池。
  13. 前記ベント領域が、前記ケースのコーナー側のシーリング部に位置することを特徴とする、請求項１２に記載の二次電池。
  14. 前記二次電池が、パウチ型二次電池であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  15. 前記ベント部材は、１００℃～１２０℃における最大シーリング強度が６ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  16. 前記ベント部材は、１００℃～１２０℃における平均シーリング強度が４．５ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  17. 前記線状低密度ポリエチレンが、１～４の多分散指数（ＰＤＩ）を有することを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  18. 前記ベント部材は、１２０℃以上における最大シーリング強度が３ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  19. 前記ベント部材は、１２０℃以上における平均シーリング強度が２ｋｇｆ／１５ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  20. 前記電極リードの外面の一部を囲むように形成され、前記電極リードと前記ケースとの間に介在されるリードフィルムをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
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