KR100305101B1 - 방폭형이차전지 - Google Patents

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Abstract

대용량의 2 차 전지의 이상발열, 발화를 방지한다.
양전극 (1) 과, 음전극 (2) 과, 세퍼레이터 (3) 를 기본구조로 갖는다. 양전극 (1) 및 음전극 (2) 은, 각각 금속호일 (4a,4b) 에 활성물질 (5a,5b) 을 도포한 것이며, 활성물질이 도포되어 있지 않은 부분 (6a,6b) 에는 전극단자에 접속하는 탭 (tab;7a,7b) 이 부착되어 있다. 본 발명에 있어서는, 양전극 (1) 의 활성물질이 도포되어 있지 않은 부분 (6a) 및 탭 (7a) 의 표면을 덮도록 오버코팅 (12) 을 도포한 것이며, 양전극 (1) 의 탭 (7a) 을 내주에, 음전극 (2) 의 탭 (7) 을 최외주에 위치시키도록, 양전극 (1) 과 음전극 (2) 을 조합하여, 세퍼레이터 (3) 를 사이에 끼워 나선구조체 (10) 로 조립된다. 활성물질이 도포되어 있지 않은 부분 (6a) 의 고열은 오버코팅 (12) 에 의해 차단되어 셧다운 이전에 세퍼레이터가 용융되지 않는다.

Description

방폭형이차전지 {EXPLOSION-PROOF SECONDARY BATTERY}
본 발명은 재충전할 수 있는 이차전지, 특히 이상발열로 인한 발화를 방지할 수 있는 이차전지의 방폭구조에 관한 것이다.
최근 노트 퍼스널 컴퓨터, 휴대전화, 캠코더 등 휴대기기가 현저하게 고성능화되어 기기에 소비되는 전력은 해마다 증가하고 있다. 그래서 이들 기기의 동력원으로서의 충전식전지에는 보다 장시간 사용할 수 있는 것 등, 요구되는 성능이 빠르게 향상되고 있다. 종래 이와 같은 휴대기기 분야의 전원에는 오로지 니켈카드뮴 전지가 사용되어 왔다. 그러나, 니켈카드뮴 전지는 에너지 밀도가 작기 때문에 최근에는 이에 대신하는 충전식전지로서 니켈수소전지나 리튬전지가 개발되어 이들 전지가 실제 사용되기 시작했다.
리튬전지는 니켈카드뮴전지의 2 내지 3 배의 에너지밀도를 갖는다. 음전극에 탄소재료를 사용한 리튬이차전지는 금속상태로 존재하지 않고 항상 이온상태에서 충방전반응을 일으키기 때문에 리튬이온이차전지라 하고, 종래 금속리튬이차전지에서 우려되었던 리튬의 덴드라이트성장에 따는 단락문제를 해결하면서 고용량, 고전압, 고에너지밀도의 실현을 가능하게 하고 있다.
그러나, 이들 리튬이온이차전지는 통상의 사용존건내에서는 충분한 안정성을 유지하지만, 과충전이나 단락시 등의 이상시에는 발연·발화의 위험이 있기 때문에 여러가지 안전장치를 탑재함으로써 안정성을 확보하고 있다.
안정성을 확보하는 방법에는 여러가지 방법이 있고, 또한 몇가지의 방법을 조합하는 경우도 많다. 안정성을 확보하는 방법으로는 예컨대 다음과 같은 방법이 제안되어 있다. 즉,
·세퍼레이터에 퓨즈기능을 갖게 함
·PTC 소자를 장착
·과충전시에 발생하는 내압상승을 이용한 전류차단장치를 장착
·전지 팩에 보호회로를 장착
·충전기에 보호회로를 장착
그러나, 상기 방법 중 세페레이터에 퓨즈기능을 갖게 하는 방법 이외에는 전지나 전지 팩 내부에 활성물질 이외의 것을 장착하거나 여분의 회로를 장착해야 하기 때문에 전지의 에너지밀도적으로도 불리할뿐 아니라 비용도 증가하는 결점이 있다.
이와 같이 세퍼레이터에 퓨즈기능을 갖게 하는 방법은 전지내부에 본래 존재하는 세퍼레이터의 개량만으로 족하므로 에너지밀도를 낮추는 악영향이 없고 특히 휴대기기에 사용되는 소용량의 리튬이온전지에 대해서는 매우 유효한 방법이다. 세퍼레이터의 퓨즈기능은 양전극과 음전극 사이에 단락 등의 이상시에 큰 단락전류가 흘러 전지의 내부온도가 상승하였을 때에 세퍼레이터를 연화 ·용융하여 그 공부(孔部) 를 폐색함으로써 이온의 투과성을 감속시켜 단락전류를 감소시킴으로써 일정온도 이상으로는 달하지 않도록 (이것을 셧 다운이라 함) 하여 안정성을 확보하는 것이다.
그러나, 최근 리튬이온이차전지는 전동공구, 전기자동차 및 로드 레벨링용 등 대전류를 사용하는 용도에도 그 응용이 기대되고 있고, 따라서 전지용량의 증대화가 진행되고 용량의 증가와 함께 위험성이 증대되어 종래와 같은 방법으로는 해결하기 어려운 상황이 되고 있다.
전지가 대용량화됨에 따라 발열량, 발열속도가 함께 커지고, 세퍼레이터가 퓨즈효과를 발휘하여 발열을 억제하는 것 보다 빨리 전지의 온도가 상승하기 때문에 세퍼레이터가 완전하게 용융되어 세퍼레이터의 용융부분에서 양전극과 음전극 사이의 쇼트가 발생하는 문제가 표면화되고 있다.
이와 같이 이차전지가 대용량화되고, 충전되는 에너지가 커짐으로 인해, 종래에는 전지의 용량이 작아 충전되는 에너지의 절대치가 작았으므로 문제가 되지 않았던 세퍼레이터의 안전성의 문제가 크게 크로즈 업되고 있다.
본 발명의 목적은 대용량의 이차전지라도 그 안정성을 충분하게 확보할 수 있는 이차전지, 특히 그 전극구조에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명의 기본적 구성을 나타내는 도면.
도 2 는 본 발명의 1 실시형태를 나타내는 도면.
도 3 은 (a) 는, 본 발명에 의한 2 차 전지의 나선구조체의 일례를 나타내는 도면, (b) 는 요부확대도.
도 4 는 (a) 는, 양전극의 측면형상을 나타내는 도면, (b) 는, 양전극의 평면형상을 나타내는 도면, (c) 는, 음전극의 측면형상을 나타내는 도면, (d) 는, 음전극의 평면형상을 나타내는 도면.
도 5 는 비교예의 과충전시험결과를 나타내는 그래프.
도 6 은 실시예의 과충전시험결과를 나타내는 그래프.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 양전극
2 : 음전극
3 : 세퍼레이터
4a,4b : 금속호일
5a,5b : 활성물질
6a,6b : 활성물질이 도포되어있지 않은 부분
7a,7b : 탭
8 : 양극단자
9 : 음극단자
10 : 나선구조체
11 : 케이스
12 : 오버코팅
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 이차전지에서는, 오버 코팅을 갖고, 양전극과, 음전극과, 세퍼레이터를 기본구성으로 하는 방폭형 이차전지로서,
양전극 및 음전극은 금속호일에 활성물질이 도포된 것으로서, 세퍼레이터를 통해 겹쳐지고,
금속호일은 전극단자 부착용 금속제 탭을 가지고,
탭은 활성물질이 도포되지 않은 금속호일의 금속노출면에 장착된 것이고,
세퍼레이터는 양전극과 음전극 사이의 통전의 퓨즈기능을 갖는 것이며,
오버코팅은 적어도 양전극의 금속호일에 형성된 피복이고, 탭 및 활성물질이 도포되지 않은 금속면을 덮어 양전극의 이상발열에 의한 세퍼레이터의 용융을 방지한다.
또한, 양전극과 음전극은 세퍼레이터를 사이에 두고 다중으로 감긴 나선 구조체이고, 양전극의 탭은 최내주(最內周)에 위치하며, 양전극의 활성물질이 도포되어있지 않은 금속호일의 면과 그 양면에 겹쳐진 세퍼레이터의 사이는 오버코팅으로 격리되어 있다.
또한, 오버코팅은 활성물질이 도포되어있지 않은 금속호일 부분의 이상발열이 세퍼레이터에 전달되는 것을 저지한다.
또한, 오버코팅은 활성물질이 도포되어있지 않은 금속호일 부분과 세퍼레이터를 전기적으로 차단한다.
또한, 오버코팅은 활성물질이 도포되어있지 않은 금속호일 부분과 세퍼레이터 사이의 열전도 속도를 저하시킨다.
또한, 오버코팅은 활성물질에서 발생하고 양전극의 금속호일의 노출부분에 집중된 전자가 세퍼레이터를 통과하여 음전극으로 흐르는 것을 저지한다.
또한, 오버코팅은 세퍼레이터의 퓨즈기능에 의해, 양전극과 음전극 사이의 전류가 셧다운될 때 까지는 세퍼레이터의 용융를 저지시킨다.
또한, 양전극의 활성물질은 스피넬구조를 갖는 망간산리튬이다.
다음에, 본 발명에 의한 이차전지를 리튬이온 이차전지를 예로 들어 그 실시형태를 도면에 의해 설명한다. 도 1 에 있어서, 이차전지는 양전극 (1) 과 음전극 (2) 과 세퍼레이터 (3) 의 조합으로 이루어지는 것이다. 양전극 (1) 및 음전극 (2) 은 모두 금속호일에 활성물질을 각각 도포한 것이며, 세퍼레이터 (3) 는 양전극 (1) 과 음전극 (2) 사이의 통전의 퓨즈기능을 갖는 것이다. 이하, 양전극 (1) 의 금속호일을 (4a), 활성물질을 (5a), 음전극 (2) 의 금속호일을 (4b), 활성물질을 (5b) 로 하여 양자를 구별한다.
양전극 (1) 및 음전극 (2) 의 금속호일 (4a,4b) 은 모두 띠형상이며, 활성물질 (5a,5b) 은 금속호일 (4a,4b) 의 표면에 각각 도포되는데, 각 금속호일 (4a,4b) 의 일단에는 활성물질 (5a,5b) 이 도포되어있지 않은 부분 (6a,6b), 즉, 금속호일의 노출부분이 있고, 각각의 전극에서 전기를 끌어내기 위한 탭 (7a,7b) 은 활성물질 (5a,5b) 이 도포되어있지 않은 부분 (6a,6b) 의 금속면에 장착되며, 양전극 (1) 의 탭 (7a) 은 양의 전극단자 (8) 에, 음전극 (2) 의 탭 (7b) 은 음의 전극단자 (9) 가 되는 케이스 (11) 에 접속된다. 도 2 에 각형(角形) 리튬이온 이차전지의 구성의 일례를 나타낸다.
양전극 (1) 과 음전극 (2) 은, 도 3 에 나타내는 것과 같이 양전극 탭 (7a) 을 최내주에 위치시키고, 음전극 탭 (7b) 을 최외주에 위치하도록 각각의 전극 (1,2) 의 조합방향을 설정하며, 세퍼레이터 (3) 를 사이에 두고 다중으로 감아 나선 구조체 (10) 로 조립하여, 이 나선 구조체 (10) 를 전해액에 담가 케이스 (11) 내에 격납한다. 본 실시형태에 있어서는 각형전지로 조립하는 예를 나타내었지만, 원통형으로 감은 나선 구조체를 사용하여 원통형전지로 조립할 수도 있다.
양전극 (1) 의 금속호일 (4a) 에는 알루미늄호일을 사용하고 있다. 금속호일 (4a) 에 도포하는 활성물질 (5a) 에는 코발트산리튬, 망간산리튬 외에, 연구단계인 것으로서 니켈산리튬 등의 천이금속산화물이나 디술피드 등의 중합체 재료가 있다. 본 발명은 모두 적용 가능하다.
음전극 (2) 의 금속호일 (4b) 에는 구리호일을 사용하고 있다. 금속호일 (4b) 에 도포하는 활성물질 (5b) 은 천연흑연, 흑연화 MCMB, 흑연화 MCF 등의 흑연화 탄소재료나 아몰파스구조를 가진 비흑연화 탄소재료 외에, 연구단계인 것으로서 주석화합물, 리튬금속, 리튬합금 등이 검토되고 있는데, 본 발명은 모두 사용가능하다.
세퍼레이터 (3) 에는 양전극과 음전극 사이의 통전의 퓨즈기능으로서, 전지의 내부온도가 상승할 때 연화용융되고, 단락전류를 감소시키는 효과, 소위, 셧다운 효과가 있는 것, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 적층품이나 이들 복합체 등의 미다공막을 사용할 수 있다.
전해액은 비수전해액이며, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트와 같은 환상 카보네이트나 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트 등의 직쇄 (直鎖) 카보네이트, 아세트산 메틸, 아세트산 에틸, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 카르복실산 에스테르, τ-부티로락톤 등의 유기용매의 혼합용매에 6불화인산리튬, 4불화붕산리튬, 과염소산리튬, 비스(트리플루오로메틸술폰)이미드, 비스(펜타플루오로에틸술폰)이미드 등의 이미드염, 메티드염 등을 0.5 mol/리터 내지 2.0 mol/리터 용융시킨 것을 사용한다.
본 발명은, 적어도 양전극 (1) 의 금속표면, 즉 금속호일 (4a) 의 활성물질 (5a) 이 도포되어 있지 않은 부분 (6a) 의 표면 및 전극단자의 접속부분을 제외하고, 탭 (7a) 의 표면을 오버코팅 (12) 으로 피복한다. 오버코팅 (12) 은 도 1 에 나타내는 것과 같이, 양전극 (1) 의 활성물질 (5a) 이 도포되어있지않은 부분 (6a) 의 금속면 및 금속면에 부착되어 있는 탭 (7a) 의 표면을 덮어, 양전극 (1) 의 양면에 겹쳐진 세퍼레이터 (3) 와 금속 호일 (4a) 사이를 격리하는 것이다.
오버 코팅 (12) 은 금속 호일 (4a) 의 이상발열이 세러페이터에 전달되는 것을 방지하고, 또한 활성물질이 도포되어 있지 않은 부분의 금속면과 세퍼레이터 간을 전기적으로 차단하며, 또한 금속 호일과 세퍼레이터 간의 열전도 속도를 저하시키거나 또는 활성물질에 발생하고 양전극의 금속 호일이 벗겨진 부분에 집중한 전자가 세퍼레이터를 통해 음전극으로 흐르는 것을 저지하는 것이다. 적어도 오버 코팅은, 전지의 내부 온도가 상승했을 때 세퍼레이터의 퓨즈 기능에 의해 단락전류가 셧 다운되기까지의 동안에 세퍼레이터의 파손을 저지하는 것이다.
탭 (7a) 의 부착부분을 포함하여 활성물질을 도포하지 않은 부분을 금속 호일의 일부에 확보하는 것은 탭을 용접할 필요가 있기 때문으로, 활성물질이 도포되지 않은 부분 (6) 은 당연히 금속이 벗겨지게 되고 세퍼레이터 (3) 를 사이에 두고 양전극 (1) 과 음전극 (2) 을 적층하여 이것을 감았을 때에는 금속 호일이 벗겨진 부분은 세퍼레이터로 직접 접촉되고 또 탭 (7a 또는 7b) 자신도 직접 세퍼레이터에 접촉하게 된다.
발명자들의 실험에 의하면, 양전극의 활성물질에 스피넬 구조를 갖는 망간산 리튬을 사용한 경우, 과충전, 단락 등의 이상시에 전지가 이상발열했을 때 세퍼레이터 (3) 의 용융은 활성물질이 도포되어 있지 않은 부분 (6) 의 금속면 및 탭 (7a) 이 직접 접촉하고 있는 부분이 가장 현저하다는 것을 확인하였다. 그 이유는, 대략 이하와 같다고 생각된다.
즉, 전류를 출력하는 탭 및 그 바로 주변의 활성물질이 도포되어 있지 않은 금속 호일의 부분은, 양전극 (1) 상의 모든 활성물질이 발생시킨 전자 전부가 집중하는 곳으로, 발열량이 크다. 게다가, 활성물질의 열전도도는 비교적 작고, 따라서 활성물질이 도포되어 있지 않은 부분의 전극에서 세퍼레이터로의 열전도도는 활성물질에 덮힌 부분에 비해 훨씬 크다.
이러한 금속노출부분을 세퍼레이터에 직접 접촉시키고 있으므로, 대용량 전지의 과충전, 단락 등의 이상시에는 세퍼레이터가 퓨즈 기능을 발현하여 셧 다운을 일으켜 양전극 (1) 과 음전극 (2) 사이의 이온의 흐름을 차단하기 전에 금속 호일 (4) 및 탭 (7a) 부분에 발생한 현저한 온도상승이 직접, 그리고 급격하게 세퍼레이터 (3) 에 전해지고, 그 고열로 세퍼레이터 (3) 가 완전히 용융되고, 그 결과 양전극 (1) 과 음전극 (2) 사이가 단락되어 과전류가 흘러 발열이 더 가속되어 발화에 이른다는 메카니즘을 발견했다.
본 발명에 있어서는, 금속 호일 (4a) 에 활성물질 (5a) 이 도포되어 있지 않은 부분 (6a) 및 탭 (7a) 의 표면을 오버 코팅 (12) 으로 피복하고, 금속 호일 (4a) 의 금속 표면 및 탭 (7a) 과 세퍼레이터 (3) 사이를 전기적 또는 열적으로 차단한 것이므로, 전지의 과충전, 단락 등의 이상사태 발생시에 있어서도 활성물질이 도포되어 있지 않은 부분 (6a) 의 열이 직접 세퍼레이터 (3) 에는 전해지지 않고, 세퍼레이터 (3) 의 용융은 미연에 방지되어, 전극반응을 행해야 할 활성물질 (5a) 에 직접 접촉하고 있는 세퍼레이터 (3) 의 부분이 먼저 셧 다운을 일으켜, 이온의 흐름을 차단하여 안전이 확보된다. 오버 코팅 (12) 에 바람직한 재료로서 폴리이미드 (캡톤), PPS, PP 등이 있다.
실시예
이하에 본 발명의 실시예를 나타낸다. 실시예로서 이하에 나타내는 리튬이온 이차전지에 대해서 과충전 시험을 행하였다.
(1) 양전극
양전극 활성물질로서 스피넬 구조를 갖는 망간산 리튬 93 중량에 도전성 부여제로서 아세틸렌 블랙을 3 중량, 결착제로서 폴리불화비닐리덴 (PVDF) 을 4 중량혼합하고 NMP 에 분해시켜, 이것을 양전극 슬러리로 하였다. 얻은 슬러리를 20 미크론 두께의 알루미늄 호일에 도포하여 NMP 를 증발, 건조한 후 이것을 압축성형하여 양전극을 제작하였다. 양전극의 사이즈를 표 1 에 나타낸다.
(2) 음전극
음전극 활성물질로서 흑연화 메소카본 마이크로 비즈를 93 중량, 결착제로서 PVDF 를 7 중량혼합하고 NMP 에 분해시켜, 이것을 음전극 슬러리로 하였다. 이 슬러리를 10 미크론 두께의 구리 호일에 도포하여 NMP 를 증발, 건조한 후 표 1 에 나타내는 사이즈의 음전극을 제작하였다.
(3) 전지의 구조
전지는 상기 (1) 의 양전극, (2) 의 음전극을 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌의 삼층 구조로 이루어지는 두께 25 미크론의 미세 다공막인 세퍼레이터를통해 평편하게 감고, 외부 치수 세로 34 ㎜, 높이 65 ㎜, 두께 10 ㎜ 의 니켈도금철 캔에 삽입하여 전해액을 주입한 후 밀봉하였다.
전해액으로는 에틸렌카보네이트와 디에틸카보네이트를 체적비 3 : 7 의 혼합용매에 1. 0 mol/리터의 6불화 인산 리튬을 용융시킨 것을 사용하였다.
(4) 시험에 이용한 전지의 구조
실험에 있어서, 양전극의 탭이 내주에, 음전극의 탭이 최외주에 위치하도록 양전극의 방향을 설정하고, 양전극과 음전극 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 감아서 편평한 나선 구조체로 성형할 때에, 양전극의 활성물질 미도포 부분 및 탭의 표면을 오버 코팅 (캡톤 테이프 ; 폴리이미드 테이프 : 75 ㎛ 두께) 으로 피복한 실시예의 리튬 이온 이차전지와, 동일 나선 구조체이고 오버 코팅을 하지 않은 비교예의 리튬 이온 이차전지와의 2 종류를 만들어, 실시예와 비교예 각각의 이차전지에대해서 과충전 시험을 행하였다. 또, 실시예, 비교예에 이용한 양전극과 음전극의 사양에 대해서, 표 1 중에 기재된 기호 a ~ k 는 도 4 에 나타낸 부분을 나타내고 있다.
항목 도면 중 번호 양전극 음전극
전극 길이 a 676 ㎜ 755 ㎜
전극 폭 b 57.7 ㎜ 59.1 ㎜
전극 미도포부부분 길이 c 18 ㎜ 20 ㎜
전극 미도포부부분 길이 d - 95 ㎜
탭 길이 e 약 70 ㎜ 약 55 ㎜
탭 폭 f 4 ㎜ 4 ㎜
탭 두께 g 0.1 ㎜ 0.1 ㎜
탭 부착 위치 1 h 11 ㎜ 약 87 ㎜
탭 부착 위치 2 i 12.4 ㎜ 3.4 ㎜
금속 호일 두께 j 20 ㎛ 10 ㎛
전극 총두께 k 179 ㎛ 123 ㎛
(5) 과충전시험
이 실시예에 있어서는, 과충전시험으로서 충전이 끝난 전지를 45 ℃ 의 분위기에 두고, 2.5C (4A) 의 일정전류를 무리하게 흘려보내 전지의 전압 및 발열온도의 경시적변화를 측정하는 시험을 행한다.
과충전시험을 행하면, 서서히 전지의 전압이 상승하며, 동시에 전지의 온도도 주울 열 (1R 열) 에 의하여 상승을 시작한다. 도 5 에 있어서, 세퍼레이터에 이상한 고온이 전달되지 않는한, t1시간이 경화후, A1점에서 전지의 온도가 세퍼레이터의 셧다운 온도를 초과하여, 세퍼레이터가 셧다운을 일으키기 시작한다. 그리하여, 세퍼레이터의 셀의 저항이 큰폭으로 높아지고, 양전극과 음전극 사이의 전류가 차단되기 시작한다.
그러나, 비교예에 이용한 2 차 전지에 있어서는, 양전극의 온도상승이 급격히 발생하여, 금속호일의 노출된 부분에서 고열이 직접 세퍼레이터에 전달되어, 그 발열온도가 세퍼레이터의 융점을 초과하게 되고, 세퍼레이터가 파괴되어 양전극과 음전극이 단락한다.
도 5 중 B1점은, 양전극과 음전극 사이에서 다시 전류가 흐르기 시작한 상태를 나타내고 있다. 이 때는 전지의 전압은 일정치않다. 한편, 양전극과 음전극 사이의 단락에 의하여 전류가 계속 흐르기 때문에 발열이 계속되며, C1점에서 드디어 발연이 발생되고, 온도도 급격히 상승한다. 이것은 C1점에서 전지의 열폭주온도를 초과했기 때문이다.
과충전시험후에, 비교예의 전지를 분해해본 결과, 양전극의 활성물질이 도포되어 있지 않은 부분에 대면하는 세퍼레이터의 부분이 완전히 용융하여 구멍이 생기고, 용융된 세퍼레이터의 일부가 양전극에 부착되어 있었다. 그 이유는 이하와 같이 생각할 수 있다.
즉, 양전극의 활성물질이 도포되어 있지 않은 부분을 서로 향하는 세퍼레이터의 부분만이 완전히 용융되며, 그 이외의 부분은 용융되지 않은 점으로부터, 양전극의 활성물질이 도포되어 있지 않은 부분에서 열이 세퍼레이터에 전해지는 속도는, 그 이외의 부분, 즉 활성물질이 도포되어 있는 부분에서 세퍼레이터로 열이 전해지는 속도보다 빠르며, 그리하여, 세퍼레이터가 정규의 셧다운현상을 일으키기 이전에 활성물질이 도포되어 있지 않은 부분을 서로 향하는 세퍼레이터의 부분이 용융되어, 여기에 구멍을 만든것이라 생각할 수 있다.
용융된 세퍼레이터가 음전극이 아니라, 양전극에 부착되어 있다는 점으로도 발열은 양전극측에서 더욱 격심하게 발생되고 있음을 증명할 수 있다.
도 6 에 나타나는 실시예의 전지에 있어서도, 과충전시험을 행하면, 충전이 진행됨에 따라서 서서히 전지의 전압이 상승하며, 동시에 전지의 온도가 상승을 개시한다. 실시예에 있어서는, A2점에서 전지의 온도가 세퍼레이터의 셧다운 온도를 초과하면, 세퍼레이터는 그 퓨즈기능에 의하여, 셧다운을 일으킨다. 그리하여, 세퍼레이터의 셀의 저항이 큰폭으로 높아지고, 양전극과, 음전극 사이의 전류가 차단되기 시작한다.
실시예의 전지에 있어서는, 양전극의 활성물질이 도포되어있지 않은 부분이 오버코팅되어 있기 때문에, 세퍼레이터는 가장 발열온도가 높은 양전극의 활성물질 미도포부분에 직접 닿지 않으며, 따라서, 세퍼레이터의 용융은 발생하지 않고, 양전극과 음전극 사이의 단락은 생기지 않으며, B2점에서 세퍼레이터의 셧다운에 의하여 전류는 완전히 차단되어, 그 이상의 발열이 방지되기 때문에, 전지의 온도는 서서히 저하되며, 발열발화는 일어나지 않는다. 또한, 오버코팅으로서 캡톤테이프 이외에, PPS, PP 를 이용하여 동일한 실험을 행하였으나, 어느 경우도 발화하지 않았다.
이상과 같이 본 발명에 따르는 경우에는, 적어도 양전극의 활성물질이 도포되어 있지 않은 부분의 표면을 전기적 및/또는 열적으로 세퍼레이터에서 격리하는오버코팅으로 덮음으로써, 양전극의 금속호일에 발생한 열이 금속부분에서 세퍼레이터로 전해지는 속도를 낮출 수 있고, 그리하여, 대용량전지의 과충전, 단락 등의 이상사태발생시에 있어서도, 전극의 활성물질도포부분이나 탭의 이상발열이 직접 세퍼레이터에 전해지지 않으며, 이것으로써, 세퍼레이터의 국부적인 완전용융을 억제하여, 세퍼레이터를 정규로 셧다운시켜 양전극과 음전극 사이의 전류를 차단시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르는 경우에는, 대용량의 전지의 이상발열시의 발화를 확실하게 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (17)

  1. 세퍼레이터에 인접하는 전극 구조체로서,
    제 1 활성물질로 코팅된 제 1 부분 및 전극 단자에 접속되는 제 2 부분으로 이루어지는 전극, 및
    상기 전극의 적어도 상기 제 2 부분을 코팅하는 오버코딩제를 구비하고,
    상기 오버코팅제는 상기 전극의 상기 제 2 부분으로부터 상기 세퍼레이터로의 사이의 공간을 통한 열전도를 억제시키는 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 오버코팅제는 상기 전극의 상기 제 2 부분으로부터 상기 세퍼레이터로의 상기 사이의 공간을 통한 열전도 속도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 오버코팅제는 상기 전극의 상기 제 2 부분으로부터 상기 세퍼레이트로의 상기 사이의 공간을 통한 이상발열의 전도를 방지하는 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 오버코팅제는 상기 세퍼레이터로부터 상기 전극의 상기 제 2 부분을 전기적으로 분리시키는 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 오버코팅제는 상기 제 1 활성물질에 생성된 전하가 상기 전극의 상기 제 2 부분에 집중되어 상기 제 2 부분으로부터 방전되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 오버코팅제는, 전류 방전이 상기 세퍼레이터의 퓨즈 기능에 의해서 셧다운될 때까지 상기 세퍼레이터를 통해 상기 전극의 상기 제 2 부분으로부터의 또는 상기 제 2 부분으로의 상기 전류 방전에 의해서 상기 세퍼레이터가 용융되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 활성물질은 스피넬 구조체를 갖는 망간산 리튬으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전극은 금속 호일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  9. 하나 이상의 양전극, 하나 이상의 음전극, 및 상기 음전극으로부터 상기 양전극을 분리하는 하나 이상의 세퍼레이터를 갖는 방폭형이차전지에 있어서,
    상기 하나 이상의 양전극은 청구항 1 에 기재된 전극 구조체를 갖는 것을 특징으로 하는 방폭형이차전지.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 방폭형이차전지는 상기 양전극, 상기 세퍼레이터 및 상기 음전극이 시트 형태로 나선 구조로 적층되어, 상기 양전극의 상기 제 2 부분이 양전극 단자에 접속된 양전극 단자 탭을 가지며, 상기 양전극 단자 탭은 나선 위치중 최내측에 위치되고, 상기 오버코팅제는 상기 제 2 부분을 둘러싸는 상기 세퍼레이터로부터 상기 제 2 부분 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 방폭형이차전지.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 음전극은 제 2 활성물질로 코팅된 제 3 부분 및 음전극 단자에 접속된 음전극 단자 탭을 갖는 제 4 부분으로 이루어지고, 상기 음전극 단자 탭은 나선 위치중 최외측에 위치되는 것을 특징으로 하는 방폭형이차전지.
  12. 세퍼레이터에 인접하는 전극 구조체로서,
    제 1 활성물질로 코팅된 제 1 부분 및 전극 단자에 접속되는 제 2 부분으로 이루어지는 전극, 및
    상기 전극의 적어도 상기 제 2 부분을 코팅하는 오버코팅제를 구비하고,
    상기 오버코팅제는,
    상기 전극의 상기 제 2 부분으로부터 상기 세퍼레이터로의 열전도를 억제하는 제 1 특성,
    상기 전극의 상기 제 2 부분으로부터 상기 세퍼레이터로의 열전도속도를 감소시키는 제 2 특성,
    상기 전극의 상기 제 2 부분으로부터 상기 세퍼레이터로의 이상발열 전도를 방지하는 제 3 특성,
    상기 세퍼레이터로부터 상기 전극의 상기 제 2 부분을 전기적으로 분리시키는 제 4 특성,
    상기 제 1 활성물질에 발생된 전하가 상기 전극의 상기 제 2 부분에 집중되어 상기 제 2 부분으로부터 방전되는 것을 방지하는 제 5 특성, 및
    전류 방전이 상기 세퍼레이터의 퓨즈 기능에 의해 셧다운될 때까지 상기 세퍼레이터를 통해 상기 전극의 상기 제 2 부분으로부터의 또는 상기 제 2 부분으로의 상기 전류 방전에 의해서 용융되는 것을 방지하는 제 6 특성 중 어느 하나를 갖는 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 활성물질은 스피넬 구조를 갖는 망간산 리튬으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 전극은 금속 호일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  15. 하나 이상의 양전극, 하나 이상의 음전극, 및 상기 음전극으로부터 상기 양전극을 분리하는 하나 이상의 세퍼레이터를 갖는 방폭형이차전지에 있어서,
    상기 하나 이상의 양전극은 청구항 12 에 기재된 전극 구조체를 갖는 것을 특징으로 하는 방폭형이차전지.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 양전극, 상기 세퍼레이터 및 상기 음전극이 시트 형태로 나선 구조로 적층되어, 상기 양전극의 상기 제 2 부분은 양전극 단자에 접속되는 양전극 단자 탭을 가지며, 상기 양전극 단자 탭은 나선 위치중 최내측에 위치되고, 상기 오버코팅제는 상기 제 2 부분을 둘러싸는 상기 세퍼레이터로부터 상기 제 2 부분사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 방폭형이차전지.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 음전극은 제 2 활성물질로 코팅된 제 3 부분 및 음전극 단자에 접속되는 음전극 단자 탭을 갖는 제 4 부분으로 이루어지고 상기 음전극 단자 탭은 나선 위치 중 최외측에 위치되는 것을 특징으로 하는 방폭형이차전지.
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