KR100321946B1 - 비수성 전해액 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지가 압착되는 경우의 손상을 최소화할 수 있는 비수성 전해액 전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 비수성 전해액 전지는 양면 상에 각각 양극용 활성 물질이 형성되어 있는 긴 길이의 양극 집전체를 포함하는 양극과 양면 상에 각각 음극용 활성 물질이 형성되어 있는 긴 길이의 음극 집전체를 포함하는 음극을, 세퍼레이터를 사이에 두고 감아서 형성시킨 나선형 코일을 포함하며, 상기 양극은 종방향 단부의 양면에 양극 집전체가 노출되어 있는 양극-집전체 노출 부분이 있고, 상기 음극은 종방향 단부의 양면에 음극 집전체가 노출되어 있는 음극-집전체 노출 부분이 있으며, 상기 양극-집전체 노출 부분과 상기 음극-집전체 노출 부분이 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 상기 코일을 1회 이상 덮고 있다.

Description

비수성 전해액 전지 {Nonaqueous Electrolyte Battery}
본 발명은 전해질의 용매로서 비수성 용매를 포함하는 비수성 전해액 전지에 관한 것이다.
비수성 전해액을 포함하는 리튬 이차 전지는 대개 알루미늄 호일에 양극용 활성 물질로서 작용하는 금속 산화물 등을 가하여 구성되는 양극을 포함한다. 전지의 음극은 구리 호일에 음극용 활성 물질로서 작용하는 리튬을 크림핑 (crimping)시켜 구성된다. 이외에도, 폴리에틸렌으로 제조된 미세 다공성 필름으로 구성되는 세퍼레이터를 상기 기재된 바와 같이 얻어진 두 전극 사이에 배치한다. 얻어진 구조물을 겹쳐지게 감아서 구성된 코일은 외부 전극 (예를 들면, 외부 음극)으로서 작용하는 스테인레스 강철로 제조된 캔 안에 수용된다.
상기 리튬 이차 전지는 대용량, 고전압 및 고출력의 특성을 갖는다. 이상 조건하의 회로 등이 전지의 양극 및 음극을 단락시키는 경우, 전지의 온도는 바람직하지 않게 상승한다. 전지의 온도 상승을 방지하기 위해서 온도 퓨즈, 전류 퓨즈 및 PTC 장치와 같은 다양한 보호 수단을 전지에 제공한다. 이외에도, 전지내의 압력 상승을 방지하는 안전 밸브가 제공된다.
그러나, 전지중 회로의 이상 상태로부터 발생된 전지의 양극 및 음극의 단락외에도 여러가지 이상 상태가 발생하는 것으로 생각된다. 전지가 외부 압력에 의해 파손되는 경우, 양극 및 음극 사이의 세퍼레이터는 파손되거나 용융된다. 따라서, 양극 및 음극이 단락된다. 양극 및 음극이 단락되면, 전지가 열 또는 연기 등에 의해 손상될 것이다.
전술한 것을 고려하여, 본 발명의 목적은 전지가 압력에 의해 손상되는 경우에도 손상을 최소화할 수 있는 비수성 전해액 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일면에 따라, 양면 상에 각각 양극용 활성 물질이 형성되어 있는 긴 길이의 양극 집전체를 포함하는 양극과 양면 상에 각각 음극용 활성 물질이 형성되어 있는 긴 길이의 음극 집전체를 포함하는 음극을, 세퍼레이터를 사이에 두고 감아서 형성시킨 나선형 코일을 포함하며, 상기 양극은 종방향 단부의 양면에 양극 집전체가 노출되어 있는 양극-집전체 노출 부분이 있고, 상기 음극은 종방향 단부의 양면에 음극 집전체가 노출되어 있는 음극-집전체 노출 부분이 있으며, 상기 양극-집전체 노출 부분과 상기 음극-집전체 노출 부분이 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 상기 코일을 1회 이상 덮고 있는 비수성 전해액 전지가 제공된다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 전지는 양극 집전체 노출 부분 및 음극 집전체 노출 부분으로 덮힌 코일을 포함한다. 그러므로, 전지가 압력에 의해 손상되는 경우에도, 양극 집전체 노출 부분 및 음극 집전체 노출 부분이 우선 단락된다. 본 발명에 따른 비수성 전해액 전지는 양극 집전체 노출 부분 및 음극 집전체 노출 부분 사이의 단락에 의해 발생된 열을 확산시킬 수 있다. 따라서, 어떠한 중요한 영향도 전극용 활성 물질에 미치지 않는다. 결과적으로, 전지 전체의 손상이 방지될 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면과 관련하여 하기하는 바람직한 실시 태양의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 실시 태양을 도면의 참조 번호를 사용하여 기술한다.
도 1은 본 발명의 비수성 전해액 전지의 구조의 예를 도시하는 종단면도이다.
비수성 전해액 전지 (1)은 긴 길이의 양극 (2) 및 긴 길이의 음극 (3)을 세퍼레이터 (4a) 및 (4b)를 사이에 두고 밀봉 상태로 감아서 형성된 나선형 코일 (5)를 포함한다. 나선형 코일 (5)는 전지캔 (6) 안에 수용된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 양극 (2)는 양면에 양극 활성 물질층 (8)이 형성되어 있는 양극 집전체 (7)을 갖는다. 양극 (2)를 제조할 때, 양극용 재료인 MnO291 중량%, 전도성 재료 6 중량% 및 결합제 3 중량%를 함께 혼합하여 양극 믹스를 제조한다. 양극용 재료는 Li를 충분한 양으로 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 혼성 금속 산화물 및 Li를 포함하는 층간 화합물이 적절한 재료이고, 혼성 금속 산화물은 예를 들어 LiMO2(여기서, M은 Co, Ni, Mn, Fe, Al, V 및 Ti로부터 선택되는 물질 형태 중 하나 이상임)로 표현되는 리튬 및 전이금속으로 이루어진다.
양극에 전도성을 부여하는 전도성 재료 및 양극용 재료를 양극 집전체에 결합시키는 결합제는 통상의 물질일 수 있다.
전도성 재료는 그라파이트 또는 카본블랙일 수 있고, 결합제는 폴리비닐리덴플루오라이드와 같은 플루오로레진으로 제조할 수 있다.
다음에, 양극 믹스를 N-메틸-2-피롤리돈 중에 분산시켜 슬러리를 제조한다. 양극 믹스 슬러리를 양극 집전체 (7)이 되는 소정 두께(예를 들어, 20 ㎛)의 알루미늄 호일의 양 표면에 각각 균일하게 도포한 다음에 건조시킨다. 이리하여, 양극 활성 물질층 (8)이 형성되어 양극 (2)가 제조된다.
양극 (2)는 그의 종방향 단부에 형성되어 있는 양극 집전체 노출 부분 (9)를 갖는다. 양극 집전체 노출 부분 (9)의 양면은 각각 양극 집전체 (7)이 노출되도록 양극 활성 물질층 (8)이 형성되어 있지 않다.
양극 집전체 노출 부분 (9)가 되는 단부는 권취 공정에 의해 형성된 나선형 코일 (5)의 바깥쪽 부분이 된다. 양극 집전체 노출 부분 (9)는 나선형 코일 (5)를 1회 이상 덮고 있다. 나선형 코일 (5)의 외부 직경을 d라고 할 때, 양극 집전체 노출 부분 (9)의 길이 L1은 πd 이상이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 음극 (3)은 양면 상에 각각 음극 활성 물질 (11)이 형성되어 있는 음극 집전체 (10)을 포함한다. 음극 (3)은 예를 들어 음극 활성 물질 (11)로 작용하는 금속 리튬 호일을 예를 들어 두께가 10 ㎛인 음극 집전체 (10)으로서 작용하는 구리 호일에 결합시켜 제조한다. 음극 (3)은 음극 집전체 (10)에 리튬 이온의 도핑/탈도핑을 허용하는 음극용 재료 및 결합제를 가하여 얻어지는 구조일 수 있다.
음극용 재료는 예를 들면 탄소 재료일 수 있다. 탄소 재료의 예로는 열분해 탄소, 코크스 (피치 코크스, 니들 코크스, 석유 코크스 등), 그라파이트, 유리질 탄소, 하소 유기 중합체 화합물 (페놀 수지 또는 푸란 수지 등을 하소시켜 얻어지는 재료), 탄소 섬유 및 활성탄을 들 수 있다. 음극용 재료는 리튬 이온의 도핑/탈도핑을 허용하는 결정형 또는 비결정형 금속 산화물뿐만 아니라 탄소 재료일 수 있다.
음극용 재료를 음극 집전체에 결합시키는 결합제는 통상의 재료일 수 있다. 예를 들면, 결합제는 폴리비닐리덴 플루오라이드와 같은 플루오로레진일 수 있다.
음극 (3)은 그의 종방향 단부에 형성되어 있는 음극 집전체 노출 부분 (12)를 갖는다. 음극 집전체 노출 부분 (12)의 양면은 각각 음극 집전체 (10)이 노출되어 있도록 음극 활성 물질층 (11)이 형성되어 있지 않다.
음극 집전체의 노출 부분 (12)가 되는 단부는 권취 공정에 의해 형성된 나선형 코일 (5)의 바깥쪽 부분이 된다. 음극 집전체 노출 부분 (12)는 나선형 코일 (5)를 1회 이상 덮고 있다. 나선형 코일 (5)의 외부 직경을 d라고 할 때, 음극 집전체 노출 부분 (12)의 길이 L2는 πd 이상이다.
나선형 코일 (5)는 양극 (2), 세퍼레이터 (4a), 음극 (3) 및 세퍼레이터 (4b)를 이 순서로 적층하여 형성된 구조물을 나선형으로 감아서 만든다.
각각의 세퍼레이터 (4a) 및 (4b)는 비교적 높은 비열을 갖는 절연 재료로 제조된다. 각각의 세퍼레이터 (4a) 및 (4b)는 두께가 약 25 ㎛인 미세 다공성 폴리프로필렌 필름으로 형성된다.
세퍼레이터는 특별히 제한되지 않는다. 세퍼레이터는 합성 수지 등으로 제조된 직물, 부직물 또는 미세 다공성 필름일 수 있다. 전술한 재료 중에서 폴리올레핀으로 제조된 미세 다공성 필름은 필요한 두께, 형성된 필름의 강도 및 필름의 저항성을 실현시킨다는 관점에서 바람직한 재료이다. 특히, 폴리에틸렌 미세 다공성 필름, 폴리프로필렌 미세 다공성 필름, 미세 다공성 필름 및 그의 혼합물 중 어느 것이나 사용할 수 있다.
도 4는 나선형 코일 (5)의 구조의 예를 도시하는 횡단면도이다. 도 5는 도 4에 도시된 원 A의 확대도이다.
나선형 코일 (5)는 양극 집전체 노출 부분 (9) 및 음극 집전체 노출 부분 (12)로 1회 이상 덮혀 있다. 더우기, 나선형 코일 (5)의 최외곽 부분은 세퍼레이터 (4b)로 이루어져 있다.
나선형 코일 (5)의 음극 (3)이 양극 (2)보다 외측에 위치되는 것이 바람직하다. 또한, 음극 집전체 노출 부분 (12)가 양극 집전체 노출 부분 (9)를 덮고 있는 것이 바람직하다. 음극 (3)이 양극 (2)보다 외측에 위치하므로, 전지중의 단락을 하기하는 바와 같이 방지할 수 있다.
비수성 전해액 전지 (1)은 도 1에 도시한 바와 같이 나선형 코일 (5)이 전지캔 (6)중에 수용되는 구조를 갖는다.
전지캔 (6)중에 나선형 코일 (5)을 수용시켜 비수성 전해액 전지 (1)을 형성시키기 위해, 절연판 (13)을 예를 들어 철로 제조되고 니켈로 미리 도금한 전지캔 (6)의 바닥중으로 삽입한다. 그리하여, 나선형 코일 (5)이 수용된다.
음극 (3)의 전류를 모으기 위해, 예를 들어 니켈로 제조된 음극 리드 (14)의 단부를 음극 (3)에 크림핑시킨다. 음극 리드 (14)의 또 다른 단부를 전지캔 (6)에 용접시킨다. 결과적으로, 전지캔 (6)은 음극 (3)과 전기가 통하게 되어 비수성 전해액 전지 (1)의 외부 음극이 된다. 양극 (2)의 전류를 모으기 위해, 예를 들어 알루미늄으로 제조된 양극 리드 (15)의 단부를 양극 (2)에 연결시킨다. 양극 리드 (15)의 또 다른 단부를 전류 차단용 박판 (16)을 통해 전지 뚜껑 (17)에 전기적으로 접속시킨다. 전류 차단용 박판 (16)은 전지의 내압에 따라 전류를 차단한다. 결과적으로, 전지 뚜껑 (17)과 양극 (2)는 서로 전기가 통하게 되어 비수성 전해액 전지 (1)의 외부 양극이 된다.
나선형 코일 (5)의 음극 (3)은 양극 (2)보다 외측에 위치한다. 그러므로, 음극 (3)과 전기가 통하는 전지캔 (6)과 양극 (2) 사이의 전지중에서 일어나는 단락은 나선형 코일 (5)의 최외곽 요소인 세퍼레이터 (4b)가 말려 올라가는 경우에도 방지될 수 있다. 결과적으로, 제조 수율이 향상될 수 있다.
다음에, 비수성 전해액을 전지캔 (6)중으로 주입한다. 비수성 전해액은 전해질인 LiPF6를 유기 용매인 프로필렌 카르보네이트 50 부피% 및 디-메톡시에탄 50 부피%를 혼합하여 제조된 혼합 용매중에 용해시켜 제조한다. 혼합 용매에 대한 용해율은 1 몰/ℓ이다.
유기 용매의 예로는 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 디에틸카르보네이트, γ-부티롤락톤, 테트라히드로푸란, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥솔란, 디에틸에테르, 술폴란, 메틸술폴란, 아세토니트릴 및 프로피오니트릴을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이들 물질은 단독으로 사용되거나 또는 2종 이상의 물질이 혼합 용매로 사용된다.
전해질의 예로는 LiClO4, LiAsF6, LiPF6, LiBF4, LiB(C6H5)4, LiCl, LiBr, LiSO3CH3및 LiSO3CF3를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
마지막으로, 전지캔 (6)을 아스팔트를 사용하여 절연 봉구 가스켓 (18)을 통해 크림핑하여 전지 뚜껑 (17)을 고정시킨다. 결과적으로, 원통형 비수성 전해액 전지 (1)을 제조할 수 있다.
비수성 전해액 전지 (1)은 양극 리드 (15) 및 음극 리드 (14)에 연결되어 있는 센터핀 (19)를 갖는다. 더우기, 전지내 압력이 소정의 수준보다 높게 증가하면 전지중의 기체를 제거하는 안전 밸브 유니트 (20)이 비수성 전해액 전지 (1)에 제공된다. 이외에도, 전지내 온도의 상승을 방지하기 위한 PTC (Positive Temperature Coefficient) 장치 (21)이 비수성 전해액 전지 (1)에 제공된다.
이제, 외부 압력에 의한 비수성 전해액 전지의 손상으로 발생된 열 및 연기의 문제를 설명할 것이다. 전지캔이 외부 압력에 의해 손상되면, 세퍼레이터가 초기에 파손된다. 그리하여, 양극 및 음극이 전지중에서 단락되어 열이 발생한다. 열이 반응을 유발하고, 따라서 연기가 발생한다.
비수성 전해액 전지 (1)이 전지 몸체의 압착과 같은 이상 상태에 접하게 되면, 나선형 코일 (5)의 외변에 있는 양극 집전체 노출 부분 (9) 및 음극 집전체 노출 부분 (12)가 먼저 단락된다. 양극 집전체 노출 부분 (9)와 음극 집전체 노출 부분 (12) 사이의 단락은 양극 활성 물질층 (8) 및 음극 활성 물질층 (11)과 이격되어 있는 위치에서 발생한다. 더우기, 각각 비교적 높은 비열을 갖는 세퍼레이터 (4a) 및 (4b)는 단락이 발생하는 부위를 둘러싸고 배치되어 있다. 따라서, 양극 집전체 노출 부분 (9)와 음극 집전체 노출 부분 (12) 사이의 단락에 기인하여 열이 발생하더라도 열은 방산될 수 있다. 결과적으로, 전극용 활성 물질층에 중대한 영향은 나타나지 않는다.
그러므로, 전지 전체에 영향을 미치는 열 및 연기와 같은 손상을 만족스럽게 방지할 수 있다. 결과적으로, 우수한 안정성을 나타내는 비수성 전해액 전지 (1)을 얻을 수 있다.
양극 집전체 노출 부분 (9)의 길이 또는 음극 집전체 노출 부분 (12)의 길이가 πd보다 짧다면, 양극 집전체 노출 부분 (9) 및 음극 집전체 노출 부분 (12)은 나선형 코일 (5)를 1회 이상 덮을 수 없다. 양극 집전체 노출 부분 (9) 및 음극 집전체 노출 부분 (12)가 나선형 코일 (5)를 1회 이상 덮을 수 없는 경우는 다음과 같다. 전지가 양극 집전체 노출 부분 (9) 및 음극 집전체 노출 부분 (12)로 덮히지 않은 위치에서 눌리는 경우에, 양극 집전체 노출 부분 (9) 및 음극 집전체 노출 부분 (12)가 먼저 단락될 수 없다. 따라서, 손상을 최소화시킬 수 없다.
양극 집전체 노출 부분 (9) 또는 음극 집전체 노출 부분 (12)가 한 면에만 제공되는 경우에, 양극 집전체 노출 부분 (9) 및 음극 집전체 노출 부분 (12) 사이의 단락은 전극용 활성 물질과 충분히 이격되어 있는 위치에서 일어날 수 없다. 따라서, 전극용 활성 물질에 미치는 위해한 영향을 최소화시킬 수 없다.
그러므로, 전극의 양면 상에 전극 집전체 노출 부분을 배치하고, 그 길이를 πd 이상으로 제작한다. 따라서, 비수성 전해액 전지 (1)의 안정성을 더욱더 개선시킬 수 있다.
리튬 이차 전지가 상기 언급된 실시 태양에 기재되어 있기는 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 리튬 이차 전지뿐만 아니라 비수성 전해액 전지에 적용할 수 있다.
본 발명의 목적은 전지가 압력에 의해 손상되는 경우에도 손상을 최소화할 수 있는 비수성 전해액 전지를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 비수성 전해액 전지의 구조의 예를 도시하는 종단면도.
도 2는 양극 구조의 예를 도시하는 사시도.
도 3은 음극 구조의 예를 도시하는 사시도.
도 4는 코일 구조의 예를 도시하는 횡단면도.
도 5는 도 4에 도시한 원 A를 도시하는 횡단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 비수성 전해액 전지 2: 양극
3: 음극 4a 및 4b: 세퍼레이터
5: 나선형 코일 6: 전지캔
7: 양극 집전체 8: 양극 활성 물질층
9: 양극 집전체 노출 부분 10: 음극 집전체
11: 음극 활성 물질층 12: 음극 집전체 노출 부분
13: 절연판 14: 음극 리드
15: 양극 리드 16: 전류 차단용 박판
17: 전지 뚜껑 18: 절연 봉구 가스켓
19: 센터핀 20: 안전 밸브 장치
21: PTC 소자
<실시예>
상기 언급된 구조를 갖는 비수성 전해액 전지를 제조하여 압착 시험을 수행하였다.
<실시예 1>
먼저 양극을 제조하였다.
처음에, MnO291 중량%, 전도성 재료 6 중량%, 결합제 3 중량%를 혼합하여 양극 믹스를 제조하였다. 전도성 재료는 그라파이트이고, 결합제는 폴리비닐리덴 플루오라이드였다.
다음에, 양극 믹스를 N-메틸-2-피롤리돈 중에 분산시켜 슬러리를 제조하였다. 슬러리를 양극 집전체로 작용하며 두께가 20 ㎛인 알루미늄 호일의 양면에 균일하게 가하였다. 슬러리를 건조시킨 다음, 알루미늄 호일을 롤프레스 기계로 압착하고 모울딩하였다. 양극이 제조되었다.
이때, 양극용 활성 물질층은 양극의 단부에서의 양면의 어느 쪽에도 형성되지 않았다. 그러므로, 양극 집전체가 노출되어 있는 양극 집전체 노출 부분이 형성되었다. 양극 집전체 노출 부분의 길이를 πd로 제조하였다.
다음에, 음극을 제조하였다.
음극은 음극용 활성 물질인 금속 리튬 호일을 음극 집전체이며 두께가 10 ㎛인 구리 호일에 가하여 제조하였다.
이때, 음극용 활성 물질층은 음극의 단부에서의 양면 중 어느 쪽에도 형성되지 않았다. 그러므로, 음극 집전체가 노출되어 있는 음극 집전체 노출 부분이 형성되었다. 음극 집전체 노출 부분의 길이를 πd로 제조하였다.
양극, 세퍼레이터, 음극 및 세퍼레이터를 이 순서로 밀봉 적층하였다. 다음에, 적층된 구조물을 나선형으로 수회 감아서 코일을 형성시켰다. 세퍼레이터는 두께가 25 ㎛인 미세 다공성 폴리프로필렌 필름으로 제조하였다.
다음에, 절연판을 니켈로 미리 도금되고 철로 만들어진 전지캔의 바닥중으로 삽입시켰다. 이어서, 상기 언급된 코일을 전지캔중에 수용시켰다. 음극의 전류를 모으기 위해, 음극 리드의 단부를 음극에 크림핑시켰다. 음극 리드의 또 다른 단부를 전지캔에 용접시켰다.
양극의 전류를 모으기 위해, 알루미늄으로 만들어진 양극 리드의 단부를 양극에 연결시켰다. 양극 리드의 또 다른 단부를 전류 차단용 박판을 통해 전지 뚜껑에 전기적으로 연결시켰다.
이어서, 비수성 전해액을 전지캔 중으로 주입하였다. 비수성 전해액은LiPF6를 프로필렌 카르보네이트 50 부피% 및 디-메톡시에탄 50 부피%를 혼합하여 제조한 혼합 용매중에 용해시켜 제조하였다. 혼합 용매에 대한 용해율은 1 몰/ℓ이었다.
마지막으로, 전지캔을 아스팔트를 사용하여 절연 봉구 가스켓을 통해 크림핑시켜 전지 뚜껑을 고정시켰다. 결과적으로, 직경이 약 18 ㎜이고, 높이가 약 65 ㎜인 원통형 비수성 전해액 전지를 제조하였다.
<실시예 2>
양극 집전체 노출 부분 및 음극 집전체 노출 부분의 각각의 길이가 2 πd로 제조된 구조를 제외하고는, 실시예 1과 유사한 방법으로 수행하였다. 그리하여, 비수성 전해액 전지를 제조하였다.
<비교예 1>
양극 집전체 노출 부분이 양극에 제공되지 않고 음극 집전체 노출 부분이 음극에 제공되지 않은 구조를 제외하고는, 실시예 1과 유사한 방법으로 수행하였다. 비수성 전해액 전지를 제조하였다.
<비교예 2>
양극 집전체 노출 부분이 양극의 어느 한면에만 제공된 구조를 제외하고는, 실시예 1과 유사한 방법으로 수행하였다. 그리하여, 비수성 전해액 전지를 제조하였다.
<비교예 3>
음극 집전체 노출 부분이 음극에 제공되지 않은 구조를 제외하고는, 실시예 1과 유사한 방법으로 수행하였다. 그리하여, 비수성 전해액 전지를 제조하였다.
<비교예 4>
양극 집전체 노출 부분이 음극의 어느 한면에만 제공된 구조를 제외하고는, 실시예 1과 유사한 방법으로 수행하였다. 그리하여, 비수성 전해액 전지를 제조하였다.
<비교예 5>
양극 집전체 노출 부분 및 음극 집전체 노출 부분의 각각의 길이가 0.5 πd로 제조된 구조를 제외하고는, 실시예 1과 유사한 방법으로 수행하였다. 비수성 전해액 전지를 제조하였다.
<비교예 6>
양극 집전체 노출 부분의 길이를 0.5 πd로 만들고 음극 집전체 노출 부분의 길이를 πd로 만든 구조를 제외하고는, 실시예 1과 유사한 방법으로 수행하였다. 비수성 전해액 전지를 제조하였다.
<비교예 7>
양극 집전체 노출 부분의 길이를 πd로 만들고, 음극 집전체 노출 부분의 길이를 0.5 πd로 만든 구조를 제외하고는, 실시예 1과 유사한 방법으로 수행하였다. 비수성 전해액 전지를 제조하였다.
실시예 1 및 2 및 비교예 1 내지 7에 따라 제조된 비수성 전해액 전지를 소정의 갯수로 제조하였다. 각각의 비수성 전해액 전지를 1.5 V 내지 3.0 V의 전압 범위에서 충방전 주기를 100회 반복하였다. 이어서, 비수성 전해액 전지를 3.0 V로 충전시킨 다음, 압착 시험을 수행하였다.
비교예 1 내지 3에 따른 비수성 전해액 전지는 전극 집전체 노출 부분을 갖지 않는 전극들, 전극 집전체 노출 부분이 한쪽에만 제공된 전극, 또는 한 전극의 양 표면에 전극 집전체 노출 부분을 갖는 전극을 포함하였다. 전술한 비수성 전해액 전지의 일부는 열 및(또는) 연기와 같은 전지 전체의 손상이 발생했다.
실시예 1 및 2에 따르며 전극 집전체 노출 부분이 두 전극의 각각의 양면에 제공된 구조를 갖는 비수성 전해액 전지는 열 및(또는) 연기와 같은 전지 전체의 손상이 없었다.
그러므로, 전극 집전체 노출 부분이 두 전극의 양면에 제공된 구조는 비수성 전해액 전지의 안정성을 개선시켰다.
실시예 1 및 2 및 비교예 1 및 5 내지 7에서, 실험은 양극 집전체 노출 부분의 길이 또는 음극 집전체 노출 부분의 길이를 변화시켜 수행하였다.
실험한 전지 및 열 및(또는) 연기가 발생한 전지의 수를 표 1에 나타냈다.
양극 집전체 노출부분의 길이 음극 집전체 노출부분의 길이 시험한전지의 수 연기가 발생한전지의 수
실시예 1 πd πd 5 0
실시예 2 2 πd 2 πd 5 0
비교예 1 0 0 5 5
비교예 5 0.5 πd 0.5 πd 5 3
비교예 6 0.5 πd πd 5 2
비교예 7 πd 0.5 πd 5 3
표 1로부터 알 수 있듯이, 전극 집전체 노출 부분의 길이가 πd보다 짧은 구조를 가진 비교예 1 및 5 내지 7에 따른 각각의 비수성 전해액 전지는 열 및 연기와 같은 전지 전체의 손상이 발생했다.
다른 한편, 전극 집전체 노출 부분의 길이가 πd보다 긴 구조를 갖는 실시예1 및 2에 따른 각각의 비수성 전해액 전지는 전지의 전체에 어떠한 손상도 없었다.
그러므로, 전극 집전체 노출 부분의 길이가 πd 이상이면 비수성 전해액 전지의 안정성을 더욱 개선시킬 수 있다.
본 발명이 그의 바람직한 형태 및 특정 구조로 기재되어 있기는 하지만, 바람직한 형태의 본 발명의 개시는 하기하는 청구하는 바와 같이 본 발명의 정신 및 범주를 벗어남없이 구성상의 세부 및 부품의 조합 및 배열을 변화시킬 수 있다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 전지는 단락이 전극들의 양면에 제공되는 양극 집전체 노출 부분 및 음극 집전체 노출 부분 사이에서 발생하도록 구조를 이루고 있어서 열이 방산될 수 있다. 결과적으로, 양극 및 음극용 활성 물질에 중대한 영향을 미치지 않으며, 또한 열 및 연기를 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 전지는 전극 집전체 노출 부분이 두 전극의 양면에 제공되는 구조를 가진다. 또한, 전극 집전체 노출 부분은 코일을 1회 이상 덮고 있다. 따라서, 전지가 압착될 때 발생하는 열 및 연기를 만족스럽게 더욱 방지할 수 있으며, 전지의 손상 및 환경에 미치는 위해한 영향을 최소화시킬 수 있다. 결과적으로, 우수한 안정성 및 신뢰도를 나타내는 비수성 전해액 전지를 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 전지 캔;
    상기 전지 캔 내부에 수용되고, 양면 상에 각각 양극용 활성 물질이 형성되어 있는 긴 길이의 양극 집전체를 포함하는 양극 및 양면 상에 각각 음극용 활성 물질이 형성되어 있는 긴 길이의 음극 집전체를 포함하는 음극을, 세퍼레이터를 사이에 두고 감아서 형성시킨 나선형 코일; 및
    상기 전지 캔의 바닥부 위치에서, 상기 전지 캔과 상기 나선형 코일 사이에 설치되는 절연판
    을 포함하며,
    상기 양극은 종방향 단부의 양면에 양극 집전체가 노출되어 있는 양극-집전체 노출 부분이 있고,
    상기 음극은 종방향 단부의 양면에 음극 집전체가 노출되어 있는 음극-집전체 노출 부분이 있으며,
    상기 양극-집전체 노출 부분 및 상기 음극 집전체 노출 부분이 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 상기 코일을 1회 이상 덮고 있는 비수성 전해액 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 양극-집전체 노출 부분의 길이가 L1이고 상기 코일의 외부 직경이 d일 때, L1≥ πd의 관계를 충족시키는 비수성 전해액 전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 음극-집전체 노출 부분의 길이가 L2이고 상기 코일의 외부 직경이 d일 때, L2≥ πd의 관계를 충족시키는 비수성 전해액 전지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 코일이 상기 음극은 상기 양극보다 외측에 배치되어 있으며 상기 음극 집전체 노출 부분이 상기 양극 집전체 노출 부분을 덮고 있는 구조를 갖는 비수성 전해액 전지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 양극용 활성 물질이 LiMO2(여기서, M은 적어도 Co, Ni, Mn, Fe, Al 및 Ti 중 하나 이상임)로 표현되는 혼성 금속 산화물인 비수성 전해액 전지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 음극용 활성 물질이 리튬 이온의 도핑/탈도핑을 허용하는 탄소 재료, 결정질 또는 비결정질 금속 산화물로부터 선택되는 비수성 전해액 전지.
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