KR100654567B1 - Safety element for battery and battery with the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일정 압력 이상으로 가압시 전기 회로가 형성되어 전지의 충전상태 (charged state)를 방전상태로 전환시켜줄 수 있는 전지용 안전소자; 상기 안전소자를 구비한 전지; 및 압력에 의해 전지에 손상이 가해지기 전에, 압력에 의해 안전소자에 형성된 전기 회로를 통해 전지의 충전상태 (charged state)를 방전상태로 전환시킴으로써 전지의 안전성을 조절하는 방법을 제공한다.The present invention provides a battery safety device capable of converting a charged state of a battery into a discharge state by forming an electric circuit when pressurized above a predetermined pressure; A battery having the safety device; And a method of controlling the safety of the battery by converting the charged state of the battery into the discharged state through an electrical circuit formed in the safety element by the pressure before the battery is damaged by the pressure.
상기 안전소자의 구체적인 예로, 제1금속판, 제2금속판, 상기 두 금속판 사이에 개재되고 일정 압력 이상으로 압력이 가해질 때 통전성을 발휘하는 필름을 구비하고, 상기 제1금속판은 전지의 양극과 전기적으로 연결되고, 제2금속판은 음극과 전기적으로 연결된 안전소자가 있다.As a specific example of the safety device, a first metal plate, a second metal plate, a film interposed between the two metal plates and provided with a conductive property when a pressure is applied above a predetermined pressure, the first metal plate is electrically connected to the positive electrode of the battery The second metal plate has a safety device electrically connected to the cathode.
본 발명의 안전 소자가 연결된 전지는 압력, 네일, 니퍼 등에 의한 외부충격이 가해질 경우에도 외부충격에 의해서 셀에 손상이 가해지기 전에 셀의 전류를 안전소자로 통전시켜 전지를 방전시켜 줌으로써 셀이 손상되는 것을 막아주거나 최소한 셀이 발화 또는 폭발하는 현상이 일어나는 것을 방지해 준다. The battery to which the safety device of the present invention is connected is damaged even when an external shock is applied by pressure, nail, nipper, etc. before the damage is caused to the cell by energizing the current of the cell to the safety device to discharge the battery. This prevents the cells from firing or at least prevents the cells from firing or exploding.
안전 소자. 전지, ACF, PSCF(pressure sensitive conducting film) Safety elements. Cells, ACF, pressure sensitive conducting film (PSCF)
Description
도 1은 본 발명의 ACF 안전 소자의 작동원리를 나타낸 모식도이다. 1 is a schematic diagram showing the operating principle of the ACF safety device of the present invention.
도 2는 본 발명에 따라 ACF안전 소자가 전기적으로 연결된 파우치형 전지를 나타낸 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a pouch-type battery electrically connected to the ACF safety device according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따라 ACF안전 소자가 전기적으로 연결된 금속 캔 형태의 전지를 나타낸 모식도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing a battery in the form of a metal can electrically connected to the ACF safety device according to the present invention.
도 4는 실시예 1에서 제조된 전지의 로컬 크러쉬 실험 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the results of the local crush experiment of the battery prepared in Example 1.
도 5는 실시예 2에서 제조된 전지의 로컬 크러쉬 실험 결과를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the results of the local crush experiment of the battery prepared in Example 2.
도 6은 실시예 3에서 제조된 전지의 로컬 크러쉬 실험 결과를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the results of local crush experiment of the battery prepared in Example 3.
도 7은 비교예 1에서 제조된 전지의 로컬 크러쉬 실험 결과를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the results of local crush experiment of the battery prepared in Comparative Example 1.
본 발명은 일정 압력 이상으로 가압시 전기 회로가 형성되어 전지의 충전상태 (charged state)를 방전상태로 전환시켜줄 수 있는 전지용 안전소자; 및 상기 안전소자를 구비한 전지에 관한 것이다. The present invention provides a battery safety device capable of converting a charged state of a battery into a discharge state by forming an electric circuit when pressurized above a predetermined pressure; And it relates to a battery provided with the safety element.
최근 전자기기의 무선화 및 포터블화가 급속히 진행되면서 이들의 구동용 전원으로서 고용량 및 고에너지밀도를 갖는 비수전해질 이차전지의 실용화가 진행되고 있다. 그러나, 이러한 비수전해질 이차전지는 외부에서 강한 압력이나, 네일, 니퍼 등에 의하여 외부 충격이 가해질 경우 셀(cell) 내부가 손상되어 셀이 발화하거나 폭발하는 등의 위험성에 노출되어 있다.In recent years, as the wireless and portable electronic devices are rapidly progressing, the practical use of nonaqueous electrolyte secondary batteries having high capacity and high energy density as their driving power sources has been advanced. However, such non-aqueous electrolyte secondary batteries are exposed to risks such as damage to the inside of a cell due to strong pressure from the outside or an external shock applied by nails, nippers, etc., resulting in ignition or explosion of the cell.
특히, 양극 활물질은 전압에 민감하기 때문에, 전지가 충전되어 전압이 높을수록 양극과 전해액의 반응성이 증가함으로써, 양극 표면의 분해, 전해액의 산화반응이 일어나게 되고, 발화 또는 폭발 위험이 커진다.In particular, since the positive electrode active material is sensitive to voltage, as the battery is charged and the voltage is higher, the reactivity of the positive electrode and the electrolyte increases, so that decomposition of the surface of the positive electrode and oxidation of the electrolyte occur, and the risk of ignition or explosion increases.
이와 같은 안전성 문제는 전지, 특히 비수전해질 이차전지, 예컨대 리튬 이차 전지가 고 용량화되면서 에너지 밀도가 증가할수록 더 중요하다.This safety problem is more important as the energy density increases as the battery, in particular, the non-aqueous electrolyte secondary battery, such as a lithium secondary battery, becomes high in capacity.
본 발명자들은 압력, 네일, 니퍼 등에 의한 외부충격이 가해질 경우 전지가 안전하도록, 셀(cell) 외부 또는 내부에 안전 소자를 구성하여 외부충격에 의해서 셀에 손상이 가해지기 전에 셀의 충전상태 (charged state)를 낮추는 방법을 제안하고자 한다. The present inventors configure a safety element inside or inside a cell so that the battery is safe when an external shock caused by pressure, nail, nipper, etc. is applied, before the cell is damaged by the external shock. I would like to propose a method to lower the state.
본 발명은 안전소자를 구비하는 전지로서, 상기 안전소자는 일정 압력 이상으로 가압시 전기 회로가 형성되어 전지의 충전상태 (charged state)를 방전상태로 전환시켜주는 것이 특징인 전지를 제공한다.The present invention provides a battery comprising a safety device, the safety device is characterized in that the electrical circuit is formed when the pressure is higher than a predetermined pressure to convert the charged state of the battery (discharge state) to the discharge state.
또한, 본 발명은 일정 압력 이상으로 가압시 전기 회로가 형성되어 전지의 충전상태 (charged state)를 방전상태로 전환시켜줄 수 있는 전지용 안전소자를 제공한다.In addition, the present invention provides a battery safety device capable of converting a charged state of the battery into a discharge state by forming an electric circuit when pressurized above a predetermined pressure.
나아가, 본 발명은 압력에 의해 전지에 손상이 가해지기 전에, 압력에 의해 안전소자에 형성된 회로를 통해 전지의 충전상태 (charged state)를 방전상태로 전환시킴으로써 전지의 안전성을 조절하는 방법을 제공한다.Furthermore, the present invention provides a method of controlling the safety of a battery by converting a charged state of the battery into a discharged state through a circuit formed in the safety element by the pressure before the battery is damaged by the pressure. .
바람직한 상기 안전소자로는 제1금속판, 제2금속판, 상기 두 금속판 사이에 개재되고 일정 압력 이상으로 압력이 가해질 때 통전성을 발휘하는 필름을 구비하고, 상기 제1금속판은 전지의 양극과 전기적으로 연결되고, 제2금속판은 음극과 전기적으로 연결된 안전소자가 있다.Preferably, the safety device includes a first metal plate, a second metal plate, a film interposed between the two metal plates and exerts electricity when a pressure is applied above a predetermined pressure, and the first metal plate is electrically connected to the positive electrode of the battery. The second metal plate has a safety device electrically connected to the cathode.
이하 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 압력, 네일, 니퍼 등에 의한 외부충격 또는 외부압력이 전지에 가해질 경우 이를 감지하여 셀의 충전상태 (charged state)를 낮추는 방법으로, 외부 충격 또는 외부 가압 시 통전성을 발휘하는 안전 소자를 전지에 구비하는 것을 특징으로 한다.The present invention is a method for reducing the charged state of the cell by detecting when the external shock or external pressure caused by pressure, nail, nipper, etc. is applied to the battery, a safety device that exhibits electrical conductivity during external shock or external pressurization It is characterized by comprising in.
본 발명은 외부 충격 또는 외부 가압 시 통전성을 발휘하는 안전 소자의 비제한적인 예로, 일정 이상의 압력이 발생할 경우 압력의 방향으로 전류를 통전시켜 주는 성질을 갖는 필름을, 전류가 흐를 수 있는2개의 금속판(예, 집전체) 사이에 개재시킨 안전 소자를 제공한다(도 1 참조). The present invention is a non-limiting example of a safety device that exhibits electrical conduction during external shock or external pressurization, the film having the property of conducting the current in the direction of the pressure when a certain pressure or more occurs, the two metal plates through which current can flow A safety device interposed between (eg, a current collector) is provided (see FIG. 1).
이때, 일정 이상의 압력이 발생할 경우 전류를 통전시켜 주는 성질을 갖는 필름(PSCF)의 비제한적인 예로, 이방성 도전 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF) 등이 있다. In this case, a non-limiting example of a film (PSCF) having a property of passing a current when a predetermined pressure or more occurs, there is an anisotropic conductive film (ACF).
ACF는 접착필름(Adhesive Film) 두께가 15~35 ㎛인 절연 접착제(Adhesive)에 지름이 3~15㎛를 갖는 미세한 전도성 입자(Conductive Particle)로 된 도전(導電) Ball이 분산된(Dispersed) 상태로 있는 접착 필름을 말한다. 이때, ACF를 구성하는 접착 필름의 두께 및 전도성 입자의 지름 크기에 의해 본 발명의 사상이 한정되지 않는다. 상기 전도성 입자에는 여러 종류가 있는데 탄소 섬유(Carbon Fiber), 금속(Ni, Solder) 그리고 금속(Ni/Au)-피복된 플라스틱 볼 등이 있다. 이는 본 발명의 실시예를 설명하는 내용으로 압력을 가해 통전을 일으키는 PSCF를 통칭하는 것은 아니다. 본 발명에서 설명한 바와 같이 압력을 가하여 통전을 일으키는 필름은 어떤 것이던 본 발명의 원리에 적용할 수 있다는 것을 이 분야에 통상적인 지식을 가진 자는 알 수 있다.ACF is a state in which conductive balls made of fine conductive particles having a diameter of 3 to 15 μm are dispersed in an insulating adhesive having an adhesive film thickness of 15 to 35 μm. Says an adhesive film. At this time, the idea of the present invention is not limited by the thickness of the adhesive film constituting the ACF and the diameter size of the conductive particles. There are various kinds of conductive particles, such as carbon fiber, metal (Ni, solder), and metal (Ni / Au) -coated plastic balls. This is a description of the embodiments of the present invention, and does not refer to the PSCF that causes energization by applying pressure. It will be appreciated by those skilled in the art that any of the films that are energized by applying pressure as described in the present invention can be applied to the principles of the present invention.
접착물질(Adhesive Material)의 종류로는 열가소성 물질(스티렌 부타디엔 고무, 폴리비닐 부틸렌), 열경화성 물질(에폭시 수지, 폴리우레탄, 아크릴 수지hane,acrylic Resin), 그리고 열가소성 물질과 열경화성 물질의 혼합물질이 있다. Examples of adhesive materials include thermoplastics (styrene butadiene rubber and polyvinyl butylene), thermosetting materials (epoxy resins, polyurethanes, acrylic resins, hane, acrylic resins), and mixtures of thermoplastics and thermosetting materials. have.
한편, 본 발명에서 사용가능한 금속판 재료로는 전기 전도성을 가진 모든 금속이 사용 가능하다. 예컨대, 알루미늄 금속, 구리 금속, 니켈 금속 등이 있다.On the other hand, as the metal plate material usable in the present invention, any metal having electrical conductivity can be used. For example, aluminum metal, copper metal, nickel metal and the like.
상기 금속판은 열전도성도 우수한 것이 바람직하며, 이 경우 평상시 또는 특수 상황에서도 전지 내부의 열이 단자를 통해 이어서 열전도성이 있는 금속판으로 분산될 수 있다.It is preferable that the metal plate is also excellent in thermal conductivity, and in this case, even in normal or special circumstances, heat inside the battery may be dispersed through the terminal to the thermally conductive metal plate.
하기에서는 본 발명에 따라 외부 충격 또는 외부 가압 시 일정 이상의 압력이 가해져 통전성을 발휘하는 안전 소자를 구비한 전지의 작용기작을 도면을 참조하여 설명하고자 한다.In the following, the mechanism of operation of a battery having a safety device that exerts a predetermined pressure upon external shock or external pressurization according to the present invention will be described with reference to the drawings.
본 발명의 안전 소자는 제1금속판, 제2금속판, 상기 두 금속판 사이에 개재되고 일정 압력 이상으로 압력이 가해질 때 통전성을 발휘하는 필름을 구비하고 있으며, 상기 안전 소자의 일례로 도 1에는 집전체가 상기 금속판 역할을 하고, ACF가 상기 통전성 발휘 필름 역할을 한다.The safety device of the present invention is provided with a film interposed between the first metal plate, the second metal plate, and the two metal plates and exerts electricity when a pressure is applied above a predetermined pressure. Acts as the metal plate, and ACF acts as the conducting film.
ACF는 평상시에는 전류가 통하지 않는 부도체로 작용하고 있다가 일정 이상의 압력이 발생할 경우 압력의 방향으로 전류를 통전시켜 주는 성질을 가진다. ACF acts as an insulator through which current does not flow, but has a property of conducting current in the direction of pressure when a certain pressure occurs.
도 1에 도시된 바와 같이 ACF 양면에 위치한 2개의 금속판 중 제1금속판(집전체)은 전지의 양극과 전기적으로 연결되어 있고 제2금속판(집전체)은 전지의 음극과 전기적으로 연결되어 있다. As shown in FIG. 1, the first metal plate (current collector) is electrically connected to the positive electrode of the battery, and the second metal plate (current collector) is electrically connected to the negative electrode of the battery.
이때, 본 발명의 안전 소자가 연결된 전지는 상기 금속판에 외부 압력이 가해지지 않는 경우 상기 2개의 금속판은 ACF에 의해 전기적으로 절연되어 있어서, 2개의 금속판 사이에 전류가 흐르지 않아 전지는 정상 작동하고 충전상태를 유지한다.In this case, the battery to which the safety device of the present invention is connected is electrically insulated by the ACF when no external pressure is applied to the metal plate, so that no current flows between the two metal plates so that the battery operates normally and is charged. Maintain state.
한편, 본 발명의 안전 소자가 연결된 전지에 외부 충격 등으로 압력이 가해 지는 경우 일정 압력 이상이 되면 ACF가 통전시켜 주는 성질을 발휘하게 되므로, 상기 2개의 금속판은 ACF를 통해 전기적으로 연결되어 전지를 방전시켜 주어 전지 내부 전압을 급격히 떨어뜨려 준다. 방전 상태의 전지는 외부의 압력, 네일, 니퍼 등의 충격이 일어날 경우에도 발화 또는 폭발하지 않는다. 따라서, 본 발명은 압력, 네일, 니퍼 등에 의한 외부충격으로 일정 압력 이상이 금속판에 가해지면 셀이 폭발하기 전에 셀의 충전상태 (charged state)를 낮추어 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.On the other hand, when a pressure is applied to the battery connected to the safety device of the present invention by an external shock, etc., the ACF is energized when the predetermined pressure or more, the two metal plate is electrically connected through the ACF It discharges and the voltage inside the battery drops drastically. A battery in a discharged state does not ignite or explode even when an external pressure, nail, nipper, or the like occurs. Accordingly, the present invention can improve the safety of the battery by lowering the charged state of the cell before the cell explodes if a predetermined pressure or more is applied to the metal plate due to an external shock caused by pressure, nail, nipper, or the like.
본 발명의 안전 소자는 외부 충격 또는 외부 가압 시 주로 전지에 압력이 가해지는 방향에 수직되도록 설치되는 것이 바람직하다.Preferably, the safety device of the present invention is installed to be perpendicular to the direction in which the pressure is applied to the battery during external shock or external pressurization.
또, 본 발명의 안전 소자는 셀(cell) 외부 또는 내부에 설치될 수 있으나, 외부에 설치하는 것이 바람직하다.In addition, the safety element of the present invention may be installed outside or inside the cell, but is preferably installed outside.
전지 외부에 설치된 본 발명의 안전소자는 노출된 상태로 사용될 수 있으며, 또 전기적으로 절연성을 가지는 고분자층으로 둘러싸여 사용될 수도 있다.The safety device of the present invention installed outside the battery may be used in an exposed state, and may also be used surrounded by an electrically insulating polymer layer.
한편, 본 발명의 안전 소자를 구체적으로 전지에 연결한 상태를 보여주는 구체예들이 도 2에 도시되어 있다. Meanwhile, specific examples showing a state in which the safety device of the present invention is specifically connected to a battery are shown in FIG. 2.
도 2는 파우치형 전지에 본 발명의 안전 소자를 연결한 것이다. 2 is a safety device of the present invention connected to a pouch-type battery.
일반적으로 파우치형 전지(battery)는 적층형으로 1개 이상의 양극 극판; 및 상기 양극 극판과 교번하여 적층된 1개 이상의 음극 극판을 구비하고 있다. 이때, 적층형 전지는 1개 이상의 양극 극판을 연결하고 이를 전지 외부로 연결해 주는 양극 리드와, 1개 이상의 음극 극판을 연결하고 전지 외부로 연결해 주는 음극 리드가 전지 포장재 외부의 전원과 연결되는 구조로 되어 있다.In general, a pouch-type battery (battery) is a stack of one or more positive electrode plates; And at least one negative electrode plate alternately stacked with the positive electrode plate. In this case, the stacked battery has a structure in which a positive lead connecting one or more positive electrode plates and connecting them to the outside of the battery and a negative lead connecting one or more negative electrode plates and connecting to the outside of the battery are connected to a power source outside the battery packaging material. have.
이때, 제1 금속판, 제2금속판, 및 상기 두 금속판 사이에 개재된 ACF로 구성된 본 발명의 안전 소자는 상기 최외곽 양극 극판 및/또는 최외곽 음극 극판에 함께 적층되어 있다. 이때, 제1 금속판은 양극 극판의 일부 또는 양극 리드 또는 양극 단자와 전기적으로 연결되어 있고 제2금속판은 음극 극판의 일부 또는 음극 리드 또는 음극 단자와 전기적으로 연결되어 있다.At this time, the safety element of the present invention comprising the first metal plate, the second metal plate, and the ACF interposed between the two metal plates is stacked together on the outermost positive electrode plate and / or the outermost negative electrode plate. In this case, the first metal plate is electrically connected to a part of the positive electrode plate or the positive lead or the positive electrode terminal, and the second metal plate is electrically connected to a part of the negative electrode plate or the negative electrode lead or the negative electrode terminal.
이때, 본 발명의 안전 소자는 전극 극판에 직접 인접하여 적층될 수 있으나, 전지 포장재 외부에 적층되어 전기적으로만 양극, 음극과 연결되는 것이 바람직하다.In this case, the safety device of the present invention may be stacked directly adjacent to the electrode pole plate, but is preferably stacked outside the battery packaging material and electrically connected to the positive electrode and the negative electrode.
도 3은 캔형 전지에 본 발명의 안전 소자를 연결한 것이다.3 is a connection of the safety device of the present invention to a can-type battery.
일반적으로 캔형 전지(battery)는 양극 극판, 음극 극판 및 분리막으로 이루어지는 전극 조립체가 캔과 캡으로 된 용기 안에 구비된 것으로, 상기 용기는 하나의 전극단자의 역할을 하고(도 3에서는 양극 단자 역할), 반대 전극의 전극단자(도 3에서는 음극 단자)가 절연된 상태로 상기 용기로부터 돌출되어 있다.In general, a can-type battery (battery) is an electrode assembly consisting of a positive electrode plate, a negative electrode plate and a separator is provided in a container consisting of a can and a cap, the container serves as one electrode terminal (in Figure 3 serves as a positive electrode terminal) The electrode terminal (negative electrode terminal in Fig. 3) of the opposite electrode protrudes from the container in an insulated state.
이때, 캔형 전지의 용기는 상기 본 발명의 안전 소자 중 제1 금속판 역할을 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 안전 소자의 제2 금속판은 상기 용기의 적어도 일면과 평행하게 설치되고 그 사이에 ACF가 개재되며, 상기 제2 금속판의 일부가 상기 반대 전극의 전극단자와 전기적으로 연결되어 있다.In this case, the container of the can-type battery may serve as a first metal plate of the safety device of the present invention. Therefore, the second metal plate of the safety device of the present invention is installed in parallel with at least one surface of the container, and the ACF is interposed therebetween, and a part of the second metal plate is electrically connected to the electrode terminal of the counter electrode.
한편, 본 발명의 안전소자를 사용할 수 있는 전지는 충전되어 있는 전지인 한 어떤 형태의 전지이든 상관없고, 일차 전지, 이차 전지가 모두 가능하다. 비제 한적인 예로, a) 리튬이온을 흡장 방출할 수 있는 양극; b) 리튬이온을 흡장 방출할 수 있는 음극; c) 다공성 분리막; 및 d) 리튬 염과 전해액 화합물을 포함하는 비수전해액을 포함하는 리튬 이차 전지가 있다.On the other hand, the battery which can use the safety element of this invention may be any type of battery as long as it is a charged battery, and both a primary battery and a secondary battery can be used. Non-limiting examples include: a) a cathode capable of occluding and releasing lithium ions; b) a negative electrode capable of storing and releasing lithium ions; c) a porous separator; And d) a nonaqueous electrolyte comprising a lithium salt and an electrolyte compound.
상기 비수전해액은 환형 카보네이트 및/또는 선형 카보네이트를 포함한다. 상기 환형 카보네이트의 예를 들면 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 감마부티로락톤(GBL) 등이 있다. 상기 선형 카보네이트의 예를 들면 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 에틸메틸카보네이트 (EMC) 및 메틸 프로필 카보네이트(MPC)로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 것이 바람직하다.The nonaqueous electrolyte includes cyclic carbonates and / or linear carbonates. Examples of the cyclic carbonates include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), gamma butyrolactone (GBL), and the like. For example, at least one selected from the group consisting of diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethylmethyl carbonate (EMC) and methyl propyl carbonate (MPC) may be selected.
상기 비수전해액에 포함되는 리튬염은 LiClO4, LiCF3SO3, LiPF6, LiBF4, LiAsF6, 및 LiN(CF3SO2)2로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.The lithium salt contained in the non-aqueous electrolyte is preferably selected from the group consisting of LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 .
상기 음극 활물질은 탄소, 리튬 금속 또는 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 기타 리튬을 흡장 방출할 수 있고, 리튬에 대한 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2와 같은 금속 산화물도 가능하다.It is preferable to use carbon, lithium metal, or an alloy as the negative electrode active material. Other metals such as TiO 2 and SnO 2 capable of occluding and releasing lithium and having a potential for lithium of less than 2 V are also possible.
상기 양극 활물질은 리튬 함유 전이 금속 산화물이 바람직하며, 예를 들면 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiMnO2 및 LiNi1-XCoXO2(여기에서, 0＜X＜1)로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것이 바람직하다. MnO2와 같은 금속 산화물 혹은 이들의 조합으로 이루어진 양극도 무방하다.The positive electrode active material is preferably a lithium-containing transition metal oxide, for example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2, and LiNi 1-X Co X O 2 (here, 0 <X <1). It is preferable to select at least 1 type from the group. An anode made of a metal oxide such as MnO 2 or a combination thereof may be used.
또한, 상기 다공성 분리막의 예로 폴리올레핀계 다공성 분리막이 있다.In addition, examples of the porous separator is a polyolefin-based porous separator.
본 발명의 리튬 이차 전지는 통상적인 방법으로 음극과 양극 사이에 다공성의 분리막을 넣고, 상기한 LiPF6 등의 리튬염과 첨가제를 포함하는 비수전해액을 투입하여 제조할 수 있다.The lithium secondary battery of the present invention may be prepared by inserting a porous separator between the negative electrode and the positive electrode in a conventional manner, and by adding a non-aqueous electrolyte containing lithium salt and additives such as LiPF 6 .
[실시예] EXAMPLE
이하의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the examples are only for illustrating the present invention and not for limiting the present invention.
실시예 1.Example 1.
도 2와 같이, 제1 금속판(양극집전체), 제2금속판(음극집전체), 및 상기 두 금속판 사이에 개재된 ACF로 구성된 본 발명의 안전 소자를, 파우치 형태로 만들어진 전지(cell)에, 제1금속판이 양극과 전기적으로 연결되고 제2금속판이 음극과 전기적으로 연결되도록 부착하였다. 사용한 파우치 전지에서 양극은 LiCoO2, 음극은 카본이 사용되었으며, 전해액으로는 EC:EMC(1:2) 베이스 조성을 가지는 1M LiPF6용액을 사용하였다.As shown in FIG. 2, the safety device of the present invention comprising a first metal plate (anode collector), a second metal plate (cathode collector), and an ACF interposed between the two metal plates is placed in a cell made of a pouch. The first metal plate is electrically connected to the positive electrode and the second metal plate is electrically connected to the negative electrode. In the pouch battery used, the positive electrode was LiCoO 2 and the negative electrode was carbon. The electrolyte was a 1M LiPF 6 solution having an EC: EMC (1: 2) base composition.
상기 전지를 4.2V로 충전하고, 지름 1cm의 봉으로 분당 3mm의 속도로 본 발명의 안전소자에 수직 방향으로 눌러주어 로컬 크러쉬 실험을 행하였다. The battery was charged to 4.2V, and a local crush experiment was conducted by pressing in a direction perpendicular to the safety device of the present invention at a speed of 3 mm per minute with a rod having a diameter of 1 cm.
상기 실험 결과, ACF에 가해지는 압력이 상승함에 따라 전압이 급격히 0V근처로 떨어졌으며, cell은 폭발 없이 안정했고 발열온도는 약 70도 이하로 매우 낮았다(도 4 참조).As a result of the experiment, as the pressure applied to the ACF increased, the voltage dropped rapidly to around 0V, the cell was stable without explosion and the exothermic temperature was very low, about 70 degrees or less (see FIG. 4).
실시예 2. Example 2 .
실시예 1보다 악조건 하에서 실험하기 위해 전지를 4.3V 까지 충전한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 전지 제조 및 로컬 크러쉬 실험을 하였다. Battery manufacturing and local crush experiments were carried out in the same manner as in Example 1, except that the battery was charged to 4.3 V in order to experiment under worse conditions than Example 1.
상기 실험 결과, 압력이 상승함에 따라 전압이 급격히 0V근처로 떨어졌으며, cell은 폭발 없이 안정했고 발열온도 약 70도 이하로 매우 낮았다(도 5 참조).As a result of the experiment, as the pressure increased, the voltage dropped sharply to near 0V, and the cell was stable without explosion and was very low at about 70 degrees below the exothermic temperature (see FIG. 5).
실시예3. Example 3
실시예 2보다 악조건 하에서 실험하기 위해 전지를 4.4V까지 충전한 것을 제외하고, 실시예1과 동일한 방법으로 전지 제조 및 로컬 크러쉬 실험을 하였다. Battery manufacturing and local crush experiments were carried out in the same manner as in Example 1, except that the battery was charged to 4.4 V in order to experiment under worse conditions than Example 2.
상기 실험 결과, 압력이 상승함에 따라 전압이 급격히 0V근처로 떨어졌으며, cell은 폭발 없이 안정했고 발열온도 약 70도 이하로 매우 낮았다(도 6).As a result of the experiment, as the pressure increased, the voltage dropped sharply to near 0V, and the cell was stable without explosion and was very low at about 70 degrees below the exothermic temperature (FIG. 6).
비교예 1. Comparative Example 1 .
본 발명의 안전소자를 전지에 부착하지 않는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 전지 제조 및 로컬 크러쉬 실험을 하였다. Battery manufacturing and local crush experiments were conducted in the same manner as in Example 1, except that the safety device of the present invention was not attached to the battery.
상기 실험 결과, cell이 폭발하였으며, 폭발 전에 전압강하는 일어나지 않았고 폭발과 동시에 전압강하 및 발열이 일어났다. 발열온도도 약 600도 이상으로 매우 높았다(도 7).As a result of the experiment, the cell exploded, and the voltage drop did not occur before the explosion, and the voltage drop and the heat generation occurred at the same time as the explosion. The exothermic temperature was also very high, about 600 degrees or more (FIG. 7).
본 발명의 안전 소자가 연결된 전지는 압력, 네일, 니퍼 등에 의한 외부충격 또는 외부 압력이 가해질 경우에도 압력에 의해서 셀에 손상이 가해지기 전에 셀의 전류를 안전소자로 통전시켜 전지를 방전시켜 줌으로써 셀이 손상되는 것을 막아주 거나 최소한 셀이 발화 또는 폭발하는 현상이 일어나는 것을 방지해 준다. The battery to which the safety device of the present invention is connected is discharged by energizing the cell's current to the safety device before the battery is damaged by pressure even when external shock or external pressure is applied by pressure, nail, nipper, etc. This prevents damage or at least prevents the cell from firing or exploding.
종래에는 전지의 안전성 문제 때문에 비수전해질 이차전지, 예컨대 리튬 이차 전지에서 에너지 밀도를 증가시키는데 제한이 있었으나, 본 발명의 안전소자를 구비하면, 전지 안전성이 확보되는 전지의 작동 충전 전압을 상승시킬 수 있으므로, 고 에너지 밀도의 전지를 구현할 수 있다.Conventionally, there was a limitation in increasing energy density in nonaqueous electrolyte secondary batteries such as lithium secondary batteries due to the safety of the battery. However, when the safety device of the present invention is provided, the operating charging voltage of the battery which ensures battery safety may be increased. In addition, it is possible to implement a battery of high energy density.
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