KR100670485B1 - 리튬 이차 전지용 전극조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 - Google Patents

리튬 이차 전지용 전극조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬 이차 전지용 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 본 발명은 제1 전극 집전체 및 상기 제1 전극 집전체에 형성된 제1 전극 활물질층을 포함하는 제1 전극; 제2 전극 집전체 및 상기 제2 전극 집전체에 형성된 제2 전극 활물질층을 포함하는 제2 전극; 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 리튬 이차 전지용 전극조립체에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나가 정온도계수(Positive Temperature Coefficient: PTC) 코팅층을 포함하는 리튬 이차 전지용 전극조립체를 제공한다.

Description

리튬 이차 전지용 전극조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지{Electrode assembly for a lithium secondary battery and a Lithium secondary battery comprising the same}
도 1은 종래의 캔형 리튬 이차 전지에 대한 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체의 분해 사시도.
본 발명은 리튬 이차 전지용 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 PTC 기능을 가지는 전극을 포함하는 리튬 이차 전지용 전극조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선 기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 예를 들면, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량 당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분 야에서 널리 사용되고 있다.
도 1은 종래의 캔형 리튬 이차 전지에 대한 분해 사시도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 리튬 이차 전지는 제1 전극(13), 제2 전극(15) 및 세퍼레이터(14)로 구성되는 전극조립체(12)를 전해액과 함께 캔(10)에 수납하고, 이 캔(10)의 상단부를 캡조립체(20)로 밀봉함으로써 형성된다. 상기 캡조립체(20)는 상기 캔(10)의 상부에 결합되는 캡플레이트(40)와, 상기 캡플레이트(40)의 단자통공(41)에 삽입되는 전극단자(30)와, 상기 캡플레이트(40)의 아랫면에 설치되는 절연플레이트(50)와, 상기 절연플레이트(50)의 아랫면에 설치되어서 상기 전극단자(30)와 통전되는 터미널플레이트(60)를 포함하여 구성된다. 상기 캡조립체(20)는 상기 전극조립체(12)의 상부에 설치되는 별도의 절연케이스(70)에 의하여 상기 전극조립체(12)와 절연되면서 상기 캔(10)의 상단개구부에 결합되어 캔(10)을 밀봉하게 된다.
상기 캡플레이트(40)의 중앙에 형성되어 있는 상기 단자통공(41)에는 전극단자(30)가 삽입된다. 상기 전극단자(30)가 단자통공(41)에 삽입될 때는 전극단자(30)와 캡플레이트(40)의 절연을 위하여 전극단자(30)의 외면에 튜브형 개스킷(35)이 결합되어 함께 삽입된다. 상기 캡조립체(20)가 상기 캔(10)의 상단부에 조립된 후 전해액주입공(42)을 통하여 전해액이 주입되고 상기 전해액주입공(42)은 마개(43)에 의하여 밀폐된다.
상기 전극단자(30)는 상기 터미널플레이트(60)를 통하여 상기 제2 전극(15)의 제2 전극탭(17) 및 상기 제1 전극(13)의 제1 전극탭(16)중 하나, 예를 들면 제2 전극탭(17)과 전기적으로 연결되어 있다. 상기 제1 전극탭(16) 및 제2 전극탭(17)이 전극조립체(12)로부터 인출되는 부분에는 전극(13, 15)간의 단락을 방지하기 위하여 절연 테이프(18)가 감겨져 있다. 상기 전극단자(30)에 전기적으로 연결되지 않은 전극탭, 예를 들면 제1 전극탭(16)은 상기 캡플레이트(40)의 하면에 연결된다. 상기와 같이 조립된 리튬 이차 전지에서 상기 제1 전극이 양극을 이루고 상기 제2 전극이 음극을 이루는 경우 상기 전극단자(30)가 음극으로 작용하게 되고 상기 전극단자(30)를 제외한 캡플레이트(40) 및 캔(10)이 양극으로 작용하게 된다.
이러한 리튬이온 이차전지는 전극조립체의 내부 단락이나 외부 단락 또는 과충방전 등에 의하여 전압이 급상승하고, 이 때문에 전지가 파열되는 위험에 노출되어 있다. 이차전지 내부의 단락을 방지하기 위해서는 전극조립체에서 양극판과 음극판의 종단부와 전극탭 용접 부위를 포함하여 단락의 위험이 있는 부분에 절연테이프를 부착하게 된다. 또한 이차전지는 정온도계수(Positive Temperature Coefficient: PTC) 소자, 써멀퓨즈(thermal fuse) 및 보호회로(protecting circuit) 등과 같은 안전장치와 전기적으로 연결되며, 이러한 안전장치는 전지의 전압이나 온도가 급상승할 때 전류를 차단하여 전지의 파열을 미연에 방지한다.
근래에 전지의 대형화 및 고용량화에 따라 충방전 시 양극/음극 발열이 증대되어 안전성 확보가 더욱 중요한 과제로 떠오르고 있다. 특히, 전지 내부에서 단락이나 과충전 등에 의해 전지 온도가 비정상적으로 급격히 상승하는 경우 전지 외부에 설치된 안전 기구만으로는 신속하게 이러한 발열을 억제하기가 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전지 내부 온도 상승시 전류를 차단하여 더 이상의 발열을 억제함으로써 전지의 온도 상승을 억제할 수 있는 리튬 이차 전지용 전극조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 전극조립체를 포함하는 안정성이 향상된 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 제1 전극 집전체 및 상기 제1 전극 집전체에 형성된 제1 전극 활물질층을 포함하는 제1 전극; 제2 전극 집전체 및 상기 제2 전극 집전체에 형성된 제2 전극 활물질층을 포함하는 제2 전극; 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 리튬 이차 전지용 전극조립체에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나가 정온도계수(Positive Temperature Coefficient: PTC) 코팅층을 포함하는 리튬 이차 전지용 전극조립체를 제공한다.
본 발명은 또한 상기 전극조립체와, 상기 전극조립체를 수용하는 전지 케이스를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
PTC 특성이란 상온 정도의 낮은 온도에서는 저항이 낮아 전도성을 갖지만, 온도가 상승함에 따라 비교적 좁은 온도 영역에서 전기저항이 급격히 증가하는 특성을 말한다.
본 발명에 따른 리튬 이차 전지용 전극 조립체의 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는 PTC 코팅층을 포함하고 있다. 전지의 내부 단락이나 과충전 등으로 전지의 내부 온도가 급격히 상승하는 경우, PTC 코팅층을 포함하고 있는 제1 전극, 제2 전극 또는 양 전극에서 PTC 코팅층의 전기저항이 급격히 증가하여 전극 내 전류의 흐름이 차단된다.
상기 PTC 코팅층의 유효 작동 온도는 100 내지 150℃의 범위 내인 것이 바람직하다. 여기서 "PTC 코팅층의 유효 작동 온도"라 함은 PTC 코팅층이 PTC 특성을 나타내는 온도, 즉 과대전류발생 시 줄(Joule)열 발생에 따라 저항이 급격히 증가하여 전류를 찬단시키는 퓨즈의 기능을 할 수 있는 온도를 의미한다. 리튬 이차 전지의 사용 온도 범위는 통상 방전의 경우 -20 내지 60℃이고, 충전은 0 내지 45℃에서 이루어진다. 그러나, 과충전이나 내부 단락 등에 의해 전지의 내부 온도가 100℃ 이상으로 급격히 상승할 수 있으며, 이 때 상기 PTC 코팅층이 작동하도록 구성되는 것이 바람직하다. 하지만, PTC 기능이 나타나는 온도가 150℃을 넘는 경우 전지의 내부 온도가 지나치게 상승하여 전지의 안정성 측면에서 바람직하지 않다.
상기 PTC 코팅층은 두께가 0.1 내지 50㎛이다. 상기 PTC 코팅층의 두께가 0.1㎛ 미만인 경우 취급이 용이하지 않으며, 상기 두께가 50㎛을 초과하는 경우 전극의 부피(두께)가 커지므로 에너지 밀도가 낮아져 바람직하지 않다.
상기 PTC 코팅층은 전도성 충전제/고분자 수지의 복합체로 이루어질 수 있다. 이와 같은 PTC 고분자 복합체의 온도를 증가시키면 고분자의 용융 영역 부근에서 고분자의 열팽창에 의해서 전도성 충전제 입자의 간격, 응집체(aggregate)의 간격이 커져 전도성 충전제간의 전도성 네트워크가 파괴됨으로써 전자의 터널링(tunneling) 현상을 방해하여 전기저항이 급격히 증가하는 PTC 현상이 발생하는 것으로 여겨지고 있다. 그러나 이러한 PTC 효과 뒤에 고분자의 용융 상태에서 전도성 충전제 입자의 분산상태의 변화로 새로운 전도 네트워크가 형성되어 반대로 저항이 크게 감소하는 부온도계수(Negative Temperature Coefficient: NTC) 현상이 나타날 수 있다. NTC 현상에 의해 스위칭(switching) 특성을 잃어버릴 수 있기 때문에 가교에 의해 전도성 충전제 입자를 강하게 부착시키는 네트워크를 형성시켜 충전제 입자의 운동을 억제함으로써 구조적인 안정을 얻을 수 있다. 또는 혼합 충전제를 사용하는 방법 등을 통해서 NTC 현상을 제거할 수도 있다.
PTC 현상은 고분자 수지의 용융점(melting temperature: Tm) 부근에서 일어나므로, 본 발명의 PTC 코팅층을 이루는 전도성 충전제/고분자 수지의 복합체에서는 고분자 수지로 용융점이 100 내지 150℃인 결정성 폴리올레핀 수지가 사용된다. 구체적으로는 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene: HDPE), 중밀도 폴리에틸렌(Medium Density Polyethylene: MDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(Linear Low Density Polyethylene: LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(Low Density Polyethylene: LDPE) 등이 사용될 수 있다. 상기 HDPE, MDPE, LLDPE, LDPE의 밀도와 용융점을 하기 표 1에 나타내었다.
밀도(g/㎤): ASTM D1238 측정법 대표 용융점(℃): ASTM D2117 측정법
LDPE 0.910∼0.925 105
LLDPE 0.910∼0.925 120
MDPE 0.926∼0.940 125
HDPE 0.941∼0.965 130
상기 전도성 충전제/고분자 수지 복합체에서는 전도성 충전제로 카본블랙(carbon black)이 사용될 수 있다. 상기 카본블랙으로는 입자크기가 50 내지 100nm, 바람직하게는 70 내지 90nm인 나노구조를 갖는 카본블랙을 사용하여 상기 복합체의 PTC 세기를 증가시킬 수 있다. 상기 카본블랙의 함량은 10 내지 50중량%, 바람직하게는 20 내지 30중량%이다.
PTC 세기는 상기 PTC 코팅층의 우수성을 평가하는 기준이 되는 것으로서, 비저항비를 통하여 구할 수 있다. 비저항비란 최대 비저항값(ρmax)을 최소 비저항값인 상온에서의 비저항값(ρRT)으로 나누어 준 값을 말하며, 비저항비가 클수록 우수한 PTC 특성을 갖는 것으로 알려져 있다.
본 발명의 PTC 코팅층은 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나의 전극에 형성될 수 있으며, 전극 집전체와 전극 활물질층 사이에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 PTC 코팅층이 전극 집전체와 전극 활물질층 사이에 형성되면, 전지 내부 온도가 100℃ 이상 상승할 때 전극 내 전류 흐름이 보다 효과적으로 차단될 수 있으며, 보다 균일한 두께를 갖는 PTC 코팅층을 형성할 수 있다.
고분자 수지와 전도성 충전제를 용융 혼합하여 PTC 고분자 복합체 조성물을 제조하고, 핫 프레서(hot presser)를 이용하여 상기 조성물을 전극 집전체 표면에 소정 두께의 시트상으로 압축 성형하여 전극 집전체 상에 PTC 코팅층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 PTC 고분자 복합체 조성물을 압축 성형하여 시트상 시편을 제조한 후, 전도성 접착제를 사용하여 상기 시트상 시편을 상기 전극 집전체 표면에 부착할 수도 있다. NTC 현상을 억제하기 위해서, 상기 전극 집전체 표면에 형성된 PTC 코팅층 또는 상기 PTC 고분자 복합체의 시트상 시편에 전자선을 조사하는 가교 공정을 수행할 수 있다. 또는, 상기 PTC 고분자 복합체 조성물의 제조 시에 가교제를 첨가하여 가교도를 증진시킬 수도 있으며, 카본블랙 입자들을 표면 처리하여 고분자/카본블랙간 복합재료의 PTC 특성을 변화시킬 수도 있다.
상기와 같이 형성된 PTC 코팅층 위에 전극 활물질 슬러리를 도포하고 건조시켜 전극 활물질층을 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체의 분해 사시도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 전극조립체(110)는 제1 전극(113)과 제2 전극(115) 사이에 세퍼레이터(114)를 개재하여 적층한 후 젤리롤(jelly-roll) 형태로 권취된다.
상기 제1 전극(113)은 제1 전극 집전체(113a), 상기 제1 전극 집전체(113a) 상에 형성된 PTC 코팅층(113b) 및 제1 전극 활물질층(113c)과, 상기 제1 전극 집전체(113a)의 무지부(uncoated area)에 부착된 제1 전극탭(116)을 포함하여 구성된다.
상기 제2 전극(115)은 제2 전극 집전체(115a), 상기 제2 전극 집전체(115a)상에 형성된 PTC 코팅층(115b)과 제2 전극 활물질층(115c), 및 상기 제2 전극 집전체(115a)의 무지부(uncoated area)에 부착된 제2 전극탭(117)을 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시예에서는 상기 제1 전극(113)이 양극으로, 제2 전극(115)이 음극으로 형성되어 있으며, 반대로 형성될 수 있음은 물론이다.
상기 제1 전극(113)이 양극으로 사용되는 경우, 제1 전극 집전체(113a)는 양극 집전체가 되며, 상기 양극 집전체로는 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄 또는 이들의 합금, 알루미늄 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하다. 상기 제2 전극(115)이 음극으로 사용되는 경우, 제2 전극 집전체(115a)는 음극 집전체가 되며, 상기 음극 집전체로는 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄 또는 이들의 합금, 구리 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 구리 또는 구리 합금이 바람직하다. 상기 양극 및 음극 집전체의 형태로는 호일, 필름, 시트, 펀칭된 것, 다공질체, 발포체 등을 들 수 있다. 집전체의 두께는 통상 1∼50㎛, 바람직하게는 1∼30㎛이다.
상기 제1 전극 집전체(113a) 및 상기 제2 전극 집전체(115a) 상에 각각 전도성 충전제/고분자 수지의 복합체로 이루어진 PTC 코팅층(113b, 115b)이 형성되어 있다. 상기 PTC 코팅층(113b, 115b)의 두께는 0.1 내지 50㎛이다.
상기 제1 전극 활물질층(113c)은 리튬 이온을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 양극 활물질로 이루어지며, 이러한 양극 활물질로는 코발트, 망간, 니켈에서 선택되는 최소한 1종 및 리튬과의 복합산화물 중 1종 이상의 것이 바람직하고, 그 대표적인 예로는 하기에 기재된 리튬 함유 화합물이 바람직하게 사용될 수 있다.
LixMn1-yMyA2 (1)
LixMn1-yMyO2-zXz (2)
LixMn2O4-zXz (3)
LixMn2-yMyM'zA4 (4)
LixCo1-yMyA2 (5)
LixCo1-yMyO2-zXz (6)
LixNi1-yMyA2 (7)
LixNi1-yMyO2-zXz (8)
LixNi1-yCoyO2-zXz (9)
LixNi1-y-zCoyMzAα (10)
LixNi1-y-zCoyMzO2-αXα (11)
LixNi1-y-zMnyMzAα (12)
LixNi1-y-zMnyMzO2-αXα (13)
(상기 식에서 0.9≤x≤1.1, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.5, 0≤α≤2이고, M과 M'은 동일하거나 서로 다르며, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B, As, Zr, Mn, Cr, Fe, Sr, V 및 희토류 원소로 이루어진 군에서 선택되며, A는 O, F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되고, X는 F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택된다.)
상기 제2 전극 활물질층(115c)은 리튬이온을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 음극 활물질로 이루어지며, 이러한 음극 활물질로는 리튬 이온을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 물질이 사용될 수 있으며, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬 합금 등이 사용될 수 있다. 예를 들면, 비정질 탄소로는 하드카본, 코크스, 1500℃ 이하에서 소성한 메조카본 마이크로비즈(MCMB), 메조페이스피치계 탄소섬유(MPCF) 등이 있다. 결정질 탄소로는 흑연계 재료가 있으며, 구체적으로는 천연흑연, 흑연화 코크스, 흑연화 MCMB, 흑연화 MPCF 등이 있다. 리튬 합금으로는 리튬과 알루미늄, 아연, 비스무스, 카드뮴, 안티몬, 실리콘, 납, 주석, 갈륨 또는 인듐과의 합금이 사용될 수 있다.
상기 제1 전극 활물질층(113c) 또는 상기 제2 전극 활물질층(115c)은 양극 또는 음극 활물질, 바인더, 도전재 등을 용매에 분산시켜 슬러리 조성물을 제조하고, 이 슬러리 조성물을 상기 PTC 코팅층(113b, 115b)에 도포하고 건조, 압연하여 제조될 수 있다.
상기 제1 전극탭(116) 및 상기 제2 전극탭(117)은 각각 상기 제1 전극 집전체(113a) 및 제2 전극 집전체(115a)의 무지부에 대하여 점용접(spot welding), 레이저용접, 초음파용접과 같은 용접이나, 도전성 접착제에 의하여 통전 가능하도록 부착되어 있다. 상기 도전성 접착제로는 접착력이 우수한 에폭시수지, 아크릴수지, 변성 우레탄수지 등의 합성수지와 합성고무에 도전성이 우수한 은, 니켈 등 금속가루와 카본을 균일하게 혼합 분산시킨 도전성 페이스트가 사용될 수 있다. 상기 제1 전극탭(116) 및 상기 제2 전극탭(117)은 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 세퍼레이터(114)는 상기 제1 전극(113) 및 제2 전극(115) 사이의 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동통로를 제공하는 것으로서, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀계 고분자막 또는 이들의 다중막, 미세다공성 필름, 직포 및 부직포와 같은 공지된 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 리튬 이차 전지는 본 발명에 따른 전극조립체와, 상기 전극조립체를 수용하는 전지 케이스를 포함한다. 상기 전지 케이스는 캔 또는 파우치 형상으로 이루어질 수 있으며, 그 형상이 여기에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 리튬 이차 전지에는 리튬염과 비수성 유기 용매를 포함하는 비수성 전해액이 사용될 수 있다. 상기 리튬염은 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 전지의 작동을 가능하게 하며, 상기 비수성 유기용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다.
상기 리튬염으로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임), LiCl, 및 LiI로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.6 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하며, 0.7 내지 1.6M 범위 내에서 사용하는 것이 더 바람직하다. 리튬염의 농도가 0.6M 미만이면 전해질의 전도도가 낮아져 전해질 성능이 떨어지고, 2.0M을 초과하는 경우에는 전해질의 점도가 증가하여 리튬 이온의 이동성이 감소되는 문제점이 있다.
상기 비수성 유기용매로는 카보네이트, 에스테르, 에테르 또는 케톤을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 유기용매는 이온의 해리도를 높여 이온의 전도를 원활하게 하기 위해 유전율(극성)이 크고 저점도를 갖는 것을 사용해야 하는데, 일반적으로는 고유전율, 고점도를 갖는 용매와 저유전율, 저점도를 갖는 용매로 구성된 두 가지 이상의 혼합용매를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 비수성 유기용매 중 카보네이트계 용매의 경우 환형(cyclic) 카보네이트와 선형(chain) 카보네이트를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 환형 카보네이트로는 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트(VC) 등이 사용될 수 있다. 상기 선형 카보네이트로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 에틸프로필 카보네이트(EPC) 등이 사용될 수 있다.
상기 에스테르는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, γ-부티로락톤(GBL), γ-발레로락톤 등이 사용될 수 있고, 상기 에테르는 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, 디부틸에테르 등이 사용될 수 있다. 상기 케톤으로는 폴리메틸비닐 케톤 등이 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 리튬 이차 전지용 전극조립체는 전지 내부 온도 상승시 전류를 차단하여 더 이상의 발열을 억제함으로써 전지의 온도 상승을 억제할 수 있다. 본 발명의 전극조립체를 포함하는 리튬 이차 전지는 전지의 안전성이 향상된다.
본 발명에 대해 상기 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (21)

  1. 제1 전극 집전체 및 상기 제1 전극 집전체에 형성된 제1 전극 활물질층을 포함하는 제1 전극; 제2 전극 집전체 및 상기 제2 전극 집전체에 형성된 제2 전극 활물질층을 포함하는 제2 전극; 및 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 리튬 이차 전지용 전극조립체에 있어서,
    상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는 정온도계수(Positive Temperature Coefficient: PTC) 코팅층을 포함하되, 상기 PTC 코팅층은 상기 제1 전극 또는 제2 전극의 전극 집전체와 전극 활물질층 사이에 형성되는 리튬 이차 전지용 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 PTC 코팅층의 유효 작동 온도는 100 내지 150℃의 범위 내인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극조립체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 PTC 코팅층의 두께는 0.1 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극조립체.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 PTC 코팅층은 전도성 충전제/고분자 수지의 복합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극조립체.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 고분자 수지는 용융점이 100 내지 150℃인 결정성 폴리올레핀 수지인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극조립체.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 고분자 수지는 고밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극조립체.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 전도성 충전제는 카본블랙인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극조립체.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 카본블랙의 입자크기는 50 내지 100nm인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극조립체.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 카본블랙의 입자크기는 70 내지 90nm인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극조립체.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 카본블랙의 함량은 10 내지 50중량%인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극조립체.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 카본블랙의 함량은 20 내지 30중량%인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극조립체.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극조립체.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제1 전극 집전체는 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극조립체.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 제1 전극 활물질은 리튬 이온을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 양극 활물질인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극조립체.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 양극 활물질은 하기 (1) 내지 (13)으로 이루어진 군에서 선택되는 리튬 화합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극조립체.
    LixMn1-yMyA2 (1)
    LixMn1-yMyO2-zXz (2)
    LixMn2O4-zXz (3)
    LixMn2-yMyM'zA4 (4)
    LixCo1-yMyA2 (5)
    LixCo1-yMyO2-zXz (6)
    LixNi1-yMyA2 (7)
    LixNi1-yMyO2-zXz (8)
    LixNi1-yCoyO2-zXz (9)
    LixNi1-y-zCoyMzAα (10)
    LixNi1-y-zCoyMzO2-αXα (11)
    LixNi1-y-zMnyMzAα (12)
    LixNi1-y-zMnyMzO2-αXα (13)
    (상기 식에서 0.9≤x≤1.1, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.5, 0≤α≤2이고, M과 M'은 동일하거나 서로 다르며, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B, As, Zr, Mn, Cr, Fe, Sr, V 및 희토류 원소로 이루어진 군에서 선택되며, A는 O, F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되고, X는 F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택된다.)
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 제2 전극 집전체는 구리 또는 구리 합금인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극조립체.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 제2 전극 활물질은 리튬 이온을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 음극 활물질인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극조립체.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 음극 활물질은 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유, 리튬 금속 및 리튬 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극조립체.
  20. 제1 전극 집전체 및 상기 제1 전극 집전체에 형성된 제1 전극 활물질층을 포함하는 제1 전극과, 제2 전극 집전체 및 상기 제2 전극 집전체에 형성된 제2 전극 활물질층을 포함하는 제2 전극과, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체를 구비하고,
    상기 전극조립체의 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는 PTC 코팅층을 포함하되, 상기 PTC 코팅층은 상기 제1 전극 또는 제2 전극의 전극 집전체와 전극 활물질층 사이에 형성하며,
    상기 전극조립체를 수용하는 전지 케이스를 포함하는 리튬 이차 전지.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 전지 케이스는 캔 또는 파우치인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
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