KR101058313B1 - Electrochemical device showing excellent safety - Google Patents

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Abstract

본 발명은 1 이상의 제1전극, 1 이상의 분리막 및 1 이상의 제2전극이 구비된 전극 조립체가 용기 내에 수용되어 있는 전기화학소자에 있어서, 상기 용기는 외부로부터 소정 이상의 압력 가압시 의도적으로 분리막, 전극 또는 둘다를 파열시킬 수 있는 1이상의 돌출부가 내부 표면에 형성되어 있는 것이 특징인 전기화학소자를 제공한다.The present invention relates to an electrochemical device in which an electrode assembly including one or more first electrodes, one or more separators, and one or more second electrodes is housed in a container, wherein the container is intentionally separated from the outside by a predetermined pressure or pressure. Or an electrochemical device characterized in that one or more protrusions capable of rupturing both are formed on an inner surface.

상기 전기화학소자는 압착, 충격 등 외부에서 물리적인 충격이 가해질 때 전기화학소자의 안전성을 확보할 수 있다.The electrochemical device can secure the safety of the electrochemical device when a physical shock is applied from the outside, such as compression, impact.

Description

우수한 안전성을 발휘하는 전기화학소자{ELECTROCHEMICAL DEVICE ENSURING A GOOD SAFETY} ELECTROCHEMICAL DEVICE ENSURING A GOOD SAFETY

도 1은 전지 캔 안에 권취형 전극조립체가 수용된 종래 전기화학소자를 도시한 것이다.1 illustrates a conventional electrochemical device in which a wound electrode assembly is accommodated in a battery can.

도 2는 본 발명의 일구체예에 따른 용기 사용시 안전성을 발휘하는 작용기작을 도시한 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing the mechanism of action showing the safety when using the container according to one embodiment of the present invention.

도 3은 비교예 1에서 제조된 전지의 압괴 실험 결과를 나타낸 것이다.Figure 3 shows the collapse test results of the battery prepared in Comparative Example 1.

도 4는 실시예 1에서 제조된 전지의 압괴 실험 결과를 나타낸 것이다.Figure 4 shows the collapse test results of the battery prepared in Example 1.

[도면 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Major Parts of Drawing]

1: 음극, 2: 양극, 3: 분리막, 4: 절연판, 5: 전지 캔, 6: 봉합 캐스킷(gasket), 7: 캡, 8: 안전판 장치, 9: PTC 소자, 10: 음극 집전체, 11: 양극 집전체, 12: 음극 탭, 13: 양극 탭, 14: 센터핀1: negative electrode, 2: positive electrode, 3: separator, 4: insulating plate, 5: battery can, 6: sealing gasket, 7: cap, 8: safety plate device, 9: PTC element, 10: negative electrode current collector, 11: positive electrode current collector, 12: negative electrode tab, 13: positive electrode tab, 14: center pin

본 발명은 1 이상의 제1전극, 1 이상의 분리막 및 1 이상의 제2전극이 구비된 전극 조립체가 용기 내에 수용되어 있는 전기화학소자에서, 압착, 충격 등 외부 에서 물리적인 충격이 가해질 때 전기화학소자의 안전성을 확보할 수 있는 용기의 구조에 관한 것이다. The present invention relates to an electrochemical device in which an electrode assembly including one or more first electrodes, one or more separators, and one or more second electrodes is housed in a container, when a physical shock such as a compression or an impact is applied. It relates to a structure of a container that can ensure safety.

최근 전자 장비의 소형화 및 경량화가 실현되고 휴대용 전자 기기의 사용이 일반화됨에 따라, 고에너지 밀도를 갖는 리튬 이차전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. Recently, as miniaturization and light weight of electronic equipment have been realized, and the use of portable electronic devices has become common, research on lithium secondary batteries having high energy density has been actively conducted.

리튬 이차전지는 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 양극(cathode) 및 음극(anode)에 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조하며, 리튬 이온이 상기 양극 및 음극에서 삽입 및 탈리될 때의 산화반응, 환원반응에 의하여 전기적 에너지를 생성한다.A lithium secondary battery is prepared by using a material capable of inserting and detaching lithium ions in a cathode and an anode, and filling an organic electrolyte or a polymer electrolyte between the cathode and the anode, and lithium ions comprising the anode and Electrical energy is generated by oxidation and reduction reactions when inserted and detached from the cathode.

그러나, 이와 같은 리튬 이차 전지는 안전성에 문제가 있으므로 이를 해결하기 위한 시도들이 진행되고 있다. However, since such a lithium secondary battery has a safety problem, attempts have been made to solve this problem.

일반적으로 가연성 비수계 전해액을 사용하는 리튬 이차 전지는 전지 내부 온도 상승시 전해액의 분해 반응에 의한 가연성 가스, 전해액과 전극의 반응에 따른 가연성 가스, 양극의 분해에 의한 산소의 발생 등에 의해 폭발하거나 화재가 발생하는 문제점을 가지고 있다.In general, a lithium secondary battery using a flammable non-aqueous electrolyte has a flammable gas due to decomposition reaction of the electrolyte when the temperature inside the battery rises, a flammable gas due to the reaction between the electrolyte and the electrode, and oxygen generated by decomposition of the anode. Has a problem that occurs.

한편, 전지가 무거운 물체에 눌리거나 강한 충격을 받을 경우 안전성 문제가 생긴다. 즉, 못 관통, 압착, 충격 등의 경우, 전지 내부의 양극과 음극은 내부에서 국부적으로 단락이 생긴다. 이때 국부적으로 과도한 전류가 흐르게 되고 이 전류로 인해 발열이 생긴다. 국부적인 단락으로 인한 단락 전류의 크기는 저항에 반비례하므로 단락 전류는 저항이 낮은 쪽으로 많이 흐르게 된다. 이때, 단락 부분을 중심 으로 국부적으로 매우 높은 발열이 생기게 된다.On the other hand, when the battery is pressed by a heavy object or subjected to a strong shock, safety problems occur. That is, in the case of nail penetration, compression, impact, etc., the positive electrode and the negative electrode inside the battery locally generate short circuits. At this time, locally excessive current flows and heat is generated by this current. Since the magnitude of the short circuit current due to local short circuit is inversely proportional to the resistance, the short circuit current flows much toward the lower resistance. At this time, a very high heat generation is generated locally around the short circuit part.

전지 내부에 발열이 생길 경우 전지 내부를 구성하고 있는 양극, 음극 및 전해액이 서로 반응하거나 연소하게 되는데 이 반응은 매우 큰 발열 반응이므로 결국 발화되거나 폭발하게 된다. 따라서, 이와 같은 경우 전지 내부에서 급격한 발열이 생기지 않게 해야 한다. When heat is generated inside the battery, the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte constituting the inside of the battery react or burn with each other. This reaction is a very large exothermic reaction and eventually ignites or explodes. Therefore, in such a case, it is necessary to prevent rapid generation of heat inside the battery.

본 발명은 압착, 충격 등 외부에서 물리적인 충격이 가해질 때 전기화학소자의 안전성을 확보할 수 있는 용기를 구비한 전기화학소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an electrochemical device having a container that can ensure the safety of the electrochemical device when a physical shock is applied from the outside, such as compression, impact.

본 발명은 1 이상의 제1전극, 1 이상의 분리막 및 1 이상의 제2전극이 구비된 전극 조립체가 용기 내에 수용되어 있는 전기화학소자에 있어서, 상기 용기는 외부로부터 소정 이상의 압력 가압시 의도적으로 분리막, 전극 또는 둘다를 파열시킬 수 있는 1이상의 돌출부가 내부 표면에 형성되어 있는 것이 특징인 전기화학소자를 제공한다.The present invention relates to an electrochemical device in which an electrode assembly including one or more first electrodes, one or more separators, and one or more second electrodes is housed in a container, wherein the container is intentionally separated from the outside by a predetermined pressure or pressure. Or an electrochemical device characterized in that one or more protrusions capable of rupturing both are formed on an inner surface.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 용기가 수용하는 전극 조립체는 1 이상의 제1전극, 1 이상의 분리막 및 1 이상의 제2전극을 구비한다.An electrode assembly accommodated by a container according to the present invention includes at least one first electrode, at least one separator and at least one second electrode.

상기 전극조립체는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1분리막, 제1전극, 제2분리막 및 제2전극이 적층 후 권취된 권취형 전극 조립체일 수 있다.As illustrated in FIG. 1, the electrode assembly may be a wound electrode assembly in which a first separator, a first electrode, a second separator, and a second electrode are stacked and stacked.

또한, 상기 전극 조립체는 1 이상의 제1전극, 1 이상의 분리막 및 1 이상의 제2전극이 적층된 적층형일 수 있다.In addition, the electrode assembly may be a stacked type in which at least one first electrode, at least one separator, and at least one second electrode are stacked.

본 발명에 따른 용기는 외부로부터 소정 이상의 압력 가압시 의도적으로 분리막, 전극 또는 둘다를 파열시킬 수 있는 1이상의 돌출부가 내부 표면에 형성되어 있는 것이 특징이다.The container according to the invention is characterized in that one or more protrusions are formed on the inner surface which can intentionally rupture the membrane, the electrode or both upon pressure pressurization from the outside.

상기 돌출부는 날카로운 정도 및/또는 강도를 조절하여 분리막, 전극 등을 파열시킬 수 있는 내부 또는 외부 압력 한계를 조절할 수 있다.The protrusions may adjust internal or external pressure limits that may rupture the separator, electrode, etc. by adjusting the sharpness and / or strength.

상기 돌출부가 용기 내부 표면에 형성되어 있는 경우 하기와 같은 효과를 발휘할 수 있다.When the protrusion is formed on the inner surface of the container it can exhibit the following effects.

전지 외부에서 물리적인 충격이 가해지면, 전지 내부에서는 양극과 음극 접촉 방지용 분리막이 찢어지면서 단락이 일어난다. 이때 미세 단락이 일어나면, 전지가 가지고 있는 높은 에너지가 단락이 일어난 미세 지역에 집중하여 과전류로 인한 열이 미세지역에 집중됨으로써 순간적인 열폭주가 발생하기 때문에 전지가 발화 또는 폭발될 위험성이 있다.When a physical shock is applied to the outside of the battery, a short circuit occurs inside the battery as the separator for preventing the positive and negative electrode contacts from being torn. In this case, when a short circuit occurs, the battery may ignite or explode because high energy of the battery is concentrated in the micro area where the short circuit occurs and heat due to overcurrent is concentrated in the micro area, causing instantaneous thermal runaway.

따라서, 본 발명은 외부 충격이 가하여 질 때, 용기 내부 표면에 형성된 돌출부에 의해 의도적으로 분리막 또는 전극이 추가 파열되어 다수의 단락을 의도적으로 발생시켜 단락 전류를 다수의 단락 부위로 분산시킴으로써, 바람직하게는 발생된 전류 및/또는 열 또한 용기로 분산시킴으로써, 전지가 열폭주에 의해 위험해지는 상황을 피하고자 한다.Accordingly, the present invention preferably intentionally causes a plurality of short circuits by intentionally rupturing the separator or electrode by the protrusion formed on the inner surface of the container when the external impact is applied, thereby distributing the short circuit current to the plurality of short circuit sites. By dissipating the generated current and / or heat into the vessel, it is intended to avoid situations where the cell is at risk from thermal runaway.

이때 용기 내부 표면에 형성된 돌출부에 의해 다수의 단락을 의도적으로 발 생시키기 위해서는, 외부로부터 소정 이상의 압력 가압시 상기 돌출부는 용기에 인접한 분리막을 파열시킬 수 있거나, 제1분리막, 제2전극판 및 제2분리막을 파열시킬 수 있어야 한다. In this case, in order to intentionally generate a plurality of short circuits by the protrusions formed on the inner surface of the container, the protrusion may rupture the separator adjacent to the container when the pressure is exerted by a predetermined pressure from the outside, or the first separator, the second electrode plate, 2 The membrane should be able to rupture.

분리막 파열만으로도 단락을 의도적으로 발생하기 위해서는, 용기는 전기 전도성 있는 재질로 되어 있으면서, 제2전극과 전기적으로 연결되어 있으며, 통상시에는 용기가 제1분리막에 의해 제1전극판과 절연되어 있어야 한다.In order to intentionally generate a short circuit by only the membrane rupture, the container is made of an electrically conductive material and is electrically connected to the second electrode. In general, the container should be insulated from the first electrode plate by the first separator. .

상기 용기의 예로는 캔과 상기 캔을 밀봉하는 캡을 구비하는 조립체가 있다. 이때, 상기 캔은 전기전도성이 있는 재질로 되어 있고, 상기 제2전극과 전기적으로 연결된 제2전극 단자 역할을 수행할 수도 있다 (도 1 참조).An example of such a container is an assembly having a can and a cap sealing the can. In this case, the can is made of a material having electrical conductivity and may serve as a second electrode terminal electrically connected to the second electrode (see FIG. 1).

한편, 단락을 의도적으로 발생하기 위해서 제1분리막, 제2전극판 및 제2분리막 파열이 필요한 경우는 용기가 전극 단자와 절연되어 있는 경우이다. On the other hand, when the first separator, the second electrode plate and the second separator are ruptured in order to intentionally generate a short circuit, the container is insulated from the electrode terminal.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일례를 설명하면, 본 발명에 따라 외부로부터 소정 이상의 압력 가압시 분리막을 파열시킬 수 있는 1이상의 돌출부가 내부 표면에 형성된 전지 캔(5)은 전기 전도성 있는 재질로 되어 있으면서 제2전극에 구비된 제2전극 탭(12)과 전기적으로 연결되어 있다. 통상시에는 제2전극과 전기적으로 연결되어 있는 전지 캔은 제1분리막에 의해 제1전극과 절연되어 있다가, 외부로부터 소정 이상의 압력 가압시에는 돌출부에 의해 상기 제1분리막을 1 이상 부위에서 파열시킴으로써 용기와 제1전극 사이의 단락을 의도적으로 발생시킬 수 있다. 이로 인해 단락 전류를 다수의 단락 부위로 분산시킴으로써, 또 전지 캔(5)으로 분산시킴으로써, 전지가 열폭주에 의해 위험해지는 상황을 피할 수 있다(도 2 참조).Referring to FIGS. 1 and 2, an example of the present invention may include a battery can 5 having one or more protrusions formed on an inner surface thereof that may rupture the separator when the pressure is exerted from the outside. The material is electrically connected to the second electrode tab 12 provided in the second electrode. Normally, the battery can electrically connected to the second electrode is insulated from the first electrode by the first separator, and when the pressure is applied from the outside by a predetermined pressure, the first separator is ruptured at one or more portions by the protrusion. This can intentionally generate a short circuit between the container and the first electrode. Thus, by dispersing the short-circuit current into a plurality of short-circuit sites and by dispersing it into the battery can 5, a situation in which the battery is dangerous due to thermal runaway can be avoided (see FIG. 2).

본 발명에 따른 용기는 전기 전도성이 있는 재질인 것이 바람직하다. 상기 용기가 전기전도성 재질로 되어 있으면, 단락전류가 상기 1이상의 돌출부를 통해 용기로 분산될 수 있다. 용기의 비제한적인 재질로는 스테인레스, 티타늄, 니켈, 알루미늄 등과 같이 금속재질인 것이 있다.It is preferable that the container according to the present invention is an electrically conductive material. If the container is made of an electrically conductive material, a short circuit current can be distributed to the container through the one or more protrusions. Non-limiting material of the container is a metal material such as stainless steel, titanium, nickel, aluminum.

또, 용기는 열 전도성 있는 재질로 되어 있는 것이 바람직하다. 단락시 발생하는 열을 용기로 분산시킬 수 있기 때문이다(도 2 참조).In addition, the container is preferably made of a thermally conductive material. This is because heat generated at the time of short circuit can be disperse | distributed to a container (refer FIG. 2).

돌출부만 용기 기재의 재질과 상이한 재료를 사용하여 제공할 수도 있다.Only the protrusions may be provided using a material different from that of the container substrate.

상기 용기 내 돌출부의 높이는 0.1~1mm정도, 바람직하게는 0.1~0.5mm, 더욱 바람직하게는 0.1~0.3mm, 가장 바람직하게는 0.1~0.2mm로, 젤리롤 삽입 시 불량이 나지 않을 정도의 돌출부를 형성하는 것이 좋다.The height of the protrusion in the container is about 0.1 to 1mm, preferably 0.1 to 0.5mm, more preferably 0.1 to 0.3mm, most preferably 0.1 to 0.2mm, the protrusion is not bad when inserting the jelly roll It is good to form.

상기 돌출부는 용기 내부 전면에 균일하게 분포되어 있는 것이 안전성 효과면에서 바람직하다.It is preferable that the protrusions are uniformly distributed on the entire inner surface of the container in view of safety effect.

상기와 같이 구성되어 안전성 향상이 도모되는 본 발명의 전기 화학 소자는 전기 화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예를 들면, 모든 종류의 1차, 2차 전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 캐퍼시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 2차 전지 중 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등을 포함하는 리튬 이차 전지가 바람직하다. 그러나, 본 발명은 리튬 이온 전지 이외에도 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지 등 모든 전기화학소자에 적용 가능하다. 또한 앞으로 리튬이온전지를 대체할 새로운 전지가 개발되어도 역시 응용 가능하다. The electrochemical device of the present invention configured as described above to improve safety includes all devices that undergo an electrochemical reaction, and specific examples thereof include all kinds of primary, secondary, fuel cells, solar cells, or capacitors. and the like. In particular, a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery among the secondary batteries is preferable. However, the present invention is applicable to all electrochemical devices such as nickel hydrogen batteries and nickel cadmium batteries in addition to lithium ion batteries. In addition, it is also applicable to the development of a new battery to replace the lithium ion battery in the future.

또한, 본 발명에서 사용되는 전기화학소자 형상은 특별한 제한이 없으며, 여러가지 크기로 할 수 있다. 원통형 뿐만아니라 박형, 대형 등 여러가지 크기 및/또는 형태를 가질 수 있으며, 팩 케이스 및 수납된 형태(hard pack) 및 전지가 노출된 형태(soft pack)에 대해서도 동일하게 적용 가능하다.In addition, the shape of the electrochemical device used in the present invention is not particularly limited and may be of various sizes. In addition to the cylindrical shape, it may have various sizes and / or shapes such as thin and large, and the same may be applied to the pack case, the hard pack, and the soft pack.

본 발명에 따른 용기 이외에 전기화학소자에 관한 일반적인 사항은 리튬 충방전용 전지의 예를 들어 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.General matters related to the electrochemical device other than the container according to the present invention will be described in more detail with reference to an example of a battery for lithium charging and discharging.

상기 리튬 충방전용 전지는 리튬 복합 산화물을 활물질로 포함하는 양극, 리튬을 흡착 및 방출 가능한 음극, 비수전해질, 및 분리막을 포함한다.The lithium charging / discharging battery includes a positive electrode including a lithium composite oxide as an active material, a negative electrode capable of adsorbing and releasing lithium, a nonaqueous electrolyte, and a separator.

양극활물질은 종래 전기 화학 소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질이 사용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 LiMxOy(M = Co, Ni, Mn, CoaNibMnc)와 같은 리튬 전이금속 복합산화물(예를 들면, LiMn2O4 등의 리튬 망간 복합산화물, LiNiO2 등의 리튬 니켈 산화물, LiCoO2 등의 리튬 코발트 산화물 및 이들 산화물의 망간, 니켈, 코발트의 일부를 다른 전이금속 등으로 치환한 것 또는 리튬을 함유한 산화바나듐 등) 또는 칼코겐 화합물(예를 들면, 이산화망간, 이황화티탄, 이황화몰리브덴 등) 등이 있다. 바람직하게는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li(NiaCobMnc)O2(0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LiNi1-YCoYO2, LiCo1-YMnYO2, LiNi1-YMnYO2 (여기에서, 0≤Y<1), Li(NiaCobMnc)O4(0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LiMn2-zNizO4, LiMn2-zCozO4(여기에서, 0<Z<2), LiCoPO4, LiFePO4 또는 이 들의 혼합물 등이 있다. 더욱 바람직하게는 LixMO2 이다 (이때, M은 Ni, Co, 또는 Mn 이고, x는 0.05≤ x ≤1.10 임).The positive electrode active material may be a conventional positive electrode active material that can be used for the positive electrode of the conventional electrochemical device, non-limiting examples thereof, such as LiM x O y (M = Co, Ni, Mn, Co a Ni b Mn c ) Lithium transition metal composite oxides (for example, lithium manganese composite oxides such as LiMn 2 O 4 , lithium nickel oxides such as LiNiO 2 , lithium cobalt oxides such as LiCoO 2 , and some of manganese, nickel and cobalt oxides thereof Or a vanadium oxide containing lithium or the like, or a chalcogen compound (for example, manganese dioxide, titanium disulfide, molybdenum disulfide, or the like). Preferably LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li (Ni a Co b Mn c ) O 2 (0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1, a + b + c = 1), LiNi 1-Y Co Y O 2 , LiCo 1-Y Mn Y O 2 , LiNi 1-Y Mn Y O 2 (where 0 ≦ Y <1), Li (Ni a Co b Mn c ) O 4 (0 <a <2, 0 <b <2, 0 <c <2, a + b + c = 2), LiMn 2-z Ni z O 4 , LiMn 2-z Co z O 4 ( Here, 0 <Z <2), LiCoPO 4 , LiFePO 4, or a mixture thereof is mentioned. More preferably Li x MO 2 , wherein M is Ni, Co, or Mn, and x is 0.05 ≦ x ≦ 1.10.

이후, 상기 양극 활물질을 양극 전류집전체, 즉 알루미늄, 니켈, 또는 이들의 조합에 의해서 제조되는 호일(foil)에 결착시킨 형태로 양극을 구성한다. Subsequently, the positive electrode is configured by binding the positive electrode active material to a positive electrode current collector, that is, a foil manufactured by aluminum, nickel, or a combination thereof.

음극활물질은 종래 전기 화학 소자의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하며, 이의 비제한적인 예로는 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등의 리튬 흡착물질 등이 있다. 그리고, 상기 음극 활물질을 음극 전류집전체, 즉 구리, 금, 니켈 혹은 구리 합금 혹은 이들의 조합에 의해서 제조되는 호일과 결착시킨 형태로 음극을 구성한다. The negative electrode active material may be a conventional negative electrode active material that can be used for the negative electrode of the conventional electrochemical device, non-limiting examples of lithium metal or lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, Lithium adsorbents such as graphite or other carbons. The negative electrode is constituted by binding the negative electrode active material to a negative electrode current collector, that is, a foil made of copper, gold, nickel or a copper alloy or a combination thereof.

상기 분리막은 미세 다공 구조를 가지는 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 또는 이들 필름의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름 등이나, 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리아크릴로나이트릴 (polyacrylonitrile) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌(polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene) 공중합체와 같은 고체 고분자 전해질용 또는 겔형 고분자 전해질용 고분자 필름 등을 사용한다.The separator is a polyethylene (polyethylene), a polypropylene (polypropylene) having a microporous structure, or a multilayer film produced by a combination of these films, or polyvinylidene fluoride (polyvinylidene fluoride), polyethylene oxide (polyethylene oxide) And polymer films for solid polymer electrolytes or gel polymer electrolytes such as polyacrylonitrile or polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene copolymers.

상기 전해질은 A+B-와 같은 구조의 염을 사용할 수 있으며, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온이나 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고, B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, ASF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온이나 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염을 의미한다. 구체적 예를 들면, 리튬염이 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디프로필카보네이트(dipropyl carbonate, DPC), 디메틸설프옥사이드(dimethyl sulfoxide), 아세토니트릴 (acetonitrile), 디메톡시에탄(dimethoxyethane), 디에톡시에탄(diethoxyethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 에틸메틸카보네이트(ethyl methyl carbonate, EMC), 감마 부티로락톤(γ-butyrolactone) 혹은 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해, 해리되어 있는 것을 말한다.The electrolyte is A + B - and may be a salt of such a structure, A + is Li +, Na +,, and comprising an alkali metal cation or an ion composed of a combination thereof, such as K + B - is PF 6 - , BF 4 -, Cl -, Br -, I -, ClO 4 -, ASF 6 -, CH 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, N (CF 3 SO 2) 2 -, C (CF 2 SO 2 ) 3 - and means a salt containing the same anion, ion consisting of a combination thereof. Specific examples of the lithium salt include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC) and dipropyl carbonate (dipropyl). carbonate, DPC), dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone ( N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethyl methyl carbonate (ethyl methyl carbonate, EMC), gamma butyrolactone (γ-butyrolactone) or dissolved in an organic solvent consisting of a mixture thereof is dissociated.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것이 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention and are not intended to limit the invention.

비교예Comparative example 1 One

LG사의 리튬이온 원통형 이차전지 (상품명: ICP18650, 2400mAh)를 사용하였다. 이 때 사용된 전지는 양극 활물질로 LiCoO2, 음극활물질로 graphite, 분리막으로 폴리프로필렌 재질의 분리막을 사용하였으며, 스테인레스 재질의 전지 캔을 사용하였다.LG lithium ion cylindrical secondary battery (trade name: ICP18650, 2400mAh) was used. In this case, LiCoO 2 was used as the positive electrode active material, graphite was used as the negative electrode active material, and a polypropylene separator was used as the separator, and a stainless steel battery can was used.

실시예Example 1 One

도 2에 도시된 바와 같이 엠보 형태의 돌출부가 전지 캔 내부 표면에 균일하게 분포되어 있는 전지 캔을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 구성요소가 동일한 전지를 조립하였다. 이때, 엠보 형태의 돌출부의 높이는 0.3mm이었다.As shown in FIG. 2, a battery having the same component as that of Comparative Example 1 was assembled except that a battery can having an embossed protrusion uniformly distributed on the inner surface of the battery can was used. At this time, the height of the embossed protrusion was 0.3 mm.

<실험><Experiment>

상기 비교예 1 및 실시예 1에서 제조한 리튬이온 원통형 전지를 4.2V 만 충전시킨 후 압괴 실험을 실시하였다. The lithium ion cylindrical batteries prepared in Comparative Examples 1 and 1 were charged only 4.2V and then subjected to crushing experiments.

압괴 실험은 직경 30cm의 원판 밑에 셀 모양의 형태의 구조물을 설치하고 압력이 3000파운드가 될 때까지 3~4mm /sec 속도로 유압으로 가압하여 실험을 하였고, 이때 기록되는 온도와 전압을 관찰하였다. 비교예 1 및 실시예 1에 대한 결과는 각각 도 3 및 도 4에 도시하였다.In the crushing test, a cell-shaped structure was installed under a 30 cm diameter disk, and the test was conducted by hydraulic pressure at a speed of 3 to 4 mm / sec until the pressure reached 3000 pounds, and the recorded temperature and voltage were observed. The results for Comparative Example 1 and Example 1 are shown in FIGS. 3 and 4, respectively.

도 3에서 보면 비교예 1의 전지는 가압력이 증가될수록 단락의 크기가 점점 더 번져가게 되고 이에 따라 전압은 서서히 하강하게 되는데 이때 발생된 전지내부에 국지적인 부분의 발열이 짧은 시간에 급속히 상승하기 때문에 전지는 발화를 일으키게 된다.As shown in FIG. 3, the size of the short circuit becomes wider and the voltage gradually decreases as the pressure of the cell increases, so that the heat generated in the local part rapidly rises in a short time. The battery will ignite.

그러나, 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 전지는 대면적 단락에 의해 전지의 전압이 순간적으로 떨어지며, 전지 내부 최고 온도도 100℃ 미만으로 낮게 상승하는 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명에 따라 1 이상의 돌출부가 내부 표면에 형성된 전기 캔이 대면적 단락을 일으켜서, 이에 따라 단락 전류가 분산되기 때문에 전지의 발열을 억제하기 때문이다.However, as shown in FIG. 4, it can be seen that the battery of Example 1 has an instantaneous voltage drop due to a large area short circuit, and the maximum internal temperature of the battery also rises to less than 100 ° C. This is because, according to the present invention, an electric can formed with one or more protrusions on the inner surface causes a large area short circuit, thereby suppressing heat generation of the battery because the short circuit current is dispersed.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 내부 표면에 돌출부가 형성된용기를 사용하면, 외부로부터 소정 이상의 압력 가압시 상기 돌출부에 의해 단락을 의도적으로 발생시킬 수 있다. 이로 인해 전기화학소자가 열폭주에 의해 위험해지는 상황을 피할 수 있어서, 전기화학소자의 안전성을 확보할 수 있다.As described above, using the container with a protrusion formed on the inner surface in accordance with the present invention, it is possible to intentionally generate a short circuit by the protrusion when a predetermined pressure or more from the outside. As a result, the situation in which the electrochemical device becomes dangerous due to thermal runaway can be avoided, thereby ensuring the safety of the electrochemical device.

Claims (12)

1 이상의 제1전극, 1 이상의 분리막 및 1 이상의 제2전극이 구비된 전극 조립체가 용기 내에 수용되어 있는 전기화학소자에 있어서, 상기 용기는 금속 재질로 되어 있고 내부 표면에 1 이상의 돌출부가 형성되어 있으며, 상기 돌출부에 인접하도록 최외각에 분리막이 배치되고, 상기 용기는 상기 최외각에 배치된 분리막에 의해 제1전극과 절연되고 제2전극과는 전기적으로 연결되며, 상기 돌출부는 외부로부터 상기 최외각에 배치된 분리막을 파열시킬 수 있는 압력 가압시 의도적으로 상기 최외각에 배치된 분리막을 파열시키는 것이 특징인 전기화학소자.In an electrochemical device in which an electrode assembly including at least one first electrode, at least one separator, and at least one second electrode is housed in a container, the container is made of metal and at least one protrusion is formed on an inner surface thereof. And a separator disposed at an outermost side adjacent to the protrusion, and the container is insulated from the first electrode and electrically connected to a second electrode by the separator disposed at the outermost side, and the protrusion is externally attached to the outermost electrode. An electrochemical device, characterized in that the intentionally rupture of the separator disposed in the outermost during the pressure pressurization that can rupture the separator disposed in the. 제1항에 있어서, 외부로부터 상기 최외각에 배치된 분리막을 파열시킬 수 있는 압력 가압시 상기 1이상의 돌출부에 의해 의도적으로 최외각에 배치된 분리막이추가 파열되어 단락 전류가 분산되는 것이 특징인 전기화학소자.The method of claim 1, wherein when the pressure is pressurized to rupture the separator disposed from the outside from the outside, the separator disposed intentionally arranged at the outermost part is ruptured by the at least one protrusion to distribute the short circuit current. Chemical element. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극 조립체는 제1분리막, 제1전극, 제2분리막, 및 제2전극이 적층 후 권취된 권취형 전극 조립체인 것이 특징인 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1 or 2, wherein the electrode assembly is a wound electrode assembly in which a first separator, a first electrode, a second separator, and a second electrode are wound after lamination. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극 조립체는 1 이상의 제1전극, 1 이상의 분리막 및 1 이상의 제2전극이 적층된 적층형인 것이 특징인 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1 or 2, wherein the electrode assembly is a stacked type in which at least one first electrode, at least one separator, and at least one second electrode are stacked. 삭제delete 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용기는 캔과 상기 캔을 밀봉하는 캡을 구비하는 조립체인 것이 특징인 전기화학소자.3. An electrochemical device according to claim 1 or 2, wherein said container is an assembly having a can and a cap for sealing said can. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 돌출부는 용기 내부 전면에 균일하게 분포되어 있는 것이 특징인 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1 or 2, wherein the protrusions are evenly distributed on the entire inner surface of the container. 제1항 또는 제2항에 있어서, 리튬 이차전지인 것이 특징인 전기화학소자.The electrochemical device according to claim 1 or 2, which is a lithium secondary battery.
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