KR101062690B1 - 못관통 안전성이 향상된 리튬 이차 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집전체 대비 높은 연신율 특성의 분리막을 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다. 본 발명은, 양극활물질, 및 양극집전체를 구비하는 양극; 음극활물질, 및 음극집전체를 구비하는 음극; 및 분리막을 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 양극집전체의 연신율(X)와 상기 음극집전체의 연신율(Y)의 합(Z)은 10% 이하인 것임을 특징으로 한다. 본 발명은 집전체 대비 연신율이 높은 분리막을 사용하여 내부단락시 양극 및 음극 집전체의 직접적인 접촉을 막아 전지의 안전성을 향상시키는 효과가 있다.

집전체, 전극, 연신율, 못 관통, 단락, 안전성, 리튬 이차 전지

Description

못관통 안전성이 향상된 리튬 이차 전지{LITHIUM-SECONDARY-BATTERY HAVING A CHARACTERISTIC OF SAFTY FOR NAIL-PENETRATION}

본 발명은 집전체 대비 높은 연신율 특성의 분리막을 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.

리튬 이차 전지의 고에너지화가 진행될수록 전지의 안전성은 위협을 받게 된다. 800mAh급 상용전지에서 저장된 전기에너지는 전지의 화학반응에 의한 에너지의 4배에 달하며, 전지에너지는 전지의 에너지 밀도에 비례하여 증가한다. 평상시 양극과 음극에 저장된 전기에너지는 분리막에 의해 분리되어 안전하게 유지되지만, 각종 원인에 의해 양극과 음극 사이 단락이 유발되어 저장된 전기에너지가 짧은 시간동안에 방출되게 되면서 발열/발화 혹은 열폭주(thermal runaway)현상을 일으키게 된다. 즉, 덴드라이트(dendrite) 형성 등으로 인한 국부적인 단락 및 이로 인한 온도 상승은 캐소드와 애노드가 열분해되면서, 열폭주로 이어져서 결국 전지를 발화시키고 파열하게 한다.

상기한 전지의 발화 문제를 해결하고 리튬 이차 전지의 안전성을 향상시키기 위하여 열수축이 일어나지 않는 분리막 또는 인장강도가 매우 높은 분리막을 사용하거나, 전극 표면을 무기 충진재로 코팅하여 단락시 전류를 억제하는 방법 등 다양한 방법들이 시도되고 있는 실정이다.

리튬 이차 전지의 안전성을 향상 시키기 위한 종래기술로 하기와 같은 문헌 1 내지 문헌 3의 것을 예시할 수 있다.

문헌 1은 본 발명은, 전지용량이 1.8 AH 이상의 중대형 전지로서, 특정한 입경의 도전재가 특정한 함량으로 양극에 포함되어 있어서, 외부 충격이나 고온 등에 전지가 노출되었을 때 초래되는 전지의 내부 단락시, 발열량의 증가 및 온도 상승을 억제하여, 전지의 발화, 폭발의 위험이 현저히 낮은 안전성이 향상된 리튬 이차전지에 관한 것을 개시하고 있다.

문헌 2는 양극 활물질과 결착제(바인더)를 포함하고 있는 양극, 음극 활물질과 결착제(바인더)를 포함하고 있는 음극, 및 분리막으로 이루어진 전극조립체와, 리튬 전해액을 포함하고 있는 리튬 이차전지에 있어서, 과충전 안전성의 향상을 위한 첨가제로서, 리튬 산화 환원 전위 대비 4.5 V 이상의 과충전 조건에서 분해되며 분자 구조 중에 우레탄기를 포함하고 있는 화합물("우레탄 화합물") 및/또는 우레탄기를 포함하고 있는 고분자("폴리우레탄")를 전극 및/또는 전해액에 포함하는 것으로 구성되어 있는 리튬 이차전지에 관한 것을 개시하고 있다.

문헌 3은 폴리올레핀계 고분자로 이루어진 전기 절연성의 제1 세퍼레이터층; 폴리올레핀계 고분자로 이루어진 전기 절연성의 제2 세퍼레이터층; 및 상기 제1 및 제2 세퍼레이터층의 사이에 개재되어 있으며 전기 전도성 고분자로 이루어진 제3 세퍼레이터층을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 전지로서, 충전지의 오작동 등과 같은 여러 원인에 의하여 과충전되었을 때 일정 전압 이상에서 전류를 셧다운시킴으로써 개선된 전지 안전성을 향상시킨 리튬 전지에 관한 것을 개시하고 있다.

[ 문헌 1 ] KR 10-2005-0033429 (출원번호). 2005. 4. 22.

[ 문헌 2 ] KR 10-2006-0034358 (출원번호). 2006. 4. 17.

[ 문헌 3 ] KR 10-2001-0088846 (출원번호). 2001. 12. 31.

리튬 이차 전지에 못(nail)이 통과하면 발열, 발화하는 경우가 있다. 못이 전지를 관통할 때 전지의 구성요소인 분리막 및 전극이 관통방향으로 일정부분 연신되는 현상이 발생하는데, 연신된 양극 또는 음극은 다른 극성의 전극과 직접 접촉이 일어날 확률이 높아지게 되고, 만약 직접접촉이 일어난다면 전극간 단락에 의한 대전류 흐름으로 전지의 전체의 발열 및 발화로 이어질 수 있게 되는 것이다. 특히, 분리막의 연신 정도가 집전체의 연신 정도에 비해 충분하지 못할 경우 양극 및 음극이 직접적으로 접촉하게 될 확률이 크게 증가하게 된다.

이에 본 발명에서는 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 연신율이 낮은 전극 집전체를 사용하여 못 관통시에도 전극간의 직접적인 접촉현상이 발생하지 않는 안전성이 향상된 리튬 이차 전지를 제공하고자 한다.

도 1에는 상기한 종래기술의 문제점 및 이를 해결하기 위한 본 발명의 특징을 삽화형식으로 도시하였다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,

양극활물질, 및 양극집전체를 구비하는 양극;

음극활물질, 및 음극집전체를 구비하는 음극; 및

분리막을 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서,

상기 양극집전체의 연신율(X)와 상기 음극집전체의 연신율(Y)의 합(Z)은 10% 이하인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 양극집전체의 연신율(X)은 2.5% 이하인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 음극집전체의 연신율(Y)은 7.5% 이하인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 양극집전체의 연신율(X)은 2.0 ~ 2.5% 범위 이내인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 음극집전체의 연신율(Y)은 4.0 ~ 7.5% 범위 이내인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 양극집전체는 알루미늄 호일인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 음극집전체는 구리 호일인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 분리막은 폴리에틸렌계 고분자인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 분리막의 연신율은 전극집전체 연신율의 합(Z)의 5배 이상 내지 20배 범위 이내인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 전지의 용도는 저용량 파워툴용인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다.

본 발명은 집전체 대비 연신율이 높은 분리막을 사용하여 내부단락시 양극 및 음극 집전체의 직접적인 접촉을 막아 전지의 안전성을 향상시키는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은,

양극활물질, 및 양극집전체를 구비하는 양극;

음극활물질, 및 음극집전체를 구비하는 음극; 및

분리막을 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서,

상기 양극집전체의 연신율(X)와 상기 음극집전체의 연신율(Y)의 합(Z)은 10% 이하인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.

통상적으로, 현재 리튬 이차 전지에 적용되고 있는 양극 집전체와 음극 집전체의 연신율은 각각 5%, 15% 이하 수준의 재료가 사용되고 있으며, 전지의 제조방 법 및 전지 제조업체에 따라 다양한 물성을 보여주고 있다.

본 발명에서 두 집전체의 연신율의 합을 10 %이하로 한정짓는 것은 상용되고 있는 분리막 중 연신율이 낮은 재료의 경우 10% 이상의 물성을 갖는 제품이 있으며, 본 발명의 효과를 구현하기 위해서는 두 집전체 연신율의 합이 분리막의 연신율보다 낮아야 집전체 간의 직접적인 접촉을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있기 때문이다.

상기 양극은, 양극집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조될 수 있으며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다. 상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO₂), 리튬 니켈 산화물(LiNiO₂) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li_{1 + x}Mn_{2 - x}O₄(여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO₃, LiMn₂O₃, LiMnO₂ 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li₂CuO₂); LiV₃O₈, LiFe₃O₄, V₂O₅, Cu₂V₂O₇ 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi_1-xMxO₂(여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x =0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn_2-xM_xO₂(여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1임) 또는 Li₂Mn₃MO₈(여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된LiMn₂O₄; 디설파이드 화 합물; Fe₂(MoO₄)₃ 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

상기 양극집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더로서 상기 고분자량 폴리아크릴로니트릴-아크릴산 공중합체를 이용할 수 있으나, 이것만으로 한정되는 것은 아니다. 다른 예로는, 폴리비닐리덴 플로라이드, 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈,테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.

상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것으로서, 음극 재료 조성물 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 50 중량%로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화 아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등이 사용될 수 있다.

상기 양극은 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 충진제를 포함할 수 있다. 상기 충진제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않는 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.

상기 음극은 음극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 혼합물을 집전체에 도포한 후 용제를 건조시켜 얻을 수 있다.

상기 음극활물질로서는, 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 탄소섬유, 난흑연화성탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 플러렌, 활성탄 등의 탄소 및 흑연재료; 리튬과 합금이 가능한 Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt, Ti 등의 금속 및 이러한 원소를 포함하는 화합물; 금속 및 그 화합물과 탄소 및 흑연재료의 복화합물; 리튬 함유 질화물 등을 들 수 있다.

본 발명의 음극활물질은 음극 활물질의 도전성을 향상시키기 위한 성분으로서 도전재 또는/및 충진제를 더 포함할 수 있다. 상기 도전재 및 충진제는 앞서 양극과 관련하여 설명된 내용과 동일하다.

상기 음극집전체는 통상적으로 약 3 내지 500㎛의 두께로 만들어질 수 있다. 이러한 음극집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한 양극집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.

상기 연신율은 하기 수학식 1과 같이 정의된다.

양극집전체의 연신율을 X, 음극집전체의 연신율을 Y, 양극 및 음극 집전체의 연신율 합을 Z로 정의한다.

상기 연신율은 종방향 연신율, 횡방향 연신율을 모두 포함하는 개념의 것이다. 상기 연신율은 종방향 연신율과 횡방향 연신율이 다를 수 있는데, 이 경우 종방향 연신율과 횡방향 연신율을 산술평균한 값을 연신율로 정의한다. 예를들어, 양극집전체의 종방향 연신율이 50%, 횡방향 연신율이 100%인 경우, 양극집전체의 연 신율(X)는 75%이다.

상기 집전체의 연신율은 같은 재질을 쓰는 경우라도 집전체 호일의 제조방법 또는 추후공정처리 여부에 따라 달라질 수 있다.

상기 양극 및 음극 집전체의 연신율 합(Z)는 6 ~ 10% 범위 이내인 것이 바람직하다.

6% 미만에서는 전극의 연신율 특성이 너무 저하되게되어 좋지 않다. 즉, 전지는 충·방전을 할 때 또는 외부에서 열원이 공급되는 경우(직사광선에 노출된 경우나, 다소 고온 환경에서 전지를 두는 경우 등), 전지에서 약간의 발열이 일어날 수 있는데, 이 경우에 전극 및 분리막도 온도에 따라 미소의 수축과 팽창을 반복하게 된다. 이 경우 연신율 특성이 매우 낮은 경우 집전체가 온도에 유동적으로 적응하지 못하고 단선되어 버리는 문제점이 발생한다. 따라서, 최소한 6% 이상인 것이 바람직하다.

또한, 10% 초과하는 경우에는, 못 관통시 전극간의 직접접촉에 의한 단락을 예방하는데에 불충분할 우려가 있다.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.

상기 분리막의 못 뚫림 강도는 400 ~ 800 gf 범위 이내인 것이 바람직하다. 400 gf미만에서는 못 관통시 또는 덴드라이트 성장시에 분리막이 연신되기 전에 뚫려버릴 수 있어 바람직하지 않고, 800 gf 초과하는 것은 통기성이 좋지않아(즉, 통기도가 높다) 전지의 물성을 열화시킬 수 있고, 통상적으로 강도가 강해지면 연신 정도는 줄어들기 때문에 바람직하지 않을 수 있다(즉, 강도와 연신율은 통상적으로 반비례 관계에 있다).

상기 분리막의 녹는점은 80 ~ 100℃이고, 밀도(23℃기준)는 0.92 이상인 것이 바람직하다. 못 관통 또는 덴드라이트에 의한 국부적인 온도 상승시에 상기 온도 범위 내에서 분리막이 녹으면 양극과 음극 간의 이온통로를 차단할 수 있어 발열반응을 미리 막을 수 있다(셧다운 효과). 밀도는 0.92 이하이면 분리막이 녹았을 경우에도 이온차단 효과가 충분하지 않을 수 있다. 또한 국부적 온도상승은 통상적으로 온도상승부위를 중심으로 한 약간의 열수축을 유발하는데, 이 경우 밀도가 0.92이하인 경우 분리막이 수축되면서 다른 부분에 크랙을 유발할 수 있어 안전성 측면에서 바람직하지 않다.

상기 분리막은 중량평균분자량은 1,000 ~ 20,000 범위 이내인 것이 바람직하다. 상기 분자량 범위 이외에서는 적절한 인장강도 및 연신율의 확보가 어려울 수 있다.

상기 분리막의 연신율은 전극집전체 연신율의 합(Z)의 5배 이상 내지 20배 이하인 것이 바람직하다.

못이 전지를 관통할 경우 관통 방향으로 전지 내부의 양극 및 음극 집전체(통상적으로 금속호일) 및 분리막의 연신이 동시에 발생하게 된다. 이때 분리막의 연신 정도가 집전체의 연신 정도에 비해 충분하지 못할 경우 양극과 음극 집전체가 직접적으로 접촉하게 될 수 있고, 양극 및 음극 집전체가 직접적으로 접촉하는 경우 대전류가 급격히 발생하므로 전지의 안전성을 크게 위협할 수 있다.

반대로, 못 관통시에 양극과 음극의 집전체들 사이에 위치한 분리막이 집전체와 함께 충분히 연신되어 양극 및 음극 간의 직접적인 접촉을 차단하고 내부 단락 전류량을 최소화할 수 있다. 따라서, 상기 분리막의 연신율은 안전성 측면에서 상기 집전체의 연신율 합(Z)보다 최소 5배 이상인 것이 바람직하다. 다만, 상기 분리막의 연신율이 집전체의 연신율 합(Z)의 20배를 초과하는 것인 경우에는, 전지의 안전성 확보 측면에서 연신율 증가분이 전지의 안전성 향상에 미치는 영향이 미미하여 비효율적일뿐 만 아니라, 상기 분리막의 강도 등 기타 다른 물성이 좋아지지 않을 수 있어 안전성 측면에서 오히려 바람직하지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 리튬 이차전지의 나머지 구성요소에 대해 설명한다. 리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 분리막 이외에 통상적으로 리튬염 함유 비수 전해질을 더 포함한다.

상기 리튬염 함유 비수계 전해질은, 비수 전해질과 리튬으로 이루어져 있다. 비수 전해질로는 비수 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.

상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 다이메틸 카보네이트, 다이에틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-다이메톡시 에탄, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 다이메틸설폭사이드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 다이메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-다이메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양성자성 유기용매가 사용될 수 있다.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li₃N, LiI, Li₅NI₂, Li₃N-LiI-LiOH, LiSiO₄, LiSiO₄-LiI-LiOH, Li₂SiS₃, Li₄SiO₄, Li₄SiO₄-LiI-LiOH, Li₃PO₄-Li₂S-SiS₂ 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO₄, LiBF₄, LiB₁₀Cl₁₀, LiPF₆, LiCF₃SO₃, LiCF₃CO₂, LiAsF₆, LiSbF₆, LiAlCl₄, CH₃SO₃Li, CF₃SO₃Li, (CF₃SO₂)₂NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.

또한, 비수계 전해질에는 충·방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.

본 발명의 전지가 사용되는 분야 및 용도는 특별히 제한될 필요는 없으나, 저용량의 파워툴인 것이 바람직하다. 전지는 충·방전을 할 때 발열이 일어날 수 있는데, 이 경우에 전극 및 분리막도 온도에 따라 미소의 수축과 팽창을 반복하게 된다. 이 경우 연신율 특성이 매우 낮은 경우 집전체가 온도에 유동적으로 적응하지 못하고 단선되어 버리는 문제점이 발생할 우려가 있는 것이다. 그런데, 전지용량이 작은 경우 충·방전에 의한 수축팽창이 대용량 전지에 비해 그 정도 덜하고, 크게 문제가 되지 않는다. 따라서, 본 발명의 전지의 용도는 전기드릴 등과 같은 저용량 파워툴과 같은 것이 바람직하다.

이하 실시예를 들어 본 발명을 더 상세히 설명한다. 본 명세서 상의 실시예는 발명의 상세한 설명을 위한 것일뿐 권리 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.

실시예

양극 집전체는 알루미늄 호일(연신율 2.5%), 음극 집전체는 구리 호일(연신율 7.0%), 분리막은 에틸렌계 분리막(연신율 70%)인 것으로 Jelly Roll의 원통형 리튬 이차 전지를 제작하였다.

비교예

상기 실시예 1에서 알루미늄 호일(연신율 5.0%), 음극 집전체는 구리 호일(연신율 9.0%)을 사용한 점을 제외하고는 동일한 조건으로 Jelly Roll의 원통형 리튬 이차 전지를 제작하였다.

실험예 - [ 못 관통 실험 ]

상기 제작된 실시예 및 비교예의 전지를 4.2V 전압하에 만충전하고 직경 2.5 mm 못(nail)을 사용하여 전지의 중앙을 관통시킨 후 발화여부를 관찰하였다. 이때 못 관통속도는 5 ~ 12 m/min 까지 다양하게 실시하였다.

결과는 하기 표 1과 같았다.

	못관통 속도(m/min)	폭발여부(폭발된 전지의 수/ 전체 실험한 전지의 수)
실시예	12	0 / 5
	9	0 / 5
	7	0 / 5
	5	3 / 5
비교예	12	0 / 5
	9	3 / 5
	7	5 / 5
	5	5 / 5

상기 못 관통실험에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 연신율이 낮은 전극집전체를 구비한 전지는 단락에 대한 안전성이 높음을 알 수 있다. 또한, 못 관통 속도가 느릴 수록 단락이 쉽게 일어남을 알 수 있다. 이는 못 관통 속도가 느린 경우, 전극집전체가 못에 의해 뚤리기 보다는 밀리면서 충분히 연신되어지기 때문인 것으로 추정된다.

도 1은 종래기술의 문제점 및 이를 해결하기 위한 본 발명의 특징을 삽화형식으로 나타낸 그림이다.

Claims (10)

1. 양극활물질, 및 양극집전체를 구비하는 양극;

   음극활물질, 및 음극집전체를 구비하는 음극; 및

   분리막을 포함하는 리튬 이차 전지에 있어서,

   상기 양극집전체의 연신율(X)와 상기 음극집전체의 연신율(Y)의 합(Z)은 10% 이하이며,

   상기 음극집전체는 구리 호일인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지..
2. 제 1 항에 있어서, 상기 양극집전체의 연신율(X)은 2.5% 이하인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 음극집전체의 연신율(Y)은 7.5% 이하인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 양극집전체의 연신율(X)은 2.0 ~ 2.5% 범위 이내인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 음극집전체의 연신율(Y)은 4.0 ~ 7.5% 범위 이내인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 양극집전체는 알루미늄 호일인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서, 상기 분리막은 폴리에틸렌계 고분자인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 분리막의 연신율은 전극집전체 연신율의 합(Z)의 5배 이상 내지 20배 범위 이내인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 전지의 용도는 저용량 파워툴용인 것임을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.

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