KR101122428B1 - Gas-generating strucrure and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 제1화합물; (b) 제1화합물과 접촉시 화학반응하여 가스를 발생할 수 있는 제2화합물; 및 (c) 제1화합물 및 제2화합물과 화학반응을 일으키지 않으며, 제1화합물의 융점 및 제2화합물의 융점 보다 낮은 융점을 갖는 제3화합물을 포함하고, 상기 제3화합물에 의해 제1화합물과 제2화합물의 물리적 접촉이 차단되어 있는 가스 발생 구조체로서, 제3화합물이 융해되면 제1화합물과 제2화합물이 접촉하여 가스 발생 화학반응을 일으킬 수 있는 것이 특징인 가스 발생 구조체; 및 상기 가스 발생 구조체가 전지의 내부 또는 외부에 도입되는 것이 특징인 리튬 이차 전지에 관한 것이다. The present invention (a) a first compound; (b) a second compound capable of generating a gas by chemical reaction upon contact with the first compound; And (c) a third compound which does not cause a chemical reaction with the first compound and the second compound, and has a melting point lower than the melting point of the first compound and the melting point of the second compound. A gas generating structure in which physical contact between the second compound and the second compound is blocked, wherein the first compound and the second compound are in contact with each other when the third compound is melted to generate a gas generating chemical reaction; And it relates to a lithium secondary battery characterized in that the gas generating structure is introduced into the inside or outside of the battery.

본 발명의 가스 발생 구조체는 일정 온도(T) 이상에서만 가스를 발생시킬 수 있을 뿐 아니라, 가스 발생 온도의 조절이 가능하고, 사용 가능한 화합물의 종류가 광범위하여, 산업 전반에 걸쳐 유용하게 활용될 수 있다.The gas generating structure of the present invention can not only generate gas at a predetermined temperature (T) or more, but also can control the gas generating temperature, and there are a wide variety of compounds that can be used, and can be usefully used throughout the industry. have.

Description

가스 발생 구조체 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 {GAS-GENERATING STRUCRURE AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}GAS-GENERATING STRUCRURE AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME

도 1은 실험예 1의 lauroyl peroxide의 온도에 따른 가스 발생량 graph이다.1 is a graph of gas generation according to the temperature of lauroyl peroxide of Experimental Example 1. FIG.

도 2 내지 도 6는 본 발명의 일 구체예에 따른 가스 발생 구조체의 모식도이다. 여기서, 노란색은 제1화합물, 파란색은 제2화합물, 빨간색은 제3화합물이다.2 to 6 are schematic views of a gas generating structure according to an embodiment of the present invention. Here, yellow is the first compound, blue is the second compound, and red is the third compound.

도 7은 리튬 이차 전지가 일정 온도(T) 이상 상승시, 본 발명에 따른 완전 밀폐된 탄성체 형태의 가스 발생 구조체에 의해 전지의 안전수단이 작동되는 기작을 나타낸 개략도이다.7 is a schematic view showing a mechanism in which the safety means of the battery is operated by the gas generating structure of the fully sealed elastic body according to the present invention when the lithium secondary battery rises above a predetermined temperature (T).

도 8는 실험예 2에 따른 과충전시, 실시예 6, 7, 8 및 비교예 1 전지의 표면 온도 및 전압 graph이다.8 is a surface temperature and voltage graphs of Examples 6, 7, 8 and Comparative Example 1 cells during overcharging according to Experimental Example 2. FIG.

본 발명은 화합물들간의 가스 발생 화학반응이 일정 온도(T) 이상에서만 일어날수 있도록 조절된 가스 발생 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a gas generating structure in which the gas generating chemical reaction between the compounds can be made only above a certain temperature (T).

산업 전반에 걸쳐, 특정 온도에서 가스를 발생시킬 수 있는 화합물 또는 장치는 매우 유용하게 적용되고 있다. 일례로, 최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아짐에 따라 주목받고 있는 리튬 이차 전지 분야에도 이러한 화합물(또는 장치)가 적용되고 있다.Throughout the industry, compounds or devices capable of generating gases at certain temperatures are very useful. For example, such compounds (or devices) are also being applied to the lithium secondary battery field, which has been attracting attention as the interest in energy storage technology is increasing recently.

이차 전지는 일반적으로 양극, 음극, 분리막 및 비수 전해액을 포함한다. 이러한 이차 전지는 고온 노출 등으로 인하여 전지 온도가 임계 온도에 이르면, 비수 전해액의 발열 분해, 연소 등으로 인해 안전성에 문제가 발생할 수 있다. 특히, 전지의 과충전시 양극활물질은 다량의 리튬 이탈로 인해 열적으로 불안정한 구조로 변형될 수 있는데, 이 때 산소를 방출할 수 있으며, 방출된 산소는 비수 전해액의 분해 또는 연소를 가속화할 수 있어, 상기의 전지 안전성 문제는 더욱 심각해질 수 있다.Secondary batteries generally include a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte. When such a secondary battery reaches a critical temperature due to high temperature exposure, safety problems may occur due to exothermic decomposition and combustion of the nonaqueous electrolyte. In particular, when the battery is overcharged, the cathode active material may be deformed into a thermally unstable structure due to a large amount of lithium leaving, and may release oxygen, which may accelerate decomposition or combustion of the nonaqueous electrolyte. The battery safety problem can be more serious.

이를 해결하기 위해, 과충전시 기계적으로 전류를 차단하는 방법, 예컨대 전지에 CID(Current Interrupt Device)-reverse 등의 안전 수단을 도입하는 방법이 제시되었다. 상기 CID-reverse는 전지의 내압 증가시 cell을 통한 전류의 흐름을 차단하고 추가적인 전류 흐름을 방지하는 장치로서, 이를 통해 전지의 안전성을 확보하기 위해서는 전지의 발화 및 파열 전에 충분한 내압 증가가 요구된다.In order to solve this problem, a method of mechanically interrupting current during overcharging, for example, a method of introducing a safety means such as a current interrupt device (CID) -reverse into a battery has been proposed. The CID-reverse is a device that blocks the flow of current through the cell and prevents additional current flow when the internal pressure of the battery increases, and thus sufficient internal pressure increase is required before ignition and rupture of the battery to secure the safety of the battery.

이러한 전지 내압 증가를 목적으로, 현재 azo, peroxide계 화합물 등 특정 온도 이상에서 자체적으로 열분해되어 가스를 발생할 수 있는 화합물이 사용되고 있다. 그러나, 이러한 화합물은 그 종류가 매우 제한적이고, 특정 온도 미만에서도 열분해 반응이 진행될 수 있어, 내구성이 취약한 문제가 있다. In order to increase the internal pressure of the battery, compounds that can generate gas by thermally decomposing themselves above a certain temperature such as azo and peroxide compounds have been used. However, such a compound is very limited in kind, and pyrolysis reaction may proceed even below a specific temperature, and thus there is a problem in that durability is weak.

본 발명은 접촉시 서로 화학반응하여 가스를 발생시킬 수 있는 제1화합물 및 제2화합물을 포함하고, 상기 제1화합물과 제2화합물 간의 물리적 접촉이 제1화합물 및 제2화합물과 화학반응을 일으키지 않으며, 제1화합물의 융점 및 제2화합물의 융점 보다 낮은 융점을 갖는 제3화합물에 의해 차단되어 있는 가스 발생 구조체로서, 상기 제3화합물의 온도에 따른 상태 변화를 통해, 일정 온도(T) 이상에서만 제1화합물 및 제2화합물이 접촉하여 가스 발생 화학반응을 일으킬 수 있도록 조절된 가스 발생 구조체를 제공하고자 한다.The present invention includes a first compound and a second compound capable of generating a gas by chemical reaction with each other upon contact, and the physical contact between the first compound and the second compound does not cause a chemical reaction with the first compound and the second compound And a gas generating structure that is blocked by a third compound having a melting point lower than that of the first compound and a melting point of the second compound. The gas generating structure has a predetermined temperature (T) or more through a state change according to the temperature of the third compound. It is intended to provide a gas generating structure that is controlled so that only the first compound and the second compound can come into contact with each other to cause a gas generating chemical reaction.

본 발명은 (a) 제1화합물; (b) 제1화합물과 접촉시 화학반응하여 가스 발생할 수 있는 제2화합물; 및 (c) 제1화합물 및 제2화합물과 화학반응을 일으키지 않으며, 제1화합물의 융점 및 제2화합물의 융점 보다 낮은 융점을 갖는 제3화합물을 포함하고, 상기 제3화합물에 의해 제1화합물과 제2화합물의 물리적 접촉이 차단되어 있는 가스 발생 구조체로서, 제3화합물이 융해되면 제1화합물과 제2화합물이 접촉하여 가스 발생 화학반응을 일으킬 수 있는 것이 특징인 가스 발생 구조체; 및 상기 가스 발생 구조체가 전지의 내부 또는 외부에 도입되는 것이 특징인 리튬 이차 전지를 제공한다.The present invention (a) a first compound; (b) a second compound that may generate gas upon chemical reaction upon contact with the first compound; And (c) a third compound which does not cause a chemical reaction with the first compound and the second compound, and has a melting point lower than the melting point of the first compound and the melting point of the second compound. A gas generating structure in which physical contact between the second compound and the second compound is blocked, wherein the first compound and the second compound are in contact with each other when the third compound is melted to generate a gas generating chemical reaction; And it provides a lithium secondary battery characterized in that the gas generating structure is introduced into the inside or outside of the battery.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

전지 내압 증가시 안전 수단이 작동되는 이차 전지는 일반적으로 가스 발생 물질을 전지 내부 또는 외부에 병용하고 있는데, 이러한 가스 발생 물질은 특정 온도 이상에서만 가스를 발생할 수 있으며, 이때의 가스 발생량이 안전 수단이 작동 될 수 있을 정도로 충분할 것이 요구된다. 이러한 가스 발생 물질로는 azo, peroxide계 화합물 등과 같이 특정 온도 이상에서 자체적으로 열분해되어 가스를 발생할 수 있는 화합물(이하, 종래 가스 발생 물질)이 사용될 수 있으나, 이러한 화합물은 그 종류가 매우 제한적인 문제가 있다. Secondary batteries, in which safety measures are activated when the internal pressure of the battery increases, generally use a gas generating material in or outside the cell. Such a gas generating material may generate gas only at a certain temperature, and the amount of gas generated is It needs to be enough to work. As such a gas generating material, a compound (hereinafter, a conventional gas generating material) capable of generating a gas by thermally decomposing itself above a certain temperature such as an azo or peroxide compound may be used, but such a compound has a very limited kind. There is.

또한, 상기 가스 발생 물질은 안전 수단이 작동될 수 있을 정도의 충분한 가스를 발생하지 못할 수 있다. 일례로, lauroyl peroxide는 80℃ 이상에서 자체적으로 열분해되어 가스를 발생할 수 있는 화합물이나, 고온 하에서 보관되는 경우에는 가스 발생량이 현저히 감소하여 내구성이 취약한 문제가 있다(실험예 1 및 도 1 참조). 즉, 종래 가스 발생 물질의 경우 소자의 안전성이 충분히 확보되지 못할 수 있다. In addition, the gas generating material may not generate enough gas to enable the safety means to operate. For example, lauroyl peroxide at 80 ° C In the above-described compounds that can self-decompose and generate gas, when stored under high temperature, there is a problem that the amount of gas generated is significantly reduced and durability is weak (see Experimental Example 1 and FIG. 1). That is, in the case of a conventional gas generating material, the safety of the device may not be sufficiently secured.

본 발명의 가스 발생 구조체는 제1화합물 및 상기 제1화합물과 접촉시 화학반응하여 가스를 발생시킬 수 있는 제2화합물을 포함하고, 온도에 따라 상기 제1화합물과 제2화합물 간의 물리적 접촉 여부를 조절함으로써, 일정 온도(T) 이상에서만 상기 제1화합물과 제2화합물이 접촉하여 가스 발생 화학반응을 일으킬 수 있도록 조절하는 것이 특징이다.The gas generating structure of the present invention includes a first compound and a second compound capable of generating a gas by chemical reaction upon contact with the first compound, and whether or not physical contact between the first compound and the second compound according to temperature By adjusting, the first compound and the second compound are in contact with each other only at a predetermined temperature (T) to control the gas generation chemical reaction.

구체적으로, 본 발명의 가스 발생 구조체는 제1화합물 및 제2화합물과 화학반응을 일으키지 않으며, 제1화합물의 융점 및 제2화합물의 융점 보다 낮은 융점을 갖는 제3화합물에 의해, 상기 제1화합물 및 제2화합물의 물리적 접촉이 차단되어 있는 것으로서, 일정 온도(T) 이상에서 제3화합물이 융해되면 제1화합물과 제2화합물이 접촉하여 가스 발생 화학반응을 일으킬 수 있도록 조절되는 것을 특징으로 한 다.Specifically, the gas generating structure of the present invention does not cause a chemical reaction with the first compound and the second compound, the first compound by the third compound having a melting point lower than the melting point of the first compound and the second compound And physical contact of the second compound is blocked, and when the third compound is melted at a predetermined temperature (T) or more, the first compound and the second compound are brought into contact with each other to cause a gas generating chemical reaction. All.

<본 발명의 가스 발생 구조체의 실시 형태>Embodiment of the gas generating structure of the present invention

본 발명의 가스 발생 구조체는 상기 제3화합물에 의해 상기 제1화합물 및 제2화합물의 물리적 접촉이 차단되어 있고, 일정 온도(T) 이상에서 제3화합물 융해시 제1화합물 및 제2화합물이 접촉 가능한 것이면, 이의 구성, 형태 등에 특별한 제한이 없다. 상기 가스 발생 구조체는 다양한 실시 형태로 구현될 수 있으며, 바람직하게는 하기 2가지의 실시 형태가 가능하다.In the gas generating structure of the present invention, the physical contact between the first compound and the second compound is blocked by the third compound, and the first compound and the second compound contact when the third compound melts at a predetermined temperature (T) or more. If possible, there is no particular limitation on its configuration, form, and the like. The gas generating structure may be implemented in various embodiments, and preferably the following two embodiments are possible.

본 발명의 가스 발생 구조체의 제1형태는 제1화합물, 제2화합물, 제3화합물이 구조체 내부에 제1화합물-제3화합물-제2화합물 순으로 순차적으로 배열되어, 제1화합물과 제2화합물의 물리적 접촉이 제3화합물에 의해 차단되어 있는 것이다. 이 때, 상기 제1화합물, 제2화합물, 제3화합물의 순차적 배열의 방향은 특별한 제한이 없고 횡방향 등이 가능하며, 종방향, 중심에서 바깥방향인 것이 바람직하다(도 2, 도3, 도 4, 도 6 참조). 이는 제3화합물의 융해시 제1화합물 및 제2화합물의 물리적 접촉이 중력에 의해 촉진되어, 가스 발생이 신속하게 유도될 수 있기 때문이다. 또한, 제3화합물 융해시 제1화합물 및 제2화합물의 물리적 접촉이 용이하도록, 상기 제1화합물, 제2화합물, 제3화합물의 순차적 배열은 제1화합물-제3화합물-제2화합물-제3화합물-제1화합물 순과 같이 반복되는 것이 바람직하다.In the first aspect of the gas generating structure of the present invention, the first compound, the second compound, and the third compound are sequentially arranged in the structure of the first compound, the third compound, and the second compound, and thus the first compound and the second compound. Physical contact of the compound is blocked by the third compound. At this time, the direction of the sequential arrangement of the first compound, the second compound, and the third compound is not particularly limited, and the transverse direction may be possible. 4, 6). This is because physical contact of the first compound and the second compound upon melting of the third compound is facilitated by gravity, so that gas generation can be induced quickly. Further, in order to facilitate physical contact between the first compound and the second compound during melting of the third compound, the sequential arrangement of the first compound, the second compound, and the third compound may be performed by the first compound-third compound-second compound-agent. It is preferable that the compound is repeated in the order of the third compound to the first compound.

또한, 본 발명의 가스 발생 구조체의 제2형태는 상기 제1화합물 및 제2화합물 중 하나 이상의 표면에 제3화합물이 코팅되어, 제1화합물과 제2화합물의 물리적 접촉이 제3화합물에 의해 차단되어 있는 것이다(도 5 참조). 예컨대, 제1화합물의 코어 및 제3화합물의 쉘로 된 제1코어-쉘과 제2화합물; 제2화합물의 코어 및 제3화합물의 쉘로 된 제2코어-쉘과 제1화합물; 또는 상기 제1코어-쉘과 제2코어쉘이 혼화된 형태일 수 있다. 상기 제2형태는 제3화합물 융해시 물리적 접촉을 위한 제1화합물과 제2화합물의 이동거리가 짧아, 가스 발생이 신속히 유도될 수 있다는 장점이 있다. In addition, in the second aspect of the gas generating structure of the present invention, the third compound is coated on the surface of at least one of the first compound and the second compound, so that physical contact between the first compound and the second compound is blocked by the third compound. (See Fig. 5). For example, a first core-shell and a second compound comprising a core of the first compound and a shell of the third compound; A second core-shell and a first compound comprising a core of the second compound and a shell of the third compound; Alternatively, the first core-shell and the second core shell may be mixed. The second aspect has the advantage that the distance of the first compound and the second compound for physical contact during melting of the third compound is short, so that gas generation can be induced quickly.

상기의 제1화합물 및 제2화합물은 접촉시 서로 화학반응하여 가스를 발생시킬 수 있는 것이면, 특별히 제한되지 않는다. 일례로, 상기 제1화합물과 제2화합물은 광범위한 산화환원 반응, 예컨대 중화 반응을 통해 가스를 발생하는 화합물일 수 있다. 즉, 상기 제1화합물 및 제2화합물 중 어느 하나는 산화제이고, 다른 하나는 환원제일 수 있으며, 비제한적인 예로 상기 제1화합물 및 제2화합물 중 어느 하나는 산 또는 염기이고, 다른 하나는 금속, 탄산염, 아황산염, 또는 암모늄염일 수 있으며, 상기 제1화합물 및 제2화합물은 각각 2종 이상의 화합물을 포함할 수도 있다. 상기 제1화합물 및 제2화합물 조합의 예로는, 염산, 황산, 아세트산 중 1종 이상 및 금속류(예, 알루미늄, 아연 등)의 조합; 수산화나트륨, 수산화칼륨, 트리에틸아민 중 1종 이상 및 금속류의 조합; 탄산나트륨, 탄산칼륨 중 1종 이상 및 산류의 조합; 치아염소산나트륨(NaClO), 과망간산칼륨 중 1종 이상과 과산화수소의 조합; 아황산염과 산류의 조합, 암모늄염 및 염기류의 조합 등이 있다.The first compound and the second compound are not particularly limited as long as they can generate a gas by chemical reaction with each other upon contact. For example, the first compound and the second compound may be compounds that generate gas through a wide range of redox reactions, such as neutralization reactions. That is, any one of the first compound and the second compound may be an oxidizing agent, the other may be a reducing agent, and by way of non-limiting example, any one of the first compound and the second compound may be an acid or a base, and the other may be a metal. , Carbonate, sulfite, or ammonium salt, and the first compound and the second compound may each include two or more compounds. Examples of the combination of the first compound and the second compound include a combination of one or more of hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid, and metals (eg, aluminum, zinc, etc.); Combinations of at least one of sodium hydroxide, potassium hydroxide, triethylamine and metals; Combinations of at least one of sodium carbonate, potassium carbonate and acids; A combination of at least one of sodium chlorite (NaClO), potassium permanganate and hydrogen peroxide; Combinations of sulfites and acids, and combinations of ammonium salts and bases.

또한, 상기 제1화합물 및 제2화합물은, 제3화합물 융해시 양 화합물 간의 물리적 접촉의 용이성을 위해, 이동성이 우수한 액상(液狀)인 것이 바람직하다. 이 때, 상기 액상 형태는 용매(溶媒) 상에 용해(溶解)된 형태를 포함한다. In addition, it is preferable that the first compound and the second compound are liquid phases having excellent mobility for ease of physical contact between the two compounds during melting of the third compound. At this time, the liquid form includes a form dissolved in a solvent (溶媒).

한편, 상기 제3화합물은 상기 제1화합물 및 제2화합물과 화학반응을 일으키지 않으며, 융점(mp)이 제1화합물의 융점 및 제2화합물의 융점보다 낮고 가스를 발생시키고자 하는 온도(T) 이상인 화합물이라면, 특별히 제한되지 않는다. 상기 제3화합물은 지방산 화합물, 알코올 화합물, 또는 고분자 화합물일 수 있으며, 상기 고분자 화합물은 올리고머, 고분자, 또는 기타 첨가제가 1종 이상 혼합되어, 융점이 조절된 것일 수 있다. 상기 지방산 화합물의 비제한적인 예로는 아라키드산(arachidic acid, mp: 74-76℃), 운데칸디카르복시산(undecanedicarboxylic acid, mp: 112℃), 라우르산(lauric acid, mp: 44-46℃), 미리스트산(myristic acid, mp: 52-54℃), 팔미트산(palmitic acid, mp: 61-62℃), 스테아르산(stearic acid, mp: 67-72℃), 도코산산(docosanoic acid, mp: 72-80℃), 아젤라인산(azelaic acid, mp: 109-111℃), 세바스산(sebacic acid, mp: 133-137℃), 수베르산(suberic acid, mp: 140-144℃), 피멜산(pimelic acid, mp: 103-105℃), 1,10-데칸디카르복시산(1,10-decanedicarboxylic acid, mp: 127-129℃) 등이 있으며, 알코올 화합물의 예로는 자일리톨(xylitol, mp: 94-97℃) 등이 있다.On the other hand, the third compound does not cause a chemical reaction with the first compound and the second compound, the melting point (mp) is lower than the melting point of the first compound and the melting point of the second compound (T) to generate gas It will not specifically limit, if it is a compound above. The third compound may be a fatty acid compound, an alcohol compound, or a high molecular compound, and the high molecular compound may be a mixture of one or more oligomers, polymers, or other additives, thereby controlling melting point. Non-limiting examples of the fatty acid compounds include arachidic acid (mp: 74-76 ℃), undecanedicarboxylic acid (mp: 112 ℃), lauric acid (mp: 44-46 ℃) ), Myristic acid (mp: 52-54 ° C), palmitic acid (mp: 61-62 ° C), stearic acid (mp: 67-72 ° C), docosanoic acid, mp: 72-80 ° C), azelaic acid (mp: 109-111 ° C), sebacic acid (mp: 133-137 ° C), suberic acid (mp: 140-144) ℃, pimelic acid (mp: 103-105 ℃), 1,10-decanedicarboxylic acid (1,10-decanedicarboxylic acid, mp: 127-129 ℃) and the like, examples of the alcohol compound is xylitol ( xylitol, mp: 94-97 ° C.).

전술한 바와 같이, 본 발명에서는 가스 발생 물질로 매우 광범위한 화합물들이 사용될 수 있으므로, 종래 가스 발생 물질의 종류가 매우 제한적이었던 문제점이 해결될 수 있다. As described above, since a wide range of compounds can be used as the gas generating material in the present invention, the problem that the type of the conventional gas generating material is very limited can be solved.

또한, 본 발명의 가스 발생 구조체는 상기 제3화합물을 변화시켜 제1화합물과 제2화합물 간의 가스 발생 화학반응이 일어나는 온도(T)를 다양하게 조절할 수 있다. 이로 인해 본 발명의 가스 발생 구조체는 리튬 이차 전지 등 산업 전반에 걸쳐 유용하게 사용될 수 있다. 일례로, 본 발명의 가스 발생 구조체를 리튬이차전지에 적용하는 경우, 제1화합물과 제2화합물 간 가스 발생 화학반응이 일어나는 온도(T)는 가스 발생 구조체를 구비하거나 장착하는 리튬 이차 전지의 정상 작동 온도 보다 높은 온도 범위, 예컨대 50~200℃로 조절되는 것이 바람직하다. In addition, the gas generating structure of the present invention may vary the temperature (T) at which the gas generating chemical reaction between the first compound and the second compound occurs by changing the third compound. For this reason, the gas generating structure of the present invention can be usefully used throughout the industry, such as a lithium secondary battery. For example, when the gas generating structure of the present invention is applied to a lithium secondary battery, the temperature T at which the gas generating chemical reaction between the first compound and the second compound occurs is normal to that of the lithium secondary battery having or equipped with the gas generating structure. It is preferred to be adjusted to a temperature range higher than the operating temperature, such as 50 to 200 ° C.

<본 발명의 가스 발생 구조체의 케이스><Case of Gas Generating Structure of Present Invention>

본 발명의 가스 발생 구조체를 수용하는 케이스(case)는 특별히 제한되지 않고 다양한 형태가 적용될 수 있으며, 예컨대 가스 발생 구조체의 작용 기작에 따라 하기와 같이 2가지 형태로 실시 가능하다.The case accommodating the gas generating structure of the present invention is not particularly limited and various forms may be applied. For example, the case may be implemented in two forms as described below depending on the mechanism of operation of the gas generating structure.

상기 케이스의 제1형태는 중공 통형의 관으로서, 본 발명의 가스 발생 구조체가 리튬 이차 전지 내부에 도입되어(예컨대 권심 또는 센터핀으로 사용되어), 일정 온도(T) 이상 상승시, 구조체 내부에서 발생되는 가스를 외부로 방출함으로써, 전지의 부피 및 내압을 증가시켜, 전지의 안전수단의 작동을 도모하는 경우에 적용될 수 있다. 이 때, 상기 중공 통형의 관은 가스 발생 화합물들(제1화합물, 제2화합물, 및 제3화합물)을 구조체 내부에 유지할 수 있으면서도, 일정 온도(T) 이상 상승시 내부에서 발생되는 가스를 외부로 방출할 수 있도록, 일측(一側)이 밀폐되고, 표면의 일부에 개방부를 갖는 것이 바람직하다.The first type of the case is a hollow cylindrical tube, in which the gas generating structure of the present invention is introduced into a lithium secondary battery (for example, used as a core or a center pin), and when the temperature rises above a certain temperature T, By releasing the generated gas to the outside, the volume and the internal pressure of the battery can be increased, whereby the safety means of the battery can be operated. At this time, the hollow cylindrical tube can maintain the gas generating compounds (first compound, the second compound, and the third compound) inside the structure, while the gas generated inside when the temperature rises above a certain temperature (T). One side is sealed and it is preferable to have an opening part in a part so that it may discharge | emit to.

상기 밀폐된 일측은 관의 한쪽 끝이 그대로 열융착되어 형성된 것이거나, 제 1 고분자부재가 열융착 등에 의해 관의 한쪽 끝에 연결되어 형성된 것일 수 있다. 이때 상기 제 1 고분자부재는 제1화합물, 제2화합물 및 제3화합물보다 융점이 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 개방부는 관의 밀폐되지 않은 일측(一側)이거나, 제 2 고분자부재에 의해 밀폐되고 상기 제2고분자부재의 용융에 의해 개방되는 1 이상의 개구부일 수 있다. 이때, 상기 제 2 고분자부재는 융점이 관 내부에서 가스가 발생되는 온도(T) 또는 그 이상인 것이 바람직하다.The closed one side may be one end of the tube is thermally fused as it is, or the first polymer member may be formed by being connected to one end of the tube by thermal fusion. In this case, it is preferable that the first polymer member has a higher melting point than the first compound, the second compound, and the third compound. In addition, the opening may be an unopened side of the tube or one or more openings closed by the second polymer member and opened by the melting of the second polymer member. In this case, it is preferable that the melting point of the second polymer member is at or above a temperature T at which gas is generated in the tube.

한편, 상기 중공 통형의 관은 금속, 세라믹 또는 고분자로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 중공 통형의 관은 본 발명의 가스 발생 구조체가 적용되는 소자의 정상 작동 전압/온도 범위에서 용융되지 않고, 원래의 형태를 유지할 수 있는 것이 바람직하다.On the other hand, the hollow cylindrical tube may be made of a metal, ceramic or polymer. In this case, it is preferable that the hollow tubular tube is not melted in the normal operating voltage / temperature range of the device to which the gas generating structure of the present invention is applied and can maintain its original shape.

상기 금속의 비제한적인 예로는 니켈, 구리, 알루미늄, 티타늄, 크롬, 탄소, 철, 코발트, 몰리브덴, 금, 은, 바나듐, SUS 또는 이들의 합금 등이 있다. 또한, 상기 고분자의 비제한적인 예로는 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리스티렌, 폴리페닐렌에테르(PPE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리비닐클로라이트(PVC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리아마이드, 폴리카프로락탐, 폴리카보네이트(PC), 폴리-(p-자일렌), 폴리이미드(PI), 폴리옥시벤조에이트(POB), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르술폰(PES), 폴리술폰(PSU), 실리콘 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 고무, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리아세트알데히드, 폴리포름알데히드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드 등이 있으며, 이들은 단독 또는 혼합 사용될 수 있다.Non-limiting examples of the metal include nickel, copper, aluminum, titanium, chromium, carbon, iron, cobalt, molybdenum, gold, silver, vanadium, SUS or alloys thereof. In addition, non-limiting examples of the polymer include ethylene vinyl acetate (EVA), polystyrene, polyphenylene ether (PPE), polychlorotrifluoroethylene, polyvinyl chlorite (PVC), polyethylene terephthalate (PET), poly Amide, Polycaprolactam, Polycarbonate (PC), Poly- (p-Xylene), Polyimide (PI), Polyoxybenzoate (POB), Polyetheretherketone (PEEK), Polyphenylenesulfide (PPS) , Polyethersulfone (PES), polysulfone (PSU), silicone resin, acrylic resin, urethane resin, epoxy resin, rubber, polyethylene, polypropylene, polybutene, polyacetaldehyde, polyformaldehyde, polypropylene oxide, polymethyl Methacrylate, polyvinylidene chloride, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride and the like, which may be used alone or in combination.

또한, 상기 케이스의 제2형태는 완전 밀폐된 탄성체(elastomer)로서, 본 발명의 가스 발생 구조체가 리튬 이차 전지의 안전 수단의 하부에 도입되어, 일정 온도(T) 이상 상승시 내부 가스 발생에 의한 부피 팽창을 통해 물리적 스위칭(switching) 역할을 함으로써, 안전 수단의 작동을 도모하는 경우에 적용될 수 있다(도 7 참조). In addition, the second embodiment of the case is a hermetically sealed elastomer, wherein the gas generating structure of the present invention is introduced under the safety means of the lithium secondary battery, and is caused by the generation of internal gas when rising above a certain temperature T. By acting as a physical switching through volume expansion, it can be applied in the case of promoting the operation of the safety means (see FIG. 7).

또한, 상기 완전 밀폐된 탄성체는 내부 공간에 가스 발생 화합물들(제1화합물, 제2화합물, 및 제3화합물)이 도입된 코어-쉘 구조로서, 다중 코어-쉘 구조일 수도 있다. 예를 들면, 케이스 내부에 제1화합물로 된 코어 및 제3화합물로 된 쉘을 포함하는 제1코어-쉘, 및 상기 제1코어-쉘 외부에 제2화합물이 도입된 이중 코어-쉘 구조일 수 있다(도 6 참조). In addition, the hermetically sealed elastomer may be a core-shell structure in which gas generating compounds (first compound, second compound, and third compound) are introduced into an internal space, and may be a multi-core-shell structure. For example, a first core-shell including a core of a first compound and a shell of a third compound inside the case, and a double core-shell structure having a second compound introduced outside the first core-shell. (See FIG. 6).

<본 발명의 리튬 이차 전지><Lithium secondary battery of this invention>

또한, 본 발명은 전술한 가스 발생 구조체가 내부 또는 외부에 도입되는 리튬 이차 전지를 제공한다. In addition, the present invention provides a lithium secondary battery in which the above-described gas generating structure is introduced inside or outside.

본 발명의 리튬 이차 전지는 리튬 금속 이차전지, 리튬 이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지 등의 리튬 이차 전지일 수 있다.The lithium secondary battery of the present invention may be a lithium secondary battery such as a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery.

또한, 본 발명의 리튬 이차 전지는 전지 내부의 압력 변화를 감지하여, (a)전지의 충전을 중지시키거나 또는 충전 상태를 방전 상태로 전환시키는 제 1 안전수단; 및 (b)전지 내부의 열 또는 가스를 외부로 발산시키는 제 2 안전수단으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 안전 수단을 구비하는 것이 바람직하다.In addition, the lithium secondary battery of the present invention, by detecting a pressure change in the battery, (a) a first safety means for stopping the charging of the battery or switching the state of charge to a discharge state; And (b) second safety means for dissipating heat or gas inside the battery to the outside.

사용 가능한 제 1 안전수단의 비제한적인 예로는 당 업계에 알려진 통상적인 CID 등의 압력 감응 소자 등이 있다. 상기 압력 감응 소자는 일체형일 수 있으며, 또는 (i) 압력 감응 부재; (ii) 상기 압력 감응 부재에서 전달된 전류를 전달하는 도선; 및 (iii) 상기 도선을 통해 전달되는 전류에 응답하여 소자의 충전을 중지시키거나 또는 충전 상태를 방전 상태로 전환시키는 부재를 포함할 수도 있다. Non-limiting examples of the first safety means that can be used include pressure sensitive elements such as conventional CID known in the art. The pressure sensitive element may be integral, or (i) a pressure sensitive member; (ii) conducting wires for delivering current delivered from the pressure sensitive member; And (iii) a member for stopping charging of the device or switching the charging state to a discharge state in response to a current transmitted through the conductive wire.

이때, 상기 압력 감응 소자는 밀폐된 전지 내의 압력 변화, 즉 압력 상승을 감지하고 그 자체가 전류를 차단 또는 방전시키거나, 또는 외부나 제어 회로쪽으로 전류를 발생시킴으로써 리튬 이차 전지의 충전이 더 이상 진행되지 않거나 방전되도록 하는 소자를 지칭하는 것으로서, 특정 압력 범위에서 전술한 작동을 수행하기만 한다면 이들의 종류나 방식 등은 특별히 제한되지 않는다. At this time, the pressure sensitive element detects the pressure change in the sealed battery, that is, the pressure rise and itself blocks or discharges the current, or generates current toward the external or control circuit, thereby further charging the lithium secondary battery. It refers to a device that is not to be discharged or discharged, and the type or manner thereof is not particularly limited as long as the above operation is performed in a specific pressure range.

상기 압력 감응 소자의 예로는 압력 변화를 감지하여 전류를 발생시키는 압전성(piezoelectricity)을 갖는 결정 등이 있다. 또한, 압력 감응 소자가 작동하는 압력 범위는 통상적인 소자 내부 압력을 벗어나고, 폭발이 발생하지 않는 범위이기만 하면 특별한 제한이 없으나, 바람직하게는 5 내지 20 kg/㎠ 범위이다. Examples of the pressure sensitive element include a crystal having piezoelectricity that senses a pressure change and generates a current. Further, the pressure range in which the pressure sensitive element operates is not particularly limited as long as it is within a range in which the pressure inside the normal element does not occur and no explosion occurs, but is preferably in the range of 5 to 20 kg / cm 2.

또한, 제 2 안전 수단은 전지 내부의 압력 변화 감지를 통해 전지 내부의 열 또는 가스(예, 가연성 가스 등)를 발산시키는 기능만 한다면 특별한 제한이 없으며, 이의 비제한적인 예로는 벤트(vent) 등과 같은 압력 개방 밸브 등이 있다.In addition, the second safety means is not particularly limited as long as it functions to dissipate heat or gas (eg, flammable gas) inside the battery by detecting a pressure change inside the battery, and a non-limiting example thereof may include a vent or the like. Such as pressure release valves.

한편, 본 발명에 따라 리튬 이차 전지 내부에 전술한 가스 발생 구조체가 도입되는 위치는 특별히 제한되지 않으나, 전지의 안전성 확보와 더불어 전지의 성능면에 영향을 주지 않기 위해서, 가스 발생 구조체가 전기 화학반응(electrochemical reaction)이 일어나지 않는 전지 내부 빈 공간, 예컨대 권심(mandrel) 내부, 센터핀(center pin) 내부, 전지 케이스(case)의 내부 상단, 하단 또는 이들의 2종 이상의 영역에 도입되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 본 발명의 가스 발생 구조체는 전술한 바와 같이 전지의 권심(mandrel) 또는 센터핀(center pin) 자체로서 도입되거나, 전지의 안전수단(예, 벤트) 하부에 도입될 수 있다.On the other hand, the position in which the above-described gas generating structure is introduced into the lithium secondary battery according to the present invention is not particularly limited, but in order to ensure the safety of the battery and not affect the performance of the battery, the gas generating structure is electrochemical reaction (electrochemical reaction) is preferably introduced into the empty space inside the battery, such as inside the mandrel, the center pin (center pin), the inner top of the battery case, the bottom or two or more areas thereof. . For example, the gas generating structure of the present invention may be introduced as a mandrel or center pin itself of the battery as described above, or may be introduced under the battery's safety means (eg vent).

한편, 본 발명의 가스 발생 구조체는 리튬 이차 전지의 외부에 장착될 수도 있으며, 이 때 상기 가스 발생 구조체는 전지의 안전 수단, 및 전지 내부의 온도 변화를 감지하여 구조체로 전달하는 온도 검출부와 연결되는 것이 바람직하다.On the other hand, the gas generating structure of the present invention may be mounted on the outside of the lithium secondary battery, wherein the gas generating structure is connected to the safety means of the battery, and the temperature detection unit for detecting and transferring the temperature change inside the battery to the structure; It is preferable.

본 발명의 리튬 이차 전지는 전술한 가스 발생 구조체를 전지에 도입하는 단계를 제외하고는, 당 기술 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조할 수 있다. 이의 일 실시예를 들면, 전술한 가스 발생 구조체를 센터핀(center pin)으로 사용하고, 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 개재(介在)시킨 전극군을 상기 센터핀을 중심으로 젤리롤 형태로 권취하여 전극 조립체를 형성한 후, 이를 전지 케이스에 넣고 전해액을 주입함으로써 제조할 수 있다. The lithium secondary battery of the present invention may be manufactured according to conventional methods known in the art, except for introducing the above-described gas generating structure into the battery. For example, the above-described gas generating structure is used as a center pin, and the electrode group having a separator interposed between the anode and the cathode is wound in a jelly roll form around the center pin. After forming the electrode assembly, it may be prepared by placing it in a battery case and injecting an electrolyte solution.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지의 외형은 제한이 없으나, 캔으로 된 원통형, 코인형, 각형 또는 파우치(pouch)형이 가능하다.Although the external shape of the lithium secondary battery according to the present invention is not limited, it is possible to have a cylindrical, coin-shaped, square or pouch type of can.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이들에 의하여 본 발명의 범 위가 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following examples and comparative examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

(가스 발생 구조체의 제조) (Manufacture of gas generating structure)

실시예 1Example 1

PE로 된 튜브형 용기의 밀폐된 일측에 염산을 투입하고 stearic acid(mp: 69.6℃)으로 밀폐한 후, 상기 용기의 다른 일측에 알루미늄 호일을 배치시킨다.Hydrochloric acid is added to the sealed side of the PE tubular container and sealed with stearic acid (mp: 69.6 ° C.), and then aluminum foil is placed on the other side of the container.

상기 용기를 약 70℃이상 승온시키면, stearic acid가 융해되면서 염산과 알루미늄 호일이 접촉 및 화학반응하여, 가스가 발생된다.When the vessel is heated to about 70 ° C. or more, stearic acid melts and hydrochloric acid and aluminum foil contact and chemically react to generate gas.

실시예 2Example 2

PE로 된 튜브형 용기의 밀폐된 일측에 0.3M citric acid 수용액을 투입하고 stearic acid으로 밀폐한 후, 상기 용기의 다른 일측에 탄산칼슘을 배치시킨다.Put 0.3M citric acid aqueous solution into the sealed one side of the tubular container made of PE and seal it with stearic acid, and then place calcium carbonate on the other side of the container.

상기 용기를 약 70℃이상 승온시키면, stearic acid가 융해되면서 citric acid 수용액과 탄산칼슘이 접촉 및 화학반응하여, 가스가 발생된다.When the vessel is heated to about 70 ° C. or more, stearic acid melts and the citric acid aqueous solution and calcium carbonate contact and chemically react to generate gas.

실시예 3Example 3

액상의 stearic acid에 알루미늄 호일을 투입하고 꺼낸 후 응고시켜 알루미늄 호일 표면에 stearic acid을 코팅한다. 이를 PE로 된 튜브형 용기(직경 1.5mm)에 투입하고, 염산을 더 투입한다.Stearic acid is coated on the surface of aluminum foil by injecting aluminum foil into liquid stearic acid and taking it out. It is added to a tubular container of PE (1.5 mm in diameter), and further hydrochloric acid is added.

상기 용기를 약 70℃이상 승온시키면, stearic acid가 융해되면서 염산과 알루미늄 호일이 접촉 및 화학반응하여, 가스가 발생된다.When the vessel is heated to about 70 ° C. or more, stearic acid melts and hydrochloric acid and aluminum foil contact and chemically react to generate gas.

실시예 4Example 4

융점이 90℃인 고분자(poly(ethylene glycol) methyl ether-block- polylactide) 필름으로 된 튜브형 용기(직경 1.5mm)의 밀폐된 일측에 염산을 투입하고, 상기 용기의 다른 일측을 그대로 열융착하여 밀폐한 후 알루미늄 호일로 상기 용기를 둘러싼다.Hydrochloric acid is added to the sealed side of a tubular vessel (diameter of 1.5 mm) made of a polymer (poly (ethylene glycol) methyl ether-block-polylactide) film having a melting point of 90 ° C., and the other side of the vessel is heat-sealed as it is. And then surround the container with aluminum foil.

상기 용기를 약 90℃이상 승온시키면, 상기 튜브형 용기가 융해되면서 염산과 알루미늄 호일이 접촉 및 화학반응하여, 가스가 발생된다.When the vessel is heated to about 90 ° C. or more, the tubular vessel is melted, and hydrochloric acid and aluminum foil contact and chemically react to generate gas.

실시예 5Example 5

citric acid 0.1g과 stearic acid 0.4g을 혼합하고, 약 70℃로 가열하여 stearic acid를 녹였다가 다시 응고시켜, citric acid의 코어 및 stearic acid의 쉘로 된 제1코어-쉘을 제조한다. 탄산칼슘 0.1g과 stearic acid 0.4g을 사용하여 상기와 동일한 방법으로 탄산칼슘의 코어 및 stearic acid의 쉘로 된 제2코어-쉘을 제조한다.0.1 g of citric acid and 0.4 g of stearic acid are mixed and heated to about 70 ° C. to dissolve and solidify the stearic acid to prepare a first core-shell consisting of a core of citric acid and a shell of stearic acid. A second core-shell consisting of a core of calcium carbonate and a shell of stearic acid was prepared in the same manner as above using 0.1 g of calcium carbonate and 0.4 g of stearic acid.

상기 제1코어-쉘 및 제2코어-쉘을 혼합하여 PE로 된 튜브형 용기(직경 1.5mm)에 투입한 후, 약 70℃ 이상 승온시킨다. 이 때, stearic acid가 융해되면서, citric acid과 탄산칼슘이 접촉 및 화학반응하여, 가스가 발생된다.The first core-shell and the second core-shell are mixed and introduced into a tubular container made of PE (1.5 mm in diameter), and then heated to about 70 ° C. or more. At this time, as stearic acid is fused, citric acid and calcium carbonate are contacted and chemically reacted to generate gas.

(리튬 이차 전지의 제조)(Manufacture of lithium secondary battery)

실시예 6Example 6

상기 실시예 1의 가스 발생 구조체를 센터핀으로 사용하고, 상기 센터핀을 중심으로 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 개재(介在)시킨 전극군을 젤리롤 형태로 권취하여 전극 조립체를 형성한 후, 이를 소자 케이스에 넣고 전해액을 주입하여, CID가 장착되어 있는 원통형 이차 전지를 제조하였다. 이때, 양극으로는 LiCoO2, 음극으로는 MAG-E, 분리막으로는 폴리에틸렌 재질의 다공성 막을 사용하였으며, 전해액으로는 FEC: PC: DMC = 2 : 1 : 7의 부피비 및 PRS 3중량%, SN 1중량%, PS 2중량%의 조성을 가지는 1M LiPF6 용액을 사용하였다.Using the gas generating structure of Example 1 as a center pin, and wound the electrode group with a separator interposed between the anode and the cathode around the center pin in the form of a jelly roll to form an electrode assembly, this The electrolyte was injected into the device case to prepare a cylindrical secondary battery equipped with a CID. In this case, LiCoO 2 is used as the anode, MAG-E is used as the cathode, and a porous membrane made of polyethylene is used as the separator. The electrolyte solution has a volume ratio of FEC: PC: DMC = 2: 1: 7 and PRS 3% by weight, SN 1 A 1M LiPF 6 solution having a composition of weight percent, PS 2 weight percent was used.

실시예 7Example 7

실시예 1의 가스 발생 구조체 대신 실시예 2의 가스 발생 구조체를 센터핀으로 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 원통형 이차 전지를 제조하였다.A cylindrical secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 6, except that the gas generating structure of Example 2 was used as a center pin instead of the gas generating structure of Example 1.

실시예 8Example 8

실시예 1의 가스 발생 구조체 대신 실시예 3의 가스 발생 구조체를 센터핀으로 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 원통형 이차 전지를 제조하였다.A cylindrical secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 6, except that the gas generating structure of Example 3 was used as a center pin instead of the gas generating structure of Example 1.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1의 가스 발생 구조체 대신 내부에 어떠한 화합물도 포함하지 않는 통상적인 중공 통형의 관을 센터핀으로 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 원통형 이차 전지를 제조하였다.A cylindrical secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 6, except that a conventional hollow cylindrical tube not containing any compound therein was used as a center pin instead of the gas generating structure of Example 1.

실험예 1Experimental Example 1

lauroyl peroxide 0.10 g을 -5℃에서 30일간, 60℃에서 4일, 30일간 각각 보관 후, 용기에 넣고 온도 상승에 따른 내부 압력 변화를 측정하였다. 그 결과를 도 1에 도시하였다.0.10 g of lauroyl peroxide was stored at -5 ° C. for 30 days, 60 ° C. for 4 days, and 30 days, respectively, and placed in a container to measure internal pressure change with temperature rise. The results are shown in Fig.

실험 결과, 60 ℃에서 4일 이상 방치된 lauroyl peroxide는 -5℃에서 30일간 방치된 경우에 비해 100 ℃에서의 가스 발생량이 1/3 가량 적었다. 이로부터, 종래 가스 발생 물질(lauroyl peroxide)의 경우 전지의 과충전 온도 하에서 실제로 충분한 양의 가스가 발생되지 않을 수 있으며, 이로 인해 전지의 안전성이 담보되지 못하는 문제가 있음을 알 수 있었다.As a result, lauroyl peroxide, which was left at 60 ℃ for more than 4 days, had about 1/3 less gas generation at 100 ℃ than when it was left at -5 ℃ for 30 days. From this, it can be seen that the conventional gas generating material (lauroyl peroxide) may not actually generate a sufficient amount of gas under the overcharging temperature of the battery, thereby causing a problem that the safety of the battery is not guaranteed.

실험예 2Experimental Example 2

상기 실시예 6, 7, 8 및 비교예 1의 원통형 이차 전지를 10V, 1C의 조건으로 과충전시키면서 CID의 단락 여부, 전지의 표면 온도, 및 전지의 발화/폭발 여부를 관찰하였으며, 그 결과를 도 8에 도시하였다. The cylindrical secondary batteries of Examples 6, 7, 8 and Comparative Example 1 were overcharged under the conditions of 10V and 1C, and the presence or absence of CID short circuit, the surface temperature of the battery, and whether the battery was ignited / exploded were measured. 8 is shown.

도 8에서, 본 발명의 가스 발생 구조체가 센터핀으로 사용된 실시예 8의 이차 전지는 통상적인 센터핀이 사용된 비교예 1의 이차 전지보다 먼저 전압이 급상승하는 결과를 보였다. 상기 전압의 급상승은 전지에 장착된 CID의 작동에 의한 것으로 추정되므로, 본 발명에 따른 실시예 8의 전지는 비교예 1의 전지보다 조기에 CID를 작동시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, CID 작동시, 통상적인 센터핀이 사용된 비교예 1의 이차 전지는 약 120℃의 온도를 나타낸 반면, 본 발명에 따른 실시예 6, 7, 8의 전지는 약 100℃를 나타내었다. In FIG. 8, the secondary battery of Example 8 in which the gas generating structure of the present invention was used as the center pin showed a sudden increase in voltage before the secondary battery of Comparative Example 1 in which the conventional center pin was used. Since the increase in voltage is assumed to be caused by the operation of the CID mounted on the battery, it was confirmed that the battery of Example 8 according to the present invention can operate the CID earlier than the battery of Comparative Example 1. In addition, in the CID operation, the secondary battery of Comparative Example 1 using a conventional center pin exhibited a temperature of about 120 ° C., whereas the batteries of Examples 6, 7, and 8 according to the present invention exhibited about 100 ° C.

이로부터, 본 발명의 가스 발생 구조체는 리튬 이차 전지에 도입되어, 전지가 정상 작동 온도 범위를 벗어나는 경우 가스를 발생시킴으로써, 안전수단의 조기 작동을 도모하고, 전지의 안전성을 확보할 수 있음을 알 수 있었다.From this, it is understood that the gas generating structure of the present invention is introduced into a lithium secondary battery, thereby generating gas when the battery is out of the normal operating temperature range, thereby promoting early operation of safety means and ensuring battery safety. Could.

본 발명의 가스 발생 구조체는 일정 온도(T) 이상에서만 가스를 발생시킬 수 있을 뿐 아니라, 가스 발생 온도의 조절이 가능하고, 사용 가능한 화합물의 종류가 광범위하여, 산업 전반에 걸쳐 유용하게 활용될 수 있다.The gas generating structure of the present invention can not only generate gas at a predetermined temperature (T) or more, but also can control the gas generating temperature, and there are a wide variety of compounds that can be used, and can be usefully used throughout the industry. have.

Claims (26)

(a) 제1화합물; (b) 제1화합물과 접촉시 화학반응하여 가스 발생할 수 있는 제2화합물; 및 (c) 제1화합물 및 제2화합물과 화학반응을 일으키지 않으며, 제1화합물의 융점 및 제2화합물의 융점 보다 낮은 융점을 갖는 제3화합물을 포함하고, (a) a first compound; (b) a second compound that may generate gas upon chemical reaction upon contact with the first compound; And (c) a third compound which does not cause a chemical reaction with the first compound and the second compound and has a melting point lower than that of the first compound and that of the second compound, 상기 제3화합물에 의해 제1화합물과 제2화합물의 물리적 접촉이 차단되어 있는 가스 발생 구조체로서, A gas generating structure in which physical contact between the first compound and the second compound is blocked by the third compound, 제3화합물이 융해되면 제1화합물과 제2화합물이 접촉하여 가스 발생 화학반응을 일으킬 수 있는 것이 특징인 가스 발생 구조체.The gas generating structure, characterized in that when the third compound is melted, the first compound and the second compound may come into contact with each other to cause a gas generating chemical reaction. 제1항에 있어서, 상기 제1화합물, 제2화합물, 제3화합물은 구조체 내부에 제1화합물-제3화합물-제2화합물 순으로 순차적으로 배열되어, 제1화합물과 제2화합물의 물리적 접촉이 제3화합물에 의해 차단되어 있는 것이 특징인 가스 발생 구조체.The method of claim 1, wherein the first compound, the second compound, and the third compound are sequentially arranged in the structure of the first compound, the third compound, and the second compound in the structure, thereby physically contacting the first compound and the second compound. A gas generating structure characterized by being blocked by this third compound. 제2항에 있어서, 제1화합물, 제2화합물, 제3화합물의 순차적 배열 방향은 종방향, 횡방향, 또는 중심에서 바깥방향인 것이 특징인 가스 발생 구조체.3. The gas generating structure according to claim 2, wherein the sequential arrangement directions of the first compound, the second compound, and the third compound are in the longitudinal direction, the transverse direction, or the center to the outward direction. 제2항에 있어서, 상기 제1화합물, 제2화합물, 제3화합물의 순차적 배열은 반복되는 것이 특징인 가스 발생 구조체.3. The gas generating structure according to claim 2, wherein the sequential arrangement of the first compound, the second compound, and the third compound is repeated. 제1항에 있어서, 상기 제1화합물 및 제2화합물 중 하나 이상의 표면에 제3화합물이 코팅되어, 제1화합물과 제2화합물의 물리적 접촉이 제3화합물에 의해 차단되어 있는 것이 특징인 가스 발생 구조체.The method of claim 1, wherein the third compound is coated on the surface of at least one of the first compound and the second compound, the physical contact between the first compound and the second compound is blocked by the third compound Structure. 제1항에 있어서, 상기 제1화합물 및 제2화합물 중 어느 하나는 산화제이고, 다른 하나는 환원제인 것이 특징인 가스 발생 구조체.The gas generating structure according to claim 1, wherein one of the first compound and the second compound is an oxidizing agent and the other is a reducing agent. 제1항에 있어서, 상기 제1화합물 및 제2화합물 중 어느 하나는 산 또는 염기이고, 다른 하나는 금속, 탄산염, 아황산염 또는 암모늄염인 것이 특징인 가스 발생 구조체.The gas generating structure according to claim 1, wherein any one of the first compound and the second compound is an acid or a base, and the other is a metal, a carbonate, sulfite or ammonium salt. 제1항에 있어서, 상기 제1화합물 및 제2화합물 중 하나 이상은 액상(液狀)인 것이 특징인 가스 발생 구조체.The gas generating structure according to claim 1, wherein at least one of the first compound and the second compound is a liquid phase. 제1항에 있어서, 상기 제3화합물은 지방산 화합물, 알코올 화합물 또는 고분자 화합물인 것이 특징인 가스 발생 구조체.The gas generating structure according to claim 1, wherein the third compound is a fatty acid compound, an alcohol compound or a high molecular compound. 제9항에 있어서, 상기 제3화합물은 아라키드산(arachidic acid), 운데칸디카르복시산(undecanedicarboxylic acid), 라우르산(lauric acid), 미리스트산(myristic acid), 팔미트산(palmitic acid), 스테아르산(stearic acid), 도코산산(docosanoic acid), 아젤라인산(azelaic acid), 세바스산(sebacic acid), 수베르산(suberic acid), 피멜산(pimelic acid), 1,10-데칸디카르복시산(1,10-decanedicarboxylic acid) 및 자일리톨(xylitol)로 구성된 군에서 선택된 것이 특징인 가스 발생 구조체.The method of claim 9, wherein the third compound is arachidic acid (arachidic acid), undecanedicarboxylic acid (laudecanedicarboxylic acid), lauric acid (lauric acid), myristic acid (myristic acid), palmitic acid (palmitic acid) , Stearic acid, docosanoic acid, azelaic acid, sebacic acid, suberic acid, pimelic acid, 1,10-decane Gas generating structure, characterized in that selected from the group consisting of carboxylic acid (1,10-decanedicarboxylic acid) and xylitol (xylitol). 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 가스 발생 구조체의 케이스(case)는 중공 통형의 관; 또는 완전 밀폐된 탄성체(elastomer)인 것이 특징인 가스 발생 구조체. The gas generating structure of claim 1, wherein the case includes: a hollow tubular tube; Or a gas tight structure, which is a hermetically sealed elastomer. 제13항에 있어서, 상기 중공 통형의 관은 구조체 내부에서 발생되는 가스를 외부로 방출할 수 있는 것이 특징인 가스 발생 구조체.The gas generating structure according to claim 13, wherein the hollow tubular tube can discharge gas generated inside the structure to the outside. 제13항에 있어서, 상기 중공 통형의 관은 일측(一側)이 밀폐되고, 표면의 일부에 개방부를 갖는 것이 특징인 가스 발생 구조체.The gas generating structure according to claim 13, wherein one side of the hollow cylindrical tube is closed and an opening is formed on a part of the surface. 제13항에 있어서, 상기 완전 밀폐된 탄성체는 구조체 내부의 가스 발생에 의해 부피가 팽창되는 것이 특징인 가스 발생 구조체.The gas generating structure according to claim 13, wherein the fully enclosed elastic body is expanded in volume by gas generation inside the structure. 제13항에 있어서, 상기 완전 밀폐된 탄성체는 내부 공간에 가스 발생 화합물들이 도입된 코어-쉘 구조인 것이 특징인 가스 발생 구조체.The gas generating structure according to claim 13, wherein the fully enclosed elastic body has a core-shell structure in which gas generating compounds are introduced into an inner space. 제1항의 가스 발생 구조체가 내부 또는 외부에 도입되는 것이 특징인 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 1, wherein the gas generating structure of claim 1 is introduced inside or outside. 제18항에 있어서, 상기 리튬 이차 전지는 전지 내부의 압력 변화 감지를 통해 (i) 전지의 충전을 중지시키거나 또는 충전 상태를 방전 상태로 전환시키는 제 1 안전수단 및 (ii) 전지 내부의 열 또는 가스를 외부로 발산시키는 제 2 안전 수단으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 구비하는 것이 특징인 리튬 이차 전지.19. The method of claim 18, wherein the lithium secondary battery comprises: (i) first safety means to stop charging the battery or to change the charging state to a discharge state by detecting a pressure change inside the battery; and (ii) heat inside the battery. Or at least one selected from the group consisting of second safety means for dissipating gas to the outside. 제19항에 있어서, 상기 제 1 안전수단은 압력 감응 소자를 포함하는 것인 리튬 이차 전지.The rechargeable lithium battery of claim 19, wherein the first safety means comprises a pressure sensitive element. 제19항에 있어서, 상기 제 1 안전 수단은 20. The device of claim 19, wherein the first safety means is (i) 압력 감응 부재; (ii) 상기 압력 감응 부재에서 전달된 전류를 전달하는 도선; 및 (iii) 상기 도선을 통해 전달되는 전류에 응답하여 전지의 충전을 중지시키거나 또는 충전 상태를 방전 상태로 전환시키는 부재가 구비되는 것이 특징인 리튬 이차 전지.(i) a pressure sensitive member; (ii) conducting wires for delivering current delivered from the pressure sensitive member; And (iii) a member for stopping charging of the battery or switching the charging state to a discharge state in response to a current transmitted through the conductive wire. 제19항에 있어서, 상기 제 2 안전 수단은 압력 개방 밸브인 리튬 이차 전지.20. The lithium secondary battery of claim 19 wherein said second safety means is a pressure release valve. 제18항에 있어서, 상기 가스 발생 구조체는 권심(mandrel) 내부, 센터핀(center pin) 내부, 전지 케이스(case)의 내부 상단 및 전지 케이스(case)의 내부 하단으로 구성된 군에서 선택된 전지 내부 빈 공간에 도입되는 것이 특징인 리튬 이차 전지.19. The battery interior bin of claim 18, wherein the gas generating structure is selected from the group consisting of a mandrel, a center pin, an inner top of the battery case, and an inner bottom of the battery case. A lithium secondary battery characterized by being introduced into a space. 제18항에 있어서, 상기 가스 발생 구조체는 전지의 권심(mandrel) 또는 센터핀(center pin) 자체로서 도입되는 것이 특징인 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to claim 18, wherein the gas generating structure is introduced as a mandrel or a center pin of the battery. 제19항에 있어서, 상기 가스 발생 구조체는 제1안전수단 또는 제2안전수단의 하부에 도입되는 것이 특징인 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to claim 19, wherein the gas generating structure is introduced under the first safety means or the second safety means. 삭제delete
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Citations (2)

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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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