KR101310423B1 - 안전성 향상을 위한 전기화학소자용 센터핀 및 이를포함하는 전기화학소자 - Google Patents

안전성 향상을 위한 전기화학소자용 센터핀 및 이를포함하는 전기화학소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중공 통형의 관; 고분자로 이루어지며 상기 중공 통형의 관의 한쪽 끝을 밀폐하는 제1부재; 및 고분자 또는 금속으로 이루어지며 상기 중공 통형의 관의 나머지 한쪽 끝을 밀폐하는 제2부재를 포함하는 전기화학소자용 센터핀에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 중공 통형의 관 2개 이상이 고분자에 의해 상하로 연결된 관; 상기 상하로 연결된 관의 한쪽 끝을 밀폐하는 제3부재; 및 상기 상하로 연결된 관의 나머지 한쪽 끝을 밀폐하는 제4부재를 포함하는 전기화학소자용 센터핀에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 표면에 1이상의 개구부를 가지며, 양쪽 끝이 밀폐된 중공 통형의 관; 및 상기 개구부를 밀폐하는 고분자부재를 포함하는 전기화학소자용 센터핀에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 세퍼레이터로 이루어진 전극군이 센터핀을 권취축으로 하여 감겨진 전극 조립체로서, 상기 센터핀은 본 발명에 따른 상기 전기화학소자용 센터핀인 것이 특징인 전극 조립체에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 소자 케이스; 및 상기 소자 케이스 내에 주입되는 비수 전해액을 포함하는 전기화학소자에 관한 것이다.
전기화학소자, 이차전지, 전극 조립체, 센터핀, 과충전, 안전성

Description

안전성 향상을 위한 전기화학소자용 센터핀 및 이를 포함하는 전기화학소자 {CENTER PIN FOR ELECTROCHEMICAL DEVICE TO IMPROVE SAFETY AND ELECTROCHEMICAL DEVICE COMPRISING THE SAME}
도 1 내지 도 7은 각각 본 발명에 따른 전기화학소자용 센터핀의 일예를 도시한 평면도이다.
본 발명은 전기화학소자용 센터핀, 이를 권취축으로 하여 전극군이 감겨진 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 포함하는 전기화학소자에 관한 것이다.
최근 전자 장비의 소형화 및 경량화가 실현되고 휴대용 전자 기기의 사용이 일반화됨에 따라, 고에너지 밀도를 갖는 리튬 이차전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
리튬 이차전지는 리튬이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 양극(cathode) 및 음극(anode)으로 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.
그러나, 이러한 리튬 이차전지는 비수 전해액을 사용함에 따르는 발화 및 폭발 등의 안전 문제가 존재하며, 이와 같은 문제는 전지의 용량 밀도를 증가시킬수록 더 심각해진다. 구체적으로는, 전지가 과충전되어 통상적인 작동 전압을 초과하게 되면 양극은 리튬을 과량 방출하게 되고, 과량의 리튬은 음극에 덴드라이트(dendrite)를 생성하여 양극과 음극이 모두 열적으로 불안정해져 전해액이 분해되는 등 급격한 발열반응이 일어난다. 이와 같은 발열 반응에 의하여 전지에서는 열폭주에 의한 발화 및 파열 현상이 발생하여 전지의 안전성에 문제가 된다.
상기와 같은 전지 내부의 과충전, 온도 상승에 따른 발화 또는 폭발을 제어하기 위해 많은 해결 방법들이 제시되고 있으며, 일례로서 비수 전해액 첨가제를 이용하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 비수 전해액 첨가제를 사용하여 안전성을 향상시키기 위해서는 다량의 첨가제를 투입해야 하나, 이를 비수 전해액에 바로 투입할 경우 전지의 성능이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 전지와 같은 전기화학소자의 안전성을 개선하기 위한 새로운 방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 소자의 안전성을 향상시킬 수 있는 물질을 수용할 수 있는 빈 공간이 내부에 존재하는 밀폐된 구조의 센터핀으로서, 소자의 이상 고온 또는 과충전 시 밀폐된 센터핀의 일정 부분이 개방되어 내부에 포함된 물질이 센터핀 외부로 방출될 수 있고, 방출된 물질의 전기화학적 작용에 의해 소자의 안전성을 향상시킬 수 있는 전기화학소자용 센터핀을 제공하고자 한다.
또한, 상기 전기화학소자용 센터핀을 권취축으로 하여 전극군이 감겨진 전극 조립체를 제공하고자 한다.
또한, 상기 전극 조립체를 포함하는 전기화학소자를 제공하고자 한다.
본 발명은 중공 통형의 관; 고분자로 이루어지며 상기 중공 통형의 관의 한쪽 끝을 밀폐하는 제1부재; 및 고분자 또는 금속으로 이루어지며 상기 중공 통형의 관의 나머지 한쪽 끝을 밀폐하는 제2부재를 포함하는 전기화학소자용 센터핀을 제공한다.
또한, 본 발명은 중공 통형의 관 2개 이상이 고분자에 의해 상하로 연결된 관; 상기 상하로 연결된 관의 한쪽 끝을 밀폐하는 제3부재; 및 상기 상하로 연결된 관의 나머지 한쪽 끝을 밀폐하는 제4부재를 포함하는 전기화학소자용 센터핀을 제공한다.
또한, 본 발명은 표면에 1이상의 개구부를 가지며, 양쪽 끝이 밀폐된 중공 통형의 관; 및 상기 개구부를 밀폐하는 고분자부재를 포함하는 전기화학소자용 센터핀을 제공한다.
또한, 본 발명은 양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 세퍼레이터로 이루어진 전극군이 센터핀을 권취축으로 하여 감겨진 전극 조립체로서, 상기 센터핀은 본 발명에 따른 상기 전기화학소자용 센터핀인 것이 특징인 전극 조립체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 소자 케이 스; 및 상기 소자 케이스 내에 주입되는 비수 전해액을 포함하는 전기화학소자를 제공한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 전기화학소자용 센터핀은 밀폐된 구조의 내부에 빈 공간을 갖고 있고, 상기 센터핀을 사용하는 전기화학소자의 이상 고온 또는 과충전 시 안전성을 향상시킬 수 있는 물질을 상기 내부의 빈 공간에 포함시킬 수 있는 것이 특징이다. 또한, 소자의 이상 고온 또는 과충전 시 본 발명의 전기화학소자용 센터핀의 일정 부분이 개방되어 내부에 포함된 상기 물질이 센터핀 외부로 방출될 수 있고, 방출된 물질의 전기화학적 작용에 의해 전기화학소자의 안전성을 향상시킬 수 있는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 전기화학소자용 센터핀 내부 빈 공간에 포함시킬 수 있는 물질은 소자의 안전성을 향상시킬 수 있는 물질, 바람직하게는 전기화학소자의 이상 고온 또는 과충전 시의 안전성을 향상시킬 수 있는 물질이면 모두 사용할 수 있고, 특별히 한정하지는 않는다. 그 외 다른 용도의 물질도 상기 센터핀의 내부 빈 공간에 포함시킬 수 있다.
상기 소자의 안전성을 향상시킬 수 있는 물질의 비제한적인 예로는 시클로헥실벤젠, 바이페닐 등 중합에 의해 전극 표면에 피막을 형성할 수 있는 물질류; 중합을 개시해 주는 촉매 물질류; 클로로아니솔과 같은 산화-환원 셔틀 반응용 물질류; 인산 유도체, 불소화 에테르와 같은 난연성 물질류; 아조 화합물, 퍼옥사이드 화합물과 같은 열분해되어 기체를 발생시킬 수 있는 물질류; 전극에서 산화 반응, 환원 반응을 일으킬 수 있는 이온성 염의 물질류 등이 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 이들 물질은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 전기화학소자용 센터핀은 크게 3가지 형태로 구분할 수 있다.
본 발명에 따른 제1 형태의 전기화학소자용 센터핀은 중공 통형의 관; 고분자로 이루어지며 상기 중공 통형의 관의 한쪽 끝을 밀폐하는 제1부재; 및 고분자 또는 금속으로 이루어지며 상기 중공 통형의 관의 나머지 한쪽 끝을 밀폐하는 제2부재를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1 형태의 전기화학소자용 센터핀은 이를 사용하는 소자의 정상 작동 온도보다 높은 온도 또는 4.3V 이상의 전압에서 상기 제1부재, 또는 제1부재와 제2부재 모두 용융되는 것이 특징이다. 이때, 상기 소자의 정상 작동 온도보다 높은 온도는 70~200℃인 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 제1 형태의 전기화학소자용 센터핀에서 상기 제1부재, 또는 제1부재와 제2부재가 모두 용융되면, 센터핀의 내부가 외부에 개방이 될 수 있다.
상기 제1부재와 제2부재를 형성하는 고분자는 상기 전기화학소자용 센터핀을 사용하는 소자의 정상 작동 온도보다 높은 온도 또는 4.3V 이상의 전압에서 용융될 수 있는 것이면 특별히 제한하지 않는다. 이의 비제한적인 예로는 실리콘 수지, 아 크릴 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 고무, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리아세트알데히드, 폴리포름알데히드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드 등이 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 제1부재를 형성하는 고분자와 제2부재를 형성하는 고분자는 동일 또는 이종 성분일 수 있다.
또한, 상기 중공 통형의 관은 고분자 또는 금속으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 중공 통형의 관은 센터핀의 골격을 이루는 것으로 내구성, 전기화학적 안전성, 열적 안전성이 있는 것이 바람직하다.
상기 중공 통형의 관을 형성하는 고분자는 상기 제1부재와 제2부재를 구성하는 고분자와 동일 성분 또는 이종 성분의 것을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 상기 제1부재와 제2부재를 구성하는 고분자의 용융점보다 높은 용융점을 갖는 고분자, 보다 바람직하게는 센터핀을 사용하는 소자의 정상 작동 온도보다 높은 온도 또는 4.3V 이상의 전압에서도 용융되지 않고 원래의 형태가 유지될 수 있는 것을 사용할 수 있다. 이의 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, 폴리에틸 렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리아세트알데히드, 폴리포름알데히드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드 등이 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 중공 통형의 관과 제2부재를 형성하는 금속은 상기 제1부재와 제2부재를 구성하는 고분자의 용융점보다 높은 용융점을 갖는 금속, 바람직하게는 센터핀을 사용하는 소자의 정상 작동 온도보다 높은 온도 또는 4.3V 이상의 전압에서도 용융되지 않는 금속이면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있다. 이러한 금속의 비제한적인 예로는 니켈, 구리, 알루미늄, 티타늄, 크롬, 탄소, 철, 코발트, 몰리브덴, 금, 은, 바나듐, SUS 등이 있으며, 이들의 합금도 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기화학소자용 센터핀의 일예를 나타낸 평면도로서, 중공 통형의 관(10)과 상기 중공 통형의 관의 양쪽 끝을 밀폐하는 고분자로 이루어진 제1부재(20) 및 제2부재(30)를 포함하는 제1 형태의 전기화학소자용 센터핀을 도시한 것이다. 상기 고분자로 이루어진 부재와 상기 중공 통형의 관의 양 끝은 열융착과 같은 방법으로 연결하여 밀폐할 수 있고, 이러한 센터핀은 중공 통형의 관의 끝이 고분자로 이루어진 부재가 실링(sealing)된 형태이다.
도 2 및 도 3은 중공 통형의 관(10); 고분자로 이루어지며 상기 중공 통형의 관의 한쪽 끝을 밀폐하는 제1부재(20); 및 금속으로 이루어지며 상기 중공 통형의 관의 나머지 한쪽 끝을 밀폐하는 제2부재(30)를 포함하는 또 다른 제1 형태의 전기 화학소자용 센터핀의 일예를 나타낸 평면도들로서, 상기 고분자로 이루어진 제1부재는 각각 마개 형태 및 캡슐 형태로 중공 통형의 관의 한쪽 끝에 도입된 것이다.
본 발명에 따른 제2 형태의 전기화학소자용 센터핀은 중공 통형의 관 2개 이상이 고분자에 의해 상하로 연결된 관; 상기 상하로 연결된 관의 한쪽 끝을 밀폐하는 제3부재; 및 상기 상하로 연결된 관의 나머지 한쪽 끝을 밀폐하는 제4부재를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제2 형태의 전기화학소자용 센터핀은 이를 사용하는 소자의 정상 작동 온도보다 높은 온도 또는 4.3V 이상의 전압에서 상기 2개 이상의 중공 통형의 관을 연결하는 고분자는 용융되어 상기 상하로 연결된 관은 서로 분리될 수 있고, 이에 의해 밀폐된 구조의 상기 전기화학소자용 센터핀의 내부가 외부에 개방될 수 있는 것이 특징이다. 이때, 상기 소자의 정상 작동 온도보다 높은 온도는 70~200℃인 것이 바람직하다.
상기 제2 형태의 전기화학소자용 센터핀에서 상기 2개 이상의 중공 통형의 관을 연결하는 고분자는 예를 들면, 관 또는 판 형태로 존재할 수 있으나, 그 형태 및 두께는 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상기 2개 이상의 중공 통형의 관을 연결하는 고분자는 상기 전기화학소자용 센터핀을 사용하는 소자의 정상 작동 온도보다 높은 온도 또는 4.3V 이상의 전압에서 용융될 수 있는 것이면 특별히 제한하지 않는다. 이러한 고분자의 비제한적인 예로는 실리콘 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 고무, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리아세트알데히드, 폴리포름알데히드, 폴리프로 필렌옥사이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드 등이 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 제2 형태의 전기화학소자용 센터핀에서, 상기 중공 통형의 관, 제3부재, 및 제4부재는 각각 독립적으로 고분자 또는 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 중공 통형의 관, 제3부재 및 제4부재를 형성하는 고분자는 특별히 제한하지 않는다. 따라서, 상기 중공 통형의 관, 제3부재 및 제4부재를 형성하는 고분자는 각각 독립적으로 상기 2개 이상의 중공 통형의 관을 연결하는 고분자와 동일 성분 또는 이종 성분의 것을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 상기 2개 이상의 중공 통형의 관을 연결하는 고분자의 용융점보다 높은 용융점을 갖는 고분자, 보다 바람직하게는 센터핀을 사용하는 소자의 정상 작동 온도보다 높은 온도 또는 4.3V 이상의 전압에서도 용융되지 않고 원래의 형태가 유지될 수 있는 것을 사용할 수 있다. 이의 비제한적인 예는 상기 제1 형태의 전기화학소자용 센터핀에서 전술한 중공 통형의 관을 형성하는 고분자의 예와 동일하다.
또한, 상기 중공 통형의 관, 제3부재 및 제4부재를 형성하는 금속은 상기 2개 이상의 중공 통형의 관을 연결하는 고분자의 용융점보다 높은 용융점을 갖는 금속, 바람직하게는 센터핀을 사용하는 소자의 정상 작동 온도보다 높은 온도 또는 4.3V 이상의 전압에서도 용융되지 않는 금속이면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있다. 이의 비제한적인 예는 상기 제1 형태의 전기화학소자용 센터핀에서 전술한 중공 통형의 관을 형성하는 금속의 예와 동일하다.
도 4는 본 발명에 따른 전기화학소자용 센터핀의 일예를 나타낸 평면도로서, 2개의 중공 통형의 관(10, 11)이 고분자(40)에 의해 상하로 연결된 관과 상기 중공 통형의 관의 양쪽 끝을 밀폐하는 고분자로 이루어진 제3부재(20) 및 제4부재(30)를 포함하는 제2 형태의 전기화학소자용 센터핀을 도시한 것이다.
본 발명에 따른 제3 형태의 전기화학소자용 센터핀은, 표면에 1이상의 개구부를 가지며, 양쪽 끝이 밀폐된 중공 통형의 관; 및 상기 개구부를 밀폐하는 고분자부재를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제3 형태의 전기화학소자용 센터핀은 이를 사용하는 소자의 정상 작동 온도보다 높은 온도 또는 4.3V 이상의 전압에서 상기 개구부를 밀폐하는 상기 고분자부재는 용융될 수 있고, 이에 의해 밀폐된 구조의 상기 전기화학소자용 센터핀의 내부가 외부에 개방될 수 있는 것이 특징이다. 이때, 상기 소자의 정상 작동 온도보다 높은 온도는 70~200℃인 것이 바람직하다.
상기 중공 통형의 관의 표면에 형성되는 개구부의 형태와 크기는 특별히 한정하지 않는다.
상기 개구부를 밀폐하는 고분자부재의 형태와 크기도 특별히 한정하지 않는다. 예를 들면, 고분자부재(50)는 도 5와 같이 중공 통형의 관(10) 안쪽으로 오목하게 들어간 노치(notch) 형태, 또는 도 6과 같이 중공 통형의 관(10) 표면에 얇게 형성된 스크래치(scratch) 형태, 또는 도 7과 같이 중공 통형의 관(10) 밖으로 볼록하게 튀어나온 엠보싱(embossing) 형태, 또는 이들의 혼합 형태로 센터핀에 도입될 수 있다.
또한, 상기 고분자부재는 상기 전기화학소자용 센터핀을 사용하는 소자의 정상 작동 온도보다 높은 온도 또는 4.3V 이상의 전압에서 용융될 수 있는 것이면 특별히 제한하지 않는다. 이러한 고분자의 비제한적인 예로는 실리콘 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 고무, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리아세트알데히드, 폴리포름알데히드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드 등이 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 제3 형태의 전기화학소자용 센터핀에서, 상기 중공 통형의 관은 고분자 또는 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 중공 통형의 관을 형성하는 고분자는 특별히 제한하지 않는다. 따라서, 상기 중공 통형의 관을 형성하는 고분자는 상기 고분자부재와 동일 성분 또는 이종 성분의 것을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 상기 고분자부재의 용융점보다 높은 용융점을 갖는 고분자, 보다 바람직하게는 센터핀을 사용하는 소자의 정상 작동 온도보다 높은 온도 또는 4.3V 이상의 전압에서도 용융되지 않고 원래의 형태가 유지될 수 있는 것을 사용할 수 있다. 이의 비제한적인 예는 상기 제1 형태의 전기화학소자용 센터핀에서 전술한 중공 통형의 관을 형성하는 고분자의 예와 동일하다.
또한, 상기 중공 통형의 관을 형성하는 형성하는 금속은 상기 고분자부재의 용융점보다 높은 용융점을 갖는 금속, 바람직하게는 센터핀을 사용하는 소자의 정상 작동 온도보다 높은 온도 또는 4.3V 이상의 전압에서도 용융되지 않는 금속이면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있다. 이의 비제한적인 예는 상기 제1 형태의 전 기화학소자용 센터핀에서 전술한 중공 통형의 관을 형성하는 금속의 예와 동일하다.
또한, 본 발명에 따른 전기화학소자용 센터핀은 상기 제1 형태 내지 제3 형태의 전기화학소자용 센터핀에 한정되는 것은 아니고, 이들 각각을 서로 조합한 형태의 센터핀도 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 전기화학소자용 센터핀은 그 크기에 대해 특별히 제한하지 않는다.
본 발명에 따른 전극 조립체는 양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 세퍼레이터로 이루어진 전극군이 센터핀을 권취축으로 하여 감겨진 전극 조립체로서, 상기 센터핀은 본 발명에 따른 전기화학소자용 센터핀, 즉 상기 제1 형태 내지 제3 형태의 전기화학소자용 센터핀 중 어느 하나인 것이 특징이다.
본 발명에 따른 전극 조립체는 당 기술 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조할 수 있다. 이의 일 실시예를 들면, 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 개재(介在)시킨 전극군을 상기 제1 형태 내지 제3 형태의 전기화학소자용 센터핀 중 어느 하나의 센터핀을 중심으로 젤리롤 형태로 권취하여 제조할 수 있다.
상기 전극군을 구성하는 양극 및 음극은 당 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 전극활물질에 바인더와 용매, 필요에 따라 도전재, 분산재를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포(코팅)하고 압축한 뒤 건조하여 전극을 제조할 수 있다.
상기 전극군을 구성하는 세퍼레이터는 특별한 제한이 없으나, 다공성 세퍼레이터를 사용하는 것이 바람직하며, 비제한적인 예로는 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계, 또는 폴리올레핀계 다공성 세퍼레이터 등이 있다.
본 발명에 따른 전기화학소자는 본 발명에 따른 상기 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 소자 케이스; 및 상기 소자 케이스 내에 주입되는 비수 전해액을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 전기화학소자는 전기화학 반응을 하는 모든 소자를 포함한다. 구체적인 예를 들면, 모든 종류의 일차전지, 이차전지, 연료전지, 태양전지 또는 캐퍼시터(capacitor) 등이 있다. 상기 전기화학소자는 이차전지가 바람직하며, 이차전지 중 리튬금속 이차전지, 리튬이온 이차전지, 리튬폴리머 이차전지 또는 리튬이온폴리머 이차전지 등을 포함하는 리튬 이차전지가 바람직하다.
상기 비수 전해액은 비수 용매와 전해질 염을 포함할 수 있으며, 물이 포함될 수도 있다.
비수 용매는 통상 비수 전해액용 비수 용매로 사용하고 있는 것이면 특별히 제한하지 않으며, 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 락톤, 에테르, 에스테르, 및/또는 케톤을 사용할 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
본 발명에 따른 전기화학소자용 센터핀은 밀폐된 구조의 내부에 빈 공간을 갖고 있어서, 상기 센터핀을 사용하는 전기화학소자의 이상 고온 또는 과충전 시 안전성을 향상시킬 수 있는 물질을 상기 내부의 빈 공간에 포함시킬 수 있다. 또한, 소자의 이상 고온 또는 과충전 시 본 발명의 전기화학소자용 센터핀의 일정 부분이 개방되어 내부에 포함된 물질이 센터핀 외부로 방출될 수 있고, 방출된 물질의 전기화학적 작용에 의해 전기화학소자의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Claims (21)

  1. 중공 통형의 관; 고분자로 이루어지며 상기 중공 통형의 관의 한쪽 끝을 밀폐하는 제1부재; 및 고분자 또는 금속으로 이루어지며 상기 중공 통형의 관의 나머지 한쪽 끝을 밀폐하는 제2부재를 포함하는 전기화학소자용 센터핀으로서,
    센터핀의 내부 빈 공간에 소자의 안전성을 향상시킬 수 있는 물질로서, 중합에 의해 전극 표면에 피막을 형성할 수 있는 물질; 중합을 개시해 주는 촉매 물질; 산화-환원 셔틀 반응용 물질; 난연성 물질; 열분해되어 기체를 발생시킬 수 있는 물질; 전극에서 산화 반응, 환원 반응을 일으킬 수 있는 이온성 염; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것이 특징인 전기화학소자용 센터핀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센터핀을 사용하는 소자의 정상 작동 온도보다 높은 온도인 70~200℃의 온도 또는 4.3V 이상의 전압에서 상기 제1부재, 또는 제1부재와 제2부재 모두 용융되는 것이 특징인 전기화학소자용 센터핀.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1부재를 이루는 고분자 및 상기 제2부재를 이루는 고분자는 각각 실리콘 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 고무, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리아세트알데히드, 폴리포름알데히드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리비닐플루오라이드 및 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 특징인 전기화학소자용 센터핀.
  5. 제1항에 있어서, 상기 중공 통형의 관은 고분자 또는 금속으로 이루어진 것이 특징인 전기화학소자용 센터핀.
  6. 삭제
  7. 중공 통형의 관 2개 이상이 고분자에 의해 상하로 연결된 관; 상기 상하로 연결된 관의 한쪽 끝을 밀폐하는 제3부재; 및 상기 상하로 연결된 관의 나머지 한쪽 끝을 밀폐하는 제4부재를 포함하는 전기화학소자용 센터핀.
  8. 제7항에 있어서, 상기 센터핀을 사용하는 소자의 정상 작동 온도보다 높은 온도인 70~200℃의 온도 또는 4.3V 이상의 전압에서 상기 2개 이상의 중공 통형의 관을 연결하는 고분자는 용융되는 것이 특징인 전기화학소자용 센터핀.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서, 상기 2개 이상의 중공 통형의 관을 연결하는 고분자는 실리콘 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 고무, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리아세트알데히드, 폴리포름알데히드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴 리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리비닐플루오라이드 및 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 특징인 전기화학소자용 센터핀.
  11. 제7항에 있어서, 상기 중공 통형의 관, 제3부재, 및 제4부재는 각각 독립적으로 고분자 또는 금속으로 이루어진 것이 특징인 전기화학소자용 센터핀.
  12. 제7항에 있어서, 센터핀의 내부 빈 공간에 소자의 안전성을 향상시킬 수 있는 물질로서, 중합에 의해 전극 표면에 피막을 형성할 수 있는 물질; 중합을 개시해 주는 촉매 물질; 산화-환원 셔틀 반응용 물질; 난연성 물질; 열분해되어 기체를 발생시킬 수 있는 물질; 전극에서 산화 반응, 환원 반응을 일으킬 수 있는 이온성 염; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것이 특징인 전기화학소자용 센터핀.
  13. 표면에 1이상의 개구부를 가지며, 양쪽 끝이 밀폐된 중공 통형의 관; 및 상기 개구부를 밀폐하는 고분자부재를 포함하는 전기화학소자용 센터핀.
  14. 제13항에 있어서, 상기 센터핀을 사용하는 소자의 정상 작동 온도보다 높은 온도인 70~200℃의 온도 또는 4.3V 이상의 전압에서 상기 고분자부재는 용융되는 것이 특징인 전기화학소자용 센터핀.
  15. 삭제
  16. 제13항에 있어서, 상기 고분자부재는 실리콘 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 고무, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리아세트알데히드, 폴리포름알데히드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리비닐플루오라이드 및 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것이 특징인 전기화학소자용 센터핀.
  17. 제13항에 있어서, 상기 중공 통형의 관은 고분자 또는 금속으로 이루어진 것이 특징인 전기화학소자용 센터핀.
  18. 제13항에 있어서, 센터핀의 내부 빈 공간에 소자의 안전성을 향상시킬 수 있는 물질로서, 중합에 의해 전극 표면에 피막을 형성할 수 있는 물질; 중합을 개시해 주는 촉매 물질; 산화-환원 셔틀 반응용 물질; 난연성 물질; 열분해되어 기체를 발생시킬 수 있는 물질; 전극에서 산화 반응, 환원 반응을 일으킬 수 있는 이온성 염; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것이 특징인 전기화학소자용 센터핀.
  19. 양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 세퍼레이터로 이루어진 전극군이 센터핀을 권취축으로 하여 감겨진 전극 조립체로서,
    상기 센터핀은 제1항, 제2항, 제4항, 제5항, 제7항, 제8항, 제10항 내지 제14항, 및 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항의 전기화학소자용 센터핀인 것이 특징인 전극 조립체.
  20. 제19항의 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 소자 케이스; 및 상기 소자 케이스 내에 주입되는 비수 전해액을 포함하는 전기화학소자.
  21. 제20항에 있어서, 상기 전기화학소자는 이차전지인 것이 특징인 전기화학소자.
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