KR101741030B1 - 이차전지 - Google Patents

이차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR101741030B1
KR101741030B1 KR1020120023883A KR20120023883A KR101741030B1 KR 101741030 B1 KR101741030 B1 KR 101741030B1 KR 1020120023883 A KR1020120023883 A KR 1020120023883A KR 20120023883 A KR20120023883 A KR 20120023883A KR 101741030 B1 KR101741030 B1 KR 101741030B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
collecting part
secondary battery
electrode
gas collecting
Prior art date
Application number
KR1020120023883A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130102779A (ko
Inventor
우석균
이시다스미히토
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020120023883A priority Critical patent/KR101741030B1/ko
Priority to US13/709,953 priority patent/US8834180B2/en
Publication of KR20130102779A publication Critical patent/KR20130102779A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101741030B1 publication Critical patent/KR101741030B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/317—Re-sealable arrangements
    • H01M50/325—Re-sealable arrangements comprising deformable valve members, e.g. elastic or flexible valve members
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/52—Removing gases inside the secondary cell, e.g. by absorption
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/578—Devices or arrangements for the interruption of current in response to pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 제1 및 제2 극판과 상기 제1 및 제2 극판 사이에 개재되는 세퍼레이터로 이루어지는 전극조립체; 상기 전극조립체에 인접하게 구비되는 가스포집부; 및 상기 전극조립체와 가스포집부를 수납하는 전지케이스;를 포함하고, 상기 가스포집부는 상기 전지케이스의 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 제1 포집부와 상기 제1 포집부를 감싸도록 구비되는 제2 포집부로 이루어지는 이차전지에 관한 것이다.

Description

이차전지 {SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신규한 부재를 구비하여 수명 등의 신뢰성 특성이 향상된 이차전지에 관한 것이다.
최근, 휴대용 전자기기의 전원으로 이차전지가 다방면으로 사용되고 있으며, 이에 따라 이차전지에 대한 수요가 급증하고 있다. 또한, 이차전지는 충방전이 가능하여 복수회 사용이 가능하고, 따라서 경제적 및 환경적으로도 효과적이므로 그 사용이 장려되고 있다.
반면, 이차전지는 충방전은 상기 이차전지의 내부에서 양극판 및 음극판과 전해액과의 전기화학적인 반응에 의하여 수행될 수 있다. 상기 이차전지는 충방전이 진행될수록 전기화학적인 반응과 함께 부반응이 일어나고, 이는 이차전지의 열화의 원인이 되어 상기 이차전지의 사용수명을 감소시킨다. 또한, 부반응은 이차전지 내부에서 발생하는 가스의 원인이 된다. 상기 가스는 이차전지의 내압을 증가시켜 이차전지를 스웰링 (swelling)시킬 뿐 아니라, 심한경우에는 폭발의 원인이 된다. 따라서, 이차전지의 내부에서 발생하는 가스를 없애기 위하여 다양한 연구가 진행되고 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 신규한 부재를 구비하여 내압상승이 억제된 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 전지특성 및 신뢰성이 향상된 이차전지를 제공하기 위함이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 제1 및 제2 극판과 상기 제1 및 제2 극판 사이에 개재되는 세퍼레이터로 이루어지는 전극조립체; 상기 전극조립체에 인접하게 구비되는 가스포집부; 및 상기 전극조립체와 가스포집부를 수납하는 전지케이스;를 포함하고, 상기 가스포집부는 상기 전지케이스의 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 제1 포집부와 상기 제1 포집부를 감싸도록 구비되는 제2 포집부로 이루어지는 이차전지에 관한 것이다.
상기 전극조립체는 상기 제1 및 제2 극판에 각각 연결되는 제1 및 제2 전극탭을 포함하되, 상기 제1 및 제2 전극탭은 서로 이격되어 상기 전극조립체에서 나란하게 인출될 수 있다.
또한, 상기 가스포집부는 상기 제1 및 제2 전극탭 사이에 구비될 수 있다.
상기 제1 포집부는 다공질성 금속산화물, 다공질성 탄소재료 및 비결정 무기산화물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 다공질성 금속산화물은 제올라이트 (zeolite), 실리카겔, 알루미나 및 몰레큘러시브 (molecular sieves) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 다공질성 탄소재로는 카본몰레큘러시브 (carbon molecular sieves) 및 활성탄 (active carbon) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 비결정 무기산화물은 Al2O3-SiO2-TiO2를 포함할 수 있다.
상기 제2 포집부는 가스상태의 물질만을 통과할 수 있는 막 (membrane)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2 포집부는 테프론막 또는 하이드로포빅 폴리머막 (hydrophobic polymer membrane)을 포함할 수 있다.
상기 이차전지는 상기 이차전지의 외측에서 가스포집부에 인접하게 구비되는 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 밸브는 이차전지의 내압에 의하여 작동하되 가스의 배출만 가능하고, 가스의 유입을 차단하는 역류방지밸브를 포함할 수 있다.
상기 이차전지는 밀폐된 공간부를 더 포함하고, 상기 공간부는 이차전지의 외측에 구비되되 상기 밸브와 연결되어 구비될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 신규한 부재를 구비하여 내압상승이 억제된 이차전지를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 전지특성 및 신뢰성이 향상된 이차전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 이차전지의 사시도.
도 2는 도 1의 이차전지의 X-X'따른 단면도.
도 3a는 도 2의 가스포집부의 사시도.
도 3b는 비결정 무기산화물의 SEM사진.
도 4는 도 3a의 가스포집부의 Y-Y'대한 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 단면도.
도 6은 도 5의 가스포집부와 공간부의 사시도.
도 7은 이차전지 내부에서 발생한 가스량을 확인한 그래프.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 이차전지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 이차전지의 X-X'따른 단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지 (100)는 제1 및 제2 극판 (11, 12)과 상기 제1 및 제2 극판 (11, 12) 사이에 개재되는 세퍼레이터 (13)로 이루어지는 전극조립체 (10); 상기 전극조립체 (10)에 인접하게 구비되는 가스포집부 (110); 및 상기 전극조립체 (10)와 가스포집부 (110)를 수납하는 전지케이스 (16);를 포함한다. 상기 가스포집부 (110)는 상기 전지케이스 (16)의 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 제1 포집부 (111)와 상기 제1 포집부 (111)를 감싸도록 구비되는 제2 포집부 (112)로 이루어질 수 있다.
전극조립체 (10)는 제1 및 제2 극판 (11, 12) 사이에 세퍼레이터 (13)를 개재하여 권취하거나 또는 적층하여 제작될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 극판 (11)은 양극판을 포함하고, 제2 극판 (12)은 음극판을 포함할 수 있다. 세퍼레이터 (13)는 절연체로 상기 제1 및 제2 극판 (11, 12)이 서로 직접 접촉하는 것을 방지하기 위하여 구비될 수 있는데, 예컨대 상기 세퍼레이터 (13)는 이온의 통로가 되도록 다공성의 고분자 필름을 포함할 수 있다.
제1 극판 (11)은 박막의 금속인, 예컨대 알루미늄 등으로 이루어진 양극 집전체 상에 양극 활물질을 코팅하여 제작될 수 있다. 이때, 상기 제1 극판 (11)는 상기 양극 활물질이 코팅되지 않아 양극 집전체가 그대로 노출되는 부분인 제1 무지부 (11a)를 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질은 리튬계 산화물로 이루어질 수 있다.
제2 극판 (12)은 박막의 금속인, 예컨대 구리 등으로 이루어진 음극 집전체 상에 음극 활물질을 코팅하여 제작될 수 있다. 상기 음극 활물질은 탄소를 포함하는 물질을 주성분으로 할 수 있다. 또한, 상기 제2 극판 (12)은 상기 음극 집전체 상에 음극 활물질이 코팅되지 않은 부분인 제2 무지부 (12a)를 포함할 수 있다.
전극조립체 (10)는 제1 및 제2 극판 (11, 12)에 각각 연결되는 제1 및 제2 전극탭 (14, 15)를 포함하되, 상기 제1 및 제2 전극탭 (14, 15)은 서로 이격되어 상기 전극조립체 (10)에서 나란하게 인출될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극탭 (14, 15)은 도전성 금속으로 이루어질 수 있으며, 상기 제1 및 제2 극판 (11, 12)의 양극 무지부 (11a) 및 음극 무지부 (12a)에 각각 결합될 수 있다.
전지케이스 (16)는 일면이 개구된 하부케이스 (16a)와 상기 하부케이스 (16a)를 밀폐하는 캡조립체 (16b)를 포함할 수 있다. 이차전지 (100)는 하부케이스 (16a)에 전극조립체 (10) 및 전해액을 수납한 후, 캡조립체 (16b)로 상기 하부케이스 (16a)를 밀폐하여 제작될 수 있다. 또한, 상기 캡조립체 (16b) 상에는 서로 다른 극성을 갖는 양극단자 (17) 및 음극단자 (18)와 벤트부 (19)가 구비될 수 있다.
양극단자 (17)는 제1 전극탭 (14)과 연결되고, 음극단자 (18)는 제2 전극탭 (15)과 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 극판 (11, 12)에서 발생하는 전자 (또는 전류)는 상기 제1 및 제2 전극탭 (14, 15)을 통하여 각각 양극단자 (17) 및 음극단자 (18)로 전달된다. 상기 벤트부 (19)는 상기 이차전지 (100)의 안전수단으로 이차전지 (100) 내부에서 발생하는 기체를 외부로 방출하는 통로로 작용한다.
또한, 상기 이차전지 (100)는 가스포집부 (110)를 더 포함할 수 있다. 상기 가스포집부 (110)는 이차전지 (100)의 내압상승의 원인이 되는 가스를 포집할 수 있는데, 상기 가스를 포집하는 제1 포집부 (111)와 상기 제1 포집부 (111)를 감싸도록 구비되는 제2 포집부 (112)로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 가스포집부 (110)는 상기 제1 및 제2 전극탭 (14, 15) 사이에 구비될 수 있다.
제1 및 제2 전극탭 (14, 15)는 서로 다른 극성을 갖으므로, 상기 제1 및 제2 전극탭 (14, 15) 사이의 단락을 방지하기 위하여 서로 이격되도록 구비된다. 따라서, 상기 제1 및 제2 전극탭 (14, 15) 사이에는 빈 공간이 구비될 수 있다. 상기 가스포집부 (110)는 상기 제1 및 제2 전극탭 (14, 15) 사이의 공간에 구비되므로, 상기 가스포집부 (110)를 위한 별도의 공간을 마련할 필요없이 상기 공간을 이용하여 가스포집부 (110)를 구비시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예에 다른 이차전지 (100)는 상기 가스포집부 (100)에 의하여 추가적인 부피증가가 발생하지 않으므로 공간을 효율적으로 사용할 수 있다.
통상, 이차전지에서 이차전지의 충방전은 상기 이차전지의 내부에서 전극조립체, 즉 양극판 및 음극판과 전해액과의 전기화학적인 반응에 의하여 발생하는 전자 (또는 전류)의 흐름에 의하여 일어난다. 따라서, 충방전이 진행될수록 이차전지에서는 전기화학적인 반응이 반복적으로 수행된다. 또한, 상기 전해액은, 예컨대 유기용매를 포함할 수 있는데, 상기 유기용매는 전자 (또는 이온)의 이동에 있어서 높은 기동력을 제공할 수 있으므로 널리 사용된다. 반면, 상기 전기화학적인 반응에 따라 부반응 역시 발생할 수 있는데, 이러한 부반응에 의하여 전해액으로 사용된 유기용매가 분해되어 가스가 발생된다. 상기 가스는 전지를 고온에서 장기간 보존 또는 사용하거나, 과충전 등에 의하여 가속화되어 발생한다. 이렇게 발생된 가스는 이차전지의 내압을 증가시키는 원인이 되어 이차전지 내부에 구비되는 안전부재인 CID (Circuit Interrupt Device)를 작동시켜 상기 이차전지의 충방전이 불가능하고, 이차전지를 스웰링시켜 외관변형의 원인이 된다. 또한, 상기 가스가 전극조립체 사이에 침투하여 상기 전극조립체의 형태를 변형시키거나, 양극판 및 음극판 사이의 거리를 이격시켜 이차전지를 열화시키는 등의 다양한 문제의 원인이 된다.
본 발명은 이차전지 내부에서 발생하는 가스를 제어하여 위와 같은 문제점을 해결한 이차전지에 관한 것이다. 상기 이차전지의 내부에는 신규한 가스포집부를 구비하여 이차전지의 내압상승을 억제할 수 있다. 따라서, 이차전지의 열화를 방지하여 사용수명을 증가시키고 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 3a는 도 2의 가스포집부의 사시도이고, 도 3b는 비결정 무기산화물의 SEM사진이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 가스포집부 (110)는 상기 제1 및 제2 포집부 (111, 112)로 이루어질 수 있다. 상기 제1 포집부 (111)는 가스를 흡착하여 포집하는 부분으로 상기 제2 포집부 (112)를 통과하여 유입된 가스는 상기 제1 포집부 (111)에 흡착되어 고정될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 포집부 (111)는 다공질성 금속산화물, 다공질성 탄소재료 및 비결정 무기산화물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 다공질성 금속산화물은 제올라이트 (zeolite), 실리카겔, 알루미나 및 몰레큘러시브 (molecular sieves) 중 어느 하나 이상을 포함하고, 또한, 상기 다공질성 탄소재로는 카본몰레큘러시브 (carbon molecular sieves) 및 활성탄 (active carbon) 중 어느 하나 이상을 포함하며, 상기 비결정 무기산화물은 Al2O3-SiO2-TiO2를 포함한다. 도 3b는 제1 포집부 (111)로 비결정 무기산화물인 Al2O3-SiO2-TiO2을 사용한 경우의 SEM 사진이다.
도 4는 도 3a의 가스포집부의 Y-Y'대한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 가스포집부 (110)는 제1 및 제2 포집부 (111, 112)로 이루어지되, 상기 제2 포집부 (112)는 가스상태의 물질만을 통과할 수 있는 막 (membrane)을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제2 포집부 (112)는 테프론막 또는 하이드로포빅 폴리머막 (hydrophobic polymer membrane)을 포함할 수 있다.
상기 가스포집부 (110)는 이차전지 내부에서 전해액과 함께 구비된다. 이때, 상기 제2 포집부 (112)는 제1 포집부 (111)를 감싸도록 구비되되 상기 제2 포집부 (112)는 가스상태의 물질만이 통과할 수 있는 막으로 이루어진다. 따라서, 액체 또는 폴리머겔 상태로 이루어지는 전해액은 상기 제2 포집부 (112)를 통과할 수 없다. 즉, 상기 가스포집부 (110)는 이차전지 내부에서 발생하는 가스만을 포집하고 전해액과의 어떤 상호작용도 일어나지 않는다. 또한, 전술한 바와 같이 제2 포집부 (112)를 통과하여 유입된 가스는 제1 포집부 (111)에 흡착되어 다시 외부로 유출되지 않으므로 이차전지 내압상승을 억제하고 이차전지의 성능열화를 방지할 수 있다.
이하에서, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 후술할 내용을 제외하고는, 도 1 내지 도 4에서 설명한 실시예에 기재된 내용과 유사하므로 이에 대한 자세한 내용은 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 단면도이고, 도 6은 도 5의 가스포집부와 공간부의 사시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 이차전지 (200)는 전지케이스 (16) 내부에는 전극조립체 (10)와 가스포집부 (210)가 수납되고, 상기 가스포집부 (210)는 상기 전극조립체 (10)에서 인출되는 서로 다른 극성을 갖는 제1 및 제2 전극탭 (14, 15) 사이에 구비될 수 있다.
상기 이차전지 (200)는 상기 이차전지 (200)의 외측에서 가스포집부 (210)에 인접하게 구비되는 밸브 (220)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 밸브 (220)는 이차전지 (200)의 내압에 의하여 작동하되 가스의 배출만 가능하고, 외부에서의 가스의 유입을 차단하는 역류방지밸브를 포함할 수 있다. 상기 이차전지 (200)는 밀폐된 공간부 (230)를 더 포함하고, 상기 공간부 (230)는 이차전지 (200)의 외측에 구비되되 상기 밸브 (220)와 연결되어 구비될 수 있다. 상기 밸브 (220)는 이차전지 (200)의 내압에 의하여 작동할 수 있다. 또한, 상기 밸브 (220)는 이차전지 (200)의 내압에 비하여 상대적으로 외압이 높은 경우에서 외부의 가스가 유입되지 않도록 작용하며, 또한 한번 방출된 가스는 이차전지 (200) 내부로 유입되지 않는다.
본 실시예에 따른 이차전지 (200)의 외측에는 공간부 (230)를 더 포함할 수 있는데, 상기 공간부 (230)에는 인렛 (230a)이 구비될 수 있다. 또한, 상기 이차전지 (200)의 내측에 구비되는 가스포집부 (210)의 제2 포집부 (212)에는 아웃렛 (212a)이 구비될 수 있다. 상기 공간부 (230)의 인렛 (230a)과 가스포집부 (210)의 아웃렛 (212a)은 이송관 (240)에 의하여 서로 연통하고, 상기 이송관 (240)에는 밸브 (220)가 구비되어 상기 가스의 이동을 제어할 수 있다.
즉, 상기 가스포집부 (210)에 포집된 가스의 양이 증가되어 상기 가스포집부 (210)의 내압이 소정 이상인 경우에는 상기 밸브 (220)가 열리고 가스는 이송관 (240)을 따라 공간부 (230)로 이동한다. 상기 가스는 가스포집부 (210)와 공간부 (230)의 분압차에 의하여 한다. 즉, 상대적인 분압차는 가스의 이동의 원동력이 되고, 또한 가스포집부 (210)의 내압이 감소하여 상기 가스포집부 (210)는 이차전지 (200) 내부의 가스를 상대적으로 더 용이하게 포집할 수 있다. 이어서, 상기 밸브 (220)는 다시 닫히고 상기 공간부 (230)로 이동한 가스는 외부로 배출시킬 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나, 하기 실시예들은 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명의 권리 범위가 하기 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니다.
비교예 및 실시예인 이차전지를 제조함에 있어서, 전극조립체 및 전해액을 동일하게 사용하여 제작하였다. 이때, 실시예의 경우에는 아래 표 1과 같이 각각 서로 다른 종류의 제1 포집부를 사용하되 제2 포집부는 동일한 물질을 사용하여 제작된 가스포집부를 구비시켰다. 상기 제2 포집부는 동일한 스펙을 갖는 테프론막을 이용하였다. 또한, 상기 이차전지의 외측에는 전술한 본 발명의 다른 실시예와 같이 상기 밸브 및 공간부를 구비시켰다. 이때, 실시예의 경우에는 상기 밸브 및 공간부를 이송관에 의하여 가스포집부와 연결시켰으나, 반면 비교예의 경우에는 내부에 가스포집부가 구비되어 있지 않으므로 이송관을 이차전지 내로 삽입하였다. 또한, 상기 이송관을 구비한 이차전지는 실링하여 외부와의 가스 교환을 차단하였다.
제조된 실시예 및 비교예에 따른 이차전지는 동일한 방식으로 충전 및 방전을 반복하여 수명사이클 (1회 수명사이클은 이차전지를 1회 충전 후 방전한 것을 의미함.)을 확인하였고, 이차전지의 두께를 측정하였다. 이에 대한 결과는 표 1에 나타내었다.
제1 포집부 종류 수명사이클 (회) 및
충방전 종료여부		 이차전지 두께 증가량
가스포집부 (없음) 비교예 1 80,000 종료 8.0 mm
비교예 2 73,000 종료 7.5 mm
비교예 3 69,000 종료 8.2 mm
비교예 4 75,000 종료 7.9 mm
비교예 평균 74,250 7.9 mm
제올라이트 (zeolite) 실시예 1 150,000 진행 중 2 mm
실시예 2 150,000 진행 중 1.8 mm
실시예 3 150,000 진행 중 2.1 mm
실시예 4 150,000 진행 중 1.9 mm
제올라이트의 실시예 평균 150,000 1.95mm
비결정 무기산화물 Al2O3-SiO2-TiO2 실시예 5 150,000 진행 중 1.5 mm
실시예 6 150,000 진행 중 1.8 mm
실시예 7 150,000 진행 중 2.0 mm
실시예 8 150,000 진행 중 2.1 mm
비결정 무기산화물의 실시예 평균 150,000 1.85mm
비교예 1 내지 4의 경우는 이차전지 내부에 가스포집부를 구비시키지 않고, 외부에 밸브 및 공간부를 구비시킨 것이다. 상기 밸브는 외부 가스는 이차전지 내로 유입시키지 않고, 내부의 가스만을 배출시킬 수 있도록 역류방지밸브를 사용하였다. 이와 같이, 역류방지밸브 및 공간부만을 구비시킨 경우에는 이차전지 내부 가스 배출에 거의 효과가 없음을 확인할 수 있었다. 즉, 이차전지의 내압을 감소시키기 위해서는 가스포집부가 구비될 필요가 있음을 확인할 수 있었다.
비교예 1 내지 4와 가스포집부를 구비시킨 실시예 1 내지 8을 비교하면, 비교예 1 내지 4의 경우에는 수명사이클이 평균 74250회에서 모두 종료되었다. 이는 비교예 1 내지 4의 경우는 이차전지가 모두 열화되어 더 이상 충방전이 진행되지 않아 수명사이클을 진행할 수 없음을 의미한다. 반면, 실시예 1 내지 8의 경우에는 (실시예 1 내지 4는 제올라이트를 제1 포집부로 사용, 실시예 5 내지 8은 비결정 무기산화물을 제1 포집부로 사용) 모두 수명사이클이 평균 150,000회 이상 진행됨을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예 및 실시예에서 상기 수명사이클을 진행하기 전 두께와 수명사이클을 진행한 후 두께를 측정하여 두께 증가량을 확인하였다. 상기 두께 증가량은 비교예 1 내지 4의 경우에는 각각 수명사이클이 종료된 시점에 측정하였고, 실시예 1 내지 8의 경우에는 수명사이클이 150,000회인 경우에 측정하였다. 실시예 1 내지 8의 경우는 비교예에 비하여 수명사이클이 대략 2배 이상 진행한 후 두께를 측정하였음에도 불구하고, 비교예 1 내지 4에 비하여 두께 증가량이 양호함을 확인할 수 있었다. 즉, 비교예 1 내지 4은 평균 수명사이클이 74,250회의 경우 평균 두께 증가량은 7.9mm인 반면, 수명사이클이 150,000회인 경우에 평균 두께 증가량은 실시예 1 내지 4는 1.95mm이고 실시예 5 내지 8은 1.85mm임을 확인할 수 있었다.
즉, 가스포집부를 구비하지 않은 비교예 1 내지 4는 가스포집부를 구비한 실시예 1 내지 8에 비하여 수명성능이 열악함을 확인할 수 있었다. 또한, 두께 증가량의 경우에는 이차전지의 최종두께 측정 시점이 실시예 1 내지 8의 경우는 비교예 1 내지 4의 경우보다 수명사이클 진행이 대략 2배 이상으로 더 가혹한 조건이였음에도 불구하고, 실시예 1 내지 8의 두께 증가량은 비교예 1 내지 4에 비하여 매우 적음을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 1 내지 4는 두께 증가에 따라 외관변형의 있었고 심한 경우에는 이차전지의 벤트부에 전해액의 누액현상이 나타나기도 하였다.
도 7은 이차전지 내부에서 발생한 가스량을 확인한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 이차전지 내부에서 발생하는 가스는 ＣＨ4, Ｃ2Ｈ4, Ｃ2Ｈ6, ＣＯ, ＣＯ2, Ｈ2 등을 주로 포함하며, 이중 특히 ＣＨ4와 ＣＯ2가 주를 이룬다. 가스포집부를 구비하지 않은 경우인 비교예는 가스포집부를 구비한 경우 (활성탄, 제올라이트, 비결정 무기산화물)에 비하여 상대적으로 이차전지 내부에 가스가 많이 발생하였음을 확인할 수 있었다. 즉, 가스포집부를 구비한 경우에는 상기 가스포집부의 제1 포집부에 의하여 이차전지 내부에서 발생하는 가스가 포집되어 흡착되므로, 상대적으로 이차전지 내부에는 가스가 적게 존재함을 확인할 수 있었다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 전극조립체 11: 제1 전극
12: 제2 전극 13: 세퍼레이터
14: 제1 전극탭 15: 제2 전극탭
16: 전지케이스 100, 200: 이차전지
110, 210: 가스포집부 111, 211: 제1 포집부
112, 212: 제2 포집부 220: 밸브
230: 공간부 240: 이송관

Claims (12)

  1. 제1 및 제2 극판과 상기 제1 및 제2 극판 사이에 개재되는 세퍼레이터로 이루어지는 전극조립체;
    상기 전극조립체에 인접하게 구비되는 가스포집부; 및
    상기 전극조립체와 가스포집부를 수납하는 수납공간을 제공하는 전지케이스;를 포함하고,
    상기 가스포집부는 상기 전지케이스의 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 제1 포집부와 상기 제1 포집부를 감싸도록 구비되는 제2 포집부로 이루어지며,
    상기 가스포집부의 내부와 상기 전지케이스 외측의 공간부 사이를 연결하는 이송관을 더 포함하고,
    상기 이송관에는 상기 가스포집부의 내부와 상기 전지케이스 외측의 공간부 사이의 압력 차이에 의해 작동되는 밸브가 배치되는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극조립체는 상기 제1 및 제2 극판에 각각 연결되는 제1 및 제2 전극탭을 포함하되, 상기 제1 및 제2 전극탭은 서로 이격되어 상기 전극조립체에서 나란하게 인출되는 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스포집부는 상기 제1 및 제2 전극탭 사이에 구비되는 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 포집부는 다공질성 금속산화물, 다공질성 탄소재료 및 비결정 무기산화물 중 어느 하나 이상을 포함하는 이차전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다공질성 금속산화물은 제올라이트 (zeolite), 실리카겔, 알루미나 및 몰레큘러시브 (molecular sieves) 중 어느 하나 이상을 포함하는 이차전지.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 다공질성 탄소재로는 카본몰레큘러시브 (carbon molecular sieves) 및 활성탄 (active carbon) 중 어느 하나 이상을 포함하는 이차 전지.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 비결정 무기산화물은 Al2O3-SiO2-TiO2를 포함하는 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 포집부는 가스상태의 물질만을 통과할 수 있는 막 (membrane)을 포함하는 이차전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 포집부는 테프론막 또는 하이드로포빅 폴리머막 (hydrophobic polymer membrane)을 포함하는 이차전지.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
KR1020120023883A 2012-03-08 2012-03-08 이차전지 KR101741030B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120023883A KR101741030B1 (ko) 2012-03-08 2012-03-08 이차전지
US13/709,953 US8834180B2 (en) 2012-03-08 2012-12-10 Secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120023883A KR101741030B1 (ko) 2012-03-08 2012-03-08 이차전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130102779A KR20130102779A (ko) 2013-09-23
KR101741030B1 true KR101741030B1 (ko) 2017-05-29

Family

ID=49114383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120023883A KR101741030B1 (ko) 2012-03-08 2012-03-08 이차전지

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8834180B2 (ko)
KR (1) KR101741030B1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016094750A1 (en) 2014-12-12 2016-06-16 Pellion Technologies, Inc. Electrochemical cell and method of making the same
US9509024B2 (en) * 2014-12-15 2016-11-29 Ford Global Technologies, Llc Battery gassing mitigation through catalyzed precipitation
WO2018031983A1 (en) 2016-08-12 2018-02-15 Pellion Technologies, Inc. Additive containing electrolytes for high energy rechargeable metal anode batteries
US11081737B2 (en) 2017-07-31 2021-08-03 Viking Power Systems Pte, Ltd. Getter for use with electrochemical cells, devices including the getter, and method of forming same
KR102198882B1 (ko) * 2017-10-26 2021-01-05 주식회사 엘지화학 이차 전지의 내부 발생 가스 포집 장치, 가스 포집 시스템 및 가스 포집 방법
WO2019097739A1 (ja) * 2017-11-15 2019-05-23 栗田工業株式会社 リチウムイオン電池用ガス吸収材
WO2019126360A1 (en) 2017-12-21 2019-06-27 Pellion Technologies Inc. Electrochemical cell and electrolyte for same
US11289745B2 (en) * 2019-01-09 2022-03-29 GM Global Technology Operations LLC Elimination of gaseous reactants in lithium ion batteries
US11196088B2 (en) 2019-04-11 2021-12-07 Ses Holdings Pte. Ltd. Localized high-salt-concentration electrolytes containing longer-sidechain glyme-based solvents and fluorinated diluents, and uses thereof
US11411260B2 (en) * 2019-10-23 2022-08-09 Ford Global Technologies, Llc Lithium-ion cell containing solid adsorbent and method of producing the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003077549A (ja) * 2001-08-31 2003-03-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池
JP2011090929A (ja) * 2009-10-23 2011-05-06 Honda Motor Co Ltd ２次電池

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7041412B2 (en) * 2001-07-23 2006-05-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Non-aqueous electrolyte secondary battery
KR100416099B1 (ko) 2001-12-22 2004-01-24 삼성에스디아이 주식회사 이차전지용 케이스 및 이를 이용한 이차전지 패키지제조방법
KR101120437B1 (ko) 2006-10-23 2012-03-13 주식회사 엘지화학 도전성 고분자가 균일한 패턴으로 코팅되어 있는 음극 및이를 포함하고 있는 이차전지
ITMI20071147A1 (it) * 2007-06-05 2008-12-06 Getters Spa Batterie ricaricabili al litio comprendenti mezzi per l'assorbimento di sostanze nocive
JP2009135088A (ja) 2007-10-29 2009-06-18 Panasonic Corp 電池パックおよび電池搭載機器
JP5330802B2 (ja) 2008-11-05 2013-10-30 トヨタ自動車株式会社 蓄電装置及び車両
KR101165066B1 (ko) 2009-04-28 2012-07-12 주식회사 엘지화학 미실링 잉여부를 구비하는 파우치형 이차전지
KR101121205B1 (ko) 2010-01-13 2012-03-22 주식회사 루트제이드 이차전지
KR101419570B1 (ko) 2010-03-12 2014-07-14 주식회사 엘지화학 가스 배출부를 포함하는 파우치형 리튬 이차 전지 및 그 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003077549A (ja) * 2001-08-31 2003-03-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池
JP2011090929A (ja) * 2009-10-23 2011-05-06 Honda Motor Co Ltd ２次電池

Also Published As

Publication number Publication date
US8834180B2 (en) 2014-09-16
KR20130102779A (ko) 2013-09-23
US20130236749A1 (en) 2013-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101741030B1 (ko) 이차전지
CN1324755C (zh) 密闭型蓄电池
US10211447B2 (en) Battery including gas discharging member and electrolyte injection member
WO2013094383A1 (ja) 積層電池、積層電池を含む組電池、および、積層電池の組立て方法
JP5531220B2 (ja) 積層電池および積層電池システム
US8752573B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery with filling function, and non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte filling device used therefor
US4957830A (en) Rechargeable metal oxide-hydrogen battery
JP2006128091A (ja) 二次電池
US9190221B2 (en) Aqueous-based electric double-layer capacitor
JP4554148B2 (ja) 二次電池の製造方法
CN107949947B (zh) 双极性电池
US9330855B2 (en) Aqueous-based electric double-layer capacitor
CN1186846C (zh) 非水电解质二次电池
US20120064394A1 (en) Rechargeable battery
KR100542196B1 (ko) 리튬 이차전지용 세퍼레이터 및 리튬 이차전지
US20140272542A1 (en) Electrochemical energy storage device with molecular seive storage cell
KR101121205B1 (ko) 이차전지
EP2309571A1 (en) Secondary battery
CN102340019B (zh) 电池用封口板及具有该封口板的电池
JPWO2011077640A1 (ja) 制御弁式鉛蓄電池
KR101271920B1 (ko) 이차 전지
CN1170245A (zh) 卷绕电极组
CN2672883Y (zh) 方形碱性二次电池
WO2019105339A1 (zh) 一种可降低内压的超级电容器系统及其制备方法
JP2023098109A (ja) レドックスキャパシタおよびレドックスキャパシタシステム

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant