KR101754484B1 - Cap assembly and secondary battery including the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탑 캡을 포함하는 적층체; 및 상기 적층체의 외주면을 감싸면서 밀봉하는 가스켓을 포함하며, 상기 가스켓은 상기 적층체와 접촉하는 가스켓의 면측에 코팅막을 포함하고, 상기 코팅막은 수팽윤 고분자를 포함하는 것인 캡 어셈블리, 그리고 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 캡 어셈블리는, 탑 캡을 포함하는 적층체 외주면과 가스켓 사이의 밀폐성이 현저히 개선되어, 전지 내부에서 외부로의 전해액 누수를 사전에 방지할 수 있고, 궁극적으로 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a laminate comprising a top cap; And a gasket surrounding and sealing the outer circumferential surface of the laminate, wherein the gasket includes a coating film on a side of a gasket in contact with the laminate, and the coating film comprises a water-swelling polymer, and The present invention relates to a secondary battery.
The cap assembly according to the present invention significantly improves the hermeticity between the outer peripheral surface of the laminate including the top cap and the gasket and prevents electrolyte leakage from the inside of the battery to the outside in advance and ultimately greatly improves the safety of the battery There is an effect that can be made.
Description
본 발명은 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a cap assembly and a secondary battery including the cap assembly.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 케이스가 원형인 원형 전지와 케이스가 각형인 각형 전지, 케이스가 얇은 라미네이트 시트인 파우치형 전지로 분류된다.The secondary battery is classified into a circular battery having a circular shape, a square battery having a square shape, and a pouch-shaped battery having a laminated sheet having a thin case according to the shape of the battery case.
한편, 전지케이스에는, 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충/방전이 가능한 발전소자로서 전극조립체가 내장되는데, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 구조와, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 구조로 분류된다.Meanwhile, the battery case has an electrode assembly as a power generating element capable of charging / discharging, which is composed of a lamination structure of a positive electrode / separator / negative electrode. The electrode assembly is composed of a long- sheet type positive electrode coated with an active material and a jelly- Type structure in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween.
이들 중 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있고, 특히 원형 전지 케이스에 수납이 용이한 바, 젤리-롤형 전극조립체가 널리 제작되고 있다.Among them, they are easy to manufacture and have a high energy density per weight, and are easily manufactured in a circular battery case, and a jelly-roll type electrode assembly is widely produced.
그런데, 전지의 충방전시 젤리-롤형 전극조립체는 반복적인 팽창과 수축을 겪으면서 변형되는 경향이 있고, 이러한 과정에서 응력이 중심부로 집중되어 전극이 분리막을 뚫고 금속 센터 핀에 접촉됨으로써 내부단락이 유발하는 경향이 있다. 상기 내부 단락으로 인한 발열에 의해 유기 용매가 분해되어 가스가 발생하고, 전지 내의 가스압 상승에 의해 전지가 파열될 수 있다. 이러한 전지 내부의 가스압 상승은 외부 충격에 의해 내부단락이 발생하였을 때에도 일어날 수 있다.However, when the battery is charged and discharged, the jelly-roll type electrode assembly tends to undergo repeated expansion and contraction, and in this process, the stress is concentrated at the central portion, and the electrode contacts the metal center pin through the separator, . The organic solvent is decomposed by the heat generated due to the internal short circuit, so that gas is generated, and the battery can be ruptured by an increase in gas pressure in the cell. Such gas pressure rise inside the battery can occur even when an internal short circuit occurs due to an external impact.
상기와 같은 전지의 안전성 문제를 해결하기 위하여, 원형 전지의 캡 어셈블리는, 고압가스를 배출하는 안전밴트, 고온에서 전류를 차단하는 PTC 소자, 전지 내압의 상승시 전류를 차단하는 전류차단소자(Current Interrupt Device: CID) 등의 안전 소자들과 상기 소자들을 보호하는 돌출형 단자를 형성하는 탑 캡 등이 가스켓에 의해 고정된 구조로 이루어져 있다.In order to solve the safety problem of the battery as described above, the cap assembly of the circular battery includes a safety vent for discharging high-pressure gas, a PTC element for shutting off current at a high temperature, An interrupter device (CID), and a top cap for forming a protruding terminal for protecting the elements are fixed by a gasket.
도 1에는 종래의 원형 이차전지의 상부 구조를 보여주는 부분 단면도를 도시하였다.FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing an upper structure of a conventional circular secondary battery.
도 1을 참조하면, 이차전지(10)는 캔(20)의 내부에 발전소자로서의 전극조립체(30)를 삽입하고 여기에 전해액을 주입하며, 캔(20)의 상단 개구부에 캡 어셈블리(40)를 장착함으로써 제조된다.Referring to FIG. 1, a
캡 어셈블리(40)는 캔(20)의 상부 비딩부(21)에 실장되는 기밀유지용 가스켓(50) 내부에 탑 캡(41)과 과전류를 차단하기 위한 PTC 소자(42) 및 내부 압력 저하를 위한 안전밴트(43)가 밀착되어 설치된다.The
탑 캡(41)은 중앙이 상향 돌출되어 있어서 외부 회로와의 접속에 의한 양극 단자로서의 역할을 수행하며, 가스 배출을 위한 다수의 관통구(도시하지 않음)가 천공되어 있다. The
또 안전밴트(43)는 그것의 하단이 전류차단 안전소자(44) 및 양극 리드(31)를 통해 전극조립체(30)의 양극에 연결되어 있다.The lower end of the
안전밴트(43)는 도전성의 얇은 판재로서, 그것의 중앙부는 하향 만입부(43a)를 형성하고, 만입부(43a)의 상절곡 및 하절곡 부위에는 각각 깊이를 달리하는 2 개의 노치들(43b, 43c)이 형성되어 있다.The
전지 내부에서 임계치 이상으로 압력이 상승하였을 때 전류를 차단하는 전류차단 안전소자(44)는 도전성 판재로서 안전밴트(43)의 하방에 설치되어 있다. 전류차단 안전소자(44)의 재질은 바람직하게는 안전밴트(43)와 동일한 재질로 이루어져 있고, 보조가스켓(51)은 전류차단 안전소자(44)와 안전밴트(43)가 통전되는 것을 막을 수 있도록 폴리프로필렌(PP) 계열의 재질로 이루어져 있다.The current cut-off
예를 들어, 다양한 원인에 의한 내부 단락, 과충전 등으로 인해 전지(10)의 온도가 상승하면, PTC 소자(42)의 저항 증가에 의해 통전 전류량이 크게 감소하게 된다. 온도의 계속적인 상승으로 전해액이 분해되면서 가스가 발생하고 그에 따라 내압이 증가하면, 안전밴트(43)의 만입부(43a)가 들어 올려지면서 전류차단 안전소자(44)가 부분 파열되고, 전류가 차단되어 안전성을 확보하게 된다. 그러나, 계속적인 압력 상승시에는 안전밴트(43)의 노치(43b, 43c)가 파열되면서 고압 가스를 전지(10) 외부로 배출하여 안전성을 담보하게 된다.For example, when the temperature of the
특히, 상기 캡 어셈블리의 구조는, 가스켓이 안전밴트, PTC 소자, CID, 탑 캡 등의 외주면을 감쌈으로써, 본질적으로 전지 내부의 전해액이 외부로 누출되는 것을 방지한다. 즉, 전지의 최내측에 위치하는 안전밴트와 그것의 외주면을 감싸는 가스켓의 계면을 통해 전해액이 누출되지 않는다면, 안전밴트와 PTC 소자의 계면, PTC 소자와 탑 캡의 계면 등 금속 소재들 간의 계면에서도 전해액 누출이 발생하지 않는다.Particularly, the structure of the cap assembly prevents the electrolyte in the battery from leaking to the outside by covering the outer peripheral surface of the safety vent, the PTC device, the CID, the top cap and the like. That is, if the electrolyte does not leak through the interface between the safety vest located on the innermost side of the cell and the gasket surrounding the outer periphery of the safety vent, the interface between the safety vent and the PTC device, the interface between the PTC device and the top cap Electrolyte leakage does not occur.
그러나, 전지의 충방전 작동 과정, 낙하, 외부 충격 등에 의해, 실질적으로 가스켓과 안전밴트의 계면을 통해 일부 전해액이 누출되며, 이렇게 누출된 전해액이 금속 소재들 간의 계면을 통해 외부로 쉽게 누출될 수 있다.However, some electrolytic solution leaks through the interface between the gasket and the safety vent, due to the charging / discharging operation of the battery, dropping, external impact, etc., and the leaked electrolyte easily leaks out through the interface between the metal materials have.
즉, 금속 소재들 간의 상호 계면 부위는 상대적으로 밀착성이 떨어지므로, 일단 금속 소재들의 계면으로 유입된 전해액은 가스켓과 관련 소자들의 계면 부위에 비해 외부로 쉽게 누출될 수 있다.That is, the interfacial region between the metal materials is relatively inferior in adhesion, so that the electrolyte introduced into the interface of the metal materials can easily leak to the outside as compared with the interface portion of the gasket and the related elements.
또한, 종래 원형 전지에 사용되는 탑 캡 어셈블리(Top Cap Assembly)의 결합 방법은, 단순히 어셈블리와 캔을 기계적으로 프레스함으로써 전지 내부가 밀폐되는 방식의 것이다. 하지만, 이 경우 기계적인 누름의 정도에 따라 일정하게 밀폐되지 않을 뿐만 아니라, 결합 구속력이 약하게 될 경우 밀폐가 이루어지지 않아서 누수(leakage)가 발생하게 되는 문제점을 안고 있다. 특히, 탑 캡 어셈블리의 중간 부에 위치하는 여러 부속물 사이가 주된 누수의 경로가 될 가능성이 많다.In addition, a method of joining a top cap assembly used in a conventional circular battery is a method in which the interior of the battery is sealed by simply pressing the assembly and the can by mechanical pressing. However, in this case, not only is it not constantly sealed according to the degree of mechanical pressing, but leakage is generated due to not being sealed when the binding force is weak. In particular, there is a high likelihood that the path of the main leakage will be between the various attachments located in the middle of the top cap assembly.
따라서, 캡 어셈블리에서 전해액이 누출되는 현상을 감소시킬 수 있고 수분 유입을 억제할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technique capable of reducing the leakage of the electrolyte solution in the cap assembly and suppressing the inflow of water.
본 발명이 해결하고자 하는 제1 기술적 과제는, 가스켓 상에 수팽윤 고분자를 포함하는 코팅막을 포함함으로써, 이차전지를 장기간 사용시, 탑 캡을 포함하는 적층체 외주면과 가스켓 사이, 및 가스켓과 캔과의 결합력이 우수하여, 전지 내부에서 외부로의 전해액 누수를 사전에 방지할 수 있는 캡 어셈블리를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The first technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing a secondary battery which comprises a coating film containing a water swelling polymer on a gasket, And is capable of preventing leakage of electrolyte from the inside of the battery to the outside in advance.
또, 본 발명이 해결하고자 하는 제2 기술적 과제는, 상기한 캡 어셈블리를 포함하는 이차전지, 를 제공하는 것이다.A second technical problem to be solved by the present invention is to provide a secondary battery including the cap assembly.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르면, 탑 캡을 포함하는 적층체; 및 상기 적층체의 외주면을 감싸면서 밀봉하는 가스켓을 포함하며, 상기 가스켓은 적층체와 접촉하는 가스켓의 면측에 코팅막을 포함하며, 상기 코팅막은 30% 이상의 수팽윤도를 갖는 수팽윤 고분자를 포함하는 것인 캡 어셈블리를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a laminated body including a top cap; And a gasket surrounding and sealing the outer circumferential surface of the laminate, wherein the gasket includes a coating film on the side of the gasket in contact with the laminate, and the coating film comprises a water swelling polymer having a water swelling degree of 30% or more In cap assembly.
또, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 캡 어셈블리를 포함하는 이차전지, 전지모듈 및 전지팩을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a secondary battery, a battery module, and a battery pack including the cap assembly.
기타 본 발명의 실시예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other details of the embodiments of the present invention are included in the following detailed description.
본 발명에 따른 캡 어셈블리는, 탑 캡을 포함하는 적층체의 외주면과 가스켓 사이, 그리고 추가적으로 가스켓과 캔과의 사이에 수팽윤성 고분자의 코팅막을 형성함으로써, 결합력이 우수하여, 전지 내부에서 외부로의 전해액 누수를 사전에 방지할 수 있고, 궁극적으로 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.The cap assembly according to the present invention is excellent in bonding force by forming a coating film of a water-swellable polymer between the outer circumferential surface of the laminate including the top cap and the gasket and further between the gasket and the can, Electrolyte leakage can be prevented in advance, and the safety of the battery can ultimately be greatly improved.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 원형 이차전지의 상부 구조를 나타낸 단면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 이차전지의 상부 구조를 나타낸 단면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 어셈블리의 구조를 개략적으로 나타낸 단면 모식도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate exemplary embodiments of the invention and, together with the description of the invention, It should not be construed as limited.
1 is a schematic cross-sectional view showing an upper structure of a conventional circular secondary battery.
2 is a schematic cross-sectional view illustrating an upper structure of a circular secondary battery according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic cross-sectional view schematically showing the structure of a cap assembly according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail in order to facilitate understanding of the present invention. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
종래의 캡 어셈블리에 있어서, 탑 캡, PTC 소자, 및 안전밴트가 차례로 적층되어 형성되는 적층체와 가스켓 간 상호 계면 부위는, 앞서 설명한 바와 같이, 전해액 누출 가능성이 높으며 수분 유입이 용이하기 때문에 이차전지의 안전성 및 성능이 저하될 수 있다.In the conventional cap assembly, the mutual interfacial region between the laminate and the gasket in which the top cap, the PTC device, and the safety vault are laminated in order is highly likely to leak electrolytic solution and easily inflow water, The safety and performance of the apparatus may be deteriorated.
이에 대해 본 발명에서는 상기 적층체와 접촉하는 가스켓의 면측에 수팽윤성 고분자를 포함하는 코팅막을 형성함으로써, 이차전지를 장기간 사용시, 탑 캡을 포함하는 적층체 외주면과 가스켓 사이, 그리고 추가적으로 가스켓과 캔과의 사이 밀착력이 증가하여, 전지 내부에서 외부로의 전해액 누수를 사전에 방지할 수 있고, 그 결과로서, 이차전지의 안전성 및 성능 특성을 크게 향상시킬 수 있다.In contrast, in the present invention, a coating film containing a water-swellable polymer is formed on the side of the gasket in contact with the laminate. Thus, when the secondary battery is used for a long period of time, the gap between the outer periphery of the laminate including the top cap and the gasket, The leakage of the electrolyte from the inside of the battery to the outside can be prevented in advance, and as a result, the safety and performance characteristics of the secondary battery can be greatly improved.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 어셈블리는, 탑 캡을 포함하는 적층체; 및 상기 적층체의 외주면을 감싸면서 밀봉하는 가스켓을 포함하며, 상기 가스켓은 적층체와 접촉하는 가스켓의 면 측에 코팅막을 포함하고, 상기 코팅막은 수팽윤도 30% 이상의 수팽윤 고분자를 포함한다. That is, a cap assembly according to an embodiment of the present invention includes: a laminate including a top cap; And a gasket surrounding and sealing the outer circumferential surface of the laminate, wherein the gasket includes a coating film on a side of a gasket in contact with the laminate, and the coating film includes a water swelling polymer having a water swelling degree of 30% or more.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 어셈블리에 있어서, 상기 가스켓은 상기 적층체와 접촉하지 않는 가스켓의 외측면, 구체적으로는 이차전지의 캔과 접촉하는 가스켓의 면측에 수팽윤 고분자를 포함하는 코팅막을 더 포함할 수도 있다. 더 나아가, 상기 코팅막은 상기 가스켓의 외주면을 모두 둘러싸도록 형성될 수도 있다.Further, in the cap assembly according to an embodiment of the present invention, the gasket may include a water swelling polymer on the outer surface of the gasket not contacting the laminate, specifically, the gasket contacting the can of the secondary battery And may further include a coating film. Furthermore, the coating film may be formed to surround all the outer circumferential surface of the gasket.
본 발명의 일 실시예에 따른 캡 어셈블리에 있어서, 가스켓 상에 형성된 코팅막에 포함되는 수팽윤 고분자는 공기 중에 존재하는 수분에 의해 팽창가능한 고분자이다. 이에 따라 상기 수팽윤 고분자를 포함하는 코팅막을 형성한 경우, 통상의 고분자 소재로 코팅막을 형성하는 경우에 비해 탑 캡을 포함하는 적층체 외주면과 가스켓 사이, 그리고 가스켓과 캔과의 사이가 더욱 밀착되어 그 사이의 틈을 최소화할 수 있다. 또, 상기 수팽윤 고분자는 팽창된 상태를 오랜기간 동안 유지할 수 있어, 밀착성을 장시간 안정적으로 유지할 수 있다.In the cap assembly according to an embodiment of the present invention, the water swelling polymer contained in the coating film formed on the gasket is a polymer that is swellable by moisture present in the air. When the coating film containing the water swelling polymer is formed, the gap between the outer circumferential surface of the layered product including the top cap and the gasket, and the gap between the gasket and the can are more closely adhered to each other as compared with the case where the coating film is formed with the usual polymer material The gap between them can be minimized. In addition, the water swelling polymer can maintain the expanded state for a long period of time, and the adhesion can be stably maintained for a long time.
구체적으로, 상기 수팽윤 고분자는 30% 이상, 보다 구체적으로 50% 이상, 보다 구체적으로는 60% 내지 90%의 수팽윤도를 갖는 것일 수 있다. 수팽윤도가 30% 미만이면, 수팽윤에 따른 개선 효과가 충분하지 않다.Specifically, the water swelling polymer may have a water swelling degree of 30% or more, more specifically 50% or more, more specifically 60% to 90%. If the water swelling degree is less than 30%, the effect of improving water swelling is not sufficient.
본 발명에 있어서, 상기 수팽윤 고분자의 수팽윤도는, 고분자를 순수에 10 분간 침지시킨 후 막 두께를 막 두께 측정 기기, 예를 들어 엘립소메트리 (J. A. Woollam 사 제조, VASE)로 측정하고, 물 침지 전의 막 두께에 대한 침지 후 막 두께의 비율을 백분율로 나타낸 것이다. In the present invention, the water swelling degree of the water swelling polymer is measured by measuring the film thickness after immersing the polymer in pure water for 10 minutes, using a film thickness measuring instrument such as ellipsometry (VASE, manufactured by JA Woollam) The ratio of the film thickness after immersion to the film thickness before immersion is expressed as a percentage.
또, 상기 수팽윤 고분자는 하이드로겔(hydrogel) 형태의 고분자일 수 있다. 수팽윤 고분자가 하이드로겔의 형태를 갖는 경우 고흡수성을 나타낼 수 있어 전해액의 누수 또는 수분의 유입이 발생되더라도 보다 높은 효율로 차단할 수 있다. 또 한번 수분을 머금은 하이드로겔은 보수력이 강해지기 때문에 이차 전지 내부로의 수분 방출에 대한 우려가 없고, 상기 수분으로 팽윤되어 보다 증가된 밀착성을 나타낼 수 있기 때문에 더 이상의 수분의 접근을 차단할 수 있다.In addition, the water swelling polymer may be a polymer in the form of a hydrogel. When the water swelling polymer has a hydrogel shape, it can exhibit a high water absorption, so that it can be blocked with higher efficiency even if leakage or water inflow of the electrolyte occurs. Since the hydrogel having the moisture again has a high water holding capacity, there is no fear of moisture release into the interior of the secondary battery, and the water can be swollen to increase the adhesion, so that the moisture can be blocked further.
또, 상기 수팽윤 고분자는 우수한 흡수성과 함께 클램핑(clamping)시의 압력을 견딜 수 있을 정도의 강도, 구체적으로는 0.6 내지 3.0 MPa의 강도를 갖는 것일 수 있다.The water-swellable polymer may have an excellent absorbency and a strength enough to withstand the pressure at the time of clamping, specifically a strength of 0.6 to 3.0 MPa.
상기 수팽윤 고분자로는 고흡수성, 강한 보수력 및 팽윤시 겔화가 될 수 있는 고분자라면 제한 없이 사용할 수 있고, 보다 더 구체적으로 폴리 하이드록시에틸 메틸아크릴레이트(polyHEMA 또는 PHEMA), 폴리 에틸렌 글리콜(PEG), 폴리 옥시에틸렌(poly oxyethylene), 폴리 에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리 에틸렌 글리콜 메타아크릴레이트(PEGMA), 폴리 에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트(PEGDMA), 폴리 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(PEGDA), 폴리 비닐 알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리이미드(polyimide), 폴리아크릴레이트(polyacrylate) 또는 폴리우레탄(polyurethane) 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. The water swelling polymer may be polyolefins such as polyhydroxyethylmethylacrylate (polyHEMA or PHEMA), polyethyleneglycol (PEG), polyvinylpyrrolidone, and the like. Polyoxyethylene, polyethylene oxide (PEO), polyethylene glycol methacrylate (PEGMA), polyethylene glycol dimethacrylate (PEGDMA), polyethyleneglycol diacrylate (PEGDA), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyimide, polyacrylate or polyurethane. Any one or a mixture of two or more of them may be used.
이중에서도, 상기한 수팽윤도 및 강도 특성을 조건을 충족하는, 폴리 하이드록시에틸 메틸아크릴레이트, 폴리 에틸렌 글리콜, 폴리 옥시에틸렌, 폴리 에틸렌 옥사이드, 폴리 에틸렌 글리콜 메타아크릴레이트, 폴리 에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 폴리 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리비닐피롤리돈, 및 폴리아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 우수한 수팽윤성 및 강도 특성과 함께, 코팅막 형성시 우수한 막 형성성을 가져 균일 두께의 코팅막 형성이 가능하고, 가스켓과의 밀착성이 보다 우수하다.Among these, polyhydroxyethylmethyl acrylate, polyethylene glycol, polyoxyethylene, polyethylene oxide, polyethylene glycol methacrylate, polyethyleneglycol dimethacrylate, polyacrylic acid dimethacrylate, , Polyethyleneglycol diacrylate, polyvinylpyrrolidone, and polyacrylate have excellent water swellability and strength properties, and have excellent film-forming properties in forming a coating film, so that uniform thickness The coating film can be formed and the adhesion with the gasket is more excellent.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 캡 어셈블리에 있어서, 상기한 수팽윤 고분자를 포함하는 코팅막의 형성 방법은 특별히 제한되는 것은 아니나, 스프레이 코팅 또는 정전 코팅 등의 통상의 고분자 코팅 방법을 이용하여 실시될 수 있다. In the cap assembly according to an embodiment of the present invention, the method of forming the coating film including the water swelling polymer is not particularly limited, but a conventional polymer coating method such as spray coating or electrostatic coating is used .
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 캡 어셈블리에 있어서, 상기 수팽윤 고분자를 포함하는 코팅막의 수팽윤도는 0.5% 내지 2%일 수 있으며, 이같은 코팅막의 수팽윤도를 고려할 때, 상기 수팽윤 고분자는 그 자체의 수팽윤도가 50%인 경우 캡 어셈블리 총 중량에 대하여 0.5중량% 내지 4중량%의 함량 범위로 포함될 수 있다. 코팅막의 수팽윤도가 0.5중량% 미만이면, 가스켓과 적층체 사이의 밀페성 저하 등 수팽윤성 고분자 사용에 따른 개선효과가 미미하고, 코팅막의 수팽윤도가 4중량%를 초과하면 팽창시 캔 형상의 변형 및 이에 따른 전지 성능 저하를 초래할 우려가 있다. In the cap assembly according to an embodiment of the present invention, the water swelling degree of the coating film including the water swelling polymer may be 0.5% to 2%, and considering the water swelling degree of the coating film, It may be contained in an amount ranging from 0.5% by weight to 4% by weight based on the total weight of the cap assembly when the degree of swelling of the self is 50%. If the water swelling degree of the coating film is less than 0.5% by weight, the improvement effect of the use of the water-swellable polymer such as deterioration of the pilling property between the gasket and the laminate is insignificant. If the water swelling degree of the coating film exceeds 4% by weight, Resulting in deterioration of battery performance.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 캡 어셈블리에 있어서, 상기 코팅막은 이차전지의 크기 또는 폭, 또는 캡 어셈블리의 크기 또는 폭에 따라 달라질 수 있다. 구체적으로 상기 코팅막은 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께 범위로 형성될 수 있다. 여기서 상기 코팅막의 두께라 함은, 예를 들어 적층체에서부터 가스켓 사이의 간격, 즉 폭을 의미한다.In addition, in the cap assembly according to an embodiment of the present invention, the coating film may vary depending on the size or width of the secondary battery, or the size or width of the cap assembly. Specifically, the coating film may be formed in a thickness range of 1 占 퐉 to 100 占 퐉. Here, the thickness of the coating film means, for example, the distance between the gasket and the laminate, that is, the width.
상기 코팅막의 두께가 1 ㎛ 미만으로 너무 얇으면 수팽윤도가 작아질 수 있으므로, 본 발명에서 목적하는 효과인 전해액의 누수 차단 효과 및 전지 외부로부터의 수분 유입 억제 효과가 미미할 수 있고, 반대로 코팅막의 두께가 100 ㎛를 초과하여 너무 두꺼우면 이차전지의 크기 증가를 초래할 우려가 있다.If the thickness of the coating film is too small, the water swelling degree may be too small. Therefore, the effect of blocking the leakage of water from the outside of the battery may be insufficient, Is more than 100 mu m and is too thick, there is a possibility that the size of the secondary battery will increase.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 캡 어셈블리에 있어서, 적층체는 구체적으로 탑 캡, PTC 소자 및 안전밴트가 차례로 적층되어 형성된 적층체일 수 있다.Meanwhile, in the cap assembly according to an embodiment of the present invention, the stacked body may be a stacked body in which a top cap, a PTC element, and a safety vault are sequentially stacked.
상기 안전밴트의 두께는 소재 및 구조 등에 따라 달라질 수 있으며, 소정의 고압 발생시 파열되면서 가스를 배출할 수 있다면 특별히 제한되는 것은 아니며, 구체적으로는 0.2mm 내지 0.6㎜일 수 있다.The thickness of the safety vent may vary depending on material, structure, etc., and is not particularly limited as long as it can discharge gas while being ruptured when a predetermined high pressure is generated. Specifically, it may be 0.2 mm to 0.6 mm.
또, 상기 PTC 소자의 두께 역시 소재 및 구조 등에 따라 달라질 수 있으며, 구체적으로는 0.2mm 내지 0.4㎜ 일 수 있다. 다만, PTC 소자의 두께가 너무 두꺼우면, 내부 저항이 상승하고, 전지의 크기를 증가시켜 동일 규격 대비 전지의 용량을 감소시킬 수 있다. 반대로, PTC 소자의 두께가 너무 얇으며, 고온에서 소망하는 전류 차단 효과를 발휘하기 어렵고 약한 외부 충격에 의해서도 파괴될 수 있으므로 바람직하지 않다. 따라서, PTC 소자의 두께는 이러한 점들을 복합적으로 고려하여 상기 범위 내에서 적절히 결정할 수 있다.Further, the thickness of the PTC device may also vary depending on material, structure, etc., and may be 0.2 mm to 0.4 mm. However, if the thickness of the PTC device is too large, the internal resistance increases, and the size of the battery increases, thereby reducing the capacity of the battery compared to the same standard. On the contrary, the thickness of the PTC element is too thin, it is difficult to exhibit a desired current blocking effect at a high temperature, and it may be destroyed by a weak external impact. Therefore, the thickness of the PTC device can be appropriately determined within the above range in consideration of these points in combination.
상기 PTC 소자의 상단면과 접하고 있는 탑 캡 부위의 두께는, 외부로부터 인가되는 압력으로부터 상기 캡 어셈블리의 소자들을 보호할 수 있는 범위라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 구체적으로는 0.3mm 내지 0.5㎜일 수 있다. 탑 캡 부위의 두께가 너무 얇으면 소정의 기계적 강성을 발휘하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 크기 및 중량 증가에 의해 동일 규격 대비 전지 용량을 감소시킬 수 있으므로 바람직하지 않다.The thickness of the top cap portion in contact with the top surface of the PTC device is not particularly limited as long as it can protect the elements of the cap assembly from external pressure, have. If the thickness of the top cap portion is too thin, it is difficult to exhibit a predetermined mechanical rigidity. On the contrary, if it is too thick, battery capacity can be reduced to the same standard due to increase in size and weight.
한편, 상기 가스켓은 통상적으로 사용되는 소재를 이용할 수 있으며, 구체적으로는 전기절연성, 탄성 및 내구성을 갖는 고분자 소재를 이용할 수 있다. 또 상기 고분자 소재는 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 고분자 일 수 있다. On the other hand, the gasket may be a material that is commonly used, and specifically, a polymer material having electrical insulation, elasticity, and durability may be used. The polymer material may be a polyolefin-based polymer such as polypropylene.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기한 캡 어셈블리를 포함하는 전기화학소자가 제공된다. 상기 전기화학소자는 구체적으로 전지 또는 커패시터 등일 수 있으며, 보다 구체적으로는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 이차전지일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, there is provided an electrochemical device including the cap assembly. The electrochemical device may be specifically a battery or a capacitor, and more specifically, may be a secondary battery having a high energy density, a discharge voltage, and an output stability.
상기 이차전지는 구체적으로, 전해액이 함침된 상태로 권취형 전극조립체(젤리-롤)가 원형 캔에 내장되어 있고, 상기 원형 캔의 상단에는 상기 구조의 캡 어셈블리가 장착될 수 있다.Specifically, the rechargeable battery includes a circular can loaded with a wound electrode assembly (jelly-roll) in an electrolyte-impregnated state, and the cap assembly of the structure may be mounted on the upper end of the circular can.
일반적으로 원형 이차전지의 구조에서, 젤리-롤형 전극조립체의 양극 호일에 용접되어 있는 양극 탭은 캡 어셈블리에 용접되어 전지 상단의 돌출 단자에 연결되며, 음극 호일에 용접되어 있는 음극 탭은 전지케이스(원통캔)의 하단에 용접되어 캔 자체가 음극 단자를 구성한다. 이와 같은 탑재가 이루어진 상태에서 전해액이 주입되고, 캔의 개방 상단에 캡 어셈블리를 장착하여 밀봉시키면 원형 전지가 완성된다. In general, in a structure of a circular secondary battery, a positive electrode tab welded to a positive electrode foil of a jelly-roll type electrode assembly is welded to a cap assembly and connected to a protruding terminal at an upper end of the battery, Cylindrical can), so that the can itself constitutes a negative terminal. When the electrolyte is injected in such a state that the battery is mounted, the cap assembly is mounted on the open upper end of the can to seal the battery, thereby completing the circular battery.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 있어서, 상기 원형 캔의 소재는, 특별히 제한되지 않으며, 구체적으로는, 스테인리스 스틸, 스틸, 알루미늄 또는 그 등가물 중 어느 하나로 형성될 수 있다.In the secondary battery according to an embodiment of the present invention, the material of the circular can is not particularly limited, and specifically, it may be formed of any one of stainless steel, steel, aluminum or its equivalent.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 있어서, 상기 전극조립체는 양극, 상기 양극과 대향하여 위치하는 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함한다. Further, in the secondary battery according to an embodiment of the present invention, the electrode assembly includes a positive electrode, a negative electrode facing the positive electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 리튬 전이 금속 산화물 등의 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제가 더 포함될 수도 있다. 상기 음극은 또한 음극 집전체 상에 탄소 활물질 등의 음극활물질을 도포, 건조하여 제조되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다. 또, 상기 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다.The positive electrode is prepared, for example, by coating a positive electrode current collector with a mixture of a positive electrode active material such as a lithium transition metal oxide, a conductive material and a binder, and then drying the resultant. Optionally, a filler may be further included. The negative electrode is also manufactured by applying a negative electrode active material such as a carbon active material onto the negative electrode collector and drying the same, and if necessary, the above-described components may further be included. In addition, the separation membrane is interposed between the cathode and the anode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 있어서, 전해질은 또, 본 발명에서 사용되는 전해질로는 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염을 포함할 수 있다.Also, in the secondary battery according to an embodiment of the present invention, the electrolyte used in the present invention may be an organic-based liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel-type polymer electrolyte, A solid inorganic electrolyte, a molten inorganic electrolyte, and the like, but are not limited thereto. Specifically, the nonaqueous electrolyte solution containing a lithium salt may include a nonaqueous electrolyte and a lithium salt.
상기 집전체, 전극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제, 분리막, 전해액, 리튬염 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.The collector, the electrode active material, the conductive material, the binder, the filler, the separator, the electrolyte, and the lithium salt are well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted herein.
본 발명에 따른 이차전지는 당업계에 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 삽입하고 거기에 전해액을 주입하여 제조할 수 있다.The secondary battery according to the present invention can be manufactured by a conventional method known in the art. That is, a porous separator may be inserted between the anode and the cathode, and an electrolyte may be injected into the separator.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 내용을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 이차전지의 상부 구조를 나타낸 단면 모식도이다.2 is a schematic cross-sectional view illustrating an upper structure of a circular secondary battery according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)의 캡 어셈블리(600)는 탑 캡을 포함하는 적층체(400) 및 상기 적층체(400)의 외주면을 감싸면서 밀봉하는 가스켓(500)을 포함한다. 또, 상기 가스켓(500)은 상기 적층체(400)와 접촉하는 가스켓(500)의 면측에, 30% 이상의 수팽윤도를 갖는 수팽윤 고분자를 포함하는 코팅막(700)을 포함한다.2, a
또, 상기 적층체(400)는 탑 캡(410)을 포함하고, 선택적으로 PTC소자(420) 및 안전밴트(430)를 더 포함할 수 있다. 상기 적층체(400)에 있어서, 전지 내의 고압 발생시 전류를 차단하는 전류차단 안전소자(440)는 안전밴트(430)의 하부에 연결되고, 고온발생시 전류를 차단하는 PTC소자(420)는 안전밴트(430)의 상부에 환형의 형태로 탑재되어 있으며, 가스 배출을 위한 관통구가 형성되고 돌출단자를 형성하는 탑 캡(410)은 PTC 소자(420) 상에 탑재되고, 가스켓(500)은 상기 소자들의 외주면을 감싸면서 밀봉하도록 형성되어 있다.The
또, 상기 수팽윤 고분자를 포함하는 코팅막(700)은 가스켓(500)의 내측부에 코팅되어 형성될 수 있다.The
즉, 상기 캡 어셈블리(600)는 상기 가스켓(500)과 상기 탑 캡(410), PTC 소자(420) 및 안전밴트(430)를 포함하는 적층체 사이에 상기 수팽윤 고분자를 포함하는 코팅막(700)이 형성된 가스켓이 구비될 수 있다. That is, the
상기 수팽윤 고분자를 포함하는 코팅막(700)이 형성된 가스켓(500)은 이차전지 내에서 고압이 발생하여 안전밴트(430)가 파열될 때까지 전해액이 캡 어셈블리(600)의 상부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.The
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 어셈블리에 있어서, 상기 가스켓(500)은 상기 가스켓(500)의 외주면 및 상기 탑 캡(410), PTC 소자(420) 및 안전밴트(430)를 포함하는 적층체(400) 사이 모두에 수팽윤 고분자를 포함하는 코팅막(700a, 700b)이 형성된 모식도이다. 3, the
더욱이, 상기와 같은 구조에 의해, 안전밴트(430)와 PTC 소자(420)의 계면(S2)과 PTC 소자(420)와 탑 캡(410)의 계면(S3)은 코팅막(700b)에 포함되는 수팽윤 고분자가 공기 중에 존재하는 수분으로 인해 팽윤될 경우, 전지 내부의 전해액이 안전밴트(430)의 하단면과 가스켓(500)의 계면(S1)으로 유입되더라도, 팽윤된 코팅막(700b)을 거쳐야만 비로소 계면(S2)와 계면(S3)에 도달할 수 있으므로, 실질적으로 전해액의 외부 유출이 어려우며, 이차전지의 캔과 캡 어셈블리가 더욱 밀착될 수 있으므로 전해액의 유출을 방지할 수 있다.The interface S2 between the
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 캡 어셈블리는, 탑 캡을 포함하는 적층체 외주면과 가스켓 사이, 및 가스켓과 캔과의 결합력이 우수하여, 전지 내부에서 외부로의 전해액 누수를 사전에 방지할 수 있고, 궁극적으로 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, the cap assembly according to an embodiment of the present invention is excellent in the bonding force between the outer surface of the layered product including the top cap and the gasket and between the gasket and the can, and prevents electrolyte leakage from the inside of the battery to the outside And ultimately, the safety of the battery can be greatly improved.
상기와 같이 본 발명에 따른 캡 어셈블리를 포함하는 이차전지는 우수한 방전 용량, 출력 특성 및 용량 유지율을 안정적으로 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다. As described above, since the secondary battery including the cap assembly according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics, and capacity retention ratio, it can be applied to portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and hybrid electric vehicles electric vehicle (HEV), and the like.
이에 따라, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 리튬 이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩이 제공된다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same.
상기 전지모듈 또는 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차, 및 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다.The battery module or the battery pack may include a power tool; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle, and a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV); Or a power storage system, as shown in FIG.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
[[ 실시예Example 1] One]
캡 어셈블리의 제조시 적층체와 접하게 되는 폴리프로필렌계 가스켓의 면측에 대해 각각 스프레이 코팅법을 이용하여 폴리비닐 알코올(수팽윤도 60%)을 코팅하여 코팅막을 형성하였다(두께 범위: 30~50㎛, 평균 두께: 40㎛). 이때 형성된 코팅막내에 폴리비닐 알코올은 하이드로겔 형태로 포함되었다.Polyvinyl alcohol (water swelling degree: 60%) was coated on the surface side of the polypropylene type gasket to be in contact with the laminate during the manufacture of the cap assembly by using a spray coating method to form a coating film (thickness range: 30 to 50 탆, Average thickness: 40 占 퐉). The polyvinyl alcohol was contained in the form of a hydrogel in the coating film formed at this time.
도 3에 나타난 바와 같이, 탑 캡(410), PTC 소자(420) 및 안전밴트(430)를 순차로 적층 조립하여 적층체를 제조한 후, 상기 적층체의 외주면을 감싸도록 양 말단을 상기에서 제조한 가스켓으로 밀봉하고, 클램핑 압착하여 캡 어셈블리를 제조하였다.3, the
[[ 실시예Example 2] 2]
수팽윤 고분자로서 폴리 하이드록시에틸 메틸아크릴레이트(수팽윤도: 90%)를 사용하고, 캡 어셈블리의 제조시 적층체와 접하게 되는 폴리프로필렌계 가스켓의 면측 그리고 상기 적층체와 접촉하지 않으나, 캔과 접촉하게 되는 가스켓의 면측에 코팅막을 각각 두께 범위 30~50㎛에서 평균 두께 40㎛로 형성하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 캡 어셈블리를 제조하였다.Polyhydroxyethylmethylacrylate (water swelling degree: 90%) was used as the water swelling polymer, and the surface side of the polypropylene-based gasket to be in contact with the laminate at the time of manufacturing the cap assembly and the contact with the can The cap assembly was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a coating film was formed on the side of the gasket to have a thickness range of 30 to 50 占 퐉 and an average thickness of 40 占 퐉.
[[ 비교예Comparative Example 1] One]
가스켓의 외주면에 대해 코팅막을 형성하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 캡 어셈블리를 제조하였다.A cap assembly was produced in the same manner as in Example 1 except that no coating film was formed on the outer circumferential surface of the gasket.
[[ 비교예Comparative Example 2] 2]
가스켓의 외주면에 대해 폴리아크릴산(수팽윤도: 10%)의 코팅막(두께 범위: 30~50㎛, 평균 두께: 40㎛)을 형성하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 캡 어셈블리를 제조하였다. Except that a coating film (thickness range: 30 to 50 탆, average thickness: 40 탆) of polyacrylic acid (water swelling degree: 10%) was formed on the outer peripheral face of the gasket by the same method as in Example 1 Cap assembly.
[[ 제조예Manufacturing example 1 및 2] 1 and 2]
LiNi0 . 6Co0 . 2Mn0 . 2O2 양극활물질, 카본블랙 도전재 및 PVdF 바인더를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 중량비로 90:5:5의 비율로 혼합하여 양극 형성용 조성물(점도: 5000mPa·s)을 제조하고, 이를 알루미늄 집전체에 도포한 후, 건조 및 압연하여 양극을 제조하였다.LiNi 0 . 6 Co 0 . 2 Mn 0 . 2 O 2 cathode active material, a carbon black conductive material and a PVdF binder in a N-methylpyrrolidone solvent in a weight ratio of 90: 5: 5 to prepare a composition for forming an anode (viscosity: 5000 mPa · s) Coated on an aluminum current collector, dried and rolled to prepare a positive electrode.
또, 음극활물질로서 인조흑연인 MCMB(mesocarbon microbead), 카본블랙 도전재 및 PVdF 바인더를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 중량비로 85:10:5의 비율로 혼합하여 음극 형성용 조성물을 제조하고, 이를 구리 집전체에 도포하여 음극을 제조하였다.In addition, as a negative electrode active material, artificial graphite, MCMB (mesocarbon microbead), carbon black conductive material and PVdF binder were mixed in a N-methylpyrrolidone solvent in a weight ratio of 85: 10: 5 to prepare a composition for forming an anode, This was applied to the entire copper collector to prepare a negative electrode.
상기와 같이 제조된 양극과 음극 사이에 다공성 폴리에틸렌의 분리막을 개재하여 전극 조립체를 제조한 후, 상기 전극 조립체를 전지 케이스 내부에 위치시키고, 케이스 내부로 전해액을 주입하였다. 이때 전해액은 에틸렌카보네이트(EC)/디메틸카보네이트(DMC)/에틸메틸카보네이트(EMC) (EC/DMC/EMC의 혼합 부피비=3/4/3)로 이루어진 유기 용매에 1.15M 농도의 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6)를 용해시켜 제조하였다.After the electrode assembly was manufactured through the porous polyethylene separator between the anode and the cathode thus prepared, the electrode assembly was positioned inside the battery case, and the electrolyte solution was injected into the case. At this time, the electrolyte solution was added to an organic solvent composed of ethylene carbonate (EC) / dimethyl carbonate (DMC) / ethyl methyl carbonate (EMC) (mixing ratio of EC / DMC / EMC = 3/4/3) to lithium hexafluoro Phosphate (LiPF 6 ).
상기 전지 케이스의 상부에 상기 제조예 1 및 2에서 제조한 캡 어셈블리를 각각 위치시킨 후, 클램핑하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. The cap assemblies prepared in Preparation Examples 1 and 2 were placed on the upper part of the battery case, respectively, and then clamped to produce a lithium secondary battery.
[실험예 1][Experimental Example 1]
상기 실시예 1 및 비교예 1, 2의 리튬 이차전지를 0.2C의 조건으로 만충전 한 후(Cut Off 전압=4.35V), 상대습도 90% 및 온도 60℃의 챔버에서 48시간 동안 보관하였다. 이 후, 상온에서 2시간 유지하였다.The lithium secondary batteries of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were fully charged at 0.2 C (Cut Off voltage = 4.35 V) and stored in a chamber at a relative humidity of 90% and a temperature of 60 캜 for 48 hours. Thereafter, it was kept at room temperature for 2 hours.
만충전 직후 전지의 용량과 상기 고온고습 조건에서의 보관 후 전지의 용량을 각각 측정하고, 이로부터 용량 유지율을 평가하였다. 상기 실험을 동일한 조건에서 4회 실시하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. The capacity of the battery immediately after the full charge and the capacity of the battery after storage at the high temperature and high humidity conditions were respectively measured, and the capacity retention rate was evaluated therefrom. The experiment was carried out four times under the same conditions, and the results are shown in Table 1 below.
실험결과, 수팽윤 고분자를 코팅한 실시예 1의 전지는, 고온 고습 보관 후, 용량 유지율이 약 80%를 유지하였다. 이에 반해, 코팅막을 형성하지 않은 비교예 1은 용량 유지율이 약 75%이었고, 수팽윤성을 갖지 않는 일반 고분자의 코팅막을 형성한 비교예 2는 76%로 비교예 1보다는 미세하게 용량 유지율이 증가하나, 실시예 1에 비해서는 용량 유지율이 크게 낮았다. As a result of the test, the battery of Example 1 in which the water swelling polymer was coated showed a capacity retention rate of about 80% after storage at high temperature and high humidity. In contrast, Comparative Example 1 in which a coating film was not formed showed a capacity retention rate of about 75%. In Comparative Example 2 in which a coating film of a general polymer having no water swellability was formed, the capacity retention ratio was minutely increased to 76% , The capacity retention rate was significantly lower than that of Example 1.
이와 같이 비교예 1 및 2에서의 용량 유지율이 감소한 것은, 수분이 전지 내로 침투함으로써 양극, 음극, 전해액 등과 반응하여 다양한 부반응을 발생시키고, 이로 인해 전지 반응에 참여하는 리튬 공급원이 감소되었기 때문이다. The decrease in the capacity retention rate in Comparative Examples 1 and 2 was due to the fact that the water penetrated into the battery and reacted with the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte to generate various side reactions, thereby reducing the amount of lithium supplied to the battery reaction.
이 같은 결과로부터, 본 발명에서와 같이 가스켓에 대해 수팽윤성 고분자의 코팅막을 형성할 경우, 수분 침투가 보다 효과적으로 차단됨으로써, 전지 성능을 개선시킬 수 있음을 확인할 수 있다. From these results, it can be seen that when the coating film of the water swellable polymer is formed on the gasket as in the present invention, water penetration is more effectively blocked, thereby improving battery performance.
10, 100 : 이차전지
20, 200 : 캔
21, 210 : 비딩부
30, 300 : 전극 조립체
31, 310 : 양극 리드
40, 400 : 적층체
41, 410 : 탑 캡
42, 420 : PTC 소자
43, 430 : 안전밴트
43a, 430a : 만입부
43b, 43c, 430b, 430c : 노치
44, 440 : 안전소자
50, 500 : 가스켓
51, 510 : 보조가스켓
60, 600 : 캡 어셈블리
700, 700a, 700b : 코팅막10, 100: secondary battery
20, 200: cans
21, 210:
30, 300: electrode assembly
31, 310: Positive electrode lead
40, 400: laminate
41, 410: Top cap
42, 420: PTC element
43, 430: Safety vans
43a, 430a:
43b, 43c, 430b, 430c:
44, 440: Safety element
50, 500: Gasket
51, 510: Secondary gasket
60, 600: cap assembly
700, 700a, 700b: coating film
Claims (15)
상기 적층체의 외주면을 감싸면서 밀봉하는 가스켓을 포함하며,
상기 가스켓은 상기 적층체와 접촉하는 가스켓의 면측에 코팅막을 포함하고,
상기 코팅막은 30% 이상의 수팽윤도를 갖는 수팽윤 고분자를 포함하며,
상기 수팽윤 고분자는 수분에 의해 팽창 가능한 고분자로 마련되는 것인 캡 어셈블리.
A laminate including a top cap; And
And a gasket surrounding and sealing the outer circumferential surface of the laminate,
Wherein the gasket includes a coating film on a side of a gasket that contacts the laminate,
Wherein the coating film comprises a water swelling polymer having a water swelling degree of 30% or more,
Wherein the water swelling polymer is provided with a polymer that is swellable by moisture.
상기 가스켓은 상기 적층체와 접촉하지 않는 가스켓의 외측면에 수팽윤 고분자를 포함하는 코팅막을 더 포함하는 것인 캡 어셈블리.
Claim 1:
Wherein the gasket further comprises a coating film comprising a water swelling polymer on an outer surface of a gasket not in contact with the laminate.
상기 코팅막은 0.5% 내지 2%의 수팽윤도를 갖는 것인 캡 어셈블리.
Claim 1:
Wherein the coating film has a water swell degree of 0.5% to 2%.
상기 코팅막은 수팽윤 고분자의 하이드로겔을 포함하는 것인 캡 어셈블리.
Claim 1:
Wherein the coating film comprises a hydrogel of a water-swellable polymer.
상기 수팽윤 고분자는 60% 내지 90%의 수팽윤도를 갖는 것인 캡 어셈블리.
Claim 1:
Wherein the water swellable polymer has a water swell degree of 60% to 90%.
상기 수팽윤 고분자는 폴리 하이드록시에틸 메틸아크릴레이트, 폴리 에틸렌 글리콜, 폴리 옥시에틸렌, 폴리 에틸렌 옥사이드, 폴리 에틸렌 글리콜 메타아크릴레이트, 폴리 에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 폴리 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리 비닐 알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리이미드 및 폴리아크릴레이트 및 폴리우레탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것인 캡 어셈블리.
The method according to claim 1,
Wherein the water swelling polymer is selected from the group consisting of polyhydroxyethylmethyl acrylate, polyethyleneglycol, polyoxyethylene, polyethylene oxide, polyethylene glycol methacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol diacrylate, polyvinyl alcohol , Polyvinyl pyrrolidone, polyimide, and a mixture of one or more selected from the group consisting of polyacrylates and polyurethanes.
상기 수팽윤 고분자는, 수팽윤 고분자의 수팽윤도가 50%일 때 캡 어셈블리 총 중량에 대하여 0.5중량% 내지 4중량%의 함량으로 포함되는 것인 캡 어셈블리.
The method according to claim 1,
Wherein the water swelling polymer is contained in an amount of 0.5 wt% to 4 wt% based on the total weight of the cap assembly when the swelling degree of the water swelling polymer is 50%.
상기 코팅막은 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 갖는 것인 캡 어셈블리.
The method according to claim 1,
Wherein the coating film has a thickness of 1 占 퐉 to 100 占 퐉.
상기 가스켓은 폴리올레핀계 고분자를 포함하는 것인 캡 어셈블리.
The method according to claim 1,
Wherein the gasket comprises a polyolefin-based polymer.
A secondary battery comprising a cap assembly according to any one of claims 1 to 9.
상기 이차전지는 원형 이차전지인 것인 이차전지.
The method of claim 10,
Wherein the secondary battery is a circular secondary battery.
A battery module comprising the lithium secondary battery according to claim 11 as a unit cell.
A battery pack comprising the battery module according to claim 12.
중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 것인 전지팩.
14. The method of claim 13,
A battery pack that is used as a power source for mid- to large-sized devices.
상기 중대형 디바이스가 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 및 전력 저장용 시스템으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 전지팩.15. The method of claim 14,
Wherein the middle- or large-sized device is selected from the group consisting of an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle and a system for power storage.
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