KR101763449B1 - 부식 억제에 의한 안전성이 개선된 원통형 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 이미드계염을 함유하는 전해질을 포함하는 원통형 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리튬 이미드계염을 함유하는 전해질을 포함하고; 상기 전해질과 접촉하는 금속 부품, 즉 양극탭 표면 및 캡 조립체 중 일부의 표면에 내부식성 물질층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이자천지에 관한 것이다. 이에 따른, 원통형 이차전지는, 양극탭과 캡 조립체 중 일부 표면을 내부식성 물질층을 형성함으로써, 부식될 수 있는 양극탭과 캡 조립체 일부가 리튬 이미드계염을 함유하는 전해질과 직접적으로 접촉하는 것을 차단하여 상기 양극탭과 캡 조립체가 부식되는 것을 억제할 수 있다. 이에, 전지 안전성이 저하되는 것을 방지하는 효과가 있다.

Description

부식 억제에 의한 안전성이 개선된 원통형 이차전지{Cylindrical secondary battery of enhanced safety by inhibiting corrosion}
본 발명은 리튬 이미드계염을 함유하는 전해질을 포함하는 원통형 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리튬 이미드계염을 함유하는 전해질을 포함하고; 상기 전해질과 접촉하는 금속 부품, 즉 양극탭과 캡 조립체 중 일부의 표면에 내부식성 물질층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도, 출력 및 고온 수명 특성의 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 이 중 원통형 이차전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.
또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극와 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. 이중, 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있으며, 원통형 전지 케이스에 수납이 용이한 장점이 있다.
한편, 높은 에너지 밀도, 출력 및 고온 수명 특성의 리튬 이차전지를 개발하기 위하여 많은 연구가 수행되고 있으며, 일례로 전지의 출력개선 및 고온 수명 개선 활성을 갖는 전해질을 개발하기 위한 방안이 연구되고 있다.
상기와 같은 배경 하에, 본 발명자들은 우수한 전지 출력 및 고온 수명 활성을 갖는 전해질을 포함하면서 우수한 전지 안전성을 갖는 이차전지를 연구하던 중, 리튬 이미드계염을 함유하는 전해질을 포함하고, 상기 전해질과 접촉하는 금속 부품, 즉 양극탭과 캡 조립체 중 일부의 표면에 내부식성 물질층이 형성된 원통형 이차전지를 제조함으로써 우수한 전지 출력 및 고온 수명 활성을 가짐과 동시에 상기 양극탭과 캡 조립체 중 일부가 상기 전해질에 의해 부식되는 것을 억제하여 전지 안전성이 저하되는 것을 방지할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 리튬 이미드계염을 함유하는 전해질을 포함하고, 상기 전해질과 접촉하는 금속 부품, 즉 양극탭과 캡 조립체 중 일부의 부식을 억제하여 전지 안전성이 저하되는 것을 방지하기 위한, 원통형 이차전지를 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전극조립체와 전해질이 수납된 캔 및 상기 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고; 상기 전해질은 리튬 이미드계염을 함유하고; 상기 캡 조립체와 상기 전극조립체는 상기 전극조립체로부터 인출된 양극탭에 의해 서로 연결되며; 상기 양극탭 표면 및 캡 조립체 중 일부의 표면에 내부식성 물질층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 원통형 이차전지는 리튬 이미드계염을 함유하는 전해질을 포함함으로써 우수한 전지 출력 및 고온 수명 활성을 가질 뿐 아니라, 양극탭과 캡 조립체 중 일부의 표면에 내부식성 물질층을 형성하여 상기 양극탭과 캡 조립체 중 일부가 리튬 이미드계염을 함유하는 전해질과 직접적으로 접촉하는 것을 차단하여 상기 양극탭과 캡 조립체 중 일부가 부식되는 것을 억제함으로써 전지 안전성이 저하되는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리-롤형 전극조립체를 포함하는 원통형 전지의 수직 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극탭 및 캡 조립체 중 일부에 내부식성 물질층을 포함하는 원통형 이차전지 상부의 수직 단면도를 나타낸 것이다..
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 리튬 이미드계염을 함유하는 전해질을 포함하는 원통형 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는, 원통형 이차전지는 전극조립체, 상기 전극조립체와 전해질이 수납된 캔 및 상기 캔 상부에 개구부를 밀봉하는 캡 조립체로 구성된다.
상기와 같은 원통형 이차전지는 양극전위가 인가되는 금속 부분, 예컨대 양극탭 및 캡 조립체 중 일부에 전해질이 접촉하게 되면 상기 양극탭과 캡 조립체 중 일부를 부식시키고, 이에 외부로 전해질이 쉽게 누출되는 문제점이 있다. 특히, 리튬 이미드계염을 함유하는 전해질의 경우에는 다른 리튬염을 함유하는 전해질에 비하여 상대적으로 더 쉽게 금속을 부식시킬 수 있다. 누출된 전해질은 발화 또는 폭발의 원인이 되어 전지의 안전성을 크게 저하시킨다.
이에, 본 발명은 우수한 전지 특성을 위하여 리튬 이미드계염을 함유하는 전해질을 포함하고, 전지 안전성을 확보를 위하여 상기의 전해질과 접촉할 수 있는 금속 부품, 즉 양극탭과 캡 조립체 중 일부에 내부식성 물질층이 형성된 원통형 이차전지를 제공한다.
이하, 도면을 통하여 본 발명을 보다 더 상세히 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 통상적인 젤리-롤형 전극조립체를 포함하는 원통형 이차전지의 구조를 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 원통형 이차전지(100)는 통상적으로 젤리-롤형(권취형) 전극조립체(120)를 원통형 케이스(130)에 수납하고, 원통형 케이스(130) 내에 전해액을 주입한 후에, 케이스(130)의 개방 상단에 전극 단자(예를 들어, 양극 단자)가 형성되어 있는 캡 조립체(140)를 결합하여 제작한다. 전극조립체(120)는 양극(121)과 음극(123), 및 분리막(122)을 차례로 적층하여 둥근 형태로 감은 구조로, 권심(젤리-롤의 중심부)에는 원통형의 센터 핀(150)이 삽입되어 있다. 센터 핀(150)은 일반적으로 소정의 강도를 부여하기 위해 금속 소재로 이루어져 있으며, 판재를 둥글게 절곡한 중공형의 원통형 구조로 이루어져 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 원통형 이차전지는 전극조립체와 전해질이 수납된 캔 및 상기 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고; 상기 전해질은 리튬 이미드계염을 함유하고; 상기 캡 조립체와 상기 전극조립체는 상기 전극조립체로부터 인출된 양극탭에 의해 서로 연결되며; 상기 양극탭 표면 및 캡 조립체 중 일부의 표면에 내부식성 물질층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 원통형 이차전지를 도 2를 참고하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이미드계염을 함유하는 전해질을 포함하고, 양극탭 및 캡 조립체 중 일부에 내부식성 물질층을 포함하는 원통형 이차전지의 상부의 수직 단면도를 나타낸 것이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지(300)는, 전극조립체(320), 상기 전극조립체(320)와 비수계 전해질 수납된 캔(310) 및 상기 캔(320)을 밀봉하는 캡 조립체(400)를 포함하고; 상기 전해질은 리튬 이미드계염을 함유하며; 상기 캡 조립체(400)와 상기 전극조립체(320)는 상기 전극조립체(320)로부터 인출된 양극탭(330)에 의해 서로 연결되고; 상기 양극탭(330) 표면 및 캡 조립체(400) 중 일부의 표면에 내부식성 물질층(500)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 캡 조립체(400)는 캔(310) 상부 비딩부(340)에 장착되는 가스켓(600) 사이에 장착된 탑 캡(410), 전류차단용 안전소자(PTC 소자; 440) 및 내부 압력 강하용 안전벤트(420)가 적층되어 있고, 안전벤트(420) 하단에 전류차단장치(CID; 430)가 설치되어 있는 구조일 수 있다. 상기 탑 캡(410)은 중앙이 상향 돌출되어 있어서 외부 회로와의 접속에 의한 양극 단자로서의 역할을 수행하고, 돌출부 주변을 따라 캔(310) 내부의 압축 가스가 배출될 수 있는 관통구(412)가 다수 개 형성되어 있다.
상기 안전벤트(420)는 전류가 통하는 박막 구조물로서, 중앙부는 함몰되어 만입형 중앙부(421)를 형성하고, 상기 중앙부(421)의 상절곡 및 하절곡 부위에는 각각 깊이를 달리하는 2개의 노치들(422, 423)이 형성되어 있다.
상기 캔(310) 내부 압력이 임계 압력 이상으로 상승하게 되면, 상기 안전벤트(420)의 제2 노치(423)가 압력을 견디지 못하고 파열되면서 캔(310) 내부의 가압 가스가 탑 캡(410)의 관통구(412)을 통해 빠져나가게 된다.
이때, 안전벤트(420) 하단에 장착된 전류차단장치(430)가 전지 내부의 가스를 방출함과 동시에 전류를 차단한다. 전류차단장치(430)는 도전성 판재의 부재로서 보조 가스켓(610)이 설치되어 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 내부식성 물질층(500)은, 상기 양극탭(330) 및 캡 조립체(400) 중 금속 재질로 이루어진 부분이면서 전해질과 접촉할 수 있는 부품의 표면에 형성되는 것이 바람직하다.
이는, 앞서 언급한 바와 같이 본 발명의 원통형 이차전지에 포함된 전해질은 리튬 이미드계염을 함유하고 있으며, 상기 리튬 이미드계염은 다른 계열의 리튬염에 비하여 상대적으로 금속 재질로 이루어진 부품을 부식시키는 정도가 크다. 따라서, 상기 리튬 이미드계염의 특성을 활용하면서 상기 리튬 이미드계염에 의한 양극탭 및 캡 조립체의 부식을 방지하여 전지 안전성을 확보하기 위해서는, 상기 양극탭 및 캡 조립체 중 금속 재질로 이루어진 부품이 상기 전해질과 직접적으로 접촉하는 것을 차단해야 할 필요가 있다.
특히, 통상적으로 알루미늄, 스테인레스 스틸 또는 이들 조합이 캡 조립체로서 사용되고 있으나, 상기 알루미늄과 스테인레스 스틸은 이미드계 염에 쉽게 부식될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 표면에 내부식성 물질층(500)이 형성되어 있는 상기 캡 조립체(400) 중 일부, 즉 금속 재질이면서 전해질과 접촉할 수 있는 부분은 전류차단장치(430) 및 안전벤트(420)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 내부식성 물질층(500)은 상기 전류차단장치(430) 및 안전벤트(420)의 외표면 전체를 둘러쌓고 있는 형태일 수 있으나, 바람직하게는 전극조립체(320)에 대향하는 일측면에 형성된 것일 수 있다. 이는, 전극조립체(320)와 대향하지 않는 일측면은 실질적으로 전해질과 접촉하지 않기 때문에 리튬 이미드계염을 함유하는 전해질에 의하여 부식될 우려가 적어 전극조립체(320)와 대향하는 일측면에만 형성되어도 본 발명의 목적을 충분히 달성할 수 있기 때문이다. 또한, 불필요한 사용을 줄여 내부식성 물질층을 이루는 원료를 절감함으로써 부가적으로 경제적 이점을 얻을 수 있다.
반면, 상기 양극탭(330)은 외표면 전부가 전해질과 접촉할 수 있기 때문에, 상기 양극탭(330)에 형성되는 내부식성 물질층(500)은 상기 양극탭(330)의 외표면 전체를 둘러쌓고 있는 형태인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 캡 조립체(400) 중 일부는 전극조립체에 대향하는 일측 표면에 내부식성 물질층(500)이 형성된 탑 캡(410)을 추가로 포함할 수 있다. 이는, 전극 조립체로부터 일부 전해액이 누액됨으로써 발생할 수 있는 탑 캡(410)의 부식을 방지하기 위한 것이다. 구체적으로, 전극 조립체로부터 일부 소량의 전해액이 누액되어 탑 캡(410)의 일부가 상기 전해액과 접촉하여 상기 탑 캡(410)의 일부가 부식될 수 있어 이를 방지하기 위하여 탑 캡(410)의 일측 표면, 즉 전극 조립체와 대향하는 부분에 상기 내부식성 물질층(500)을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 내부식성 물질층(500)은 내부식성 물질 코팅층이거나, 내부식성 물질 테이프 부착층일 수 있다.
본 발명의 상기 내부식성 물질층(500)이 내부식성 물질 코팅층인 경우, 상기 코팅층은 특별히 한정하지 않고 당업계의 통상적인 코팅 방법에 의하여 리튬 이미드계염을 함유하는 전해질과 접촉하는 양극탭(330) 표면 및 캡 조립체(400) 중 일부의 표면에 형성시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 내부식성 물질 코팅층은 리튬 이미드계염을 함유하는 전해질과 접촉하는 금속 부품, 예컨대 양극탭(330), 전류차단장치(430), 안전벤트(420) 및 탑 캡(410)의 표면에 각각 내부식성 물질을 함유하는 코팅 조성물을 도포 또는 분사하고 건조하여 형성시키거나, 혹은 양극탭(330), 전류차단장치(430), 안전벤트(420) 및 탑 캡(410) 각각을 내부식성 물질을 함유하는 코팅 조성물에 침지한 후 꺼내어 건조하여 형성시킬 수 있다.
상기 건조는 특별히 한정하는 것은 아니나, 코팅 조성물에 포함되어 있는 용매의 완전한 제거를 위하여 100℃ 내지 200℃ 온도범위에서 1시간 내지 10시간 동안 수행하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 내부식성 물질을 함유하는 코팅 조성물은 용매와 내부식성 물질을 혼합한 것으로, 용매에 내부식성 물질을 첨가하고 혼합하여 유동성을 갖는 액체 형태로 제조한 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 코팅 조성물은 상기 양극탭(330), 전류차단장치(430), 안전벤트(420) 및 탑 캡(410)의 표면에 용이하게 코팅층이 형성될 수 있도록 하기 위하여 5,000 cps 내지 20,000 cps범위의 점도를 갖는 것일 수 있으나, 이제 제한되지 않고 당업계에 기술자에 의하여 코팅을 용이하게 실시할 수 있을 정도의 점도이면 된다. 만약, 상기 코팅 조성물의 점도가 5,000 cps 미만으로 현저히 낮으면 코팅 조성물이 양극탭(330), 전류차단장치(430), 안전벤트(420) 및 탑 캡(410)의 표면에 머무르지 못하고 흘러내려 목적하는 두께로 코팅층이 형성되지 못하여 코팅층에 의한 효과가 미비할 수 있으며, 이에 반해 점도가 20,000 cps를 초과하여 흐름성이 거의 없으면 상기 양극탭(330), 전류차단장치(430), 안전벤트(420) 및 탑 캡(410)의 표면에 균일하게 도포되기 어려울 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 내부식성 물질은 후술하는 전극 제조시에 사용되는 결착제로서, 본 발명의 상기 전극조립체(320)를 구성하는 양극 제조시에 사용된 결착제를 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 내부식성 물질은 본 발명의 전극조립체(320)를 구성하는 양극 제조시에 사용된 결착제와 동일한 물질이거나, 또는 양극 제조시에 사용될 수 있는 결착제에 포함되는 물질일 수 있다.
구체적으로, 상기 내부식성 물질은 폴리불화비닐리덴, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오즈, 전분, 히드록시프로필셀룰로오즈, 재생 셀룰로오즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 데르폴리머, 술폰화 에틸렌-프로필렌-디엔 테르폴리머, 스텔렌 부티렌 고무 또는 불소 고무일 수 있다.
상기 용매는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 상기 내부식성 물질을 용해할 수 있는 것이면 특별히 한정하는 것은 아니나, 예컨대 물, 저급 알코올, 케톤등 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 내부식성 물질 코팅층의 두께는 코팅층을 필요로 하는 부품에 따라 동일하거나 상이할 수 있다. 즉, 상기 내부식성 물질 코팅층은 양극탭(330), 전류차단장치(430), 안전벤트(420) 및 탑 캡(410)의 표면에 모두 동일한 두께로 형성되거나, 혹은 상이한 두께로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 내부식성 물질 코팅층의 두께가 동일한 경우에는 상기 두께는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 내부식성 물질 코팅층의 두께가 각각 상이한 경우에는, 전극조립체(320)와 인접한 정도에 따라 두께의 범위를 조절할 수 있다. 즉, 전해질과 더 많이 접촉할 수 있는 위치에 있는 양극탭(330)의 표면에 형성되는 상기 코팅층의 두께가 상대적으로 전해질과의 접촉이 적은 위치에 있는 안전벤트(420) 또는 탑 캡(410)의 표면에 형성되는 코팅층의 두께보다 두꺼울 수 있다.
구체적으로, 상기 내부식성 물질 코팅층의 두께가 각각 상이한 경우에는, 양극탭(330), 전류차단장치(430), 안전벤트(420) 및 탑 캡(410)의 순으로 상기 두께의 범위가 점점 작아질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 내부식성 물질층(500)이 내부식성 물질 테이프 부착층일 경우에는, 리튬 이미드계염을 함유하는 전해질과 접촉하는 양극탭 표면 및 캡 조립체 중 일부의 표면에 내부식성 물질 테이프를 부착하여 형성시킬 수 있다.
상기 내부식성 물질 테이프는 당업계에 공지된 통상적인 방법에 의하여 제조할 수 있다.
상기 내부식성 물질은 앞서 언급한바와 같다.
상기 내부식성 물질 테이프의 두께는 내부식성 물질 부착층을 필요로하는 부품에 모두 동일하거나, 혹은 상이할 수 있다. 즉, 상기 내부식성 물질 테이프의 두께는 양극탭(330), 전류차단장치(430), 안전벤트(420) 및 탑 캡(410)의 표면에 모두 동일한 두께의 내부식성 물질 부착층이 형성될 수 있도록 모두 동일하거나, 혹은 전극조립체(320)와 인접한 위치에 있는 부품일수록 상대적으로 두꺼운 내부식성 물질 부착층이 형성될 수 있도록 각각 상이할 수 있다.
상기 내부식성 물질 부착층의 두께가 모두 동일할 경우 상기 내부식성 물질 테이프의 두께는, 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 전극조립체(320)는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 양극은, 예컨대 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 결착제의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가할 수도 있다.
상기 양극 활물질은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 한정하지 않으나, 예컨대 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 리튬망간 산화물(LiMnO2); 리튬 동 산화물(Li2CuO2); 바나듐 산화물; 니켈 사이트형 리튬 니켈 산화물(lithiated nickel oxide); 리튬 망간 복합 산화물, 디설파이드 화합물 또는 이들 조합에 의해 형성되는 복합 산화물 등과 같이 리튬 흡착 물질(lithium intercalation material)을 주성분으로 하는 화합물일 수 있다.
상기 양극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 갖는 것이라면 특별히 한정하는 것은 아니나, 예컨대 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등일 수 있다. 상기 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태일 수 있다.
상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 갖는 것이라면 특별히 한정하는 것은 아니나, 예컨대 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙 등의 카본 블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유 등일 수 있다.
상기 결착제는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 상기 내부식성 물질에서 언급한 성분을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 통상적으로 폴리불화비닐리덴, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오즈, 전분, 히드록시프로필셀룰로오즈, 재생 셀룰로오즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 데르폴리머, 술폰화 에틸렌-프로필렌-디엔 테르폴리머, 스텔렌 부티렌 고무 또는 불소 고무 등일 수 있다.
또한, 상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라서는, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수 있다.
상기 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 갖는 것이라면 특별히 한정하는 것은 아니나, 예컨대 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 수리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것일 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질은, 예컨대, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소, 할로겐, 리튬 금속, 리튬 합금, 규소계 합금, 주석계 합금, 폴리아세틸렌 등일 수 있다.
상기 분리막은 특별히 한정하지 않고, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막을 사용할 수 있다. 예컨대, 미세 다공 구조를 갖는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 및 이들의 조합 등 일 수 있다.
본 발명에 따른 원통형 이차전지는 특별히 한정하지 않고 당업계에 공지된 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다.
예컨대, 캔 내부에 전극조립체를 삽입하고 비수계 전해액을 주입한 후 캡 조립체로 상기 캔의 상부를 밀봉하고 조립하여 제조할 수 있다. 상기, 전극조립체와 캡 조립체는 상기 전극조립체로부터 인출된 양극탭으로 연결된다. 이때, 상기 양극탭과 캡 조립체 중 일부는 원통형 이차전지를 조립하여 제조하기 전에 표면에 내부식성 물질층이 형성되어 있는 것인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 상기 비수계 전해액은 비수계 전해액과 리튬염을 함유하며, 상기 리튬염은 리튬 이미드계염인 것이 바람직하다.
상기 리튬 이미드계염은 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드(Lithium bis(fluorosulfonyl)imide), 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide) 또는 리튬 비스(퍼플루오로에틸설포닐)이미드(Lithium bis(perfluoroethylsulfonyl)imide)일 수 있으며, 바람직하게는 리튬 이미드계염은 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드 또는 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드이다.
상기 비수 전해액으로는, 예를 들어 N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테르라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테르라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 이산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 유기용매가 사용될 수 있다.
또한, 상기 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예컨대 피리딘, 트리에틸포스페이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 필요에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있으며, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 원통형 이차전지는 리튬 이미드계염을 함유하는 전해질과 접촉시 부식될 수 있는 양극탭과 캡 조립체 중 일부의 표면에 내부식성 물질층을 형성함으로써, 상기 양극탭과 캡 조립체가 상기 전해질과 직접적으로 접촉하는 것을 차단하여 부식되는 것을 억제할 수 있다. 이에, 리튬 이미드계염의 우수한 전지 출력 및 고온 수명 활성을 활용함과 동시에 전지 안전성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
100, 300: 원통형 이차전지 120, 320: 전극조립체
130: 원통형 케이스 410: 탑 캡
121: 양극 122: 분리막
123: 음극 150: 센터핀
310: 캔 340: 비딩부
330: 양극탭 140, 400: 캡 조립체
420: 안전벤트 412: 관통구
421: 만입형 중앙부 422, 423: 노치
424: 외주면 단부 430: 전류 차단장치
432: 용접 돌출부 440: 전류 차단용 안전소자
500: 내부식성 물질층 600: 가스켓
610: 보조 가스켓

Claims (13)

  1. 전극조립체와 전해질이 수납된 캔 및 상기 캔을 밀봉하는 캡 조립체를 포함하고;
    상기 전해질은 리튬 이미드계염을 함유하고;
    상기 캡 조립체와 상기 전극조립체는 상기 전극조립체로부터 인출된 양극탭에 의해 서로 연결되며;
    상기 양극탭 표면 및 캡 조립체 중 일부의 표면은 내부식성 물질층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리튬 이미드계염은 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드, 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드 또는 리튬 비스(퍼플루오로에틸설포닐)이미드인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리튬 이미드계염은 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드 또는 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캡 조립체 중 일부는 전류차단장치 및 안전벤트로 이루어진 군으로부터선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 내부식성 물질층은 상기 전류차단장치 및 상기 안전벤트의 일측 표면에 형성되어 있고, 상기 일측 표면은 상기 전극조립체에 대향하는 표면인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 양극탭은 외표면 전체에 내부식성 물질층이 형성된 것인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 캡 조립체 중 일부는 탑 캡을 추가로 포함하고,
    상기 탑 캡은 전극조립체에 대향하는 일측면에 내부식성 물질층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 내부식성 물질층은 내부식성 물질 코팅층인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 내부식성 물질 코팅층의 두께는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 내부식성 물질층은 내부식성 물질 테이프 부착층인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 내부식성 물질 테이프의 두께는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 내부식성 물질은 폴리불화비닐리덴, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오즈, 전분, 히드록시프로필셀룰로오즈, 재생 셀룰로오즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르폴리머, 술폰화 에틸렌-프로필렌-디엔 테르폴리머, 스텔렌 부티렌 고무 또는 불소 고무인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 내부식성 물질은 폴리불화비닐리덴 또는 폴리아크릴레이트인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
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