KR101861406B1 - 리드-탭 발열을 최소화한 배터리 셀 또는 배터리 팩 - Google Patents

리드-탭 발열을 최소화한 배터리 셀 또는 배터리 팩 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고출력 작동시 리드-탭 발열로 인한 온도 불균일성을 최소화할 수 있는 고출력 전지용 배터리 셀 또는 배터리 팩에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따라, (1) 근접한 2개 이상의 셀에서 리드-탭이 위치한 공간 부분, (2) 근접한 2개 이상의 셀과 셀 사이에서 리드-탭에 근접한 부분, 및 (3) 각 셀 내부에서 탭에 근접한 전극 내부로 이루어진 군에서 하나 이상의 부분에 상변화 물질이 적용된 것을 특징으로 하는 고출력전지용 배터리 셀 또는 배터리 팩이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상변화 물질을 배터리 셀의 탭 근처에 위치시킴으로써 고출력조건에서 급격한 온도상승을 방지하고 온도 균일성을 확보하여 셀 안정성을 높이고 수명을 증가시킬 수 있다.

Description

리드-탭 발열을 최소화한 배터리 셀 또는 배터리 팩{BATTERY CELL OR PACK MINIMIZING HEATING OF LEAD TAB}
본 발명은 리드-탭 발열을 최소화한 배터리 셀 또는 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고출력 작동시 리드-탭 발열로 인한 온도 불균일성을 최소화할 수 있는 고출력 전지용 배터리 셀 또는 배터리 팩에 관한 것이다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목 받고 있는 분야이고 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발로 진행되고 있다.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990 년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있다. 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대해 많은 연구가 행해지고 있고, 특히, 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
특히, 전기자동차에 사용되는 리튬 이차전지는 높은 에너지 밀도와 단시간에 큰 출력을 발휘할 수 있는 특성과 더불어, 대전류에 의한 충방전이 단시간에 반복되는 가혹한 조건 하에서 10년 이상 사용될 수 있어야 하므로, 기존의 소형 리튬 이차전지보다 월등히 우수한 안전성 및 장기 수명 특성이 필연적으로 요구된다.
전지가 일반적으로 작동하는 낮은 전류에서는 리드-탭의 발열보다는 셀 내부의 발열이 더 크게 나타난다. 고출력 배터리는 순간적으로 높은 전류가 필요한 상황이 자주 발생되는데, 이 때 리드-탭에서 저항으로 인해 많은 줄 열(Joule heat)이 발생한다. 이러한 고전류 조건에서는 리드-탭의 온도가 셀 온도보다 수십도 이상 높아지고, 리드-탭의 열이 셀로 이동하게 된다. 따라서, 셀 내부에서 음극 및 양극 양쪽의 탭과 인접한 전극이 다른 위치의 전극보다 경험하는 온도차이가 크므로 이 위치에서의 내구성 저하가 크게 일어나는 문제점이 있다.
따라서, 고출력 작동시 급격한 온도상승을 방지하고 온도 균일성을 확보하여 셀 안정성을 높이고 수명을 증가시킬 수 있는 이차전지의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리 셀의 온도를 균일하게 하고자 한 것으로, 특히 고출력 작동시 리드-탭 발열로 인한 배터리 셀내 온도를 균일하게 하여 셀 수명을 증가시킬 수 있는 배터리 셀 또는 배터리 팩을 제공하기 위한 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따라, 고출력전지용 배터리 셀 또는 배터리 팩에 있어서, (1) 근접한 2개 이상의 셀에서 리드-탭이 위치한 공간 부분, (2) 근접한 2개 이상의 셀과 셀 사이에서 리드-탭에 근접한 부분, 및 (3) 각 셀 내부에서 탭에 근접한 전극 내부로 이루어진 군에서 하나 이상의 부분에 상변화 물질이 적용된 것을 특징으로 하는 고출력전지용 배터리 셀 또는 배터리 팩이 제공된다.
본 발명에 따라, 상변화 물질을 배터리 셀의 탭 근처에 위치시킴으로써 고출력조건에서 급격한 온도상승을 방지하고 온도 균일성을 확보하여 셀 안정성을 높이고 수명을 증가시킬 수 있다.
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 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 상변화 물질이 적용되는 부분 중 하나인 2개 이상의 이웃한 셀의 리드-탭이 위치한 공간부를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 상변화 물질이 적용되는 부분 중 하나인 2개 이상의 이웃한 셀의 셀과 셀 사이에서 리드-탭에 근접한 부분을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 상변화 물질이 적용되는 부분 중 하나인 각 셀 내부에서 탭 근접한 전극내부를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따라 상변화 물질이 적용된 배터리 셀의 리드-탭 온도변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 상변화 물질이 적용되지 않은 배터리 셀의 리드-탭 온도변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 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.
본 발명의 고출력전지용 배터리 셀 또는 배터리 팩에서, 상변화 물질(phase change material, PCM)은 (1) 근접한 2개 이상의 셀에서 리드-탭이 위치한 공간 부분, (2) 근접한 2개 이상의 셀과 셀 사이에서 리드-탭에 근접한 부분, 및 (3) 각 셀 내부에서 탭에 근접한 전극 내부로 이루어진 군에서 하나 이상의 부분에 상변화 물질이 적용되는 것을 특징으로 한다.
상기 상변화 물질은 적용부위에 따라 매크로캡슐, 마이크로캡슐, 슬러리, 발포형, 또는 필름 형태일 수 있으며, 본 발명에서 이의 형태는 특별히 한정하지 않는다.
구체적으로, 도 1에서 보듯이, (1) 접한 2개 이상의 셀에서 리드-탭이 위치한 공간 부분에 PCM을 적용할 경우 PCM의 형태는 매크로캡슐, 슬러리 또는 발포형일 수 있다.
도 2에서, (2) 근접한 2개 이상의 셀과 셀 사이에서 리드-탭에 근접한 부분에 PCM을 적용할 경우 PCM의 형태는 필름 형태인 것이 바람직하다.
또한, 도 3에서, (3) 각 셀 내부에서 탭에 근접한 전극 내부에 PCM을 적용할 경우에는 마이크로캡슐 타입인 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 상변화 물질은 물질이 갖고 있는 잠열의 흡수 또는 방출 효과를 이용하여 에너지를 저장하거나 온도를 일정하게 유지하는 목적으로 사용되는 물질을 일컫는다. 여기서, 잠열은 물질이 상변화될 때, 즉 고체에서 액체로 또는 액체에서 고체로, 액체에서 기체로 또는 기체에서 액체로 변할 때에 동일한 온도에서 흡수하거나 방출하는 열을 의미하며, 잠열은 현열(상변화가 일어나지 않은 상태에서의 흡수 또는 방출되는 열)의 양보다 매우 크다.
이와 같이, 상변화 물질은 주변 온도가 높을 때에는 서서히 온도가 상승되도록 하고, 주변 온도가 낮을 때에는 서서히 온도가 하강되도록 한다. 구체적으로, 상기 상변화 물질이 그의 고유 상변화 온도(TPC)를 갖거나 또는 물질에 대하여 일정한 온도를 기억시켜 놓으면, 해당 온도 범위에서 상변화 물질이 상을 변화시키면서 열을 방출하거나 열을 저장하여서 주변 온도를 높이거나 낮출 수 있다. 그러므로, 저온 장소에서 고온 장소로 옮긴 경우, 고체 상에서 액체 상으로 변화되면서 주변의 열을 빼앗아 주변을 냉각시킬 수 있게 되며, 이와 반대로 고온 장소에서 저온 장소로 옮긴 경우, 액체에서 고체로 상이 변화되면서 주변에 열을 방출하여 주변 온도를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 배터리 셀 및 배터리 팩에는 다양한 상변화 물질을 사용할 수 있다. 전지 내에서 이상 작동 또는 외부 물체의 관통 등으로 인해 발생되는 열을 제거하기 위해서 상변화 물질을 사용하는 것이므로, 그의 상변화 온도(TPC)는 제한되지 않는다. 예를 들면, 상온, 예컨대 약 60℃ 미만, 또는 약 25 내지 약 50℃ 미만의 온도에서 고체 상으로 존재하는 상변화 물질이 약 50℃ 이상의 상변화 온도(TPC)에서 액체 상으로 변화하는 상변화 물질이 사용될 수 있지만 이에 국한되지는 않는다. 기본적으로 전지의 운용 온도범위는 최대 약 60℃이며, 액체 상을 유지하는 범위는 약 25 내지 약 50℃이고, 액체 상으로 유지되는 온도는 약 50 내지 약 95℃이다.
또한, 전지의 종류에 따라 그 발열 정도가 조금씩 다르므로, 20 내지 100℃, 바람직하게는 약 50 내지 약 90℃, 더욱 바람직하게는 약 50 내지 약 70℃의 상변화 온도(TPC)를 갖는 상변화 물질이 사용될 수 있다.
이러한 상변화 물질의 예는 파라핀, 예컨대 C20-C45 파라핀, 무기 염, 염 수화물 및 이들의 혼합물, 카복실산 및 당 알코올 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있지만 이에 국한되지 않다.
바람직하게는, 상변화 물질의 예로는 테트라코산(융점 약 53℃), 헥사코산(융점 약 56℃), 노나코산(융점 약 63 ℃), 소듐아세테이트 트라이하이드레이트(융점 약 58℃), 소듐하이드록사이드 모노하이드레이트(융점 약 64℃), 리튬나이트레이트와 막네슘나이트레이트 헥사하이드레이트의 혼합물(융점 약 75℃), 트라이소듐포스페이트 도데카하이드레이트(융점 약 75℃), 마그네슘나이트레이트 헥사하이드레이트(융점 약 89℃), 미리스트산(융점 약 52℃), 스테아르산(융점 약 69℃), 크실리톨(융점 약 93 내지 95℃), 소듐싸이오설페이트 펜타하이드레이트 등으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함하지만 이에 국한되지 않는다.
또한, 이러한 상변화 물질의 열전도성을 높이기 위하여, 우수한 열전도성을 갖는 하나 이상의 보조제가 전술된 상변화 물질과 함께 리튬이온 배터리 셀 또는 팩에 더 도포될 수 있다. 상기 하나 이상의 보조제는 우수한 열전도성을 갖는 물질 또는 조성물, 특히 금속 분말, 금속 과립 또는 흑연일 수 있다.
상변화 물질의 사용량은 사용하는 전지의 종류, 예컨대 휴대폰, HEV, PHEV, EV 등에 사용되는 전지에 따라 크게 달라질 수 있다. 예를 들면, 상변화 물질의 사용량은 전극-분리막 조립체의 면적, 전지의 발열량 등에 따라 변할 수 있다. 조립체의 면적 및 발열량은 사용되는 전지에 따라 달라지므로, 사용되는 전지에 따라 달라지는 조립체의 면적 및 전지의 발열량에 따라 본 발명의 상변화 물질의 사용량 또한 크게 달라질 수 있다. 또한, 전지의 발열량은 통상적으로 사용되는 전지의 용량에 따라 크게 달라지는데, 전지의 용량이 큰 경우 그에 따라 전지의 발열량이 증가하며, 결국 사용량도 또한 증가될 수 있다. 더불어, 사용되는 전지의 두께에 비례하여 사용량을 증가시킬 수 있다. 통상적으로, 상기 상변화 물질은 이 상변화 물질이 적용되는 여러 공간에 전체적으로 또는 부분적으로 적정량으로 존재하는 경우, 전지의 내부에서 급격히 발생한 열을 충분히 흡수할 수 있고, 방열이 끝난 후, 전지가 정상 상태로 회복되면 그의 내부에 존재하는 상변화 물질은 상온, 예컨대 약 50℃ 미만에서 고체 상으로 되돌아오며, 이로 인해 전지는 재사용이 가능하게 된다.
따라서, 본 발명의 상변화 물질은 리튬이온 이차전지의 과충전 또는 내부 단락시 전지의 온도가 급격히 상승하는 경우, 단독으로 또는 열전도성 보조제와 조합되어 열을 흡수하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에서 사용되는 양극, 음극, 분리막, 전해액, 파우치, 커버 등은 당해 분야에 공지되어 있는 공정 및/또는 방법에 의해 용이하게 제조될 수 있다. 전극-분리막 조립체를 이루는 양극, 음극 및 분리막은 리튬이온 이차전지 제조에 통상적으로 사용되던 것들이 모두 사용될 수 있다.
구체적으로, 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전제 및 결착제의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
본 발명에 따른 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + xMn2 - xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬망간 산화물(LiMnO2); 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 니켈 사이트형 리튬 니켈 산화물(lithiated nickel oxide); 화학식 LiMn2 - xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 리튬 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 또는 이들의 조합에 의해 형성되는 복합 산화물 등과 같이 리튬 흡착 물질(lithium intercalation material)을 주성분으로 하는 화합물과 혼합 사용할 수 있다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 도전제는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 결착제는 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 결착제의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
또한, 음극은 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 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 재료는 비정질 카본 또는 정질 카본을 포함하며, 구체적으로는 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 -xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, 및 Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 양극과 음극 사이에서 상기 전극들을 절연시키는 분리막으로는 통상 알려진 폴리올레핀계 분리막이나, 상기 올레핀계 기재에 유, 무기 복합층이 형성된 복합 분리막 등을 모두 사용할 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.
상기와 같은 구조로 이루어진 전극집전체를 파우치 외장재에 수납한 다음, 전해액을 주입하여 전지를 제조한다.
본 발명에 따른 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해질로서, 이는 비수 전해질과 리튬으로 이루어져 있다. 비수전해질로는 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑 (franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4-페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 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. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
한편, 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
또한, 본 명세서에서 상하, 좌우, 전후 등과 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위해 상대적인 위치를 나타내는 것일 뿐, 관측자의 관측 위치나 각 구성요소의 배치 형태에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
< 실시예 1 및 비교예 1>
본 발명에 따라 상변화 물질을 적용한 배터리 셀(실시예 1)과 상변화 물질을 적용하지 않은 배터리 셀(비교예 1)의 리드-탭 발열 영향을 측정하여 각각 도 4 및 도 5에 나타내었다.
도 4 및 도 5에서 보듯이, 본 발명에 따라 제조된 배터리 셀은 리드-탭에서 발생하는 열을 PCM이 상변화하면서 흡수하여 리드-탭의 온도 상승을 늦추는 것을 알 수 있다. 반면, 변화 물질을 적용하지 않은 배터리 셀은 온도 조절기능이 없는 것을 알 수 있다.

Claims (11)

  1. 셀 내부에서 탭에 근접한 전극 내부에 마이크로 캡슐타입의 상변화 물질이 적용되고,
    상기 마이크로 캡슐타입의 상변화 물질의 함량은 상기 탭으로부터 거리가 증가할수록 비례하여 감소된 것을 특징으로 하는 고출력전지용 배터리 셀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상변화 물질이 20 내지 100℃의 상변화 온도(TPC)를 갖는 것을 특징으로 하는 고출력전지용 배터리 셀.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상변화 물질이 파라핀, 무기 염, 염 수화물, 카복실산 및 당 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 고출력전지용 배터리 셀.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상변화 물질이 테트라코산, 헥사코산, 노나코산, 소듐아세테이트 트라이하이드레이트, 소듐싸이오설페이트 펜타하이드레이트, 소듐하이드록사이드 모노하이드레이트, 리튬나이트레이트와 막네슘나이트레이트 헥사하이드레이트의 혼합물, 트라이소듐포스페이트 도데카하이드레이트, 마그네슘나이트레이트 헥사하이드레이트, 미리스트산, 스테아르산 및 크실리톨로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 고출력전지용 배터리 셀.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상변화 물질과 함께, 우수한 열전도성을 갖는 하나 이상의 보조제가 더 도포되는 것을 특징으로 하는 고출력전지용 배터리 셀.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 보조제가 금속 분말, 금속 과립 또는 흑연인 것을 특징으로 하는 고출력전지용 배터리 셀.
  7. 셀 내부에서 탭에 근접한 전극 내부에 마이크로 캡슐타입의 상변화 물질이 적용되고,
    상기 마이크로 캡슐타입의 상변화 물질의 함량은 상기 탭으로부터 거리가 증가할수록 비례하여 감소된 것을 특징으로 하는 고출력전지용 배터리 팩.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 상변화 물질이 20 내지 100℃의 상변화 온도(TPC)를 갖는 것을 특징으로 하는 고출력전지용 배터리 팩.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 상변화 물질이 파라핀, 무기 염, 염 수화물, 카복실산 및 당 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 고출력전지용 배터리 팩.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 상변화 물질이 테트라코산, 헥사코산, 노나코산, 소듐아세테이트 트라이하이드레이트, 소듐싸이오설페이트 펜타하이드레이트, 소듐하이드록사이드 모노하이드레이트, 리튬나이트레이트와 막네슘나이트레이트 헥사하이드레이트의 혼합물, 트라이소듐포스페이트 도데카하이드레이트, 마그네슘나이트레이트 헥사하이드레이트, 미리스트산, 스테아르산 및 크실리톨로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 고출력전지용 배터리 팩.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 상변화 물질과 함께, 우수한 열전도성을 갖는 하나 이상의 보조제가 더 도포되는 것을 특징으로 하는 고출력전지용 배터리 팩.
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