KR102217104B1 - Lithium secondary battery having improved stability - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안정성이 향상된 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 상기 리튬 이차 전지는 가스켓 내부에 상변화 물질(phase change material, PCM)을 포함함으로써 리튬 이차 전지의 내부에서 고온의 열이 발생하는 경우 상변화 물질(PCM)이 열을 흡수하여 가스켓의 온도를 낮추고, 열변형을 방지할 수 있다. 이에 따라, 가스켓의 열변형으로 인한 부반응 및 셀의 폭발을 방지할 수 있으며, 열적 안정성이 향상된 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.The present invention relates to a lithium secondary battery with improved stability, wherein the lithium secondary battery includes a phase change material (PCM) in a gasket, so that when high temperature heat is generated inside the lithium secondary battery, a phase change material (PCM) absorbs heat, lowers the temperature of the gasket and prevents thermal deformation. Accordingly, side reactions due to thermal deformation of the gasket and explosion of the cell may be prevented, and a lithium secondary battery with improved thermal stability may be provided.

Description

안정성이 향상된 리튬 이차 전지{Lithium secondary battery having improved stability}Lithium secondary battery having improved stability}

본 발명은 안정성이 향상된 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery with improved stability.

최근 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차 전지 중 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며 자기 방전율이 낮은 리튬 이차 전지에 대해 많은 연구가 행해져 왔고, 널리 상용화되어 사용되고 있다.Recently, as the technology development and demand for portable devices such as portable computers, portable telephones, and cameras increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing. Among these secondary batteries, many studies have been conducted on lithium secondary batteries that exhibit high energy density and operating potential, have a long cycle life, and a low self-discharge rate, and are widely commercialized and used.

그런데, 리튬 이차 전지는 오용 및 충전기 등의 고장에 의해 과충전이 되거나, 또는 전지 자체의 설계상의 결함, 관통, 외부 충격 등에 의해 내부 단락이 일어나는 경우 전지의 온도가 급격히 상승하는 현상이 일어날 수 있다. 이렇게 전지의 온도가 급격히 상승하게 되면, 전해액과 리튬이 반응하거나 양극이 산화되는 등으로 인해 전지가 매우 불안정한 상태가 되며, 전해질의 용매가 분해되어 가스가 발생하고, 용매의 분해가스는 발화되어 전지의 폭발로 이어질 수 있다.However, when a lithium secondary battery is overcharged due to misuse or failure of a charger, or an internal short circuit occurs due to a design defect, penetration, or external impact of the battery itself, the temperature of the battery may increase rapidly. When the temperature of the battery rises rapidly, the battery becomes very unstable due to reaction between the electrolyte and lithium or oxidation of the anode, and the solvent of the electrolyte is decomposed to generate gas, and the decomposition gas of the solvent is ignited. Can lead to an explosion.

리튬 이차 전지가 100℃ 이상의 고온까지 상승하는 경우, 전지 내부의 안전장치인 전류 차단 소자(Current Interrupt Device, CID)로 인해, 전류의 흐름을 막음으로써 반응이 일어나지 않게 한다. When the lithium secondary battery rises to a high temperature of 100°C or higher, the current interrupt device (CID), which is a safety device inside the battery, blocks the flow of current so that the reaction does not occur.

그러나, 이미 발생한 고온의 열에 의해 전지의 내부 부속품들이 용융(melting)되어 이로 인한 부반응이 발생할 수 있으며, 특히, 전지 케이스와 캡 조립체 사이에 존재하는 가스켓이 용융되는 경우 양극과 음극이 연결되어 재반응이 발생하므로, CID에도 불구하도 셀의 폭발이 발생할 수 있는 문제점이 있었다. However, the internal components of the battery may be melted by the already generated high-temperature heat, resulting in a side reaction.In particular, when the gasket existing between the battery case and the cap assembly is melted, the positive electrode and the negative electrode are connected and reacted again. Since this occurs, there is a problem in that the cell explosion may occur despite the CID.

본 발명은 고온에서의 열적 안정성이 향상된 리튬 이차 전지, 이를 포함하는 전지 모듈 및 전지 팩을 제공하고자 하는 것이다.The present invention is to provide a lithium secondary battery with improved thermal stability at high temperature, a battery module and a battery pack including the same.

본 발명은 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 분리막을 구비한 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 내장되고, 상단 개구부가 형성된 전지 케이스; 상기 전지 케이스의 상단 개구부를 밀봉할 수 있는 캡 조립체; 및 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 개재되는 가스켓;을 포함하며, 상기 가스켓은 상변화 물질(phase change material, PCM)을 내부에 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.An electrode assembly having an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode; A battery case in which the electrode assembly is embedded and an upper opening is formed; A cap assembly capable of sealing an upper opening of the battery case; And a gasket interposed between the battery case and the cap assembly, wherein the gasket provides a lithium secondary battery including a phase change material (PCM) therein.

또한, 본 발명은 상기 리튬 이차 전지를 포함하는 전지 모듈 및 전지팩을 제공한다.In addition, the present invention provides a battery module and a battery pack including the lithium secondary battery.

본 발명에 따르면, 전지 케이스와 캡 조립체를 밀봉하는 가스켓에 상변화 물질(PCM)을 포함함으로써 리튬 이차 전지의 내부에서 고온의 열이 발생하는 경우 상변화 물질(PCM)이 열을 흡수하여 가스켓의 온도를 낮추고, 열변형을 방지할 수 있다. 이에 따라, 가스켓의 열변형으로 인한 부반응 및 셀의 폭발을 방지할 수 있으며, 열적 안정성이 향상된 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.According to the present invention, the phase change material (PCM) is included in the gasket sealing the battery case and the cap assembly, so that when high temperature heat is generated inside the lithium secondary battery, the phase change material (PCM) absorbs heat and It can lower the temperature and prevent thermal deformation. Accordingly, side reactions due to thermal deformation of the gasket and explosion of the cell may be prevented, and a lithium secondary battery with improved thermal stability may be provided.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 리튬 이차 전지의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에서 'A'부분의 제 1 실시형태를 확대하여 도시한 개략도이다.
도 3은 도 1에서 'A'부분의 제 2 실시형태를 확대하여 도시한 개략도이다.
1 is a cross-sectional view of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a schematic diagram showing an enlarged first embodiment of a portion'A' in Fig. 1.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an enlarged second embodiment of a portion'A' in FIG. 1.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이때, 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 more detail to aid understanding of the present invention. In this case, the terms or words used in the specification and claims should not be interpreted as being limited to a conventional or dictionary meaning, and the inventor appropriately defines the concept of the term in order to describe his own invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be done.

첨부된 도면은 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것이며, 본 도면의 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.The accompanying drawings are for clarifying the present invention, and are not limited to the embodiments of the drawings. The shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for a more clear description, parts not related to the description will be omitted, and elements having the same function within the scope of the same idea will be described with the same reference numerals.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 리튬 이차 전지의 단면도를 나타낸 것이다.1 is a cross-sectional view of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.

도 1를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 리튬 이차 전지(100)는 전극 조립체(200), 상기 전극 조립체(200)가 내장되고, 상단 개구부가 형성된 전지 케이스(300), 상기 전지 케이스(300)의 상단 개구부를 밀봉할 수 있는 캡 조립체(400) 및 상기 전지 케이스(300)와 상기 캡 조립체(400) 사이에 개재되는 가스켓(350)을 포함하며, 상기 가스켓(350)의 내부에는 상변화 물질(phase change material, PCM)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a rechargeable lithium battery 100 according to an embodiment of the present invention includes an electrode assembly 200, a battery case 300 in which the electrode assembly 200 is embedded and having an upper opening formed therein, and the battery case. A cap assembly 400 capable of sealing the upper opening of the 300 and a gasket 350 interposed between the battery case 300 and the cap assembly 400, and the inside of the gasket 350 It includes a phase change material (PCM).

상기 전극 조립체(200)는 양극(210), 음극(220) 및 상기 양극(210)과 음극(220) 사이에 개재된 분리막(230)을 포함하며, 집전체에 활물질이 도포된 시트 형태의 양극(210)과 음극(220) 사이에 분리막(230)을 개재시켜 권취한 젤리-롤 타입일 수 있다. 상기 젤리-롤 타입의 전극 조립체는 제조가 용이하고, 중량당 에너지 밀도가 높으며, 전지 케이스 내에 수납이 용이한 장점이 있으나, 젤릴-롤 타입으로 반드시 제한되는 것은 아니다. The electrode assembly 200 includes a positive electrode 210, a negative electrode 220, and a separator 230 interposed between the positive electrode 210 and the negative electrode 220, and a positive electrode in the form of a sheet coated with an active material on a current collector. It may be a jelly-roll type wound by interposing the separator 230 between the 210 and the cathode 220. The jelly-roll type electrode assembly is easy to manufacture, has a high energy density per weight, and is easily stored in a battery case, but is not necessarily limited to a jelly-roll type.

상기 전지 케이스(300)는 상기 전극 조립체(200)를 전해액과 함께 수용하며, 상기 전지 케이스(300)를 밀봉하기 위해 전지 케이스(300)의 상단 개구부에 캡 조립체(400)가 형성된다. The battery case 300 accommodates the electrode assembly 200 together with an electrolyte, and a cap assembly 400 is formed at an upper opening of the battery case 300 to seal the battery case 300.

상기 캡 조립체(400)는 고압 가스를 배출하는 안전 벤트(500), 전류를 차단하는 전류 차단 소자(Current Interrupt Device, CID) 등의 안전 장치들과, 이들 장치들을 보호하는 탑 캡(top-cap)을 포함할 수 있고, 상기 캡 조립체(400)는 가스켓(350)에 의해 전지 케이스(300)와 밀봉 결합될 수 있다.The cap assembly 400 includes safety devices such as a safety vent 500 for discharging high-pressure gas, a current interrupt device (CID) that blocks current, and a top-cap that protects these devices. ) May be included, and the cap assembly 400 may be sealedly coupled to the battery case 300 by the gasket 350.

리튬 이차 전지는 오용 및 충전기의 고장에 의한 과충전, 전지 자체의 설계상이 결함, 관통, 외부 충격, 또는 전극 조립체의 반복적인 팽창과 수축에 따른 변형으로 인한 내부 단락에 의해 전지 내부에 발열이 발생하는 현상이 발생할 수 있다. 종래의 리튬 이차 전지는 이러한 발열 현상으로 인해 전지의 내부 부속품들이 용융(melting)되는 등의 문제점이 있었다.Lithium secondary batteries generate heat inside the battery due to overcharging due to misuse and failure of the charger, defects in the design of the battery itself, penetration, external shock, or internal short circuit due to deformation due to repeated expansion and contraction of the electrode assembly. Symptoms may occur. The conventional lithium secondary battery has a problem such as melting of internal components of the battery due to this heat generation phenomenon.

리튬 이차 전지는 발열 현상이 일어나 100℃ 이상의 고온까지 상승하는 경우, 전류 차단 소자의 도전성 패턴이 끊어짐으로써 전류를 차단한다.When the lithium secondary battery generates heat and rises to a high temperature of 100° C. or more, the conductive pattern of the current blocking element is cut off, thereby blocking current.

그러나, 상기 전류 차단 소자가 작동하는 경우에도 여전히 높은 온도에서 가스켓이 용융되는 문제가 있었으며, 가스켓이 용융되는 경우 양극과 연결되는 캡 조립체와, 음극과 연결되는 전지 케이스가 접촉하게 되어 재반응이 발생하므로 리튬 이차 전지의 폭발이 발생할 수 있는 문제점이 있었다.However, even when the current blocking element is operated, there is a problem that the gasket is still melted at a high temperature, and when the gasket is melted, the cap assembly connected to the positive electrode and the battery case connected to the negative electrode come into contact with each other, resulting in re-reaction. Therefore, there is a problem in that an explosion of the lithium secondary battery may occur.

이에, 본 발명에서는 리튬 이차 전지의 가스켓(350) 내부에 상변화 물질(PCM)을 포함하도록 함으로써 리튬 이차 전지의 내부에서 고온의 열이 발생하는 경우 상기 상변화 물질(PCM)이 이를 흡열하여 가스켓의 온도를 낮추고, 가스켓 및 내부 부속품들의 열변형을 방지할 수 있도록 하였다.Accordingly, in the present invention, the phase change material (PCM) is included in the gasket 350 of the lithium secondary battery, so that when high temperature heat is generated inside the lithium secondary battery, the phase change material (PCM) absorbs heat to the gasket. To reduce the temperature of the gasket and to prevent thermal deformation of the internal accessories.

이에 따라, 가스켓 및 전지 내부 부속품들의 열변형으로 인한 부반응 및 셀의 폭발을 방지할 수 있으며, 열적 안정성이 향상된 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.Accordingly, side reactions and explosion of the cell due to thermal deformation of the gasket and the internal components of the battery may be prevented, and a lithium secondary battery with improved thermal stability may be provided.

상기 상변화 물질(PCM)은 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 때 동일한 온도를 유지하며, 흡수하거나 방출하는 열을 의미하며, 잠열은 현열(상 변화가 일어나지 않은 상태에서의 흡수 또는 방출되는 열)의 양보다 매우 크다.The phase change material (PCM) refers to a material used for the purpose of storing energy or maintaining a constant temperature by using the effect of absorbing or releasing latent heat of the material. Here, the latent heat is the heat that maintains the same temperature and absorbs or releases when a substance changes phase, that is, from solid to liquid or from liquid to solid, from liquid to gas, or from gas to liquid, and latent heat is It is much greater than the amount of sensible heat (heat absorbed or released in the absence of a phase change).

구체적으로, 상기 상변화 물질(PCM)은 상변화 되는 해당 온도 범위에서 상을 변화시키면서 열을 방출하거나 열을 흡수하여 주변 온도를 높이거나 낮출 수 있다. 예를 들어, 100℃짜리의 상변화 물질(PCM)을 사용하면 리튬 이차 전지 내부 온도가 100℃가 되면, 상변화 물질(PCM)로의 흡열 반응이 일어나면서 리튬 이차 전지 내부의 온도를 낮출 수 있다.Specifically, the phase change material PCM may increase or decrease the ambient temperature by emitting heat or absorbing heat while changing a phase in a corresponding temperature range in which the phase change occurs. For example, when a phase change material (PCM) of 100°C is used, when the internal temperature of the lithium secondary battery reaches 100°C, an endothermic reaction to the phase change material (PCM) occurs, thereby lowering the temperature inside the lithium secondary battery. .

본 발명에 따른 상기 상변화 물질(PCM)은 수화물 형태의 무기물, 파라핀계 탄화수소 및 유기산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The phase change material (PCM) according to the present invention may be any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of hydrated inorganic materials, paraffinic hydrocarbons, and organic acids.

상기 수화물 형태의 무기물은 NaNH4SO4·2H2O, Na2SO4·10H2O, Na2SiO3·5H2O, Na3PO4·12H2O, Na(CH3COO) ·3H2O, NaHPO4·12H2O, K2HPO4·3H2O, Fe(NO3)3·9H2O, FeCl3·2H2O, Fe2O3·4SO4·9H2O, Ca(NO3)2·3H2O, CaCl2·6H2O, K2HPO4·3H2O 및 K3PO4·7H2O로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The inorganic material in the hydrate form is NaNH 4 SO 4 ·2H 2 O, Na 2 SO 4 ·10H 2 O, Na 2 SiO 3 ·5H 2 O, Na 3 PO 4 ·12H 2 O, Na(CH 3 COO) ·3H 2 O, NaHPO 4 12H 2 O, K 2 HPO 4 3H 2 O, Fe(NO 3 ) 3 9H 2 O, FeCl 3 2H 2 O, Fe 2 O 3 4 SO 4 9H 2 O, Ca (NO 3 ) 2 ·3H 2 O, CaCl 2 ·6H 2 O, K 2 HPO 4 ·3H 2 O and K 3 PO 4 ·7H 2 O It may be any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of.

상기 파라핀계 탄화수소는 n-옥타코산, n-헵타코산, n-펜타코산, n-테트라코산, n-트리코산, n-도코산, n-헤네이코산, n-에이코산, n-노나데칸, n-옥타데칸, n-헵타데칸, n-헥사데칸, n-펜타데칸, n-테트라데칸 및 n-트리데칸로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The paraffinic hydrocarbon is n-octacoic acid, n-heptacoic acid, n-pentacoic acid, n-tetracoic acid, n-trichoic acid, n-docoic acid, n-heneicoic acid, n-eicoic acid, n-nona It may be any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of decane, n-octadecane, n-heptadecane, n-hexadecane, n-pentadecane, n-tetradecane and n-tridecane.

상기 유기산은 n-옥타노익산, 타르타르산, 옥살산, 아세트산, 유산 및 클로로아세트산로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The organic acid may be any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of n-octanoic acid, tartaric acid, oxalic acid, acetic acid, lactic acid and chloroacetic acid.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 상변화 물질(PCM)은 상전이 온도가 45℃ 내지 150℃일 수 있다. 상기 상변화 물질(PCM)은 45℃ 내지 150℃의 온도에서 고체에서 액체로의 상변화로 인해 열을 흡수하는 흡열반응을 나타낼 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 상변화 물질(PCM)은 상전이 온도가 60℃ 내지 150℃일 수 있고, 가장 바람직하게는 80℃ 내지 150℃일 수 있다.The phase change material (PCM) according to an embodiment of the present invention may have a phase transition temperature of 45°C to 150°C. The phase change material (PCM) may exhibit an endothermic reaction of absorbing heat due to a phase change from solid to liquid at a temperature of 45°C to 150°C. More preferably, the phase change material (PCM) may have a phase transition temperature of 60°C to 150°C, and most preferably 80°C to 150°C.

이에 따라, 리튬 이차 전지의 발열 현상이 발생하더라도 리튬 이차 전지의 내부 온도가 150℃ 를 초과하여 올라가는 것을 방지할 수 있으며, 150℃ 초과의 온도에서 가스켓이 열변형되는 것을 방지할 수 있으므로 전지의 열적 안정성이 향상될 수 있다.Accordingly, even if a heat generation phenomenon of the lithium secondary battery occurs, the internal temperature of the lithium secondary battery can be prevented from rising above 150°C, and thermal deformation of the gasket at a temperature exceeding 150°C can be prevented. Stability can be improved.

상기 가스켓(350)은 상기 상변화 물질(PCM)을 포함할 수 있는데, 이때, 상변화 물질(PCM)의 포함 형태는 가스켓 자체가 상변화 물질(PCM)로 이루어진 것일 수도 있고, 상변화 물질(PCM)이 가스켓 내에 분산된 형태일 수도 있으며, 가스켓 내에 상변화 물질(PCM)층을 포함하는 형태일 수도 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.The gasket 350 may include the phase change material (PCM). In this case, the form of the phase change material (PCM) may be that the gasket itself is made of a phase change material (PCM), or the phase change material ( PCM) may be dispersed in the gasket, or may include a phase change material (PCM) layer in the gasket, but is not particularly limited thereto.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 가스켓 내 상변화 물질(PCM)의 포함 형태를 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a form of including a phase change material (PCM) in a gasket according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 2는 도 1에서 'A'부분의 제 1 실시형태를 확대하여 도시한 개략도이다.Fig. 2 is a schematic diagram showing an enlarged first embodiment of a portion'A' in Fig. 1.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 가스켓(350)은 고분자 수지(10)를 포함하며, 상기 고분자 수지(10)에 상기 상변화 물질(11)이 분산되어 있을 수 있다.Referring to FIG. 2, the gasket 350 according to the first embodiment of the present invention includes a polymer resin 10, and the phase change material 11 may be dispersed in the polymer resin 10.

상기 고분자 수지(10)는 일반적으로 가스켓의 재료로 사용되는 내열성 고분자를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 폴리에스테르, 폴리부틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 나일론, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리우레탄, 젤라틴, 키토산, 셀룰로오스, 폴리메틸메타크릴레이트 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.The polymer resin 10 may be a heat-resistant polymer generally used as a gasket material, for example, polyester, polybutylene, polyethylene, polypropylene, polystyrene, nylon, polycaprolactone, polyethylene terephthalate, Any one or more selected from the group consisting of polyurethane, gelatin, chitosan, cellulose, polymethyl methacrylate, and derivatives thereof may be included, and the present invention is not particularly limited thereto.

상기 고분자 수지(10)로 인해 리튬 이차 전지 내의 캡 조립체(400)와 전지 케이스(300)간의 절연성 및 밀봉성을 확보할 수 있다.Due to the polymer resin 10, insulation and sealing properties between the cap assembly 400 and the battery case 300 in the lithium secondary battery may be secured.

상기 고분자 수지(10)에 분산된 상변화 물질(11)은 입자상일 수 있고, 상기 상변화 물질(11) 표면에는 내열성 고분자를 포함하는 코팅층(12)이 더 형성될 수 있다.The phase change material 11 dispersed in the polymer resin 10 may be particulate, and a coating layer 12 including a heat-resistant polymer may be further formed on the surface of the phase change material 11.

상기 코팅층(12)은 상기 상변화 물질(11)이 고체에서 액체로 상전이 될 경우 액체로 상전이 된 상변화 물질의 흐름성으로 인한 문제를 방지하는 역할을 한다. 예를 들어, 상전이 온도가 100℃인 상변화 물질(PCM)을 사용하면 리튬 이차 전지 내부 온도가 100℃가 되면, 상변화 물질(PCM)로의 흡열 반응이 일어나면서 주위의 온도는 낮추고, 상변화 물질은 고체에서 액체로 상전이되어 흐름성이 생길 수 있다. 이때, 열 변형 온도가 100℃보다 높은 내열성 고분자를 포함하는 코팅층(12)은 상변화 물질(PCM)의 흡열 반응으로 인해 온도가 더 상승하지 않고, 열 변형되지 않기 때문에 상변화 물질의 흐름성을 막을 수 있다. The coating layer 12 serves to prevent a problem due to the flowability of the phase change material converted to a liquid when the phase change material 11 changes from a solid to a liquid. For example, if a phase change material (PCM) with a phase transition temperature of 100°C is used, when the internal temperature of the lithium secondary battery reaches 100°C, an endothermic reaction to the phase change material (PCM) occurs, lowering the ambient temperature and reducing the phase change. Substances can phase transition from solid to liquid, resulting in flowability. At this time, the coating layer 12 containing a heat-resistant polymer having a heat deformation temperature higher than 100°C does not increase in temperature due to the endothermic reaction of the phase change material (PCM) and does not undergo heat deformation, so the flowability of the phase change material Can be prevented.

상기 코팅층(12)에 포함되는 내열성 고분자는, 상변화 물질(11)의 외부와의 열전달을 방해하지 않으며, 상변화 물질의 흐름성을 방지할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들어, 폴리에스테르, 폴리부틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 나일론, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리우레탄, 젤라틴, 키토산, 셀룰로오스, 폴리메틸메타크릴레이트 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 상기 가스켓을 형성하는 고분자 수지(10)와 동일한 물질일 수도 있고, 상이한 물질일 수도 있다. 바람직하게는 상기 내열성 고분자는 상기 상변화 물질(11)의 상전이 온도보다 열 변형 온도가 높은 것을 사용할 수 있다.The heat-resistant polymer included in the coating layer 12 is not particularly limited as long as it does not interfere with heat transfer of the phase change material 11 to the outside, and can prevent the flowability of the phase change material, for example, Any one or more selected from the group consisting of polyester, polybutylene, polyethylene, polypropylene, polystyrene, nylon, polycaprolactone, polyethylene terephthalate, polyurethane, gelatin, chitosan, cellulose, polymethyl methacrylate, and derivatives thereof It may include, and may be the same material as the polymer resin 10 forming the gasket, or may be a different material. Preferably, the heat-resistant polymer may be one having a heat deformation temperature higher than the phase transition temperature of the phase change material 11.

상기 코팅층(12)의 두께는 상변화 물질(11)의 크기에 따라 1nm 내지 1mm까지 다양하게 존재할 수 있으며, 상기 코팅층(12) 내부의 상변화 물질(11)이 코팅층(12) 외부와의 열전달이 원활하게 이루어지는 것에 지장이 없는 두께라면 특별히 제한되지 않는다.The thickness of the coating layer 12 may vary from 1 nm to 1 mm depending on the size of the phase change material 11, and the phase change material 11 inside the coating layer 12 transfers heat to the outside of the coating layer 12. It is not particularly limited as long as it is a thickness that does not interfere with the smooth operation.

도 3은 도 1에서 'A'부분의 제 2 실시형태를 확대하여 도시한 개략도이다.FIG. 3 is an enlarged schematic diagram illustrating a second embodiment of a portion'A' in FIG. 1.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 가스켓(350)은 상변화 물질(PCM)을 포함하는 상변화 물질층(21) 및 상기 상변화 물질층(21)의 외부면을 감싸며, 내열성 고분자를 포함하는 보호층(22)을 포함한다.3, the gasket 350 according to the second embodiment of the present invention covers a phase change material layer 21 including a phase change material (PCM) and an outer surface of the phase change material layer 21 , And a protective layer 22 comprising a heat-resistant polymer.

상기 상변화 물질층(21)은 상변화 물질(PCM)로 전체가 이루어질 수도 있고, 또는 상기 제 1 실시형태의 가스켓과 같이 고분자 수지에 입자 상의 상변화 물질(PCM)이 분산되어 있는 형태일 수도 있다.The phase change material layer 21 may be entirely made of a phase change material (PCM), or may be in a form in which a particle phase change material (PCM) is dispersed in a polymer resin like the gasket of the first embodiment. have.

상기 보호층(22)은 상기 상변화 물질층(21)의 상변화 물질(PCM)이 고체에서 액체로 상전이 될 경우 액체로 상전이 된 상변화 물질의 흐름성으로 인한 문제를 방지하는 역할을 한다. 상전이 된 상변화 물질의 흐름성을 막기 위해서는 상기 보호층(22)은 상변화 물질층(21)의 외부면을 모두 감싸는 것이 바람직하다. When the phase change material (PCM) of the phase change material layer 21 changes from a solid to a liquid, the protective layer 22 prevents a problem due to the flowability of the phase change material. In order to prevent the flowability of the phase change material, the protective layer 22 preferably covers all the outer surfaces of the phase change material layer 21.

상기 보호층(22)에 포함되는 내열성 고분자는, 상변화 물질층(21)의 외부와의 열전달을 방해하지 않으며, 상변화 물질의 흐름성을 방지할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들어, 폴리에스테르, 폴리부틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 나일론, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리우레탄, 젤라틴, 키토산, 셀룰로오스, 폴리메틸메타크릴레이트 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 내열성 고분자는 상기 상변화 물질(11)의 상전이 온도보다 열 변형 온도가 높은 것을 사용할 수 있다.The heat-resistant polymer included in the protective layer 22 is not particularly limited as long as it does not interfere with the heat transfer of the phase change material layer 21 to the outside, and can prevent the flowability of the phase change material. For example, any selected from the group consisting of polyester, polybutylene, polyethylene, polypropylene, polystyrene, nylon, polycaprolactone, polyethylene terephthalate, polyurethane, gelatin, chitosan, cellulose, polymethyl methacrylate and derivatives thereof It may contain more than one. Preferably, the heat-resistant polymer may be one having a heat deformation temperature higher than the phase transition temperature of the phase change material 11.

상기 보호층(22)을 형성함으로써 상변화 물질의 흐름성을 막을 수 있을 뿐 아니라, 리튬 이차 전지 내의 캡 조립체(400)와 전지 케이스(300)간의 절연성 및 밀봉성을 확보할 수 있다.By forming the protective layer 22, the flowability of the phase change material can be prevented, and insulation and sealing properties between the cap assembly 400 and the battery case 300 in the lithium secondary battery can be secured.

상기 보호층(22)의 두께는 상변화 물질층(21) 두께의 10% 내지 20%일 수 있으며, 상변화 물질층(21)의 두께에 따라 상기 범위에서 다양하게 존재할 수 있고, 상기 상변화 물질층(21)의 상변화 물질(PCM)이 보호층(12) 외부와의 열전달이 원할하게 이루어지는 것에 지장이 없는 두께라면 특별히 제한되지 않는다.The thickness of the protective layer 22 may be 10% to 20% of the thickness of the phase change material layer 21, and may exist variously within the above range according to the thickness of the phase change material layer 21, and the phase change If the thickness of the phase change material (PCM) of the material layer 21 does not interfere with smooth heat transfer to the outside of the protective layer 12, there is no particular limitation.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 상변화 물질(PCM)은 상기 가스켓의 총 중량에 대하여 10 내지 50중량%의 함량으로 포함될 수 있다.The phase change material (PCM) according to an embodiment of the present invention may be included in an amount of 10 to 50% by weight based on the total weight of the gasket.

상기 상변화 물질(PCM)이 가스켓의 총 중량에 대하여 10중량% 미만으로 포함될 경우 이차 전지 내부에서 발생하는 열을 충분히 흡수하지 못하기 때문에 가스켓 등의 열변형을 막지 못하고, 이로 인해 전해액이 누출되거나 양극 및 음극의 단락이 발생하는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 상기 상변화 물질(PCM)이 가스켓의 총 중량에 대하여 50중량%를 초과하여 포함될 경우 열 안정성의 향상 효과는 미비한데 반해, 고온에서의 상변화 물질(PCM)의 흐름성이 매우 커지고, 가스켓의 절연성 및 밀봉성이 저하될 수 있다.When the phase change material (PCM) is included in an amount of less than 10% by weight of the total weight of the gasket, it cannot sufficiently absorb heat generated inside the secondary battery, and thus cannot prevent thermal deformation of the gasket, etc., and thus the electrolyte may leak or There may be a problem that a short circuit between the anode and the cathode occurs. In addition, when the phase change material (PCM) is included in excess of 50% by weight with respect to the total weight of the gasket, the effect of improving thermal stability is insufficient, whereas the flowability of the phase change material (PCM) at high temperature increases, The insulation and sealing properties of the gasket may be deteriorated.

한편, 본 발명의 리튬 이차 전지에 적용될 전극으로는 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조할 수 있다.Meanwhile, the electrode to be applied to the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, and may be manufactured according to a conventional method known in the art.

상기 전극 조립체(200)의 양극(210)은 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 양극 합제를 유기 용매에 혼합하여 만들어진 슬러리를 양극 집전체 상에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조될 수 있고, 상기 음극(220)은 음극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 음극 합제를 유기 용매에 혼합하여 만들어진 슬러리를 음극 집전체 상에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조할 수 있다.The positive electrode 210 of the electrode assembly 200 may be manufactured by applying a slurry made by mixing a positive electrode mixture including a positive electrode active material, a conductive material, and a binder in an organic solvent on a positive electrode current collector, followed by drying and rolling, The negative electrode 220 may be prepared by applying a slurry prepared by mixing a negative electrode mixture including a negative electrode active material, a conductive material, and a binder in an organic solvent on a negative electrode current collector, followed by drying and rolling.

상기 양극 활물질은 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적으로 리튬 전이금속 산화물을 사용할 수 있다. 상기 리튬 전이금속 산화물로는, 예를 들어, LiCoO2 등의 리튬 코발트계 산화물, LiNixCoyMnzO2 등의 리튬니켈코발트망간계 복합 산화물, LiNiO2 등의 리튬 니켈계 산화물, LiMn2O4 등의 리튬 망간계 산화물 등을 들 수 있고, 이들을 단독 또는 복수 개 혼합하여 사용할 수 있다.The positive electrode active material is not particularly limited, but a lithium transition metal oxide may be specifically used. Examples of the lithium transition metal oxide include lithium cobalt oxide such as LiCoO 2 , lithium nickel cobalt manganese composite oxide such as LiNi x Co y Mn z O 2 , lithium nickel oxide such as LiNiO 2 , LiMn 2 Lithium manganese oxides such as O 4, etc. may be mentioned, and these may be used alone or in combination of a plurality of them.

상기 음극 활물질은 통상적으로 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 탄소재, 리튬 금속, 규소 또는 주석 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 탄소재를 사용할 수 있는데, 탄소재로는 저결정성 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연(Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(mesocarbon microbeads), 액정피치(Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.As the negative active material, a carbon material, lithium metal, silicon, tin, or the like, through which lithium ions can be occluded and released, may be used. Preferably, a carbon material may be used, and both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used as the carbon material. Typical low crystalline carbons include soft carbon and hard carbon, and high crystalline carbons include natural graphite, kish graphite, pyrolytic carbon, and liquid crystal pitch-based carbon fiber. (mesophase pitch based carbon fiber), mesocarbon microbeads, mesophase pitches, and high-temperature calcined carbons such as petroleum or coal tar pitch derived cokes are typical.

상기 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다.The current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or carbon on the surface of aluminum or stainless steel , Nickel, titanium, silver, or the like may be used.

상기 바인더로는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 폴리 아크릴산(poly acrylic acid) 및 이들의 수소를 Li, Na 또는 Ca 등으로 치환된 고분자, 또는 다양한 공중합체 등의 다양한 종류의 바인더 고분자가 사용될 수 있다.As the binder, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidenefluoride, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, Polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), Various kinds of binder polymers, such as sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluorine rubber, polyacrylic acid, and polymers in which hydrogen is substituted with Li, Na, or Ca, or various copolymers, are used. I can.

상기 도전재는 당업계에서 일반적으로 사용될 수 있는 것이라면 특별하게 제한되지 않으나, 예를 들면, 인조 흑연, 천연 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 덴카 블랙, 써멀 블랙, 채널 블랙, 탄소 섬유, 금속 섬유, 알루미늄, 주석, 비스무트, 실리콘, 안티몬, 니켈, 구리, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 아연, 몰리브덴, 텅스텐, 은, 금, 란타늄, 루테늄, 백금, 이리듐, 산화티탄, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리피롤 또는 이들의 조합 등이 적용될 수 있으며, 일반적으로는 카본 블랙계 도전재가 사용될 수 있다.The conductive material is not particularly limited as long as it can be generally used in the art, but, for example, artificial graphite, natural graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, Denka black, thermal black, channel black, carbon fiber, metal Fiber, aluminum, tin, bismuth, silicon, antimony, nickel, copper, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, zinc, molybdenum, tungsten, silver, gold, lanthanum, ruthenium, platinum, iridium, titanium oxide, polyaniline , Polythiophene, polyacetylene, polypyrrole, or a combination thereof may be applied, and in general, a carbon black-based conductive material may be used.

상기 전극 조립체(200) 내의 분리막(230)으로는 통상적으로 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막(membrane) 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.As the separator 230 in the electrode assembly 200, any commonly used porous substrate may be used. For example, a polyolefin-based porous membrane or a nonwoven fabric may be used, but is not particularly limited thereto.

상기 폴리올레핀계 다공성 막의 예로는, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 막(membrane)을 들 수 있다. 상기 부직포로는 폴리올레핀계 부직포 외에 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate),폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 부직포를 들 수 있다. 부직포의 구조는 장섬유로 구성된 스폰본드 부직포 또는 멜트 블로운 부직포일 수 있다. Examples of the polyolefin-based porous membrane include polyolefin-based polymers such as high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, low-density polyethylene, and ultra-high molecular weight polyethylene, polyolefin-based polymers such as polypropylene, polybutylene, and polypentene, respectively, or a mixture of them There is one membrane. As the nonwoven fabric, in addition to the polyolefin nonwoven fabric, for example, polyethyleneterephthalate, polybutyleneterephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate ), polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenyleneoxide, polyphenylenesulfide, polyethylenenaphthalene, etc., either alone or Nonwoven fabrics formed of polymers obtained by mixing them are exemplified. The structure of the nonwoven fabric may be a spunbond nonwoven fabric composed of long fibers or a melt blown nonwoven fabric.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지의 전해액은 비수계 유기용매와 금속염을 포함할 수 있다.The electrolyte of the lithium secondary battery according to the present invention may include a non-aqueous organic solvent and a metal salt.

상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마-부티로락톤 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매를 사용할 수 있다.As the non-aqueous organic solvent, for example, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC), dimethyl sulfoxide, acetonitrile , Dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylmethyl carbonate (EMC), gamma-butyrolactone, or a mixture thereof may be used. .

상기 금속염은 리튬염을 사용할 수 있고, 상기 리튬염은 상기 비수 전해액에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The metal salt may be a lithium salt, and the lithium salt is a material that is easily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, 4-phenyl Lithium borate, imide, and the like can be used.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 원통형, 각형, 파우치형 이차전지일 수 있으나, 충방전 디바이스에 해당하는 것이라면 이에 제한되는 것은 아니다.The lithium secondary battery according to the present invention may be a cylindrical, rectangular, pouch type secondary battery, but is not limited thereto as long as it corresponds to a charge/discharge device.

또한, 본 발명은 상기 리튬 이차 전지를 단위 셀로 포함하는 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공한다. 상기 전지 모듈 및 전지 팩은 고온에서 우수한 안정선을 갖는 상기 리튬 이차 전지를 포함하으로 모바일 전자기기와 같은 디바이스의 전원으로 이용될 수 있다.In addition, the present invention provides a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same. The battery module and the battery pack may be used as a power source for a device such as a mobile electronic device including the lithium secondary battery having an excellent stability line at a high temperature.

상기 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 및 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 또는 전력 저장용 시스템으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 중대형 디바이스 전원으로 사용될 수 있다.The battery pack includes a power tool; Electric vehicles including electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); Alternatively, it may be used as a power source for one or more medium and large devices selected from the group consisting of power storage systems.

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 implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

실시예Example 1 : PCM - 수화물형태 무기물 1: PCM-hydrate type inorganic matter

Ni을 도금한 SPCE(냉간압연강판)을 사용하여 캡 조립체의 탑 캡 및 원통형의 전지 케이스를 제작하였다. 상기 전지 케이스의 상단에는 개구부를 형성하였고, 상기 원통형의 전지 케이스의 개구부를 통하여 내부에 전극 조립체를 장착하였다.The top cap of the cap assembly and the cylindrical battery case were manufactured using Ni-plated SPCE (cold rolled steel sheet). An opening was formed at the top of the battery case, and an electrode assembly was mounted therein through the opening of the cylindrical battery case.

그 후, 상기 전지 케이스의 상단부에 가스켓을 삽입하였다. 상기 가스켓은 폴리에스테르에 상변화 물질(PCM)인 Na2SiO3·5H2O(상전이 온도: 72℃)를 분산시켜 제조하였으며, 상기 Na2SiO3·5H2O 입자 표면에는 1㎛ 두께로 폴리에스테르 코팅층을 형성하였다. 이때, 상변화 물질(PCM) Na2SiO3·5H2O는 가스켓 전체 중량에 대해 10중량% 포함되었다.Thereafter, a gasket was inserted into the upper end of the battery case. The gasket was prepared by dispersing Na 2 SiO 3 ·5H 2 O (phase transition temperature: 72°C), which is a phase change material (PCM) in polyester, and has a thickness of 1 μm on the surface of the Na 2 SiO 3 ·5H 2 O particles. A polyester coating layer was formed. At this time, the phase change material (PCM) Na 2 SiO 3 ·5H 2 O was included in 10% by weight based on the total weight of the gasket.

이후, 가스켓의 내부와 접촉하는 곳에 전류 차단 소자 및 안전 벤트를 결합시키고, PTC 소자 및 탑 캡을 장착한 후, 전지 케이스의 최상단을 내측으로 절곡한 다음, 클림핑 및 가압 공정을 행하여 18650 규격(직격 18mm, 길이 65mm)의 원형 리튬 이차 전지를 10개 제작하였다.Thereafter, a current blocking element and a safety vent are coupled to a place in contact with the inside of the gasket, a PTC element and a top cap are mounted, the top end of the battery case is bent inward, and then a crimping and pressing process is performed to perform the 18650 standard ( 10 round lithium secondary batteries having a direct hit of 18 mm and a length of 65 mm) were produced.

실시예Example 2 : PCM - 파라핀계 탄화수소 2: PCM-paraffinic hydrocarbon

상변화 물질(PCM)을 Paraffin 34-Carbons(상전이 온도: 75.9℃)로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the phase change material (PCM) was Paraffin 34-Carbons (phase transition temperature: 75.9°C).

실시예Example 3 : PCM - 유기산 3: PCM-organic acid

상변화 물질(PCM)을 (CHCO2NH3)2(상전이 온도: 102℃)로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the phase change material (PCM) was (CHCO 2 NH 3 ) 2 (phase transition temperature: 102°C).

실시예Example 4: PCM 층/보호층 형성 4: PCM layer/protective layer formation 가스켓gasket

실시예 1에서 가스켓으로, 상변화 물질(PCM) Na2SiO3·5H2O(상전이 온도: 72℃)을 포함하는 상변화 물질층을 1㎛ 두께로 형성하고, 상기 상변화 물질층의 외부면에 폴리에스테르를 포함하는 보호층을 0.2㎛ 두께로 형성한 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 리튬 이차 전지를 제조하였다.As a gasket in Example 1, a phase change material layer including a phase change material (PCM) Na 2 SiO 3 ·5H 2 O (phase transition temperature: 72°C) was formed to a thickness of 1 μm, and the outer side of the phase change material layer A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a protective layer including polyester was formed with a thickness of 0.2 μm on the side.

비교예Comparative example

실시예 1에서 가스켓으로, 폴리에스테르로 이루어진 가스켓을 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 리튬 이차 전지를 제조하였다.A lithium secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a gasket made of polyester was used as a gasket in Example 1.

< 실험예 > 열적 안정성 평가 < Experimental Example > Thermal stability evaluation

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 리튬 이차 전지를 150℃에서 1시간 동안 고온 보관 챔버에 보관하여 열적 안정성을 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.Table 1 shows the results of evaluating thermal stability by storing the lithium secondary batteries prepared in Examples and Comparative Examples in a high-temperature storage chamber at 150° C. for 1 hour.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 비교예Comparative example 가스켓 열변형Gasket heat deformation XX XX XX XX OO 쇼트 발생 여부Whether a short occurs XX XX XX XX OO

상기 표 1의 결과에서 보는 바와 같이, 가스켓 내부에 상변화 물질(PCM)을 포함하지 않은 비교예는 고온에서 가스켓이 변형되고, 이로 인해 쇼트가 발생한데 비하여, 상변화 물질(PCM)을 가스켓 내부에 포함하는 실시예 1 내지 4는 가스켓의 열변형이 발생하지 않고, 쇼트 발생도 일어나지 않은 것을 확인할 수 있다.As shown in the results of Table 1, in the comparative example in which the phase change material (PCM) was not included in the gasket, the gasket was deformed at a high temperature, and a short circuit occurred. In Examples 1 to 4 included in, it can be seen that thermal deformation of the gasket does not occur and no short circuit occurs.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 이하의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of the present invention.

Claims (14)

양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 분리막을 구비한 전극 조립체;
상기 전극 조립체가 내장되고, 상단 개구부가 형성된 전지 케이스;
상기 전지 케이스의 상단 개구부를 밀봉할 수 있는 캡 조립체; 및
상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 개재되는 가스켓;을 포함하며,
상기 가스켓은 상변화 물질(phase change material, PCM)을 내부에 포함하고,
상기 상변화 물질은 상전이 온도가 45℃ 내지 150℃이며,
상기 상변화 물질은 상기 가스켓의 총 중량에 대하여 10중량% 내지 50중량%의 함량으로 포함되고,
상기 가스켓은 상기 상변화 물질을 포함하는 상변화 물질층; 및 상기 상변화 물질층의 외부면을 감싸며, 내열성 고분자를 포함하는 보호층;을 포함하는 리튬 이차 전지.
An electrode assembly having an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode;
A battery case in which the electrode assembly is embedded and an upper opening is formed;
A cap assembly capable of sealing the upper opening of the battery case; And
Includes; a gasket interposed between the battery case and the cap assembly,
The gasket contains a phase change material (PCM) therein,
The phase change material has a phase transition temperature of 45 ℃ to 150 ℃,
The phase change material is included in an amount of 10% to 50% by weight based on the total weight of the gasket,
The gasket may include a phase change material layer including the phase change material; And a protective layer surrounding the outer surface of the phase change material layer and including a heat-resistant polymer.
제 1항에 있어서,
상기 상변화 물질은 수화물 형태의 무기물, 파라핀계 탄화수소 및 유기산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 리튬 이차 전지.
The method of claim 1,
The phase change material is a lithium secondary battery of any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of hydrated inorganic materials, paraffinic hydrocarbons, and organic acids.
제 2항에 있어서,
상기 수화물 형태의 무기물은 NaNH4SO4·2H2O, Na2SO4·10H2O, Na2SiO3·5H2O, Na3PO4·12H2O, Na(CH3COO)·3H2O, NaHPO4·12H2O, K2HPO4·3H2O, Fe(NO3)3·9H2O, FeCl3·2H2O, Fe2O3·4SO4·9H2O, Ca(NO3)2·3H2O, CaCl2·6H2O, K2HPO4·3H2O 및 K3PO4·7H2O로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 리튬 이차 전지.
The method of claim 2,
The inorganic substance in the hydrate form is NaNH 4 SO 4 ·2H 2 O, Na 2 SO 4 ·10H 2 O, Na 2 SiO 3 ·5H 2 O, Na 3 PO 4 ·12H 2 O, Na(CH 3 COO)·3H 2 O, NaHPO 4 12H 2 O, K 2 HPO 4 3H 2 O, Fe(NO 3 ) 3 9H 2 O, FeCl 3 2H 2 O, Fe 2 O 3 4 SO 4 9H 2 O, Ca (NO 3 ) 2 ·3H 2 O, CaCl 2 ·6H 2 O, K 2 HPO 4 ·3H 2 O and K 3 PO 4 ·7H 2 O Any one selected from the group consisting of or a mixture of two or more lithium secondary batteries .
제 2항에 있어서,
상기 파라핀계 탄화수소는 n-옥타코산, n-헵타코산, n-펜타코산, n-테트라코산, n-트리코산, n-도코산, n-헤네이코산, n-에이코산, n-노나데칸, n-옥타데칸, n-헵타데칸, n-헥사데칸, n-펜타데칸, n-테트라데칸 및 n-트리데칸로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 리튬 이차 전지.
The method of claim 2,
The paraffinic hydrocarbon is n-octacoic acid, n-heptacoic acid, n-pentacoic acid, n-tetracoic acid, n-trichoic acid, n-docoic acid, n-heneicoic acid, n-eicoic acid, n-nona Decane, n-octadecane, n-heptadecane, n-hexadecane, n-pentadecane, n-tetradecane and a lithium secondary battery of any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of n-tridecane.
제 2항에 있어서,
상기 유기산은 n-옥타노익산, 타르타르산, 옥살산, 아세트산, 유산 및 클로로아세트산로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 리튬 이차 전지.
The method of claim 2,
The organic acid is a lithium secondary battery of any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of n-octanoic acid, tartaric acid, oxalic acid, acetic acid, lactic acid and chloroacetic acid.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 내열성 고분자는 폴리에스테르, 폴리부틸렌, (폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 나일론, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리우레탄, 젤라틴, 키토산, 셀룰로오스, 폴리메틸메타크릴레이트 및 이들의 유도체)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 리튬 이차 전지.
The method of claim 1,
The heat-resistant polymer is made of polyester, polybutylene, (polyethylene, polypropylene, polystyrene, nylon, polycaprolactone, polyethylene terephthalate, polyurethane, gelatin, chitosan, cellulose, polymethyl methacrylate, and derivatives thereof). Lithium secondary battery comprising at least one selected from the group.
삭제delete 삭제delete 제 1항의 리튬 이차 전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈.
A battery module comprising the lithium secondary battery of claim 1 as a unit cell.
제 12항의 전지 모듈을 포함하며, 디바이스의 전원으로 사용되는 전지 팩.
A battery pack comprising the battery module of claim 12 and used as a power source for a device.
제 13항에 있어서,
상기 디바이스는 모바일 전자기기인 전지 팩.
The method of claim 13,
The device is a mobile electronic device battery pack.
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