KR102420011B1 - 이차 전지 - Google Patents

이차 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR102420011B1
KR102420011B1 KR1020150088725A KR20150088725A KR102420011B1 KR 102420011 B1 KR102420011 B1 KR 102420011B1 KR 1020150088725 A KR1020150088725 A KR 1020150088725A KR 20150088725 A KR20150088725 A KR 20150088725A KR 102420011 B1 KR102420011 B1 KR 102420011B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
semi
secondary battery
storage unit
electrolyte storage
permeable electrolyte
Prior art date
Application number
KR1020150088725A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160150555A (ko
Inventor
김재은
김지래
강효랑
장원석
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020150088725A priority Critical patent/KR102420011B1/ko
Priority to US15/132,626 priority patent/US10236536B2/en
Publication of KR20160150555A publication Critical patent/KR20160150555A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102420011B1 publication Critical patent/KR102420011B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4214—Arrangements for moving electrodes or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/102—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/102—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

이차 전지가 개시된다. 상기 이차 전지는 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이게 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체를 수용하는 수용부의 상단부 또는 하단부에 반투과성 전해액 저장부를 포함한다.

Description

이차 전지{Secondary battery}
이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지는 충전과 방전이 가능한 전지이다. 상기 이차 전지는 적용되는 외부 기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되거나 또는 다수의 단위 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 모듈의 형태로 사용될 수 있다.
상기 이차 전지는 장시간 충전과 방전을 하는 동안 전극의 부피 변화, 예를 들어, 음극의 부피 변화가 매우 심하며, 전극과 전해액의 부반응으로 인해 전해액이 고갈될 수 있다.
따라서, 상기 전극의 부피 변화를 억제하며, 계속적인 전해액의 공급 또는 보충에 대한 개선이 필요하다.
일 측면은 전극의 부피 변화를 억제할 수 있고 계속적인 전해액의 공급이 가능한 이차 전지를 제공하는 것이다.
일 측면에 따라,
제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이게 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 및
상기 전극 조립체를 수용하는 수용부를 포함하는 케이스;를 포함하고,
상기 전극 조립체를 수용하는 수용부의 상단부 또는 하단부에 반투과성 전해액 저장부를 포함하는 이차 전지가 제공된다:
전극 조립체를 수용하는 수용부의 상단부 또는 하단부에 반투과성 전해액 저장부를 포함하여, 전극의 부피 변화를 억제할 수 있고 계속적인 전해액의 공급이 가능한 이차 전지가 제공된다.
도 1은 일 구현예에 따른 이차 전지를 구성하는 일 케이스(1), 및 일 케이스(1)의 일 부분에 전극 조립체를 수용하는 수용부(3)를 표시한 개략적인 사시도이다.
도 2는 일반적인 이차 전지(10)를 나타낸 단면도이다.
도 3은 케이스(140) 내부의 상단부 및 하단부에 각각 압력 플레이트(160), 후면판(180)이 배치되어 있고, 상기 압력 플레이트(160)와 후면판(180) 사이에 코일 스프링(200)이 배치된 전기화학적 장치(100)를 나타낸 단면도이다.
도 4는 일 구현예에 따른 반투과성 전해액 저장부(16)를 포함하는 이차 전지(10')를 나타낸 단면도이다.
도 5는 상기 도 4에 도시된 반투과성 전해액 저장부(16)의 양 측면에 각각 가이드 부재(guide member, 17)을 더 포함하는 이차 전지(10')를 나타낸 단면도이다.
도 6은 일 구현예에 따른 이차 전지의 화성 공정 및 충전 및 방전 공정 동안 음극의 두께 변화, 및 전해액 유입/유출되는 반투과성 전해액 저장부(16)의 두께 변화를 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지에 관하여 상세히 설명하기로 한다. 그러나 상기 일 구현예에 따른 이차 전지는 예시로서 제시되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않으며 후술할 특허청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 일 구현예에 따른 이차 전지를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 일 구현예에 따른 이차 전지를 구성하는 일 케이스(1), 및 일 케이스(1)의 일 부분에 전극 조립체를 수용하는 수용부(3)를 표시한 개략적인 사시도이다.
도 1을 참조하면, 일 케이스(1)는 일 부분에 전극 조립체를 수용하는 수용부(3)가 오목하게 형성되어 있다. 도 1에서, 케이스는 편의상 일 케이스(1)로 도시되어 있다. 그러나, 케이스는 일 케이스(1)와 일 케이스의 가장자리(2)를 따라 일체로 접합되어 수용부(3)에 수용되는 전극 조립체를 밀봉하는 다른 일 케이스(미도시)로 구성된다. 상기 다른 일 케이스(미도시)는 일 케이스(1)와 마찬가지로 동일한 크기 및 형태를 갖는 상기 전극 조립체를 수용하는 수용부가 오목하게 형성될 수 있다.
일 케이스(1) 및 다른 일 케이스(미도시)로 구성된 케이스는 파우치형 또는 각형으로 제작될 수 있다. 예를 들어, 상기 케이스는 파우치형일 수 있다. 상기 파우치형의 케이스는 열융착성을 가져 실링재 역할을 하는 열융착층, 기계적 강도를 유지하면서 수분과 산소의 배리어 역할을 하는 알루미늄과 같은 금속층, 및 절연층으로 이루어지는 다층 구조일 수 있다. 금속층의 내측면에는 열융착층이 형성될 수 있고, 외측면에는 절연층이 형성될 수 있다. 경우에 따라, 상기 파우치형 케이스는 연성의 특성을 가질 수 있다.
도 2는 일반적인 이차 전지(10)를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 이차 전지(10)는 제1 전극(11, 12), 제2 전극(14, 15), 및 제1 전극(11, 12)과 제2 전극(14, 15) 사이에 개재된 세퍼레이터(13)를 포함하는 전극 조립체(18), 및 전극 조립체(18)를 수용하는 수용부(30)가 오목하게 형성된 케이스(19)를 포함한다.
전극 조립체(18)는 제1 전극(11, 12), 제2 전극(14, 15), 및 제1 전극(11, 12)과 제2 전극(14, 15) 사이에 개재된 세퍼레이터(13)가 적층된 형태일 수 있다. 전극 조립체(18)는 제1 전극(11, 12), 세퍼레이터(13), 및 제2 전극(14, 15)이 순차로 적층된 형태로 한 개, 수개 또는 수십 개가 적층될 수 있다. 수용부(30)는 내부에 전극 조립체(18)외에 전해액을 포함하며, 필요에 따라 보강물(미도시)을 포함할 수도 있다.
이차 전지(10)는 충방전 공정 동안 제1 전극(11, 12) 또는 제2 전극(14, 15)의 부피, 예를 들어, 제2 전극(14, 15)의 부피가 증가와 감소를 반복하게 되고, 사이클 수가 증가함에 따라 제2 전극(14, 15)의 부피가 점차 증가하게 되어 원래의 부피로의 복원이 어려워진다. 이로 인해, 이차 전지(10)는 충방전시 용량이 감소될 수 있으며, 수명 특성이 저하될 수 있다.
또한 이차 전지(10)는 장기간 충방전을 계속하는 경우, 제1 전극(11, 12) 또는 제2 전극(14, 15)과 전해액과의 부반응으로 인해 전해액이 고갈될 수 있다. 이로 인해, 이차 전지(10)의 용량 및 수명 특성의 성능이 저하될 수 있고, 이차 전지(10)가 폭발할 위험이 있다.
일 구현예에 따른 이차 전지는 상기 전극 조립체를 수용하는 수용부의 상단부 또는 하단부에 반투과성 전해액 저장부를 포함할 수 있다.
본 명세서에서, "반투과성"이라 함은 용매의 통과는 허용하나 용질의 통과는 차단하고 상기 용질과 반응하지 않는 특성을 갖는 것을 의미한다.
본 명세서에서, "반투과성 전해액 저장부"는 전해액(구체적으로, 전해액에 포함된 유기용매)이 삼투압으로 인해 상기 반투과성 전해액 저장부 내로의 유입 또는 밖으로의 유출이 가능한 특성을 갖는다.
도 4는 일 구현예에 따른 반투과성 전해액 저장부(16)를 포함하는 이차 전지(10')를 나타낸 단면도이다.
도 4를 참조하면, 이차 전지(10')는 제1 전극(11', 12'), 제2 전극(14', 15'), 및 상기 제1 전극(11', 12')과 상기 제2 전극(14', 15') 사이에 개재된 세퍼레이터(13')를 포함하는 전극 조립체(18'), 및 전극 조립체(18')를 수용하는 수용부(30')가 오목하게 형성된 케이스(19')를 포함하며, 상기 전극 조립체(18')를 수용하는 수용부(30')의 상단부에 반투과성 전해액 저장부(16)를 포함한다. 경우에 따라, 수용부(30')와 전극 조립체(18') 사이의 공간(20')에 반투과성 전해액 저장부(16)에 포함된 전해액과 동일한 전해액을 포함할 수도 있다.
도 3은 케이스(140) 내부의 상단부 및 하단부에 각각 압력 플레이트(160), 후면판(180)이 배치되어 있고, 상기 압력 플레이트(160)와 후면판(180) 사이에 코일 스프링(200)이 배치된 전기화학적 장치(100)를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 전기화학적 장치(100)는 케이스(120) 내에 복수의 전기화학적 셀(140)이 적층하여 전지를 형성한다. 케이스(120)와 전기화학적 셀(140) 사이의 공간, 즉, 케이스(120) 내부의 상단부 및 하단부에 각각 압력 플레이트(160), 후면판(180)이 배치되어 있고, 상기 압력 플레이트(160)와 후면판(180) 사이에 네 개의 코일 스프링(200)이 배치되어 있다.
압력 플레이트(160)는 반복되는 충방전 공정동안 복수의 전기화학적 셀(140) 내의 전극들의 부피가 팽창을 억제하기 위해 상기 적층된 복수의 전기화학적 셀(14) 상에 고른 압축력을 제공하며, 코일 스프링(200)은 상기 압축력을 보조하고 있다. 그러나 압력 플레이트(160), 후면판(180), 및 코일 스프링(200)은 케이스(120) 내부에 많은 공간을 점유하여 전기화학적 장치(100)의 에너지 밀도가 저하될 수 있으며, 또한 반복되는 충방전 공정은 압력 플레이트(160), 후면판(180), 및 코일 스프링(200)의 마모를 야기하여 상기 적층된 복수의 전기화학적 셀(14) 상에 대한 압축력이 점차 저하될 수 있다.
반투과성 전해액 저장부(16)는 이차 전지(10') 전체 두께 100%를 기준으로 하여 5 내지 10%의 두께를 가질 수 있다.
이차 전지(10') 전체 두께는 수백 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 반투과성 전해액 저장부(16)의 두께는, 예를 들어, 100 마이크로미터(㎛) 내지 500 마이크로미터(㎛)일 수 있고, 예를 들어, 50 마이크로미터(㎛) 내지 100 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 반투과성 전해액 저장부(16)의 두께가 상기 범위 내인 경우, 반투과성 전해액 저장부(16)는 압축력을 가하여 반복되는 충방전 공정으로 인한 케이스 (19') 내 제2 전극(14', 15')의 부피 팽창을 억제할 수 있을 뿐 아니라 반투과성 전해액 저장부(16) 내로 전해액(구체적으로, 전해액에 포함된 유기용매)의 유입과 반투과성 전해액 저장부(16) 밖으로 전해액(구체적으로, 전해액에 포함된 유기용매)의 유출로 인한 지속적인 부피 변화에 대한 대처가 용이하다. 또한 반투과성 전해액 저장부(16)는 두께가 얇고 이차 전지(10') 내에 점유하는 공간이 작아 반투과성 전해액 저장부(16)를 포함하는 이차 전지(10')는 반투과성 전해액 저장부(16)를 포함하지 않는 이차 전지(10)와 비교하여도 용량 및 수명 특성이 저하되지 않는다.
반투과성 전해액 저장부(16)는 기공을 갖고, 상기 기공의 크기가 분획분자량(MWCO)으로 300 내지 5,000달톤(Dalton)일 수 있다. 분획분자량(MWCO; Molecular Weight of Cut-Off)이라 함은 분리해낼 수 있는 분자량의 크기를 나타낸다. 반투과성 전해액 저장부(16)는 300 내지 5,000달톤(Dalton)의 분자량 크기를 분리해낼 수 있는 미세기공을 갖는다.
반투과성 전해액 저장부(16)는 폴리스티렌(PS), 폴리설폰(PSF), 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVdF), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리카보네이트(PC), 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로부터 선택된 1종의 중합체 또는 이들 공중합체를 포함한 고분자 재료를 포함할 수 있다. 상기 고분자 재료는 분리 성능이 우수하고 우수한 기계적 강도를 가질 수 있다.
반투과성 전해액 저장부(16)는 예를 들어, 주머니 형태일 수 있다.
반투과성 전해액 저장부(16)는 다공성 지지체 상에 상기 고분자 재료를 이용하여 지지층 및/또는 활성층 등을 형성하여 주머니 형태로 제조할 수 있다. 또는, 다공성 지지체 상에 고분자 재료를 이용하여 지지층 및/또는 활성층 및 상기 지지층 및/또는 활성층 상에 추가로 보호층을 형성하여 주머니 형태로 제조할 수 있다.
또는 상기 다공성 지지체는 예를 들어, 직포 또는 부직포를 이용할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 당해 기술분야에서 사용 가능한 모든 다공성 지지체의 사용이 가능하다.
상기 지지층 및/또는 활성층의 형성방법으로는 특별히 제한되지 않고 모든 공지된 고분자 재료층의 형성방법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 계면 중합법, 상 분리법, 또는 박막 도포법 등을 이용할 수 있다.
상기 보호층은 상기 지지층 및/또는 활성층 상에 폴리비닐피롤리돈을 포함하는 수용액을 이용하여 보호층을 형성할 수 있다. 상기 보호층의 형성방법으로는 특별히 제한되지 않고 모든 공지된 보호층의 형성방법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 당해 기술 분야에 공지된 접촉 방법, 예를 들면, 침지, 도포, 스프레이, 표면 코팅 등의 방법으로 수행될 수 있다.
반투과성 전해액 저장부(16)는 내부에 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염, 및 유기용매를 포함할 수 있다.
상기 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염은 LiSCN, LiN(CN)2, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiPF6, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiSbF6 , Li(CF3SO2)3C, LiN(SO2C2F5)2, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2CF2CF3)2, LiN(CF3SO2)2, LiPF3(CF2CF3)3, LiPF3(C2F5)3, LiPF3(CF3)3, LiB(C2O4)2, NaSCN, NaSO3CF3, K[N(SO2CF3)2], Na[N(SO2CF3)2], Ba[N(SO2CF3)2]2, Ca[N(SO2CF3)2]2, 및 LiPF3(CF2CF3)3 중에서 선택된 하나 이상의 염일 수 있다.
예를 들어, 반투과성 전해액 저장부(16)는 내부에 리튬염 및 유기용매를 포함할 수 있다. 상기 리튬염의 예로는 LiSCN, LiN(CN)2, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiPF6, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiSbF6 , Li(CF3SO2)3C, LiN(SO2C2F5)2, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2CF2CF3)2, LiN(CF3SO2)2, LiPF3(CF2CF3)3, LiPF3(C2F5)3, LiPF3(CF3)3, LiB(C2O4)2, 및 LiPF3(CF2CF3)3 중에서 선택된 하나 이상의 염일 수 있다.
상기 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염의 농도는 1.0M 내지 10.0M일 수 있다. 예를 들어, 상기 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염의 농도는 1.0M 내지 5.0M일 수 있다. 반투과성 전해액 저장부(16)에 포함된 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염의 농도는, 일반적인 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염의 농도가 1.0M 내지 1.3M임을 고려할 때, 고농도이다.
반투과성 전해액 저장부(16)는 상기 범위 내의 고농도를 갖는 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염을 포함하여, 삼투압으로 인한 상기 반투과성 전해액 저장부 내로 및 밖으로의 전해액(구체적으로, 전해액에 포함된 유기용매)의 유입과 유출을 가능하게 한다.
상기 유기용매는 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 1, 3-디옥소란, 4-메틸디옥소란, N, N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디에틸렌글리콜, 및 디메틸에테르로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
반투과성 전해액 저장부(16)는 중량평균분자량이 300 g/mol 이상인 삼투 유도 고분자, 또는 상기 삼투 유도 고분자의 말단에 알칼리 금속 양이온 또는 알칼리 토금속 양이온과 이들의 반대 음이온(counterion)이 커플링된 이온성 염을 추가로 포함할 수 있다. 반투과성 전해액 저장부(16)는 예를 들어, 중량평균분자량이 300 g/mol 내지 100,000 g/mol인 삼투 유도 고분자, 또는 상기 삼투 유도 고분자의 말단에 알칼리 금속 양이온 또는 알칼리 토금속 양이온과 이들의 반대 음이온(counterion)이 커플링된 이온성 염을 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서에서, "삼투 유도 고분자"는 삼투압을 유도하는 고분자를 의미한다.
상기 삼투 유도 고분자는 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리아크릴산(PAA, polyacrylic acid), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetacrylate), 폴리에틸렌이미드(polyethyleneimide), 셀룰로스 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로스 트리아세테이트(cellulosetriacetate), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrolidone), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 및 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate)로부터 선택된 1종의 중합체 또는 이들 공중합체를 포함할 수 있다. 상기 삼투 유도 고분자는 반투과성 전해액 저장부(16)가 분리해낼 수 있는 물질보다 큰 분자량을 가진 이온성 물질로서, 이를 반투과성 전해액 저장부(16)에 포함할 경우, 반투과성 전해액 저장부(16)의 삼투압을 보다 용이하게 유발시킬 수 있다.
반투과성 전해액 저장부(16)는 중량평균분자량이 300 g/mol 이상인 이온성 액체를 추가로 포함할 수 있다. 상기 이온성 액체는 예를 들어, 중량평균분자량이 300 g/mol 내지 800 g/mol일 수 있다.
상기 이온성 액체는 이미다졸륨 양이온 및 피롤리디늄 양이온 중 하나 이상의 양이온과, 플루오로설포닐 이미드 음이온, 트리플루오로메탄설포닐 이미드 음이온, 및 비스(트리플루오로메탄설포닐) 이미드 음이온 중 하나 이상의 음이온으로 구성된 이온성 액체를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 이온성 액체는 1,3-디메틸이미다졸륨, 1-(2-히드록시에틸)-3-메틸이미다졸륨, 1-(3-히드록시프로필)-3-메틸이미다졸륨, 1-(4-설포부틸)-3- 메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 1-에틸-1-메틸피롤리디늄, N-프로필-N-메틸피롤리디늄, 및 1-부틸-2,3-디메틸이미다졸륨로부터 선택된 하나 이상의 양이온과, 플루오로설포닐 이미드 음이온, 트리플루오로메탄설포닐 이미드 음이온, 및 비스(트리플루오로메탄설포닐) 이미드 음이온 중 하나 이상의 음이온으로 구성된 이온성 액체를 포함할 수 있다.
상기 이온성 액체는 반투과성 전해액 저장부(16)가 분리해낼 수 있는 물질보다 큰 분자량을 갖는 물질로서, 이를 이를 반투과성 전해액 저장부(16)에 포함할 경우, 반투과성 전해액 저장부(16)에 열적 안정성의 특성을 추가로 부여할 수 있다.
도 5는 상기 도 4에 도시된 반투과성 전해액 저장부(16)의 양 측면에 각각 가이드 부재(guide member, 17)을 더 포함하는 이차 전지(10')를 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면, 가이드 부재(17)는 상기 도 4에 도시된 반투과성 전해액 저장부(16)의 양 측면과 수용부(30') 사이에 배치되어 있다.
가이드 부재(17)는 폴리우레탄, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴레이트, 및 폴리메틸메타아크릴레이트로부터 선택된 1종 이상의 고분자를 포함하는 재료로 구성될 수 있다. 상기 고분자 재료는 탄성과 점착력이 우수하여 반투과성 전해액 저장부(16)를 움직이게 하지 않을 뿐 아니라 반투과성 전해액 저장부(16)의 가변적인 부피 변화에도 내구성이 우수하다.
이차 전지(10')는 가이드 부재(17)에 의해 반투과성 전해액 저장부(16)가 고정되어 있을 수 있다.
제1 전극(11', 12')은 리튬 이온의 흡장 및 방출이 가능한 양극 활물질층을 포함하는 양극일 수 있다. 제1 전극(11', 12')은 집전체(11') 상에 상기 리튬 이온의 흡장 및 방출이 가능한 양극 활물질층(12')을 포함하는 양극일 수 있다.
제1 전극(11', 12')은 상기 리튬 이온의 흡장 및 방출이 가능한 양극 활물질, 용매, 및 경우에 따라 결합제 또는/및 도전제를 부가하여 양극 활물질 조성물을 준비한다. 상기 양극 활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다.
제1 전극(11', 12')은 집전체(11') 상에 상기 양극 활물질 조성물을 직접 코팅 및 건조하여 제조한다. 다르게는, 상기 양극 활물질 조성물이 별도의 지지체상에 캐스팅된 다음, 상기 지지체로부터 박리된 필름이 금속 집전체상에 라미네이션되어 제1 전극(11', 12')이 제조될 수 있다. 한편, 상기 양극 활물질 조성물 및/또는 음극 활물질 조성물에 가소제를 더 부가하여 제1 전극(11', 12') 내부에 기공을 형성하는 것도 가능하다.
집전체(11')는 예를 들어, 니켈, 알루미늄, 티탄, 구리, 금, 은, 백금, 알루미늄 합금 또는 스테인리스 등의 금속, 예를 들어 탄소 소재, 활성탄 섬유, 니켈, 알루미늄, 아연, 구리, 주석, 납 또는 이들 합금을 플라즈마 용사, 아크 용사함으로써 형성된 것, 예를 들면 고무 또는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합체(SEBS) 등 수지에 도전제를 분산시킨 도전성 필름 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄, 니켈 또는 스테인리스 등이 사용될 수 있다. 특히, 박막으로 가공하기 쉽고 저렴하다는 점에서 알루미늄이 사용될 수 있다. 집전체의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 박막상, 평판상, 메쉬상, 네트상, 펀칭상 또는 엠보싱상인 것 또는 이들을 조합한 것(예를 들면, 메쉬상 평판 등) 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 집전체 표면에 에칭 처리에 의한 요철을 형성시킬 수도 있다.
상기 리튬 이온의 흡장 및 방출이 가능한 활물질은 금속 산화물, 금속 복합 산화물, 리튬 금속 산화물, 리튬 금속 복합 산화물, 탄소계 물질, 실리콘, 실리콘 산화물, 주석, 및 주석 산화물로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속 산화물의 예로는, 전이금속 산화물일 수 있다. 상기 금속 복합 산화물의 예로는, 상기 전이금속 산화물과 주기율표 1족, 2족, 13족, 및 14족으로부터 선택된 1종의 금속 또는 준금속과의 복합 산화물일 수 있다. 상기 리튬 금속 산화물의 예로는, 리튬 전이금속 산화물일 수 있다.
상기 리튬 금속 산화물과 상기 리튬 금속 복합 산화물의 예로는, LiaA1 - bB'bD'2 (상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 및 0≤b≤0.5이다); LiaE1 - bB'bO2 - cD'c (상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05이다); LiE2 - bB'bO4 - cD'c (상기 식에서, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05이다); LiaNi1 -b- cCobB'cD'α (상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2이다); LiaNi1 -b- cCobB'cO2 -αF'α(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α＜2이다); LiaNi1 -b- cMnbB'cD'α(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2이다); LiaNi1 -b- cMnbB'cO2 -αF'α(상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2이다); LiaNibEcGdO2 (상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0.001≤d≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2 (상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5, 0.001≤e≤0.1이다.); LiaNiGbO2 (상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); LiaCoGbO2 (상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); LiaMnGbO2 (상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); LiaMn2GbO4 (상기 식에서, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1이다.); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O5; LiI'O2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3 (0≤f≤2); Li(3-f)Fe2(PO4)3 (0≤f≤2); LiFePO4의 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다.
상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; B'는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D'는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; F'는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn, 또는 이들의 조합이고; I'는 Cr, V, Fe, Sc, Y, 또는 이들의 조합이며; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, 또는 이들의 조합이다.
상기 리튬 금속 산화물과 상기 리튬 금속 복합 산화물의 구체적인 예로는, LixCoO2(0.5<x<1.3), LixNiO2(0.5<x<1.3), LixMnO2(0.5<x<1.3), LixMn2O4(0.5<x<1.3), Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1 -yCoyO2(0.5<x<1.3, 0<y<1), LixCo1 -yMnyO2(0.5<x<1.3, 0≤y<1), LixNi1 -yMnyO2(0.5<x<1.3, O≤y<1), Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2 -zNizO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixMn2 -zCozO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixCoPO4(0.5<x<1.3) 및 LixFePO4(0.5<x<1.3)로부터 선택된 하나 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 리튬 금속 산화물과 상기 리튬 금속 복합 산화물은 알루미늄(Al) 등의 금속이나 금속산화물로 코팅될 수도 있다. 또는, 필요에 따라, 상기 리튬 금속 산화물과 상기 리튬 금속 복합 산화물 외에 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 등과 블렌드될 수 있다.
상기 실리콘, 실리콘 산화물, 주석, 및 주석 산화물의 예로는 Si, SiOx(0 <x <2, 예를 들어 0.5 내지 1.5), Sn, 또는 SnO2를 포함할 수 있다. 또는 실리콘 함유 금속 합금 및 이들이 혼합물에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 상기 실리콘 함유 합금을 형성할 수 있는 금속으로는 Al, Sn, Ag, Fe, Bi, Mg, Zn, in, Ge, Pb 및 Ti 중에서 하나 이상 선택하여 사용할 수 있다. 또는 상기 실리콘, 실리콘 산화물, 주석, 및 주석 산화물은 리튬과 합금 가능한 금속/준금속, 이들의 합금 또는 이의 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬과 합금 가능한 금속/준금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, SbSi-Y' 합금(상기 Y'는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y' 합금(상기 Y'는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님), MnOx (0 < x ≤ 2) 등일 수 있다. 상기 원소 Y'로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬과 합금가능한 금속/준금속의 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다.
상기 용매로는 N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤, 물 등이 사용될 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.
상기 결합제의 예로는, 비닐리덴 플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 전술한 고분자들의 혼합물, 또는 스티렌 부타디엔 고무계 중합체 등이 사용될 수 있다.
또한, 결합제로서 예를 들어, 전분, 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 카르복시메틸히드록시에틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스 등의 다당류 및 그의 유도체; 페놀수지; 멜라민수지; 폴리우레탄수지; 요소수지; 폴리아미드수지; 폴리이미드수지; 폴리아미드이미드수지; 석유피치; 석탄피치 등도 사용될 수 있다. 결합제로서 복수의 결합제가 사용될 수 있다. 상기 결합제는 전극 합제에서의 증점제로서 사용될 수도 있다.
상기 도전재의 예로는, 카본 블랙, 흑연, 미립자 천연 흑연, 인조 흑연, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소섬유; 탄소나노튜브, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 또는 금속 튜브; 폴리페닐렌 유도체와 같은 전도성 고분자 등이 사용될 수 있으나 이들로 한정되지 않으며, 당해 기술 분야에서 도전재로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.
제2 전극(14', 15')은 리튬 금속 또는 리튬 금속과의 합금을 포함하는 음극일 수 있다. 제2 전극(14', 15')은 집전체(14') 상에 리튬 금속 또는 리튬 금속과의 합금(15')을 포함할 수 있다.
집전체(14')는 재질, 형상, 제조방법 등에 의해 제한되지 않고, 임의의 집전체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 두께 10~100 ㎛의 동박, 두께 10~100 ㎛, 구멍 지름 0.1~10 mm의 동제 천공박, 확장 메탈, 또는 발포 금속판 등이 사용될 수 있다. 음극 집전체의 재질은 구리 외에, 스텐레스, 티탄, 니켈 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬 금속과의 합금의 예로는, Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, SbSi-Y' 합금(상기 Y'는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y' 합금(상기 Y'는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님), MnOx (0 < x ≤ 2) 등일 수 있다. 상기 원소 Y'로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다. 또한, 제2 전극(14', 15')은 상기 리튬 금속과의 합금이 가능한 산화물을 추가로 포함할 수 있다. 상기 리튬 금속과의 합금이 가능한 산화물의 예로는, 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, SnO2, 또는 SiOx(0<x<2) 등일 수 있다.
세퍼레이터(13')는 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있다. 세퍼레이터의 기공 직경은 일반적으로　0.01~10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5~20 ㎛일 수 있다. 세퍼레이터(13')의 예로는, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 고분자; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있다.
세퍼레이터(13')의 구체적인 예로는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막을 들 수 있다.
또는, 세퍼레이터(13')는 하기 방법에 따라 제조될 수 있다.
고분자 수지, 충진제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물이 준비된다. 상기 세퍼레이터 조성물이 제2 전극(14', 15')상부에 직접 코팅 및 건조되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다. 또는, 상기 세퍼레이터 조성물이 지지체상에 캐스팅 및 건조된 후, 상기 지지체로부터 박리시킨 세퍼레이터 필름이 제2 전극(14', 15') 상부에 라미네이션되어 세퍼레이터가 형성될 수 있다.
상기 세퍼레이터 제조에 사용되는 고분자 수지는 특별히 한정되지 않으며, 전극판의 결합제에 사용되는 물질들이 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.
도 6은 일 구현예에 따른 이차 전지의 화성 공정 및 충전 및 방전 공정 동안 음극의 두께 변화, 및 전해액 유입/유출되는 반투과성 전해액 저장부(16)의 두께 변화를 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 일 구현예에 따른 이차 전지는 화성 공정 동안 반투과성 전해액 저장부(16) 내로 전해액(구체적으로, 전해액에 포함된 유기용매)이 유입 및 반투과성 전해액 저장부(16) 밖으로 전해액(구체적으로, 전해액에 포함된 유기용매)이 유출되는 과정이 반복되기 시작한다.
상기 이차 전지는 충전시 반투과성 전해액 저장부(16) 내부의 압력이 반투과성 전해액 저장부(16)의 삼투압보다 크고 반투과성 전해액 저장부(16)의 외부로 전해액(구체적으로, 전해액에 포함된 유기용매)이 유출된다.
상기 이차 전지는 방전시 반투과성 전해액 저장부(16) 내부의 압력이 반투과성 전해액 저장부(16)의 삼투압보다 작고 반투과성 전해액 저장부(16)의 내부로 전해액(구체적으로, 전해액에 포함된 유기용매)이 유입된다.
반복되는 충전 및 방전 공정의 사이클 수가 증가될수록 반투과성 전해액 저장부(16)의 두께가 증가되므로 반투과성 전해액 저장부(16) 내로 전해액(구체적으로, 전해액에 포함된 유기용매)이 점차 유입이 증가하게 된다.
일 구현예에 따른 이차 전지(10')는 용량 및 수명 특성이 우수하여 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지팩 또는 전지모듈에 단위전지로도 사용될 수 있다.
상기 중대형 디바이스의 예로는 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차 전동 공구 전력저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
1: 일 케이스, 2 : 일 케이스의 가장자리
3: 수용부, 10, 10': 이차 전지
11, 12 또는 11', 12': 제1 전극, 13, 13': 세퍼레이터
14, 15 또는 14', 15': 제2 전극, 16: 반투과성 전해액 저장부
17: 가이드 부재(guide membrane), 18, 18': 전극 조립체
19, 19', 120: 케이스, 20, 20': 수용부와 전극 조립체 사이의 공간
30, 30': 수용부, 100: 전기화학적 장치
140: 복수의 전기화학적 셀, 160: 압력 플레이트
180: 후면판, 200: 코일 스프링

Claims (19)

  1. 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 수용하는 수용부를 포함하는 케이스;를 포함하고,
    상기 제1 전극은 리튬 이온의 흡장 및 방출이 가능한 양극 활물질을 포함하는 양극이고,
    상기 제2 전극은 리튬 금속 또는 리튬 금속과의 합금을 포함하는 음극이고,
    상기 전극 조립체를 수용하는 수용부의 상단부 또는 하단부에 반투과성 전해액 저장부를 포함하고,
    상기 이차 전지는 충전시 상기 반투과성 전해액 저장부 내부의 압력이 상기 반투과성 전해액 저장부의 삼투압보다 크고 상기 반투과성 전해액 저장부의 외부로 전해액이 유출되고,
    상기 이차 전지는 방전시 상기 반투과성 전해액 저장부 내부의 압력이 상기 반투과성 전해액 저장부의 삼투압보다 작고 상기 반투과성 전해액 저장부의 내부로 전해액이 유입되는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반투과성 전해액 저장부는 상기 이차 전지 전체 두께 100%를 기준으로 하여 5 내지 10%의 두께를 갖는 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반투과성 전해액 저장부는 기공을 갖고, 상기 기공의 크기가 분획분자량(MWCO)으로 300 내지 5,000달톤(Dalton)인 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반투과성 전해액 저장부는 폴리스티렌(PS), 폴리설폰(PSF), 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVdF), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리카보네이트(PC), 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로부터 선택된 1종의 중합체 또는 이들 공중합체를 포함한 고분자 재료를 포함하는 구성된 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반투과성 전해액 저장부는 내부에 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염, 및 유기용매를 포함하는 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서, 상기 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염은 LiSCN, LiN(CN)2, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiPF6, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiSbF6 , Li(CF3SO2)3C, LiN(SO2C2F5)2, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2CF2CF3)2, LiN(CF3SO2)2, LiPF3(CF2CF3)3, LiPF3(C2F5)3, LiPF3(CF3)3, LiB(C2O4)2, NaSCN, NaSO3CF3, K[N(SO2CF3)2], Na[N(SO2CF3)2], Ba[N(SO2CF3)2]2, Ca[N(SO2CF3)2]2, 및 LiPF3(CF2CF3)3 중에서 선택된 하나 이상의 염인 이차 전지.
  7. 제5항에 있어서, 상기 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염의 농도는 1.0M 내지 10.0M인 이차 전지.
  8. 제5항에 있어서, 상기 유기용매는 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 1, 3-디옥소란, 4-메틸디옥소란, N, N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디에틸렌글리콜, 및 디메틸에테르로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 이차 전지.
  9. 제1항에 있어서, 상기 반투과성 전해액 저장부는 중량평균분자량이 300 g/mol 이상인 삼투 유도 고분자, 또는 상기 삼투 유도 고분자의 말단에 알칼리 금속 양이온 또는 알칼리 토금속 양이온과 이들의 반대 음이온(counterion)이 커플링된 이온성 염을 추가로 포함하는 이차 전지.
  10. 제9항에 있어서, 상기 삼투 유도 고분자는 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리아크릴산(PAA, polyacrylic acid), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetacrylate), 폴리에틸렌이미드(polyethyleneimide), 셀룰로스 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로스 트리아세테이트(cellulosetriacetate), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrolidone), 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 및 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate)로부터 선택된 1종의 중합체 또는 이들 공중합체를 포함하는 이차 전지.
  11. 제1항에 있어서, 상기 반투과성 전해액 저장부는 중량평균분자량이 300 g/mol 이상인 이온성 액체를 추가로 포함하는 이차 전지.
  12. 제11항에 있어서, 상기 이온성 액체는 이미다졸륨 양이온 및 피롤리디늄 양이온 중 하나 이상의 양이온과, 플루오로설포닐 이미드 음이온, 트리플루오로메탄설포닐 이미드 음이온, 및 비스(트리플루오로메탄설포닐) 이미드 음이온 중 하나 이상의 음이온으로 구성된 이온성 액체를 포함하는 이차 전지.
  13. 제1항에 있어서, 상기 반투과성 전해액 저장부의 양 측면에 각각 가이드 부재(guide member)를 더 포함하는 이차 전지.
  14. 제13항에 있어서, 상기 가이드 부재는 폴리우레탄, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아크릴레이트, 및 폴리메틸메타아크릴레이트로부터 선택된 1종 이상의 고분자를 포함하는 재료로 구성된 이차 전지.
  15. 제13항에 있어서, 상기 이차 전지는 상기 가이드 부재에 의해 상기 반투과성 전해액 저장부가 고정되어 있는 이차 전지.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
KR1020150088725A 2015-06-22 2015-06-22 이차 전지 KR102420011B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150088725A KR102420011B1 (ko) 2015-06-22 2015-06-22 이차 전지
US15/132,626 US10236536B2 (en) 2015-06-22 2016-04-19 Secondary battery including electrolyte storage portion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150088725A KR102420011B1 (ko) 2015-06-22 2015-06-22 이차 전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160150555A KR20160150555A (ko) 2016-12-30
KR102420011B1 true KR102420011B1 (ko) 2022-07-12

Family

ID=57588482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150088725A KR102420011B1 (ko) 2015-06-22 2015-06-22 이차 전지

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10236536B2 (ko)
KR (1) KR102420011B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017173323A1 (en) 2016-04-01 2017-10-05 NOHMs Technologies, Inc. Modified ionic liquids containing phosphorus
WO2018226950A1 (en) * 2017-06-07 2018-12-13 Robert Bosch Gmbh Battery having a low counter-ion permeability layer
CN110915037B (zh) 2017-07-17 2023-11-07 诺姆斯科技公司 含磷电解质

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007258071A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Mitsubishi Electric Corp リチウム二次電池
US20120301753A1 (en) 2011-05-23 2012-11-29 Amita Technologies Inc Ltd. Electrolyte storage structure for a lithium battery

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040018407A1 (en) 2002-07-25 2004-01-29 Frano Barbir Electrochemical cell stack design
EP1636864A4 (en) * 2003-04-22 2008-11-19 Benedetto Anthony Iacovelli FUEL CELL, COMPONENTS AND SYSTEMS
US20050164077A1 (en) 2004-01-28 2005-07-28 Bruno Bacon Pressure producing apparatus for an electrochemical generator
KR100614394B1 (ko) * 2004-06-19 2006-08-21 삼성에스디아이 주식회사 전해액 보충 부재를 구비하는 이차 전지
EP2023434B1 (de) * 2007-07-23 2016-09-07 Litarion GmbH Elektrolytzubereitungen für Energiespeicher auf Basis ionischer Flüssigkeiten
US20130011704A1 (en) * 2008-07-07 2013-01-10 Enervault Corporation Redox Flow Battery System with Multiple Independent Stacks
US9461298B2 (en) * 2009-11-02 2016-10-04 Homeland Technologies, LLC Spiral-wound convection battery and methods of operation
KR101313070B1 (ko) 2010-03-23 2013-09-30 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 케이스 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
DE102011005681A1 (de) 2011-02-15 2012-08-16 Robert Bosch Gmbh Lithium-Ionen Akkumulator und Verfahren zu dess Herstellung
US9786399B2 (en) * 2012-03-27 2017-10-10 Eric DeLangis Self-recharging direct conversion electrical energy storage device and method
US20140093760A1 (en) 2012-09-28 2014-04-03 Quantumscape Corporation Battery control systems
KR101546816B1 (ko) * 2012-11-09 2015-08-25 한국화학연구원 부분 가지형 블록 공중합체를 포함하는 이온전도성 고분자 및 이의 용도
US20150037617A1 (en) * 2013-08-05 2015-02-05 Ozca Engineering Solutions Ltd. Selectively conducting battery casing

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007258071A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Mitsubishi Electric Corp リチウム二次電池
US20120301753A1 (en) 2011-05-23 2012-11-29 Amita Technologies Inc Ltd. Electrolyte storage structure for a lithium battery

Also Published As

Publication number Publication date
US10236536B2 (en) 2019-03-19
US20160372797A1 (en) 2016-12-22
KR20160150555A (ko) 2016-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101944226B1 (ko) 비수 전해질 이차 전지
KR102101906B1 (ko) 조립 가이드 기능의 체결 부재를 포함하는 전지팩
KR101334623B1 (ko) 원심력을 이용한 이차전지의 탈기 방법
KR101647910B1 (ko) 쌍극형 전극 및 이를 사용한 쌍극형 리튬 이온 이차 전지
KR102126371B1 (ko) 전기화학 소자 및 그 제조 방법
KR101528027B1 (ko) 전극조립체의 제조공정
US10505215B2 (en) Method of manufacturing non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
KR101523427B1 (ko) 전극조립체의 제조공정
US10547090B2 (en) Battery cell including electrode lead containing gas adsorbent
KR101455165B1 (ko) 안전성이 향상된 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR101643593B1 (ko) 전해액 함침성이 향상된 스택-폴딩형 전극조립체 및 이의 제조방법
US11575181B2 (en) Battery, battery pack, and stationary power supply
KR20170113333A (ko) 이차전지의 제조방법
KR102420011B1 (ko) 이차 전지
KR20130102869A (ko) 전지셀 제조 장치
CN106463656B (zh) 电池和电池制造方法
WO2015049571A1 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for producing same
KR20140036437A (ko) 이차전지의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 이차전지를 포함하는 전기화학소자
US9356312B2 (en) Method for preparing secondary battery and the secondary battery prepared by using the same
JP2022516636A (ja) リチウム二次電池及びリチウム二次電池の製造方法
US10411232B2 (en) Secondary battery
KR101476040B1 (ko) 가스 흡착제가 코팅된 분리막을 포함하는 이차 전지 및 이를 이용한 중대형전지모듈
CN113785424A (zh) 薄型锂电池及其制造方法
CN114597485A (zh) 用于电化学电池的弹性结合聚合物
JPWO2020026705A1 (ja) リチウム二次電池

Legal Events

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