KR102673075B1 - Secondary battery and secondary battery module containing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극조립체 및 상기 전극조립체의 외주면을 둘러싸는 케이스를 포함하고, 상기 케이스는 전단 농화 유체층을 갖는 것인 이차전지 및 이를 포함하는 이차전지 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery including an electrode assembly and a case surrounding an outer peripheral surface of the electrode assembly, wherein the case has a shear thickening fluid layer, and a secondary battery module including the same.

Description

이차전지 및 이를 포함하는 이차전지 모듈{SECONDARY BATTERY AND SECONDARY BATTERY MODULE CONTAINING THE SAME}Secondary battery and secondary battery module including the same {SECONDARY BATTERY AND SECONDARY BATTERY MODULE CONTAINING THE SAME}

본 발명은 이차전지 및 이를 포함하는 이차전지 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to secondary batteries and secondary battery modules containing the same.

최근에는 이차전지의 사용처가 확대됨에 따라 대면적화, 고용량화에 대한 요구가 강해지고 있는 추세이다. 이차전지의 고용량화에 따라 전극판의 면적이 넓어지고, 같은 면적에 많은 양극 또는 음극 활물질이 들어가기 때문에 전지 안전성에 대한 문제가 발생하였다.Recently, as the use of secondary batteries has expanded, the demand for larger areas and higher capacities has become stronger. As the capacity of secondary batteries increases, the area of the electrode plate expands, and as more positive or negative active materials are placed in the same area, problems with battery safety arise.

특히, 외부충격에 의한 이차전지의 물리적 변형이나 내부 탄성에 의한 물리적 변형을 방지하는 수단이 특히 필요하게 된다.In particular, there is a need for a means to prevent physical deformation of the secondary battery due to external shock or physical deformation due to internal elasticity.

예를 들어, 이차전지는 충전과 방전 시 발생되는 가스 또는 음극 활물질과 리튬 이온 등과의 반응으로 인한 음극 활물질의 부피팽창으로 인해 이차전지가 팽창 및 수축되는 스웰링(swelling) 현상이 반복하여 발생하며, 발생된 가스에 의해 전지가 팽창, 폭발할 염려가 있게 된다. For example, secondary batteries repeatedly experience swelling, in which secondary batteries expand and contract due to volume expansion of the negative electrode active material due to gases generated during charging and discharging or the reaction between the negative electrode active material and lithium ions. , there is a risk that the battery may expand and explode due to the generated gas.

또한, 충전과 방전 과정에서 전극조립체가 팽창 및 수축을 거듭하므로, 상단부 및 하단부, 특히 양측면의 열 융착 부위가 분리되기 쉽다. 장기간의 사용에 따른 열화 또는 비정상적인 작동 조건에서 전지의 내부에 고압이 발생하였을 때, 열 융착된 실링면이 벌어지면서 전지 내부의 가스, 전해액 등이 외부로 누출될 수 있다. 또한, 전해액은 가연성 물질로 이루어져 있으므로, 누출되었을 때 발화의 위험성이 더욱 높다.Additionally, since the electrode assembly expands and contracts during the charging and discharging process, the heat-sealed portions of the upper and lower portions, especially on both sides, are prone to separation. When high pressure is generated inside the battery due to deterioration due to long-term use or abnormal operating conditions, the heat-sealed sealing surface may open and gas, electrolyte, etc. inside the battery may leak to the outside. Additionally, since the electrolyte is made of combustible materials, the risk of ignition is higher when it leaks.

또한, 이차전지에서 발생된 가스는 이차전지의 어떤 부분으로 이동할지 그 이동 방향성의 예측이 어려워 이차전지에 예기치 못한 손상 등의 문제를 발생시킬 수 있다. In addition, it is difficult to predict the direction in which gas generated from a secondary battery will move to which part of the secondary battery, which may cause problems such as unexpected damage to the secondary battery.

특히, 파우치형 이차전지의 경우 그 외장재의 강도가 약하여 내부 가스의 압력을 충분히 견딜 수 없기 때문에 전지가 부풀어 오르는 것을 억제하기 어렵다. 또한, 과방전이나 단락 등에 의해 과전류가 흐르면 전지 내부의 온도가 상승하여 액체 전해질이 기체로 변하게 되고, 이에 따라 전지 내부의 압력이 상승하게 되어 발화의 위험성도 증가하게 된다.In particular, in the case of pouch-type secondary batteries, it is difficult to suppress battery swelling because the strength of the exterior material is weak and cannot sufficiently withstand the pressure of the internal gas. In addition, when overcurrent flows due to overdischarge or short circuit, the temperature inside the battery rises and the liquid electrolyte turns into gas, which increases the pressure inside the battery and increases the risk of ignition.

따라서, 전극의 수축과 팽창에 의한 문제점을 방지하거나 외부 충격에 의한 손상을 방지하여 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있는 이차전지가 필요한 실정이다. Accordingly, there is a need for a secondary battery that can further improve the safety of the battery by preventing problems caused by shrinkage and expansion of electrodes or damage by external shock.

본 발명의 일 양태는 충방전 시 전극조립체 내부에서 발생되는 부피팽창에 따른 부피변화를 억제할 수 있는 이차전지를 제공하고자 한다.One aspect of the present invention seeks to provide a secondary battery capable of suppressing volume change due to volume expansion occurring inside an electrode assembly during charging and discharging.

또한, 본 발명의 일 양태는 이차전지의 외부 충격에 의한 손상을 방지할 수 있는 이차전지를 제공하고자 한다.In addition, one aspect of the present invention seeks to provide a secondary battery that can prevent damage to the secondary battery due to external impact.

또한, 본 발명의 일 양태는 상기 이차전지를 셀 단위체로 포함하고, 내부 셀 단위체의 스웰링을 완충할 수 있는 완충작용이 가능한 이차전지 모듈을 제공하고자 한다.In addition, one aspect of the present invention seeks to provide a secondary battery module that includes the secondary battery as a cell unit and is capable of buffering action to buffer swelling of the internal cell unit.

본 발명에 따른 이차전지는 전극조립체 및 상기 전극조립체의 외주면을 둘러싸는 케이스를 포함하고, 상기 케이스는 전단 농화 유체(Shear thickening fluid, STF)층을 갖는 것이다.A secondary battery according to the present invention includes an electrode assembly and a case surrounding an outer peripheral surface of the electrode assembly, and the case has a shear thickening fluid (STF) layer.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 케이스는 수지층 및 금속층 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 층을 더 포함할 수 있다.The case according to one aspect of the present invention may further include one or two or more layers selected from a resin layer and a metal layer.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 전단 농화 유체층은 기공을 갖는 것인 포함할 수 있다.The shear thickening fluid layer according to one aspect of the present invention may include one having pores.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 전단 농화 유체층은 무기입자 및 고분자를 포함할 수 있다.The shear thickening fluid layer according to one aspect of the present invention may include inorganic particles and polymers.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 전단 농화 유체층은 무기입자 5 내지 50 중량% 및 고분자 50 내지 95중량% 포함할 수 있다.The shear thickening fluid layer according to one aspect of the present invention may include 5 to 50% by weight of inorganic particles and 50 to 95% by weight of polymer.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 무기입자는 평균입경이 5㎚ 내지 1㎛일 수 있다.The inorganic particles according to one aspect of the present invention may have an average particle diameter of 5 nm to 1 μm.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 이차전지는 SOC(State of charge) 100%일 때, 두께변화율이 하기 식 1을 만족할 수 있다. When the secondary battery according to one aspect of the present invention has a state of charge (SOC) of 100%, the thickness change rate may satisfy Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

상기 식 1에 있어서,In equation 1 above,

상기 T100은 이차전지가 SOC 100%일 때의 두께이고, 상기 T0은 이차전지가 SOC 0%일 때 두께이다.The T 100 is the thickness when the secondary battery has SOC 100%, and the T 0 is the thickness when the secondary battery has SOC 0%.

본 발명에 따른 이차전지 모듈은 복수의 이차전지를 셀 단위체로 포함하고,The secondary battery module according to the present invention includes a plurality of secondary batteries as a cell unit,

이차전지 외주면을 둘러싸는 커버를 포함하며,It includes a cover surrounding the outer peripheral surface of the secondary battery,

상기 커버는 전단 농화 유체를 포함하는 전단 농화 유체층을 포함한다.The cover includes a shear thickening fluid layer containing a shear thickening fluid.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 셀 단위체가 서로 대면하는 인접면 사이에, 전단 농화 유체를 포함하는 스페이서를 더 포함할 수 있다.The cell units according to one aspect of the present invention may further include a spacer containing a shear thickening fluid between adjacent surfaces facing each other.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 셀 단위체는 상술한 이차전지를 포함할 수 있다.The cell unit according to one aspect of the present invention may include the above-described secondary battery.

본 발명의 일 양태에 따른 이차전지는 충방전 시 전극조립체 내부에서 발생되는 부피팽창을 흡수하여 이차전지의 외부팽창을 억제하여 전지 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.The secondary battery according to one aspect of the present invention can further improve battery safety by suppressing external expansion of the secondary battery by absorbing volume expansion occurring inside the electrode assembly during charging and discharging.

또한, 본 발명의 일 양태에 따른 이차전지는 외부 충격이 가해졌을 때, 외부 충격을 흡수하여 충격에 의한 손상을 방지할 수 있다.In addition, the secondary battery according to one aspect of the present invention can prevent damage caused by the impact by absorbing the external impact when an external impact is applied.

또한, 본 발명의 일 양태에 따른 이차전지 내부 셀 단위체의 스웰링에 따른 내부 쇼트를 방지할 수 있다.In addition, internal short circuit due to swelling of the internal cell unit of the secondary battery according to one aspect of the present invention can be prevented.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 이차전지의 전면과 측면의 단면을 도시화한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 모듈의 윗면, 전면 및 우 측면을 도시화한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 케이스 표면(a)과 케이스 내의 전단 농화 유체층 접합부의 단면도(b)를 관찰한 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.
Figure 1 illustrates cross-sections of the front and side of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 illustrates the top, front, and right side of a secondary battery module according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a photograph observed with a scanning electron microscope showing the case surface (a) of a secondary battery according to an embodiment of the present invention and a cross-sectional view (b) of the shear thickening fluid layer junction within the case.

이하 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 참조일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현 될 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. However, the following examples are only for reference to explain the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.Additionally, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. The terminology used in the description herein is merely to effectively describe particular embodiments and is not intended to limit the invention.

본 발명은 이차전지 및 이를 포함하는 이차전지 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to secondary batteries and secondary battery modules containing the same.

본 발명에 따른 이차전지는 전극조립체(200) 및 상기 전극조립체의 외주면을 둘러싸는 케이스(100)를 포함하고, 상기 케이스(100)는 전단 농화 유체층을 갖는 것이다.The secondary battery according to the present invention includes an electrode assembly 200 and a case 100 surrounding the outer peripheral surface of the electrode assembly, and the case 100 has a shear thickening fluid layer.

본 발명을 구체적으로 설명하면, 다음과 같다.The present invention will be described in detail as follows.

본 발명에 따른 이차전지는 케이스(100); 및 분리막을 사이에 두고 적층된 다수의 전극체를 포함하는 전극조립체(200);를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 케이스(100)는 전극조립체(200)를 수납하여 외주면을 둘러싸고, 케이스(100)간의 서로 맞닿은 부위가 실링되어 패키징된다.The secondary battery according to the present invention includes a case 100; and an electrode assembly 200 including a plurality of electrode bodies stacked with a separator interposed therebetween. The case 100 accommodates the electrode assembly 200 and surrounds the outer peripheral surface, and the contact areas between the cases 100 are sealed and packaged.

본 발명에 따른 상기 이차전지의 케이스는 전단 농화 유체층을 갖는 케이스(100)를 포함한다.The case of the secondary battery according to the present invention includes a case 100 having a shear thickening fluid layer.

본 발명에 따른 이차전지는 상기와 같이 전단 농화 유체층을 갖는 케이스(100)를 포함함으로써, 이차전지 외부에서 가해지는 충격을 흡수하여 이차전지의 손상 및 이차전지 내의 분리막과 전극 간의 탈리 등을 방지할 수 있고, 전지 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 충방전 시 발생되는 부피팽창에 따라 발생되는 압력을 흡수하여 이차전지의 부피팽창을 억제할 수 있다. 또한, 이차전지 내부의 저항을 감소시켜 양극과 음극간의 우수한 전자이동속도를 제공하여 이차전지 출력을 현저히 향상시킬 수 있다.The secondary battery according to the present invention includes a case 100 having a shear thickening fluid layer as described above, thereby absorbing shock applied from outside the secondary battery to prevent damage to the secondary battery and separation between the separator and electrodes in the secondary battery. This can be done, and battery safety can be further improved. In addition, it is possible to suppress the volume expansion of the secondary battery by absorbing the pressure generated due to the volume expansion that occurs during charging and discharging. In addition, by reducing the resistance inside the secondary battery, excellent electron transfer speed between the anode and the cathode can be provided, thereby significantly improving the output of the secondary battery.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 전단 농화 유체층은 무기입자 및 고분자를 포함하고, 비뉴토니안 유동(Non newtonian fluid)특성을 가질 수 있는 전단 농화 유체(Shear thickening fluid, STF)를 포함할 수 있다. 상기 전단 농화 유체층은 무기입자 및 고분자를 포함함으로써, 점도가 전단률에 따라 변화하는 비뉴토니안 유동특성을 가질 수 있다. 이와 같은 유동특성을 가짐에 따라, 이차전지에 가해지는 압력 등의 힘에 대하여 이차전지를 보호할 수 있는 것이다.According to one aspect of the present invention, the shear thickening fluid layer may include a shear thickening fluid (STF) that includes inorganic particles and polymers and may have non-Newtonian fluid characteristics. . By containing inorganic particles and polymers, the shear thickening fluid layer may have non-Newtonian flow characteristics in which viscosity changes depending on the shear rate. By having such flow characteristics, the secondary battery can be protected against forces such as pressure applied to the secondary battery.

구체적으로, 비뉴토니안 유동특성을 가짐에 따라, 외부에서 순간적으로 강한 충격이 가해질 경우 비뉴토니안 유동특성으로 인하여 충격(Shear)에 대한 유동성 감소로 외부 충격을 흡수하여 발화나 파열을 방지할 수 있는 우수한 전지 안전성을 구현할 수 있다. Specifically, as it has non-Newtonian flow characteristics, when a strong impact is momentarily applied from the outside, the non-Newtonian flow characteristics reduce fluidity in response to the impact (shear), thereby absorbing the external shock and preventing ignition or rupture. Battery safety can be realized.

또한, 비뉴토니안 유동특성을 가짐에 따라, 충방전에 따른 이차전지의 내부에서 발생되는 부피팽창에서 가해지는 힘을 이차전지 내부에서 흡수하여 부피팽창 및 이차전지의 수명 감소를 방지할 수 있다. In addition, as it has non-Newtonian flow characteristics, the force applied from the volume expansion generated inside the secondary battery due to charging and discharging can be absorbed inside the secondary battery, thereby preventing volume expansion and reduction of the lifespan of the secondary battery.

또한, 외부에서 순간적으로 강한 충격이 가해질 경우 외부 충격을 흡수하여 발화나 파열을 방지할 수 있는 우수한 전지 안전성을 구현할 수 있다. In addition, when a strong impact is momentarily applied from the outside, excellent battery safety can be realized by absorbing the external shock and preventing ignition or rupture.

바람직하게는 상기 전단 농화 유체층은 무기입자 5 내지 50 중량% 및 고분자 50 내지 95중량% 포함할 수 있다. 바람직하게는 무기입자 5 내지 45 중량% 및 고분자 55 내지 95중량% 포함하는 전단 농화 유체를 포함할 수 있다. 상기와 같은 함량으로 포함할 경우, 비뉴토니안 유동특성을 가질 수 있고, 이차전지 내부 또는 외부에서 가해지는 힘을 흡수함으로써, 이차전지의 손상을 방지하고, 더욱 우수한 전지 안전성을 가질 수 있다. 또한, 낮은 압축 강도를 구현하여 전지 내부 쇼트를 방지할 수 있고, 우수한 내구성을 가질 수 있다.Preferably, the shear thickening fluid layer may include 5 to 50% by weight of inorganic particles and 50 to 95% by weight of polymer. Preferably, it may include a shear thickening fluid containing 5 to 45% by weight of inorganic particles and 55 to 95% by weight of polymer. When included in the above amount, it can have non-Newtonian flow characteristics, prevent damage to the secondary battery by absorbing force applied from inside or outside the secondary battery, and have better battery safety. In addition, by implementing low compressive strength, short circuit inside the battery can be prevented and excellent durability can be achieved.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 무기입자는 실리카, 알루미나, 탄산칼슘 및 지르코니아 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 비뉴토니안 유동특성을 갖고, 압력을 흡수하는 측면에서, 바람직하게는 상기 무기입자는 실리카일 수 있다. According to one aspect of the present invention, the inorganic particles may include any one or two or more selected from silica, alumina, calcium carbonate, and zirconia. In terms of having non-Newtonian flow characteristics and absorbing pressure, the inorganic particles may preferably be silica.

더 바람직하게는 본 발명의 일 양태에 따라, 상기 무기입자는 기공을 갖는 다공성 무기입자일 수 있다. 상기 다공성 무기입자는 표면에서의 계면 상호 작용이 활발하여 비뉴토니안 유동특성이 더욱 뚜렷하게 나타나고, 전지안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.More preferably, according to one aspect of the present invention, the inorganic particles may be porous inorganic particles having pores. The porous inorganic particles have active interfacial interactions on the surface, so non-Newtonian flow characteristics appear more clearly and battery safety can be further improved.

특히, 바람직하게는 다공성 실라카를 사용하면, 비뉴토니안 유동특성을 더욱 잘 나타낼 수 있어 좋다.In particular, it is preferable to use porous silica because it can better exhibit non-Newtonian flow characteristics.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 다공성 실리카는 비표면적이 100 내지 800㎡/g, 바람직하게는 비표면적이 200 내지 700㎡/g일 수 있다. 상기와 같은 비표면적을 가질 경우 비뉴토니안 유동특성으로 충격에 대한 저항이 강하고, 천공되거나 침몰되는 등의 물리적 손상을 방지할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the porous silica may have a specific surface area of 100 to 800 m2/g, preferably 200 to 700 m2/g. When it has the above specific surface area, it has strong resistance to impact due to non-Newtonian flow characteristics and can prevent physical damage such as perforation or sinking.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 무기입자는 평균입경이 1 내지 100㎛일 수 있다. 바람직하게는 평균입경이 6 내지 50㎛일 수 있다. 더 바람직하게는 평균입경이 6 내지 30㎛일 수 있다. 상기와 같은 평균입경을 가질 경우, 임계전단속도가 향상될 수 있고, 천천히 가해지는 힘뿐만 아니라 순간적으로 가해지는 강한 힘이 가해져도 힘을 흡수하여 이차전지의 안전성을 확보할 수 있다. According to one aspect of the present invention, the inorganic particles may have an average particle diameter of 1 to 100㎛. Preferably, the average particle diameter may be 6 to 50㎛. More preferably, the average particle diameter may be 6 to 30㎛. When the average particle diameter is as described above, the critical shear speed can be improved, and the safety of the secondary battery can be secured by absorbing not only a slowly applied force but also a strong force that is applied momentarily.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 고분자는 폴리알킬렌글리콜계 고분자일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 고분자는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜 및 이들을 반복단위로 포함하는 공중합체 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 비뉴토니안 유동특성을 갖고, 압력을 흡수하는 측면에서, 바람직하게는 상기 고분자는 폴리에틸렌글리콜계 고분자일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the polymer may be a polyalkylene glycol-based polymer. For a specific example, the polymer may include one or two or more selected from polyethylene glycol, polypropylene glycol, polybutylene glycol, polytetramethylene glycol, and copolymers containing these as repeating units. In terms of having non-Newtonian flow characteristics and absorbing pressure, the polymer may preferably be a polyethylene glycol-based polymer.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 고분자는 중량평균분자량이 100 내지 100,000g/mol일 수 있다. 바람직하게는 중량평균분자량이 100 내지 50,000g/mol일 수 있다. 상기와 같은 중량평균분자량을 가질 경우 임계전단속도를 향상시킬 수 있고, 이차전지의 손상 및 이차전지 내의 분리막과 전극 간의 탈리 등을 방지할 수 있으며, 전지 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.According to one aspect of the present invention, the polymer may have a weight average molecular weight of 100 to 100,000 g/mol. Preferably, the weight average molecular weight may be 100 to 50,000 g/mol. When the weight average molecular weight is as described above, the critical shear rate can be improved, damage to the secondary battery and separation between the separator and the electrode in the secondary battery can be prevented, and battery safety can be further improved.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 케이스(100)는 전단 농화 유체를 포함하는 전단 농화 유체 슬러리를 몰드 내에서 이산화탄소 주입 하에 핫멜트를 수행한 후, 급냉시킴으로써 제조할 수 있다. According to one aspect of the present invention, the case 100 can be manufactured by hot melting a shear-thickening fluid slurry containing a shear-thickening fluid under carbon dioxide injection in a mold and then rapidly cooling it.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 케이스(100)는 제조 시, 이산화탄소 주입 하에 핫멜트를 수행한 후, 급냉시키는 급격한 온도변화를 가함으로써, 기공을 갖는 전단 농화 유체층이 형성될 수 있다. 따라서, 상기와 같이 이산화탄소를 주입 하에 급격한 온도변화에 따라 기공을 갖는 전단 농화 유체층을 형성할 수 있는 것이다.According to one aspect of the present invention, when manufacturing the case 100, a shear thickening fluid layer having pores can be formed by performing hot melt under carbon dioxide injection and then applying a rapid temperature change to quench it. Therefore, as described above, a shear-thickening fluid layer with pores can be formed according to a rapid temperature change under the injection of carbon dioxide.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 기공은 케이스 총 부피에 대하여 1 내지 50부피%를 차지할 수 있고, 바람직하게는 5 내지 30부피% 차지할 수 있다. 상기와 같이 기공을 갖는 전단 농화 유체층을 포함함으로써, 전극조립체의 내부 쇼트에 의한 급격한 스웰링 현상에 따른 부피팽창에서 가해지는 힘을 케이스(100)에서 흡수하여 부피팽창 및 이차전지의 수명 감소를 방지할 수 있다. 또한, 외부에서 순간적으로 강한 충격이 가해질 경우 외부 충격에 대하여 강한 저항에 따라, 충격을 흡수하여 물리적 손상, 발화나 파열을 방지할 수 있는 우수한 전지 안전성을 구현할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the pores may occupy 1 to 50% by volume, preferably 5 to 30% by volume, relative to the total volume of the case. By including a shear-thickening fluid layer with pores as described above, the case 100 absorbs the force applied from the volume expansion caused by the rapid swelling phenomenon caused by the internal short circuit of the electrode assembly, thereby preventing volume expansion and reduction of the lifespan of the secondary battery. It can be prevented. In addition, when a strong shock is momentarily applied from the outside, excellent battery safety can be achieved by absorbing the shock and preventing physical damage, ignition, or rupture due to strong resistance to the external shock.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 핫멜트는 250 내지 500℃에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 300 내지 500℃에서 수행될 수 있다. 상기와 같은 온도에서 핫멜트를 수행한 후, 1 내지 5분간 유지할 수 있다. 상기와 같이 수행할 경우, 전단 농화 유체 슬러리를 균일하게 용융시킴과 동시에 이산화탄소가 발포하여 전단 농화 유체층에 기공을 형성할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the hot melt may be performed at 250 to 500°C, and preferably at 300 to 500°C. After performing hot melt at the above temperature, it can be maintained for 1 to 5 minutes. When performed as above, the shear-thickening fluid slurry can be uniformly melted and carbon dioxide can foam at the same time to form pores in the shear-thickening fluid layer.

또한, 상기와 같이 핫멜트를 수행한 후, 용융된 전단 농화 유체 슬러리를 5 내지 30℃로 급냉시킴으로써, 균일한 기공이 형성되면서 비뉴토니안 유동특성을 가질 수 있다. In addition, after performing the hot melt as described above, the molten shear thickening fluid slurry can be rapidly cooled to 5 to 30° C., thereby forming uniform pores and having non-Newtonian flow characteristics.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기와 같이 기공이 형성된 전단 농화 유체층은 외부 또는 내부에서 가해지는 힘에 의하여 기공의 크기가 감소하면서 충격을 흡수하여 이차전지의 손상 및 이차전지 내의 분리막과 전극체 간의 탈리 등을 방지할 수 있고, 전지 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.According to one aspect of the present invention, the shear thickening fluid layer in which pores are formed as described above absorbs shock while reducing the size of the pores due to external or internal force applied, thereby preventing damage to the secondary battery and the separator and electrode body in the secondary battery. It can prevent liver detachment, etc., and further improve battery safety.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 전단 농화 유체층은 0.1 내지 5㎜ 두께로 형성될 수 있다. 바람직하게는 0.5 내지 3㎜ 두께로 형성될 수 있다. 상기와 같은 두께로 제조될 경우, 외부 또는 내부에서 가해지는 힘에 대하여 우수한 흡수력으로 전지 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.According to one aspect of the present invention, the shear thickening fluid layer may be formed to have a thickness of 0.1 to 5 mm. Preferably, it can be formed to have a thickness of 0.5 to 3 mm. When manufactured with the above thickness, battery safety can be further improved through excellent absorption of external or internal forces.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 케이스(100)는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 유연성과 절연성을 향상시키기 위하여 수지층 및 금속층 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 층을 더 포함할 수 있다. According to one aspect of the present invention, the case 100 is not particularly limited, but may further include one or two or more layers selected from a resin layer and a metal layer to improve flexibility and insulation.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 수지층은 이차전지를 보호할 수 있는 기계적 강도 및 내구성을 가질 수 있는 수지를 포함하는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 구체적으로는, 폴리올레핀계, 폴리에스테르계, 폴리아크릴계 및 폴리아미드계 고분자 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. According to one aspect of the present invention, the resin layer is not particularly limited as long as it contains a resin capable of having mechanical strength and durability capable of protecting the secondary battery, but specifically, polyolefin-based, polyester-based, poly It may include any one or two or more selected from acrylic-based and polyamide-based polymers.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 금속층은 소형화, 경량화 및 박형화를 하는 동시에, 혹독한 열적 환경과 기계적 충격 등을 견디기 위하여 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 금속층은 철, 크롬, 망간, 니켈, 구리 및 알루미늄 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물 또는 이들의 합금을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다According to one aspect of the present invention, the metal layer may be included to miniaturize, reduce weight, and reduce thickness, while at the same time withstanding harsh thermal environments and mechanical shock. As a specific example, the metal layer may include one or a mixture of two or more selected from iron, chromium, manganese, nickel, copper, and aluminum, or an alloy thereof, but is not limited thereto.

이외에도 본 발명의 일 양태에 따라, 상기 수지층, 금속층 및 전단 농화 유체층에서 선택되는 둘 이상의 층 계면에서 밀착성 및 접착력 부여를 위한 접착층을 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, according to one aspect of the present invention, an adhesive layer for providing adhesion and adhesion at the interface of two or more layers selected from the resin layer, metal layer, and shear thickening fluid layer may be further included, but is not limited thereto.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 수지층 및 금속층은 제조되는 전극조립체(200)의 특성에 따라서 두께는 달라질 수 있으며, 예를 들어, 각각 독립적으로 1 내지 20㎛의 두께로 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one aspect of the present invention, the thickness of the resin layer and the metal layer may vary depending on the characteristics of the electrode assembly 200 to be manufactured, for example, each may be independently manufactured to a thickness of 1 to 20㎛. It is not limited to this.

따라서, 본 발명에 따른 이차전지는 이차전지의 관통과 같은 불의의 사고 발생 시 일차적으로 케이스에서 가해지는 힘을 흡수함으로써, 이차전지의 화재 또는 폭발 위험을 현저히 낮출 수 있는 장점이 있다.Therefore, the secondary battery according to the present invention has the advantage of significantly lowering the risk of fire or explosion of the secondary battery by primarily absorbing the force applied to the case when an unexpected accident such as penetration of the secondary battery occurs.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 전극조립체(200)의 일단 또는 양단에 제1전극탭 및 제2전극탭이 형성될 수 있다. 상기 도 1에 도시된 바와 같이 전극조립체(200)의 일단에 서로 같은 면에서 외부로 돌출된 전극탭이 같이 배치되어 형성될 수 있으나, 전극탭의 구성을 이에 제한하지 않는다. 서로 다른 면인 전극조립체(200)의 양단에 전극 조립체(200)의 가로방향 양측면에서 돌출된 형태로 하나씩의 전극탭이 부착될 수 있다. According to one aspect of the present invention, a first electrode tab and a second electrode tab may be formed on one or both ends of the electrode assembly 200. As shown in FIG. 1, electrode tabs protruding outwardly from the same side may be disposed at one end of the electrode assembly 200, but the configuration of the electrode tabs is not limited to this. One electrode tab may be attached to both ends of the electrode assembly 200, which are different sides, in a form that protrudes from both sides in the horizontal direction of the electrode assembly 200.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 전극조립체(200)에 전극탭이 형성될 경우, 케이스는 전극조립체(200) 외주면을 모두 감싸면서, 도 1에 도시된 바와 같이 전극탭은 외부로 돌출되도록 외주면을 감싸는 형상일 수 있다.According to one aspect of the present invention, when an electrode tab is formed in the electrode assembly 200, the case surrounds the entire outer peripheral surface of the electrode assembly 200, and as shown in FIG. 1, the electrode tab is protruded to the outside. It may be in a shape that surrounds .

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 이차전지는 복수의 전극조립체(200)를 포함할 수 있다. According to one aspect of the present invention, the secondary battery may include a plurality of electrode assemblies 200.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 복수의 전극조립체(200)는 서로 인접하는 면에 냉각 플레이트(300)를 더 포함할 수 있다. 상기 전극조립체(200)들 사이에 개재되어 냉각 플레이트(300)가 개재되어 전극조립체(200)의 부피 팽창 및 파손을 방지할 수 있고, 전극조립체에서 발생된 열을 신속하게 외부로 방출시켜 전극조립체의 냉각 효율을 증가시킬 수 있다.According to one aspect of the present invention, the plurality of electrode assemblies 200 may further include cooling plates 300 on surfaces adjacent to each other. A cooling plate 300 is interposed between the electrode assemblies 200 to prevent volume expansion and damage of the electrode assembly 200, and to quickly dissipate the heat generated in the electrode assembly to the outside to cool the electrode assembly. The cooling efficiency can be increased.

또한, 일 양태에 따라, 케이스 내에 상기 냉각 플레이트(300)는 이차전지의 측면부가 냉각 플레이트(300)에 접촉하여 냉각시킬 때 완전한 밀착이 가능하여 낮은 열저항으로 높은 방열 효율을 가질 수 있도록 하기 위하여 전극조립체(200)와 대응되는 크기를 갖는 것일 수 있다.In addition, according to one aspect, the cooling plate 300 within the case allows complete adhesion when the side portion of the secondary battery is cooled by contacting the cooling plate 300, so as to have high heat dissipation efficiency with low thermal resistance. It may have a size corresponding to the electrode assembly 200.

본 발명의 일 양태에 따른 전극조립체(200)는 분리막을 사이에 두고 적층된 다수의 전극체를 포함하여 구성될 수 있다. 구체적으로 상기 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 전극 조립체(200)를 제공할 수 있다.The electrode assembly 200 according to one aspect of the present invention may be configured to include a plurality of electrode bodies stacked with a separator in between. Specifically, an electrode assembly 200 may be provided with a separator interposed between the anode and the cathode.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 이차전지는 SOC 100%일 때, 두께변화율이 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있다. According to one aspect of the present invention, when the SOC of the secondary battery is 100%, the thickness change rate may satisfy Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

상기 식 1에 있어서,In equation 1 above,

상기 T100은 이차전지가 SOC 100%일 때의 두께이고, 상기 T0은 이차전지가 SOC 0%일 때 두께이다. 바람직하게는 상기 식 1은 0.03이하를 만족하는 것일 수 있다.T 100 is the thickness when the secondary battery has SOC 100%, and T 0 is the thickness when the secondary battery has SOC 0%. Preferably, Equation 1 may satisfy 0.03 or less.

이 때, 두께는 분리막, 양극, 음극 및 비수전해액을 모두 포함하는 전극조립체(200)와 케이스(100)를 포함하는 이차전지의 총 두께를 의미한다.At this time, the thickness refers to the total thickness of the secondary battery including the case 100 and the electrode assembly 200 including the separator, positive electrode, negative electrode, and non-aqueous electrolyte.

구체적으로는 상기 이차전지는 충전에 의하여 잔존용량(State of charge, SOC)이 100%일 때, 리튬과 음극활물질이 결합하게 되고, 이 때, 음극의 부피가 팽창하여 이차전지의 두께가 증가하게 된다. 이와 같이 부피가 팽창함에 따라 양극 또는 음극에 비틀림(twisting) 현상이 발생할 수 있다. 상기 비틀림 현상이 발생하면, 전극과 분리막 사이에 공간이 발생할 수 있고, 활물질이 집전체에서 탈리될 수 있다. 이로 인해, 이차전지의 내부 저항이 상승하고, 용량이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.Specifically, when the secondary battery has a remaining capacity (state of charge, SOC) of 100%, lithium and the negative electrode active material are combined, and at this time, the volume of the negative electrode expands and the thickness of the secondary battery increases. do. As the volume expands like this, twisting may occur in the anode or cathode. When the twisting phenomenon occurs, a space may be created between the electrode and the separator, and the active material may be detached from the current collector. As a result, the internal resistance of the secondary battery may increase and the capacity may decrease.

이에 본 발명의 일 양태에 따라, 상기 이차전지는 식 1을 만족하는 적은 두께변화율을 가짐으로써, 상술한 문제점을 방지할 수 있다.Accordingly, according to one aspect of the present invention, the secondary battery has a small thickness change rate that satisfies Equation 1, thereby preventing the above-mentioned problems.

이와 같은 문제점을 방지할 수 있는 것은 본 발명에 따른 전단 농화 유체층을 포함하는 케이스(100)를 포함함으로써, 구현할 수 있는 효과이다.This problem can be prevented by including the case 100 including the shear thickening fluid layer according to the present invention.

또한, 이차전지의 양극, 음극, 분리막, 및 비수전해액 소재는 본 발명에서 특별히 제한되지 않으며, 채택되는 이차전지의 종류에 따라 당업계에서 공지된 소재를 채택할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 다음과 같다.Additionally, the materials for the anode, cathode, separator, and non-aqueous electrolyte of the secondary battery are not particularly limited in the present invention, and materials known in the art can be adopted depending on the type of secondary battery being adopted. Specific examples include:

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 양극 및 음극은 양극활물질 및 음극활물질에 용매, 필요에 따라 바인더, 도전재, 분산재 등을 혼합 및 교반하여 합제를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포하고 건조한 뒤, 프레스하여 제조할 수 있다. According to one aspect of the present invention, the positive and negative electrodes are prepared by mixing and stirring the positive and negative electrode active materials with a solvent and, if necessary, a binder, a conductive material, a dispersant, etc., to prepare a mixture, and then applying the mixture to a current collector of a metal material. It can be manufactured by drying and pressing.

상기 양극활물질은 이차전지의 양극에 통상적으로 사용되는 활물질이면 사용 가능하다. 예를 들어, Ni, Co, Mn, Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ge, Sr, Ag, Ba, Zr, Nb, Mo, Al, Ga, B 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 금속을 포함한 리튬금속산화물 입자를 포함할 수 있다. The positive electrode active material can be any active material commonly used in the positive electrode of secondary batteries. For example, Ni, Co, Mn, Na, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Ge, Sr, Ag, Ba, Zr, Nb, Mo, Al, Ga, B and combinations thereof. It may contain lithium metal oxide particles containing one or two or more metals selected from the group consisting of.

상기 음극활물질은 이차전지의 음극에 통상적으로 사용되는 활물질이면 사용 가능하다. 리튬이차전지의 음극활물질은 리튬 인터칼레이션 가능한 물질이 바람직하다. 비 한정적인 일 실시예로, 음극활물질은 리튬(금속 리튬), 이흑연화성 탄소, 난흑연화성 탄소, 그라파이트, 실리콘, Sn 합금, Si 합금, Sn 산화물, Si 산화물, Ti 산화물, Ni 산화물, Fe 산화물(FeO) 및 리튬-티타늄 산화물(LiTiO2, Li4Ti5O12)의 음극활물질 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 물질일 수 있다.The negative electrode active material can be any active material commonly used in the negative electrode of secondary batteries. The negative electrode active material of a lithium secondary battery is preferably a material capable of lithium intercalation. As a non-limiting example, the negative electrode active material is lithium (metal lithium), easily graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, graphite, silicon, Sn alloy, Si alloy, Sn oxide, Si oxide, Ti oxide, Ni oxide, Fe. It may be one or two or more materials selected from negative electrode active materials such as oxide (FeO) and lithium-titanium oxide (LiTiO 2 , Li 4 Ti 5 O 12 ).

상기 도전재로는 통상적인 도전성 탄소재가 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.As the conductive material, a typical conductive carbon material can be used without particular restrictions.

상기 금속 재료의 집전체는 전도성이 높고, 상기 양극 또는 음극 활물질의 합제가 용이하게 접착할 수 있는 금속으로서, 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 양극 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있고, 음극 집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등에서 선택될 수 있다.The current collector made of the metal material has high conductivity and is a metal to which the mixture of the positive electrode or negative electrode active material can easily adhere, and any metal material can be used as long as it is not reactive in the voltage range of the battery. Non-limiting examples of positive electrode current collectors include foils made of aluminum, nickel, or combinations thereof, and non-limiting examples of negative electrode current collectors include foils made of copper, gold, nickel, or copper alloys, or combinations thereof. It may be selected from foil, etc.

상기 양극과 음극 사이에는 분리막이 개재되는데, 분리막을 전지에 적용하는 방법으로는 일반적인 방법인 권취(winding) 이외에도 분리막과 전극의 적층(lamination, stack) 및 접음(folding) 등이 가능하다.A separator is interposed between the anode and the cathode. Methods for applying the separator to a battery include lamination, stacking, and folding of the separator and the electrode, in addition to the general winding method.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 분리막은 본 기술분야에서 채택하는 미세다공막이라면 제한되지 않고 사용 가능하며, 나아가 부직포, 종이 및 이들의 미세다공막 내부 기공 또는 표면에 무기입자를 포함하는 등 기공을 갖고 전지에 적용될 수 있는 다공막이라면 특별히 제한되지 않는다.According to one aspect of the present invention, the separator can be used without limitation as long as it is a microporous membrane adopted in the present technical field, and furthermore, any pore such as non-woven fabric, paper, and their microporous membrane containing inorganic particles on the inner pores or surface There is no particular limitation as long as it is a porous film that can be applied to a battery.

상기 분리막은 올레핀계 단량체로부터 유도된 단일중합체 및 공중합체 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 제조된 것일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 공중합체로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. The separation membrane may be manufactured from any one or a mixture of two or more selected from homopolymers and copolymers derived from olefinic monomers. For specific examples, it may include any one or two or more selected from polyethylene, polypropylene, and copolymers thereof.

또한, 상기 분리막은 상기 폴리올레핀 수지 단독 또는 폴리올레핀 수지를 주성분으로 하고, 무기입자 또는 유기입자를 추가로 더 포함하여 제조된 것일 수도 있다. In addition, the separator may be manufactured using the polyolefin resin alone or with polyolefin resin as a main component and further containing inorganic particles or organic particles.

또한, 상기 분리막은 적층형태로 사용가능하며, 예를 들면, 폴리올레핀 수지가 다층으로 구성될 수 있으며, 다층으로 구성된 기재층 역시 어느 하나의 층 또는 모든 층이 폴리올레핀 수지 내 무기입자 및 유기입자가 포함하는 것도 배제하지 않는다. 또한, 분리막은 폴리올레핀 수지를 포함하는 층 일면 또는 양면에 무기입자 또는 유기입자를 포함하는 입자층이 적층된 형태일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the separator can be used in a laminated form. For example, the polyolefin resin may be composed of multiple layers, and any one or all layers of the multi-layered base layer may contain inorganic particles and organic particles in the polyolefin resin. Doing so is not ruled out. Additionally, the separator may be in the form of a particle layer containing inorganic particles or organic particles laminated on one or both sides of a layer containing polyolefin resin, but is not limited thereto.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 분리막의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 5 내지 30 ㎛ 일 수 있다. 상기 분리막은 주로 연신을 통하여 만들어진 분리막이 채용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one aspect of the present invention, the thickness of the separator is not particularly limited, but may be 5 to 30 ㎛. The separator may mainly be a separator made through stretching, but is not limited thereto.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 분리막은 폭방향(TD, Transverse Direction) 및 기계방향(MD, Machine Direction)으로 500 kgf/㎠ 이상, 구체적으로는 500 내지 1,000 kgf/㎠ 의 인장강도를 갖는 것일 수 있고, 바람직하게는 폭방향(TD, Transverse Direction) 및 기계방향(MD, Machine Direction)의 강도를 균일하게 향상시키기 위하여 2축 연신을 통하여 제조할 수 있다. 1축연신을 통하여 만들어진 분리막은 연신된 방향으로 인장강도가 증가하는 장점을 가지지만, 연신된 방향으로 수축하려는 응력이 남아 있어서, 온도 증가 시 수축하는 문제점이 발생할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the separator has a tensile strength of 500 kgf/cm2 or more, specifically 500 to 1,000 kgf/cm2, in the transverse direction (TD) and machine direction (MD). It can be manufactured through biaxial stretching to uniformly improve the strength in the transverse direction (TD) and machine direction (MD). A separator made through uniaxial stretching has the advantage of increasing tensile strength in the stretched direction, but there is still stress to shrink in the stretched direction, which may cause shrinkage when the temperature increases.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 전극조립체(200)를 케이스(100) 내에 포함하며, 이 때 비수전해액과 함께 수용하여 전극조립체(200) 외주면에 케이스(100)가 결합되는 것일 수 있다. According to one aspect of the present invention, the electrode assembly 200 is included in the case 100, and at this time, the case 100 may be coupled to the outer peripheral surface of the electrode assembly 200 by receiving it together with a non-aqueous electrolyte.

상기 비수전해액은 전해질인 리튬염과 유기 용매를 포함하며, 리튬염은 리튬이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, Li+X-로 표현할 수 있다. The non-aqueous electrolyte solution includes a lithium salt as an electrolyte and an organic solvent. The lithium salt may be those commonly used in electrolyte solutions for lithium secondary batteries without limitation, and can be expressed as Li +

상기 리튬염의 음이온으로는 특별히 제한되지 않으며, F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 사용될 수 있다.The anion of the lithium salt is not particularly limited and includes F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , PF 6 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - , etc. Any one or more than two may be used.

상기 유기 용매로는 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 디메틸설퍼옥사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 설포란, 감마-부티로락톤, 및 테트라하이드로푸란 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.The organic solvents include propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, methylpropyl carbonate, dipropyl carbonate, dimethyl sulfuroxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, sulfolane, gamma- Any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of butyrolactone, tetrahydrofuran, etc. may be used.

상기 비수 전해액은 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막으로 이루어진 전극 구조체에 주입할 수 있다.The non-aqueous electrolyte solution can be injected into an electrode structure consisting of an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode.

상기 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등에서 선택될 수 있다.The external shape of the secondary battery is not particularly limited, but may be selected from a cylindrical shape using a can, a square shape, a pouch shape, or a coin shape.

본 발명에 따른 이차전지 모듈은 복수의 이차전지를 셀 단위체(500)로 포함하고,The secondary battery module according to the present invention includes a plurality of secondary batteries as a cell unit 500,

이차전지 외주면을 둘러싸는 커버(400)를 포함하며,It includes a cover 400 surrounding the outer peripheral surface of the secondary battery,

상기 커버(400)는 전단 농화 유체를 포함하는 전단 농화 유체층을 포함한다.The cover 400 includes a shear thickening fluid layer containing a shear thickening fluid.

본 발명에 따른 이차전지 모듈은 셀 단위체(500)를 보호하는 커버(400)에 전단 농화 유체층을 포함함으로써, 내부 셀 단위체(500)의 스웰링을 완충할 수 있는 완충작용이 가능하다. 이로 인하여 이차전지 외부에서 가해지는 충격을 흡수하여 셀 단위체의 손상 및 셀 단위체 내의 분리막과 전극체 간의 탈리 등을 방지할 수 있고, 전지 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 충방전 시 발생되는 내부 부피팽창에 따라 발생되는 압력을 흡수하여 급격한 셀 단위체의 부피 변화를 방지하여 내부 쇼트 등의 연속 방전 이벤트를 방지할 수 있다.The secondary battery module according to the present invention includes a shear thickening fluid layer in the cover 400 that protects the cell unit 500, thereby providing a buffering effect that can buffer swelling of the internal cell unit 500. As a result, shock applied from outside the secondary battery can be absorbed to prevent damage to the cell unit and separation between the separator and electrode body within the cell unit, and further improve battery safety. In addition, it is possible to prevent rapid changes in the volume of the cell unit by absorbing pressure generated due to internal volume expansion that occurs during charging and discharging, thereby preventing continuous discharge events such as internal short circuits.

본 발명에 따른 이차전지 모듈은 이차전지의 목적, 크기 및 용량 등에 따라 다양한 개수의 이차전지용 셀 단위체(500)를 포함할 수 있으며, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.The secondary battery module according to the present invention may include various numbers of cell units 500 for secondary batteries depending on the purpose, size, and capacity of the secondary battery, and the present invention is not limited thereto.

본 발명에 따른 이차전지 모듈 내의 전단 농화 유체층에 대한 설명은 이차전지 내의 전단 농화 유체층에 대한 설명으로 전술한 바와 같으므로 생략한다.The description of the shear-thickening fluid layer in the secondary battery module according to the present invention is the same as described above in the description of the shear-thickening fluid layer in the secondary battery, so it is omitted.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 셀 단위체(500)가 서로 대면하는 인접면 사이에, 전단 농화 유체를 포함하는 스페이서를 더 포함할 수 있다. 상기와 같이 스페이서를 더 포함할 경우, 셀 단위체(500)의 부피팽창을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라 셀 단위체(500) 간의 충돌 등을 방지하여 더욱 이차전지 모듈 내부의 안전성을 향상시킬 수 있다. According to one aspect of the present invention, the cell units 500 may further include a spacer containing a shear thickening fluid between adjacent surfaces facing each other. When a spacer is further included as described above, not only can the volume expansion of the cell unit 500 be absorbed, but also the safety inside the secondary battery module can be further improved by preventing collisions between the cell units 500.

더욱이, 본 발명에 따른 이차전지 모듈은 이차전지의 목적, 크기 및 용량 등에 따라 다양한 개수의 이차전지용 셀 단위체(500) 및 스페이서를 포함할 수 있으며, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.Furthermore, the secondary battery module according to the present invention may include various numbers of secondary battery cell units 500 and spacers depending on the purpose, size, and capacity of the secondary battery, and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 커버(400)는 전단 농화 유체를 포함하는 전단 농화 유체 슬러리를 몰드 내에서 이산화탄소 주입 하에 핫멜트를 수행한 후, 급냉시킴으로써 제조할 수 있다. According to one aspect of the present invention, the cover 400 can be manufactured by hot melting a shear thickening fluid slurry containing a shear thickening fluid under carbon dioxide injection in a mold and then rapidly cooling it.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 커버(400)는 제조 시, 이산화탄소 주입 하에 핫멜트를 수행한 후, 급냉시키는 급격한 온도변화를 가함으로써, 기공을 갖는 전단 농화 유체층이 형성될 수 있다. 따라서, 상기와 같이 이산화탄소를 주입 하에 급격한 온도변화에 따라 기공을 갖는 전단 농화 유체층을 형성할 수 있는 것이다.According to one aspect of the present invention, when manufacturing the cover 400, a shear thickening fluid layer with pores can be formed by performing hot melt under carbon dioxide injection and then applying a rapid temperature change to quench it. Therefore, as described above, a shear-thickening fluid layer with pores can be formed according to a rapid temperature change under the injection of carbon dioxide.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 기공은 커버 총 부피에 대하여 1 내지 50부피%를 차지할 수 있고, 바람직하게는 5 내지 30부피% 차지할 수 있다. 상기와 같이 기공을 갖는 전단 농화 유체층을 포함함으로써, 셀 단위체의 내부 쇼트에 의한 급격한 스웰링 현상에 따른 부피팽창에서 가해지는 힘을 커버(400)에서 흡수하여 부피팽창 및 이차전지의 수명 감소를 방지할 수 있다. 또한, 외부에서 순간적으로 강한 충격이 가해질 경우 외부 충격을 흡수하여 발화나 파열을 방지할 수 있는 우수한 전지 안전성을 구현할 수 있다. According to one aspect of the present invention, the pores may occupy 1 to 50% by volume, preferably 5 to 30% by volume, relative to the total volume of the cover. By including a shear thickening fluid layer with pores as described above, the cover 400 absorbs the force applied from the volume expansion due to the rapid swelling phenomenon caused by the internal short circuit of the cell unit, thereby preventing volume expansion and reduction of the lifespan of the secondary battery. It can be prevented. In addition, when a strong impact is momentarily applied from the outside, excellent battery safety can be realized by absorbing the external shock and preventing ignition or rupture.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기 핫멜트는 250 내지 500℃에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 300 내지 500℃에서 수행될 수 있다. 상기와 같은 온도에서 핫멜트를 수행한 후, 1 내지 5분간 유지할 수 있다. 상기와 같이 수행할 경우, 전단 농화 유체 슬러리를 균일하게 용융시킴과 동시에 이산화탄소가 발포하여 전단 농화 유체층에 기공을 형성할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the hot melt may be performed at 250 to 500°C, and preferably at 300 to 500°C. After performing hot melt at the above temperature, it can be maintained for 1 to 5 minutes. When performed as above, the shear-thickening fluid slurry can be uniformly melted and carbon dioxide can foam at the same time to form pores in the shear-thickening fluid layer.

또한, 상기와 같이 핫멜트를 수행한 후, 용융된 전단 농화 유체 슬러리를 5 내지 30℃로 급냉시킴으로써, 균일한 기공이 형성되면서 비뉴토니안 유동특성을 가질 수 있다. In addition, after performing the hot melt as described above, the molten shear thickening fluid slurry can be rapidly cooled to 5 to 30° C., thereby forming uniform pores and having non-Newtonian flow characteristics.

본 발명의 일 양태에 따라, 상기와 같이 기공이 형성된 전단 농화 유체층은 외부 또는 내부에서 가해지는 힘에 의하여 기공의 크기가 감소하면서 내부 셀 단위체(500)의 스웰링 뿐만 아니라 외부에서 가해지는 관통과 같은 불의의 사고 발생 시 커버(400)에서 힘을 흡수함으로써, 이차전지의 화재 또는 폭발 위험을 현저히 감소시킬 수 있고, 전지 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.According to one aspect of the present invention, the shear-thickening fluid layer in which pores are formed as described above not only reduces the size of the pores due to a force applied from the outside or inside, but also causes swelling of the inner cell unit 500 as well as penetration applied from the outside. By absorbing force from the cover 400 when an unexpected accident such as occurs, the risk of fire or explosion of the secondary battery can be significantly reduced and battery safety can be further improved.

또한, 충방전 시 발생되는 내부 부피팽창에 따라 발생되는 압력을 흡수하여 급격한 셀 단위체의 부피 변화를 방지하여 내부 쇼트 등의 연속 방전 이벤트를 방지할 수 있다.In addition, it is possible to prevent rapid changes in the volume of the cell unit by absorbing pressure generated due to internal volume expansion that occurs during charging and discharging, thereby preventing continuous discharge events such as internal short circuits.

본 발명의 일 양태에 따른 상기 셀 단위체(500)는 상술한 이차전지를 포함할 수 있다. 상기와 같이 커버뿐 만 아니라 셀 단위체에도 전단 농화 유체층을 포함함으로써, 더욱 우수한 전지 안전성을 갖는 이차전지를 제공할 수 있다. 구체적으로는 충방전 시 내부 셀 단위체의 부피팽창에 따라 발생되는 내부 쇼트를 방지하여 셀 단위체의 열화현상에 따른 발화 또는 폭발 현상을 방지할 수 있다.The cell unit 500 according to one aspect of the present invention may include the above-described secondary battery. As described above, by including a shear thickening fluid layer not only in the cover but also in the cell unit, a secondary battery with superior battery safety can be provided. Specifically, it is possible to prevent ignition or explosion due to deterioration of the cell unit by preventing an internal short that occurs due to volume expansion of the internal cell unit during charging and discharging.

또한, 이차전지 모듈 외부에서 가해지는 충격을 흡수할 수 있고, 비이상적 상황에서 금속 등에 의해 관통되었을 때, 셀 단위체를 보호하여 폭발 등에 대한 전지 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다. In addition, it can absorb shock applied from the outside of the secondary battery module, and protect the cell unit when penetrated by metal, etc. in non-ideal situations, further improving battery safety against explosion.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.As discussed above, the embodiments of the present invention have been described in detail, but those skilled in the art will understand the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims. The invention may be implemented by modifying it in various ways. Therefore, changes in future embodiments of the present invention will not depart from the scope of the present invention.

[물성측정방법] [Physical property measurement method]

1. 전지 안전성 1. Battery safety

전지의 안전성을 측정하기 위하여, 이차전지를 높이 1m에서 낙하(drop)시켜 이차전지를 물리적 충격을 가하여 파손여부를 확인하여 하기와 같이 구분하였다. In order to measure the safety of the battery, the secondary battery was dropped from a height of 1 m and physical shock was applied to the secondary battery to check for damage and classified as follows.

보존 : 전반적인 외형이 전후 비교상 큰 차이 없음.Preservation: There is no significant difference in overall appearance compared to before and after.

양호 : 전해액 누액이나 연기 발생 없이 외부의 물리적인 손상 발생.Good: External physical damage occurs without electrolyte leakage or smoke.

파손 : 전지가 물리적인 손상에 의해 내부 쇼트가 발생하여 연기 발생 또는 전해액 누액 됨.Damage: Internal short circuit occurs due to physical damage to the battery, resulting in smoke or electrolyte leakage.

전지의 안전성을 추가 비교하기 위하여 150 mm diameter 의 반직경의 환봉으로 전지의 두께 방향인 Z 축 방향으로 압축 (Crush) 테스트를 진행 하였다.To further compare the safety of the battery, a compression test was performed in the Z-axis direction, which is the thickness direction of the battery, using a round bar with a semi-diameter of 150 mm diameter.

L1: 변화없음, L2: 소폭발열, L3: 누액, L4: 발연, L5: 발화이며, L1 내지 L3는 OK, L4 내지 L5는 NG로 판정하였다.L1: no change, L2: small explosion heat, L3: leakage, L4: smoke, L5: ignition, L1 to L3 were judged as OK, and L4 to L5 were judged as NG.

2. 전지 두께 측정2. Cell thickness measurement

전지의 충방전 시 전극판과 분리막 사이의 들뜸 현상 및 전지의 변형 여부를 확인하기 위해서, 500회 충방전 후 Mitsutoyo사의 Thickness Gauge를 사용하여 전지의 두께를 측정한 다음, 충방전 전의 두께와 비교, 다음 식 1의 전지 두께 증가율을 측정하였다.In order to check the phenomenon of lifting between the electrode plate and the separator and the deformation of the battery when charging and discharging the battery, the thickness of the battery was measured using Mitsutoyo's Thickness Gauge after charging and discharging 500 times, and then compared with the thickness before charging and discharging. The battery thickness increase rate according to Equation 1 was measured.

[식 1][Equation 1]

상기 식 1에 있어서,In equation 1 above,

상기 T100은 이차전지가 SOC 100%일 때의 두께이고, 상기 T0은 이차전지가 SOC 0%일 때 두께이다.The T 100 is the thickness when the secondary battery has SOC 100%, and the T 0 is the thickness when the secondary battery has SOC 0%.

3. 압축 강도 측정3. Compressive strength measurement

스틸강판으로 셀의 양쪽 면을 고정하고, 충전 후 방전을 진행 하면 SOC0에서 SOC100으로 되면서 부피 팽창이 된다. 물리적인 부피 팽창이 스틸강판에 의해 팽창이 억제 되면서 힘이 발생한다. 이 때, 발생되는 힘은 BONGSHIN 사의 Load cell 을 이용하여 측정하였다.When both sides of the cell are fixed with steel plates and charged and then discharged, the volume expands from SOC0 to SOC100. Force is generated as physical volume expansion is suppressed by the steel plate. At this time, the generated force was measured using a load cell from BONGSHIN.

4. 기공률4. Porosity

기공률을 Autopore Ⅳ 9500(Micromeritics사)을 이용하여 측정하였다.Porosity was measured using Autopore IV 9500 (Micromeritics).

[실시예 1][Example 1]

다공성 실리카(평균입경 10㎛, 비표면적 500 ㎡/g) 40중량%와 폴리에틸렌글리콜(중량평균분자량 200g/mol)60중량%를 볼밀로 1,500rpm으로 혼합하여 현탁액을 제조하였다. 상기 현탁액과 메탄올을 1:3중량비로 혼합하여 전단 농화 유체 슬러리를 제조하였다.A suspension was prepared by mixing 40% by weight of porous silica (average particle diameter 10㎛, specific surface area 500 m2/g) and 60% by weight polyethylene glycol (weight average molecular weight 200g/mol) at 1,500 rpm using a ball mill. A shear thickening fluid slurry was prepared by mixing the suspension and methanol at a weight ratio of 1:3.

몰드 내에 상기 전단 농화 유체 슬러리를 투입한 후, 슬러리 총 부피에 대하여, 40부피%의 이산화탄소를 주입하면서 300℃의 온도에서 3분동안 핫멜트를 수행하였다. 이 후, 20℃로 급냉시켜 두께 2㎛의 전단 농화 유체층이 형성된 이차전지용 케이스를 제조하였다.After adding the shear thickening fluid slurry into the mold, hot melt was performed at a temperature of 300°C for 3 minutes while injecting 40% by volume of carbon dioxide relative to the total volume of the slurry. Afterwards, it was rapidly cooled to 20°C to prepare a case for a secondary battery in which a 2㎛ thick shear thickening fluid layer was formed.

분리막(에스케이이노베이션, ENPASS)을 사이에 두고, 양극과 음극을 포함하는 2개의 전극조립체의 인접면에 냉각플레이트를 구성하고, 이를 상기 제조된 이차전지용 케이스에 실링하여 이차전지를 제조하였다. 이 때, 실링 일부 영역은 개봉된 상태에서 전해액을 주입하고 재실링하여 이차전지를 완성하였다.A secondary battery was manufactured by constructing a cooling plate on the adjacent surface of two electrode assemblies including an anode and a cathode with a separator (SK Innovation, ENPASS) in between, and sealing it to the manufactured secondary battery case. At this time, the secondary battery was completed by injecting electrolyte into some areas of the seal while being opened and resealing.

이 때, 상기 양극은 양극 활물질로 LiCoMn111를 94중량%, 접착제로 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidene fluoride)를 2.5중량%, 도전제로 Super-P(Imerys사)을 3.5중량%, 유기용매인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하고 교반하여 균일한 양극 슬러리를 제조하였다. 슬러리를20㎛ 두께의 알루미늄 호일 위에 코팅하고, 120℃의 온도에서 건조한 후, 압착하여 100 ㎛ 두께의 양극판을 제조하였다.At this time, the positive electrode contains 94% by weight of LiCoMn111 as the positive electrode active material, 2.5% by weight of polyvinylidene fluoride as an adhesive, 3.5% by weight of Super-P (Imerys) as a conductive agent, and NMP (NMP) as an organic solvent. N-methyl-2-pyrrolidone) and stirred to prepare a uniform positive electrode slurry. The slurry was coated on a 20㎛ thick aluminum foil, dried at a temperature of 120°C, and then compressed to produce a 100㎛ thick positive electrode plate.

상기 음극은 음극 활물질로 인조흑연을 95 중량%, 접착제로 Tg가 -52℃인 아크릴 라텍스(ZEON, BM900B, 고형분함량 20중량%)를 3 중량%, 증점제로 CMC(Carboxymethyl cellulose)를 2 중량%의 비율로, 용매인 물에 첨가하고 교반하여 균일한 음극슬러리를 제조하였다. 슬러리를 15㎛두께의 구리호일 위에 코팅하고, 120℃의 온도에서 건조한 후, 압착하여 100㎛두께의 음극판을 제조하였다.The negative electrode contains 95% by weight of artificial graphite as a negative electrode active material, 3% by weight of acrylic latex (ZEON, BM900B, solid content 20% by weight) with a T g of -52°C as an adhesive, and 2% by weight of CMC (Carboxymethyl cellulose) as a thickener. % ratio was added to water as a solvent and stirred to prepare a uniform cathode slurry. The slurry was coated on 15㎛ thick copper foil, dried at a temperature of 120°C, and then pressed to produce a 100㎛ thick negative electrode plate.

[실시예 2][Example 2]

상기 실시예 1에서 전단 농화 유체층이 1㎛두께로 형성되도록 제조한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was performed except that the shear thickening fluid layer was prepared to be 1㎛ thick.

[실시예 3][Example 3]

상기 실시예 1에서 전단 농화 유체층이 0.1㎛두께로 형성되도록 제조한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was performed, except that the shear thickening fluid layer was prepared to be 0.1 μm thick.

[실시예 4][Example 4]

상기 실시예 1에서 전단 농화 유체층이 5㎛두께로 형성되도록 제조한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was performed except that the shear thickening fluid layer was prepared to be 5㎛ thick.

[실시예 5][Example 5]

상기 실시예 1에서 케이스 제조 시 이산화탄소를 주입하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was performed except that carbon dioxide was not injected during case manufacturing.

[실시예 6][Example 6]

상기 실시예 1에서 이산화탄소를 슬러리 총 부피에 대하여, 10부피% 투입한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was performed except that 10% by volume of carbon dioxide was added based on the total volume of the slurry.

[실시예 7][Example 7]

상기 실시예 1에서 이산화탄소를 슬러리 총 부피에 대하여, 100부피% 투입한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was performed except that carbon dioxide was added at 100% by volume based on the total volume of the slurry.

[실시예 8] [Example 8]

상기 실시예 1에서 전단 농화 유체 슬러리의 함량을 다공성 실리카(평균입경 10㎛, 비표면적 500 ㎡/g) 5중량%와 폴리에틸렌글리콜(중량평균분자량 200g/mol)95중량%를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.Except that in Example 1, the content of the shear thickening fluid slurry was 5% by weight of porous silica (average particle diameter 10㎛, specific surface area 500 m2/g) and 95% by weight of polyethylene glycol (weight average molecular weight 200g/mol). The same procedure was performed.

[실시예 9] [Example 9]

상기 실시예 1에서 전단 농화 유체 슬러리의 함량을 다공성 실리카(평균입경 10㎛, 비표면적 500 ㎡/g) 60중량%와 폴리에틸렌글리콜(중량평균분자량 200g/mol)40중량%를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.Except that in Example 1, the content of the shear thickening fluid slurry was 60% by weight of porous silica (average particle diameter 10㎛, specific surface area 500 m2/g) and 40% by weight of polyethylene glycol (weight average molecular weight 200g/mol). The same procedure was performed.

[실시예 10][Example 10]

상기 실시예 1에서 전단 농화 유체 슬러리의 다공성 실리카를 평균입경 10㎛, 비표면적 50 ㎡/g인 것을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.In Example 1, the shear thickening fluid slurry was carried out in the same manner, except that porous silica with an average particle diameter of 10 ㎛ and a specific surface area of 50 m2/g was used.

[비교예 1][Comparative Example 1]

전단 농화 유체층을 포함하지 않는 일반 알루미늄 파우치용 배터리를 사용하였다.A general aluminum pouch battery that did not contain a shear thickening fluid layer was used.

실시예 1 내지 10 및 비교예 1로 제조된 이차전지의 물성을 표 1과 같이 측정하였다.The physical properties of the secondary batteries manufactured in Examples 1 to 10 and Comparative Example 1 were measured as shown in Table 1.

실시예 1의 이차전지를 도 3에 도시된 바와 같이 주사전자현미경(HITACHI S-3700N)으로 관찰하였을 때, 기공을 갖는 다공성임을 확인할 수 있었다. When the secondary battery of Example 1 was observed with a scanning electron microscope (HITACHI S-3700N) as shown in FIG. 3, it was confirmed that it was porous with pores.

전단농화
유체층
두께(㎜)
Shear thickening
fluid layer
Thickness (㎜)
압축강도
SOC0→SOC100
compressive strength
SOC0→SOC100
전단농화
유체층
기공률(%)
Shear thickening
fluid layer
Porosity (%)
두께
변화율
(식 1)
thickness
rate of change
(Equation 1)
안전성 평가Safety assessment
낙하fall 압축compression 실시예 1Example 1 2.02.0 0N → 0.2kN0N → 0.2kN 20.0120.01 0.0160.016 보존preservation OK(L2)OK(L2) 실시예 2Example 2 1.01.0 0N → 0.5kN0N → 0.5kN 20.0220.02 0.0150.015 보존preservation OK(L2)OK(L2) 실시예 3Example 3 0.10.1 0N → 9.0kN0N → 9.0kN 20.0020.00 0.0180.018 파손break OK(L3)OK(L3) 실시예 4Example 4 5.05.0 0N → 0.1kN0N → 0.1kN 20.0320.03 0.0140.014 보존preservation OK(L2)OK(L2) 실시예 5Example 5 2.02.0 0N → 5.0kN0N → 5.0kN 0.010.01 0.0330.033 보존preservation OK(L2)OK(L2) 실시예 6Example 6 2.02.0 0N → 0.25kN0N → 0.25kN 5.105.10 0.0280.028 보존preservation OK(L2)OK(L2) 실시예 7Example 7 2.02.0 0N → 0.05kN0N → 0.05kN 50.1150.11 0.0180.018 파손break OK(L2)OK(L2) 실시예 8Example 8 2.02.0 0N → 0.3kN0N → 0.3kN 19.9819.98 0.0220.022 보존preservation OK(L2)OK(L2) 실시예 9Example 9 2.02.0 0N → 0.15kN0N → 0.15kN 20.0220.02 0.0270.027 보존preservation OK(L3)OK(L3) 실시예 10Example 10 2.02.0 0N → 1.0kN0N → 1.0kN 16.4516.45 0.0300.030 파손break NG(L4)NG(L4) 비교예 1Comparative Example 1 -- 0N → 10.0kN0N → 10.0kN 0.020.02 0.0510.051 파손break NG(L4)NG(L4)

상기 표 1에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 이차전지는 충방전 시 부피팽창을 억제하여 두께변화율이 현저히 낮고, 낙하 및 압축 등으로 강한 충격을 가하여도 우수한 안전성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 낮은 압축강도를 구현함으로써, 외부 또는 내부에서 가해지는 힘을 흡수할 수 있는 우수한 탄성을 구현하여 더욱 우수한 전지 안전성을 가질 수 있음을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1, it was confirmed that the secondary battery according to the present invention suppresses volume expansion during charging and discharging, has a significantly low thickness change rate, and has excellent safety even when subjected to strong impacts such as dropping or compression. In addition, it was confirmed that by implementing low compressive strength, excellent elasticity capable of absorbing external or internal force was achieved, resulting in better battery safety.

또한, 실시예 2 내지 4와 실시예 1을 대비하였을 때, 케이스의 전단 농화 유체층의 두께가 0.1 내지 5㎜ 두께로 형성될 경우, 충방전 시 내부에서 발생되는 두께변화율이 현저히 낮아 이차전지의 부피팽창을 억제할 수 있다. 또한, 낮은 압축 강도를 구현하여 전지 내부 쇼트를 방지할 수 있고, 우수한 내구성을 가질 수 있다. 더욱이, 0.5 내지 3㎜ 두께로 형성될 경우, 내부에서 가해지는 힘에 대하여 이차전지의 팽창을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 이차전지를 낙하 및 압축 등으로 강한 충격이 가해졌을 때, 파손 등이 발생되지 않는 것을 확인할 수 있었다.In addition, when comparing Examples 2 to 4 and Example 1, when the shear thickening fluid layer of the case is formed to a thickness of 0.1 to 5 mm, the rate of change in thickness occurring internally during charging and discharging is significantly low, Volume expansion can be suppressed. In addition, by implementing low compressive strength, short circuit inside the battery can be prevented and excellent durability can be achieved. Moreover, when formed to a thickness of 0.5 to 3 mm, not only can it prevent the expansion of the secondary battery against internal force, but also prevent damage, etc. from occurring when the secondary battery is subjected to a strong impact such as dropping or compressing. I was able to confirm that it didn't work.

또한, 실시예 5 내지 7과 실시예 1을 대비하였을 때, 케이스의 전단 농화 유체층의 기공률이 1 내지 50부피% 차지할 경우 충방전 시 내부에서 발생되는 두께변화율이 현저히 낮아 이차전지의 부피팽창을 억제할 수 있다. 더욱이 기공률이 5 내지 30부피% 차지할 경우, 낮은 압축 강도를 구현하여 전지 내부 쇼트를 방지할 수 있고, 이차전지를 낙하 및 압축 등으로 강한 충격이 가해졌을 때, 파손 등이 발생되지 않는 것을 확인할 수 있었다.In addition, when comparing Examples 5 to 7 with Example 1, when the porosity of the shear thickening fluid layer of the case accounts for 1 to 50% by volume, the rate of thickness change occurring internally during charging and discharging is significantly low, preventing volume expansion of the secondary battery. It can be suppressed. Furthermore, when the porosity is 5 to 30% by volume, low compressive strength can be achieved to prevent short circuits inside the battery, and it can be confirmed that no damage occurs when the secondary battery is subjected to strong impact such as dropping or compression. there was.

또한, 실시예 8 및 9와 실시예 1을 대비하였을 때, 전단 농화 유체 내의 무기입자 및 고분자 함량이 무기입자 5 내지 45 중량% 및 고분자 55 내지 95중량% 를 만족할 경우 부피팽창에 따른 힘을 더 많이 흡수하여 두께변화율을 현저히 감소시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다.In addition, when comparing Examples 8 and 9 with Example 1, when the content of inorganic particles and polymers in the shear thickening fluid satisfies 5 to 45% by weight of inorganic particles and 55 to 95% by weight of polymers, the force due to volume expansion is increased. It was confirmed that the thickness change rate could be significantly reduced by absorbing a lot.

또한, 실시예 10과 실시예 1을 대비하였을 때, 전단 농화 유체 내의 무기입자가 비표면이 100 내지 800㎡/g을 만족하는 다공성 실리카를 사용하였을 때, 외부충격에 대한 저항이 강하여 물리적 손상을 방지할 수 있는 것을 확인하였다. 더욱이, 200 내지 700㎡/g을 만족하는 다공성 실리카를 사용하였을 때, 충격 흡수 효과가 현저히 향상되어 전지 안전성을 더욱 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.In addition, when comparing Example 10 with Example 1, when porous silica with a specific surface of 100 to 800 m2/g of the inorganic particles in the shear thickening fluid was used, resistance to external shock was strong, preventing physical damage. We have confirmed what can be prevented. Furthermore, it was confirmed that when porous silica satisfying 200 to 700 m2/g was used, the shock absorption effect was significantly improved, thereby further improving battery safety.

또한, 비교예 1과 같이 전단 농화 유체층을 포함하지 않을 경우, 이차전지의 내부에서 발생되는 부피팽창뿐만 아니라 외부에서 가해지는 충격 또한 흡수하지 못해서 전기가 파손되는 등 전지 안정성이 현저히 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.In addition, when the shear thickening fluid layer is not included as in Comparative Example 1, it can be seen that not only the volume expansion generated inside the secondary battery but also the shock applied from the outside cannot be absorbed, resulting in electrical damage, and the battery stability is significantly reduced. there was.

또한, 실시예 1 내지 10으로 제조되는 이차전지 케이스를 이차전지 모듈의 커버로 적용하여, 도 2에 도시된 바와 같이 전극이 대향되도록 형성되고, 가로 400mm, 세로 110mm, 두께 10 ㎜의 알루미늄 케이스를 포함하며, 용량이 80Ah인 리튬이온 셀 단위체 10개를 커버 내에 적층하여 제공되었을 때도 본 발명에 따른 이차전지 케이스와 경향성이 동일하게 우수한 물성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.In addition, the secondary battery case manufactured in Examples 1 to 10 was applied as a cover for the secondary battery module, and the aluminum case was formed so that the electrodes face each other as shown in FIG. 2, and has a width of 400 mm, a length of 110 mm, and a thickness of 10 mm. It was confirmed that even when 10 lithium ion cell units with a capacity of 80 Ah were provided by stacking them in a cover, it had the same excellent physical properties as the secondary battery case according to the present invention.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 이차전지 및 이를 포함하는 이차전지 모듈이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, in the present invention, the secondary battery and the secondary battery module including the same have been described through specific details and limited embodiments, but this is only provided to facilitate a more general understanding of the present invention, and the present invention is limited to the above embodiments. It is not limited to this, and various modifications and variations can be made by those skilled in the art from this description.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. Accordingly, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and the scope of the patent claims described later as well as all things that are equivalent or equivalent to the scope of this patent claim shall fall within the scope of the spirit of the present invention. .

100 : 케이스
200 : 전극조립체
300 : 냉각 플레이트
400 : 커버
500 : 셀 단위체
100: case
200: Electrode assembly
300: cooling plate
400: cover
500: Cell monomer

Claims (10)

전극조립체 및
상기 전극조립체의 외주면을 둘러싸는 케이스를 포함하고,
상기 케이스는 전단 농화 유체층을 갖고,
상기 전단 농화 유체층은 기공을 갖는 것인 이차전지.
electrode assembly and
It includes a case surrounding the outer peripheral surface of the electrode assembly,
The case has a shear thickening fluid layer,
A secondary battery wherein the shear thickening fluid layer has pores.
제 1항에 있어서,
상기 케이스는 수지층 및 금속층에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 층을 더 포함하는 이차전지.
According to clause 1,
A secondary battery in which the case further includes one or two or more layers selected from a resin layer and a metal layer.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 전단 농화 유체층은 무기입자 및 고분자를 포함하는 이차전지.
According to clause 1,
The shear thickening fluid layer is a secondary battery containing inorganic particles and polymers.
제 4항에 있어서,
상기 전단 농화 유체층은 무기입자 5 내지 50 중량% 및 고분자 50 내지 95중량% 포함하는 이차전지.
According to clause 4,
The shear thickening fluid layer is a secondary battery comprising 5 to 50% by weight of inorganic particles and 50 to 95% by weight of polymer.
제 4항에 있어서,
상기 무기입자는 평균입경이 5㎚ 내지 1㎛인 이차전지.
According to clause 4,
A secondary battery in which the inorganic particles have an average particle diameter of 5 nm to 1 μm.
제 1항에 있어서,
상기 이차전지는 SOC 100%일 때, 두께변화율이 하기 식 1을 만족하는 이차전지.
[식 1]

상기 식 1에 있어서,
상기 T100은 이차전지가 SOC 100%일 때의 두께이고, 상기 T0은 이차전지가 SOC 0%일 때 두께이다.
According to clause 1,
The secondary battery is a secondary battery whose thickness change rate satisfies Equation 1 below when SOC is 100%.
[Equation 1]

In equation 1 above,
The T 100 is the thickness when the secondary battery has SOC 100%, and the T 0 is the thickness when the secondary battery has SOC 0%.
복수의 이차전지를 셀 단위체로 포함하고,
이차전지 외주면을 둘러싸는 커버를 포함하며,
상기 커버는 전단 농화 유체를 포함하는 전단 농화 유체층을 포함하고,
상기 전단 농화 유체층은 기공을 갖는 이차전지 모듈.
Containing a plurality of secondary batteries as a cell unit,
It includes a cover surrounding the outer peripheral surface of the secondary battery,
The cover includes a shear thickening fluid layer comprising a shear thickening fluid,
The shear thickening fluid layer is a secondary battery module having pores.
제 8항에 있어서,
상기 셀 단위체가 서로 대면하는 인접면 사이에, 전단 농화 유체를 포함하는 스페이서를 더 포함하는 이차전지 모듈.
According to clause 8,
A secondary battery module further comprising a spacer containing a shear thickening fluid between adjacent surfaces of the cell units facing each other.
제 8항에 있어서,
상기 셀 단위체는 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제7항에서 선택되는 어느 한 항의 이차전지를 포함하는 이차전지 모듈.
According to clause 8,
The cell unit is a secondary battery module including any one secondary battery selected from claims 1, 2, and 4 to 7.
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