KR20020027939A - Lithium secondary battery - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Provided is a lithium secondary battery having improved safety and reliability, in which blowout and blast due to thermal runaway are prevented. CONSTITUTION: The lithium secondary battery comprises a winding electrode assembly(24) comprising a cathode(21), an anode(22) and a separator(23) positioned between the cathode and the anode; and a case which the electrode assembly is built in. A cavity in the winding electrode assembly, inner space of case, and at least one of the cathode, anode and separator comprise polyhydric alcohol which absorbs heat occurring from the electrode assembly and accomplishes a solid-solid phase transition at isothermal level.

Description

리튬 2차전지{Lithium secondary battery}Lithium secondary battery

본 발명은 리튬 2차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 열폭주로 인한 파열과 폭발이 방지됨으로써 안전성과 신뢰성이 개선된 리튬 2차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly, to a lithium secondary battery having improved safety and reliability by preventing rupture and explosion due to thermal runaway.

첨단기술의 발달로 인하여 휴대용 전자기기가 점차 소형화 및 경량화됨에 따라 이들에게 전력을 공급하는 2차 전지에 대해서도 고성능화가 요구되고 있다. 따라서 이러한 요망에 부응하여 납 전지나 니켈-카드뮴 전지를 대신할 고에너지 밀도 전지로서 리튬 2차 전지의 개발이 급속하게 진행되고 있다.Due to the development of advanced technology, portable electronic devices are gradually miniaturized and light weight, and thus, high performance is also required for secondary batteries that supply them. Accordingly, in response to these demands, development of lithium secondary batteries as a high energy density battery to replace lead batteries or nickel-cadmium batteries is rapidly progressing.

리튬 2차 전지는 다른 전지들에 비하여 에너지밀도가 높고 가공하기가 쉬우며 전지제조가 용이하여 전자제품에 대한 응용이 쉽다는 장점 등으로 인하여 미래의 전지로서 각광받고 있다. 리튬 2차 전지는 캐소드 활물질로는 리튬니켈산화물, 리튬코발트산화물, 리튬망간산화물 등을 이용하고, 애노드 활물질로는 카본, 리튬 금속 및 그 합금 등을 이용하는 것이 일반적이다. 그리고 전해질로는 액체 유기전해질, 폴리(에틸렌옥사이드), 폴리아크릴로니트릴, 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 등과 같은 고분자 매트릭스를 기본으로 하는 고분자 고체 전해질을 각각 이용하고 있다.Lithium secondary batteries are in the limelight as future batteries due to their advantages such as higher energy density, easier processing, and easier battery manufacturing than other batteries. In lithium secondary batteries, lithium nickel oxide, lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, and the like are used as the cathode active material, and carbon, lithium metal, and alloys thereof are generally used as the anode active material. As the electrolyte, a polymer solid electrolyte based on a polymer matrix such as liquid organic electrolyte, poly (ethylene oxide), polyacrylonitrile, poly (vinylidene fluoride), or the like is used.

한편, 리튬 2차 전지는 전해질의 종류에 따라 리튬이온 전지와 리튬 이온 폴리머전지 등으로 분류할 수 있다. 이중, 리튬이온 전지는 전해질로서 액체형 전해질을 사용하며, 리튬 이온 폴리머 전지는 전해질로서 고체형 전해질을 사용한다.Meanwhile, lithium secondary batteries may be classified into lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries according to the type of electrolyte. Among them, a lithium ion battery uses a liquid electrolyte as an electrolyte, and a lithium ion polymer battery uses a solid electrolyte as an electrolyte.

도 1은 통상적인 원통형 리튬 이온 전지의 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing the structure of a conventional cylindrical lithium ion battery.

도 1을 참조하면, 원통형 리튬 이차 전지(10)는 원통형으로 된 케이스(15)와 상기 케이스 (15)내부에 설치되는 전극 조립체(14)를 구비하고 있다. 이 때 상기전극 조립체(14)는 캐소드(11)와 애노드(12)사이에 세퍼레이타(13)가 개재되어 있고, 이 전극 조립체(14) 상부에는 캡 조립체(16)가 결합되어 있다.Referring to FIG. 1, the cylindrical lithium secondary battery 10 includes a cylindrical case 15 and an electrode assembly 14 installed inside the case 15. In this case, the electrode assembly 14 has a separator 13 interposed between the cathode 11 and the anode 12, and a cap assembly 16 is coupled to the upper portion of the electrode assembly 14.

상기한 바와 같은 구조를 갖는 원통형 리튬 이온 전지를 제조하는 과정에 대하여 살펴보기로 한다.The process of manufacturing the cylindrical lithium ion battery having the structure as described above will be described.

먼저, 캐소드판과 애노드판사이에 세퍼레이타가 개재된 상태에서 맨드렐을 중심으로 하여 세퍼레이타의 선감김이 시도되고 젤리롤(jellyroll) 방식으로 권취시켜 전극 조립체를 만든다. 이후 맨드렐을 제거한 다음, 전극 조립체를 캔의 공간부에 삽입한 후, 전해액을 주입하게 된다. 전해액 주입이 완료되면, 상기 캡 조립체를 캔의 상부에 결합시키면 도 1의 리튬 이온 전지가 완성된다. 상기 제조과정에서 살펴본 바와 같이, 전극 조립체 내부에는 맨드렐이 제거되고 나면 빈공간이 남게 된다.First, in the state where the separator is interposed between the cathode plate and the anode plate, the winding of the separator is attempted around the mandrel and the electrode roll is wound in a jellyroll manner. After removing the mandrel, the electrode assembly is inserted into the space of the can, and then the electrolyte is injected. When electrolyte injection is complete, the cap assembly is coupled to the top of the can to complete the lithium ion battery of FIG. 1. As discussed in the manufacturing process, an empty space remains after the mandrel is removed inside the electrode assembly.

한편, 리튬 2차 전지는 다른 타입의 전지에 비하여, 수명 및 에너지밀도 특성이 우수한 반면, 전지에 외부로부터 기계적 충격이 가해지거나 못으로 전지가 관통되는 경우 또는 열충격 및 과충전에 의하여 국부적인 내부 단락이 발생되게 되며, 이렇게 내부 단락이 발생하는 부분에 집중적으로 온도가 상승하게 된다. 특히, 내부 단락이 전극 집전체의 양면에 형성된 활물질층 영역에서 발생하는 경우에는 전지의 내부 온도가 더욱 상승하게 된다. 그런데, 국부적인 단락이 발생할 때는 세퍼레이터가 셧 다운 기능(shut-down 기능:온도가 증가하면 이온 이동을 억제하여 전류 흐름을 억제하는 기능)을 제대로 발휘하지 못한다. 따라서 국부적인 단락으로 인한 온도 상승은 세퍼레이타 셧다운된 다음, 캐소드와 애노드가 열분해되면서 열발생량이 점차 커지게 되고, 열폭주로 이어져서 결국 전지를 발화시키고 파열하게 한다.On the other hand, lithium secondary batteries have better life and energy density characteristics than other types of batteries, whereas local internal short-circuits may occur due to mechanical shocks applied to the battery from outside or through the battery through nails, or thermal shock and overcharging. The temperature rises intensively in the area where the internal short circuit occurs. In particular, when an internal short circuit occurs in the active material layer regions formed on both surfaces of the electrode current collector, the internal temperature of the battery is further increased. However, when a local short circuit occurs, the separator does not properly perform a shutdown function (a function of suppressing current flow by suppressing ion movement when the temperature increases). Therefore, the temperature rise due to local short-circuit causes the separator and the anode to thermally decompose, which causes the heat generation to gradually increase, leading to thermal runaway, which eventually causes the battery to ignite and burst.

이에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하기 위하여 전지의 열방출 메카니즘에 변화를 주어 전지 내부에서 발생된 열로 인한 파열과 폭발을 방지함으로써 안전성과 신뢰성이 향상된 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a lithium secondary battery with improved safety and reliability by changing the heat release mechanism of the battery to prevent the burst and explosion due to heat generated inside the battery to solve the above problems.

도 1은 통상적인 원통형 리튬 이온 전지를 일부 절단하여 도시한 분리사시도이고,1 is an exploded perspective view showing a part of a typical cylindrical lithium ion battery,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 리튬 이온 전지를 일부 절단하여 도시한 분리사시도이고,Figure 2 is an exploded perspective view showing a portion of the cylindrical lithium ion battery cut according to an embodiment of the present invention,

도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 원통형 리튬 이온 전지를 일부 절단하여 도시한 분리사시도이다.Figure 3 is an exploded perspective view showing a cut part of the cylindrical lithium ion battery according to another embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

11, 21, 31... 캐소드 12, 22, 32... 애노드11, 21, 31 ... cathode 12, 22, 32 ... anode

13, 23, 33... 세퍼레이타 14, 24, 34... 전극 조립체13, 23, 33 ... Separators 14, 24, 34 ... Electrode Assembly

16, 26, 36... 캡 조립체 27... 열전도성 금속 백16, 26, 36 ... Cap assembly 27 ... Thermally conductive metal bag

37... 열 흡수 필름37 ... heat absorbing film

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, 캐소드와 애노드와 이들간에 개재되어 있는 세퍼레이타를 포함하는 권취형 전극 조립체와, 이 전극 조립체를 내장하는 케이스를 구비하는 리튬 2차전지에 있어서,In order to achieve the above technical problem, in the present invention, in the lithium secondary battery having a wound electrode assembly including a cathode and an anode and a separator interposed therebetween, and a case in which the electrode assembly is embedded,

상기 권취형 전극 조립체내의 중공(中空)부와, 케이스 내부 공간과, 상기 캐소드, 애노드 및 세퍼레이타중 적어도 하나에,At least one of a hollow portion in the wound electrode assembly, a space inside the case, and at least one of the cathode, the anode, and the separator;

상기 전극 조립체로부터 발생된 열을 흡수하여 등온에서 고체-고체 상 전이를 하는 다가알콜(polyhydric alcohol)이 포함되는 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지를 제공한다.It provides a lithium secondary battery comprising a polyhydric alcohol (polyhydric alcohol) that absorbs the heat generated from the electrode assembly to a solid-solid phase transition at isothermal.

상기 다가알콜은 네오펜틸 글리콜, 트리메틸올 에탄 및 ??펜타에리트리톨로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이며, 이 다가알콜이 권취형 전극 조립체의 중공부에 포함되는 경우, 중공부안에 위치해 있는 열전도성 금속백에 함유시키는 것이 바람직하다.The polyhydric alcohol is at least one selected from the group consisting of neopentyl glycol, trimethylol ethane and ?? pentaerythritol, and when the polyhydric alcohol is included in the hollow portion of the wound electrode assembly, a thermally conductive metal located in the hollow portion It is preferable to make it contain in a bag.

그리고 상기 캐소드, 애노드 및/또는 세퍼레이타에 다가알콜이 포함되는 경우, 캐소드 및 애노드에서의 다가알콜의 함량은 전극 활물질 100 중량부를 기준으로 하여 2 내지 10 중량부이고, 세퍼레이타에서의 다가알콜의 함량은 고분자 수지 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 5 중량부이다.And when the polyhydric alcohol is included in the cathode, anode and / or separator, the content of the polyhydric alcohol in the cathode and anode is 2 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrode active material, the polyvalent in the separator The content of alcohol is 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer resin.

또한, 본 발명의 기술적 과제는 캐소드와 애노드와 이들간에 개재되어 있는 세퍼레이타를 포함하는 권취형 전극 조립체와, 이 전극 조립체를 내장하는 케이스를 구비하는 리튬 2차전지에 있어서,In addition, a technical problem of the present invention is a lithium secondary battery having a wound electrode assembly including a cathode, an anode, and a separator interposed therebetween, and a case in which the electrode assembly is embedded.

상기 캐소드와 세퍼레이타 사이 및/또는 애노드와 세퍼레이타 사이에 ,Between the cathode and the separator and / or between the anode and the separator,

상기 전극 조립체로부터 발생된 열을 흡수하여 등온에서 고체-고체 상 전이를 하는 다가알콜(polyhydric alcohol)을 포함하는 열흡수필름이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지에 의하여 이루어진다.The lithium secondary battery is characterized in that the heat absorption film containing a polyhydric alcohol (polyhydric alcohol) to absorb the heat generated from the electrode assembly is a solid-solid phase transition at isothermal.

본 발명은 권취형 전극 조립체의 중공부, 케이스 빈 공간, 캐소드, 애노드 및 세퍼레이타중에서 선택된 적어도 하나에, 등온에서 고체-고체 상 전이를 하는 다가알콜을 부가한 데 그 특징이 있다. 또한, 본 발명은 캐소드와 세퍼레이타 사이및/또는 애노드와 세퍼레이타 사이에 다가알콜을 포함한 열흡수필름이 개재되어 있는 것을 그 특징으로 한다.The present invention is characterized by adding a polyhydric alcohol having a solid-solid phase transition at an isothermal temperature to at least one selected from a hollow portion, a case empty space, a cathode, an anode, and a separator of the wound electrode assembly. In addition, the present invention is characterized in that a heat absorption film including a polyhydric alcohol is interposed between the cathode and the separator and / or between the anode and the separator.

상기 다가알콜은, 특히 네오펜틸 글리콜, 트리메틸올 에탄 및 펜타에리트리톨인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 펜타에리트리톨이다. 이는 펜타에리트리톨은 약 189℃에서 300J/g의 열을 흡수하여 고체-고체 상전이를 하는 물질로서, 녹는점은 269℃이고 약 35J/g의 열을 흡수하는 특성을 가지고 있어서 전지내부에서 발생된 열을 효과적으로 흡수할 수 있기 때문이다.The polyhydric alcohol is particularly preferably neopentyl glycol, trimethylol ethane and pentaerythritol, most preferably pentaerythritol. Pentaerythritol is a solid-solid phase transition material that absorbs 300J / g of heat at about 189 ° C. It has a melting point of 269 ° C and absorbs heat of about 35J / g. This is because heat can be absorbed effectively.

본 발명의 세퍼레이타는 특별히 제한되지는 않으나, 전극 조립체를 권취하고자 하는 경우에는 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)중에서 선택된 재질로 된 단층 구조 또는 폴리에틸렌의 양면에 폴리프로필렌이 적층되어 있는 3층 구조를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 이러한 세퍼레이타가 권취가 용이하기 때문이다.The separator of the present invention is not particularly limited, but when the electrode assembly is to be wound, a single layer structure made of a material selected from polyethylene (PE) and polypropylene (PP) or polypropylene is laminated on both sides of the polyethylene. Preference is given to using a layer structure. This is because such a separator is easy to wind up.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 리튬 2차전지의 일예를 설명하기로 한다Hereinafter, an example of a lithium secondary battery according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2 는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 리튬 이온 전지 일부를 절단하여 나타낸 분리사시도이다.2 is an exploded perspective view showing a part of a lithium ion battery according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 리튬 이온 전지(20)는 맨드렐(미도시)을 중심으로 젤리롤(jellyroll) 방식으로 감겨지는 소정폭과 길이를 갖는 캐소드(21)와 애노드(22)와 상기 캐소드(21)와 애노드(22)를 절연시키기 위한 세퍼레이타(23)를 포함하는 전극 조립체(24)를 구비한다. 그리고 상기 전극 조립체(24)를 수용하기 위한 공간부가 마련된 원통형의 캔(25)이 마련되고, 상기 캔(25)의 상부에는 캔과 결합하여 전해액을 방지하도록 내부를 밀폐시키는 캡 조립체(26)가 결합된다. 이 때 상기 캡 조립체(26)는 러버벤트(26a)가 내부에 마련되어 있는 캡(26b)과, 상기 캡(26b)과 결합되는 캡커버(26c)와, 상기 캡(26b)과 캡커버(26c)사이에 개재되는 가스켓(26d)를 구비한다.Referring to FIG. 2, the lithium ion battery 20 includes a cathode 21, an anode 22, and the cathode having a predetermined width and length wound around a mandrel in a jellyroll manner. An electrode assembly 24 comprising a separator 23 for insulating the 21 and the anode 22. In addition, a cylindrical can 25 having a space portion for accommodating the electrode assembly 24 is provided, and a cap assembly 26 is coupled to the can 25 to seal the inside to prevent the electrolyte solution. Combined. In this case, the cap assembly 26 includes a cap 26b having a rubber vent 26a therein, a cap cover 26c coupled to the cap 26b, a cap 26b and a cap cover 26c. ) And a gasket 26d interposed therebetween.

상기 전극 조립체(26)에서 맨드렐이 제거된 중공부에는 봉 상태의 열전도성 금속백(27)이 위치해 있다. 이 때 이 금속백(27)안에는 도시되어 있지 않으나 펜타에리트리톨 분말이나 이 펜타에리톨 함유 필름이 다양한 형태로 담겨 있다. 여기에서 펜타에리트리톨 함유 필름은, 그 제조방법이 특별히 한정되지는 않으나, 하기 방법에 따라 제조한다.In the hollow portion from which the mandrel is removed from the electrode assembly 26, a rod-shaped thermally conductive metal bag 27 is positioned. At this time, although not shown in the metal bag 27, pentaerythritol powder or this pentaerythritol containing film is contained in various forms. Here, although the manufacturing method is not specifically limited, the pentaerythritol containing film is manufactured by the following method.

즉, 이온 전도성 고분자와 펜타에리트리톨과 같은 다가알콜과 이들 성분들을 용해시키는 용매를 혼합하여 조성물을 준비한다. 이 조성물을 별도의 지지체상에 캐스팅한 후, 건조하여 필름 형태로 만들고 나서, 상기 지지체로부터 박리하면 펜타에리트리톨 함유 필름을 얻을 수 있다. 여기에서 비닐클로라이드. 헥사플루오로프로필렌, 헥사플루우로이소부텐 및 아크릴로니트릴로 이루어진 군으로부 선택된 하나 이상의 반복단위를 포함하는 호모폴리머, 코폴리머 및 터폴리머중에서 선택된 하나이다. 그리고 상기 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤, 이들의 혼합물 등을 이용한다.That is, a composition is prepared by mixing an ion conductive polymer, a polyhydric alcohol such as pentaerythritol, and a solvent for dissolving these components. The composition is cast on a separate support, dried to form a film, and then peeled from the support to obtain a pentaerythritol-containing film. Vinyl chloride here. One selected from homopolymers, copolymers and terpolymers comprising one or more repeating units selected from the group consisting of hexafluoropropylene, hexafluoroisobutene and acrylonitrile. N-methylpyrrolidone, acetone, a mixture thereof, and the like are used as the solvent.

상술한 바와 같이 펜타트리톨 분말 또는 펜타에리트리톨 함유 필름이 전도성 금속백(27)안에 수용되어 있기 때문에, 후속공정에서 전해액을 주입한다고 하더라고 펜타에리톨이 전극 조립체의 중공부로부터 이탈될 염려가 없기 때문에 그 부가에 따른 효과를 충분히 얻을 수 있게 된다. 그리고 상기 금속백(27)은 열전도체로서 알루미늄, 구리 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.As described above, since the pentatritol powder or pentaerythritol-containing film is accommodated in the conductive metal bag 27, there is no fear that the pentaerytol will escape from the hollow portion of the electrode assembly even if the electrolyte is injected in a subsequent step. Therefore, the effects according to the addition can be sufficiently obtained. The metal bag 27 is preferably made of aluminum, copper, or the like as a thermal conductor.

도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 리튬 이온 전지 일부를 절단하여 나타낸 분리사시도이다.3 is an exploded perspective view showing a part of a lithium ion battery according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 리튬 이온 전지(30)는 캐소드(31)와 애노드(32)와 상기 캐소드(31)와 애노드(32)를 절연시키기 위한 세퍼레이타(33)를 포함하는 전극 조립체(34)를 구비한다. 이 때 상기 캐소드(31)과 세퍼레이타(33)사이에는 펜타에리트리톨을 함유하는 열흡수필름(37)이 개재되어 있다. 그리고 상기 전극 조립체(34)를 수용하기 위한 공간부가 마련된 원통형의 캔(35)이 마련되고, 상기 캔(35)의 상부에는 캔과 결합하여 전해액을 방지하도록 내부를 밀폐시키는 캡 조립체(36)가 결합된다. 이 때 상기 캡 조립체(36)는 러버벤트(36a)가 내부에 마련되어 있는 캡(36b)과, 상기 캡(36b)과 결합되는 캡커버(36c)와, 상기 캡(36b)과 캡커버(36c)사이에 개재되는 가스켓(36d)를 구비한다.Referring to FIG. 3, the lithium ion battery 30 includes an electrode assembly 34 including a cathode 31 and an anode 32, and a separator 33 for insulating the cathode 31 and the anode 32. ). At this time, a heat absorption film 37 containing pentaerythritol is interposed between the cathode 31 and the separator 33. In addition, a cylindrical can 35 having a space for accommodating the electrode assembly 34 is provided, and a cap assembly 36 is formed on the upper portion of the can 35 to seal the inside to prevent electrolyte from being combined with the can. Combined. In this case, the cap assembly 36 includes a cap 36b having a rubber vent 36a therein, a cap cover 36c coupled to the cap 36b, a cap 36b, and a cap cover 36c. And a gasket 36d interposed therebetween.

상기 열 흡수 필름(37)은 도 2의 전도성 금속백(27)안에 함유되는 펜타에리톨 함유 필름과 비교하여 그 조성 및 제조방법이 거의 동일하다.The heat absorbing film 37 has almost the same composition and manufacturing method as the pentaerythritol containing film contained in the conductive metal bag 27 of FIG.

도 1 및 2의 전지를 포함한 본 발명에 따른 리튬 2차 전지의 제조과정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the manufacturing process of the lithium secondary battery according to the present invention including the battery of Figures 1 and 2 as follows.

먼저, 캐소드와 애노드를 각각 준비한다.First, prepare a cathode and an anode, respectively.

캐소드는 LiNiO2등과 같은 캐소드 활물질, 도전제. 결합제 및 용매를 혼합하여 캐소드 형성용 조성물을 준비한 후, 이를 알루미늄 집전체상에 코팅 및 건조하여 제조한다. 그리고 애노드는 그래파이트 등과 같은 애노드 활물질. 결합제, 및 용매를 혼합하여 애노드 형성용 조성물을 준비하였다. 이 조성물을 구리 집전체상에 코팅 및 건조하여 제조한다.The cathode is a cathode active material, such as LiNiO 2 , conductive agent. After the binder and the solvent are mixed to prepare a composition for forming a cathode, it is prepared by coating and drying on an aluminum current collector. And the anode is an anode active material such as graphite or the like. The binder and the solvent were mixed to prepare an anode forming composition. The composition is prepared by coating and drying on a copper current collector.

본 발명에서는 상기 캐소드 형성용 조성물 및/또는 애노드 형성용 조성물에 다가알콜을 부가하기도 한다. 이 때 다가알콜의 함량은 전극 활물질 100 중량부를 기준으로 하여 2 내지 10 중량부인 것이 바람직하다. 만약 다가알콜의 함량이 10 중량부를 초과하면 극판 형성이 어렵고, 2 중량부 미만이면, 다가알콜 부가 효과가미미미하여 바람직하지 못하다.In the present invention, a polyhydric alcohol may be added to the composition for forming a cathode and / or the composition for forming an anode. At this time, the content of the polyhydric alcohol is preferably 2 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrode active material. If the content of the polyhydric alcohol is more than 10 parts by weight, it is difficult to form the electrode plate, and if the content of the polyhydric alcohol is less than 2 parts by weight, the polyhydric alcohol addition effect is negligible, which is not preferable.

캐소드와 애노드 제조시 이용되는 결합제로는 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 등을 이용하며, 도전제로는 카본블랙, 케첸블랙, 아세틸렌블랙 등을 이용하며, 용매로는 N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤, 이들의 혼합물 등을 사용한다. 이들 성분의 함량은 리튬 2차전지에서 통상적으로 사용하는 수준으로서, 결합제는 전극 활물질(예를 들어, 리튬 복합 산화물, 그래파이트) 100 중량부를 기준으로 하여 2 내지 10 중량부를 사용하며, 도전제는 전극 활물질 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 5 중량부를 사용한다.Polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, and the like are used as binders for the production of the cathode and the anode, and carbon black, ketjen black, acetylene black, and the like are used as the conductive agent. As the solvent, N-methylpyrrolidone (NMP), acetone, a mixture thereof, and the like are used. The content of these components is a level commonly used in lithium secondary batteries. The binder is used in an amount of 2 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of an electrode active material (eg, lithium composite oxide, graphite), and the conductive agent is an electrode. 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the active material is used.

세퍼레이타로는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP)로 이루어진 재질로 선택된 단층 구조 또는 폴리에틸렌의 양면에 폴리프로필렌이 적층되어 있는 3층 구조의 세퍼레이타를 사용한다. 또는 이밖에 매트릭스 형성용 고분자 수지, 용매, 무기 충진제를 혼합하여 세퍼레이타 형성용 조성물을 만들고, 이를 별도의 지지체 상에 캐스팅 및 건조하고, 상기 지지체로부터 박리하여 얻은 세퍼레이타를 사용하는 것도 가능하다. 상기 캐소드 및 애노드 제조시와 마찬가지로 다가알콜을 세퍼레이타 제조시 부가하는 것도 가능하다. 여기에서 다가알콜의 함량은 고분자 수지 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 5 중량부이다. 여기에서 다가알콜의 함량이 5 중량부를 초과하는 경우에는 전도도가 저하되고, 1 중량부 미만인 경우에는 다가알콜 부가 효과가 미미하여 바람직하지 못하다.As the separator, a single layer structure made of polyethylene (PE) or polypropylene (PP) or a three layer separator in which polypropylene is laminated on both sides of polyethylene is used. Alternatively, it is also possible to use a separator obtained by mixing a matrix resin to form a composition for forming a separator by mixing a polymer resin, a solvent, and an inorganic filler, casting and drying the same on a separate support, and peeling from the support. Do. It is also possible to add a polyhydric alcohol at the time of manufacturing the separator as in the case of the cathode and anode production. The content of the polyhydric alcohol is 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer resin. In the case where the content of the polyhydric alcohol is more than 5 parts by weight, the conductivity is lowered. If the content of the polyhydric alcohol is less than 1 part by weight, the polyhydric alcohol addition effect is insignificant, which is not preferable.

상기 고분자 수지는 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐리덴-헥사프로필렌코폴리머, 폴리비닐클로라이드, 폴리메틸메타크릴레이트 등을 이용하며, 상기 충진제는 세퍼레이타의 기계적 강도 및 이온전도도 특성을 개선하기 위하여 부가하는 것으로서, 실리카, 카올린, 제올라이트 등을 사용한다.The polymer resin is polyvinylidene fluoride, polyvinylidene-hexapropylene copolymer, polyvinyl chloride, polymethyl methacrylate, etc., the filler is used to improve the mechanical strength and ion conductivity of the separator As an addition, silica, kaolin, zeolite, etc. are used.

상기 과정에 따라 준비된 캐소드와 애노드사이에 세퍼레이타를 캐소드와 애노드사이에 삽입시킨 상태에서 맨드렐을 중심으로 젤리롤 방식으로 권취하여 전극 조립체를 제조한다.The electrode assembly is manufactured by winding a separator between a cathode and an anode prepared according to the above process in a jellyroll manner with the mandrel inserted between the cathode and the anode.

이어서, 상기 전극 조립체를 캔의 공간부에 삽입한 다음, 전극 조립체로부터 맨드렐을 제거한다. 그 후, 전극 조립체에서 맨드렐이 제거된 중공부에 다가알콜이 들어 있는 전도성 금속백을 삽입한다.The electrode assembly is then inserted into the space of the can and then the mandrel is removed from the electrode assembly. Thereafter, a conductive metal bag containing polyhydric alcohol is inserted into the hollow portion from which the mandrel is removed from the electrode assembly.

그 후, 상기 전극 조립체의 중공부를 비롯하여 전극 조립체가 수용된 캔의 공간부에 전해액을 주입하게 된다. 이러한 전해액 주입과정은 전해액 주입 장치를 이용하여 전지 캔 내부를 진공 상태로 만든 다음, 소정의 분사압력을 유지한 상태로 전해액을 상기 캔 내부로 주입한다.Thereafter, the electrolyte is injected into the space of the can containing the electrode assembly, including the hollow portion of the electrode assembly. In the electrolyte injection process, the inside of the battery can is vacuumed using the electrolyte injection device, and then the electrolyte is injected into the can while maintaining a predetermined injection pressure.

이와 같이 전해액의 주입이 완료되면, 상기 캡 조립체(26)를 캔(25)의 상부에 결합하면 도 2의 리튬 2차 전지가 완성된다.When the injection of the electrolyte is completed as described above, the cap assembly 26 is coupled to the upper portion of the can 25 to complete the lithium secondary battery of FIG. 2.

그 후, 상술한 바와 같이 조립된 전지에 양호한 충, 방전 특성을 부여하기 위하여 다수회에 걸쳐 충전 및 방전 과정을 실행하는 화성공정을 거치게 된다.Subsequently, in order to provide good charge and discharge characteristics to the assembled battery as described above, a chemical conversion process is performed in which charge and discharge processes are performed a plurality of times.

도 2에 도시된 바와 같이 전극조립체의 중공부에 또는 케이스의 내부공간에 겔상태의 이온전도성 폴리머가 존재하게 되면, 다음과 같은 작용원리에 의하여 전지의 신뢰성과 안전성이 향상된다.As shown in FIG. 2, when the gel ion-conducting polymer is present in the hollow portion of the electrode assembly or in the inner space of the case, the reliability and safety of the battery are improved by the following working principle.

즉, 전극 조립체 및 케이스내 빈공간에, 다가알콜을 부가하면 전지 내부의 단락으로 인하여 발생된 열을 다가알콜이 흡수하여 고체-고체 상전이를 일으킨다. 이와 같이 다가알콜이 상전이한다고 하더라도 전지의 성능에 부정적인 영향은 전혀 미치지 않으면서 전지의 과열 및 열폭주를 방지한다.That is, when the polyhydric alcohol is added to the empty space in the electrode assembly and the case, the polyhydric alcohol absorbs heat generated due to a short circuit inside the battery, causing a solid-solid phase transition. In this way, even if the polyhydric alcohol has a phase change, the battery does not have any negative effect on the battery and prevents overheating and thermal runaway.

또한, 본 발명의 리튬 2차전지는 도 3에 도시된 바와 같이 캐소드와 세퍼레이타사이에 또는 애노드와 세퍼레이타 사이에 열흡수성 필름이 개재시켜 전극 조립체를 형성하고, 이를 권취함으로써 제조할 수 있다.In addition, the lithium secondary battery of the present invention may be manufactured by forming an electrode assembly with a heat absorbing film interposed between the cathode and the separator or between the anode and the separator, as shown in FIG. 3, and winding the same. .

본 발명에서 사용하는 전해액은 리튬 2차전지에서 통상적으로 사용하는 전해액을 사용한다. 상기 전해액은 리튬염과 유기용매로 구성되며, 상기 유기용매로는 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, γ-부티로락톤, 1,3-디옥소란, 디메톡시에탄, 디메틸카보네이트, 메틸에틸 카보네이트 및 디에틸카보네이트, 테트라하이드로퓨란, 디메틸설폭사이드 및 폴리에틸렌글리콜 디메틸에테르중에서 선택된 적어도 1종의 용매를 사용한다. 그리고 용매의 함량은 리튬 2차 전지에서 사용하는 통상적인 수준이다. 그리고 리튬염으로는 과염소산 리튬(LiClO4), 사불화붕산 리튬(LiBF4), 육불화인산 리튬(LiPF6), 삼불화메탄술폰산 리튬(LiCF3SO3) 및 리튬 비스트리플루오로메탄술포닐아미드(LiN(CF3SO2)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 이온성 리튬염을 사용하고 그 함량은 리튬 2차 전지에서 사용하는 통상적인 수준이다.As the electrolyte solution used in the present invention, an electrolyte solution commonly used in a lithium secondary battery is used. The electrolyte is composed of a lithium salt and an organic solvent, the organic solvent is propylene carbonate, ethylene carbonate, γ-butyrolactone, 1,3-dioxolane, dimethoxyethane, dimethyl carbonate, methylethyl carbonate and diethyl At least one solvent selected from carbonate, tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide and polyethylene glycol dimethyl ether is used. And the content of the solvent is the usual level used in the lithium secondary battery. Lithium salts include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ) and lithium bistrifluoromethanesulfonyl At least one ionic lithium salt selected from the group consisting of amides (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) is used and its content is at the usual level used in lithium secondary batteries.

이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the following examples, but the present invention is not limited only to the following examples.

실시예 1Example 1

LiNiO294 중량부, 슈퍼피 3중량부, PVDF 3중량부 및 적정량의 NMP를 혼합하여 캐소드 형성용 조성물을 준비하였다. 이 조성물을 알루미늄 집전체상에 코팅 및 건조하여 캐소드를 제조하였다.94 parts by weight of LiNiO 2 , 3 parts by weight of superpies, 3 parts by weight of PVDF, and an appropriate amount of NMP were mixed to prepare a composition for forming a cathode. The composition was coated and dried on an aluminum current collector to prepare a cathode.

이와 별도로, 그래파이트 92 중량부, PVDF 8 중량부 및 적정량의 NMP를 혼합하여 애노드 형성용 조성물을 준비하였다. 이 조성물을 구리 집전체상에 코팅 및 건조하여 애노드를 제조하였다.Separately, 92 parts by weight of graphite, 8 parts by weight of PVDF and an appropriate amount of NMP were mixed to prepare an anode forming composition. The composition was coated and dried on a copper current collector to make an anode.

한편, 폴리에틸렌층의 양 면에 폴리프로필렌층을 적층한 다음, 이를 접합하여 세퍼레이타를 제조하였다.On the other hand, the polypropylene layer was laminated on both sides of the polyethylene layer, and then bonded to prepare a separator.

상기 캐소드와 애노드사이에 세퍼레이타를 삽입하여 전극 조립체를 제조하였다. 이어서, 맨드릴을 중심으로 하여 상기 전극 조립체를 와인딩한 다음, 이를 원통형 케이스에 넣었다. 전극 조립체 내부에서 맨드렐을 제거한 다음, 그 중공부에 도 2에 도시된 바와 같이 펜타에리트리톨 1.5 중량부를 함유하고 있는 알루미늄 금속백을 삽입하였다.An electrode assembly was prepared by inserting a separator between the cathode and the anode. The electrode assembly was then wound around a mandrel and then placed in a cylindrical case. After removing the mandrel from inside the electrode assembly, an aluminum metal bag containing 1.5 parts by weight of pentaerythritol was inserted in the hollow thereof.

그 후, 상기 결과물에 전해액을 주입한 다음, 밀봉함으로써 원통형 리튬 이온 전지를 완성하였다.Then, the electrolyte solution was inject | poured into the resultant, and it sealed and completed the cylindrical lithium ion battery.

실시예 2Example 2

LiNiO291 중량부, 슈퍼피 3 중량부. PVDF 3 중량부 및 적정량의 NMP를 혼합한 다음, 여기에 펜타에리트리톨 3 중량부를 부가하여 캐소드 형성용 조성물을 준비하였다. 이 조성물을 알루미늄 집전체상에 코팅 및 건조하여 캐소드를 제조하였다.91 parts by weight of LiNiO 2 , 3 parts by weight of super blood. 3 parts by weight of PVDF and an appropriate amount of NMP were mixed, and then 3 parts by weight of pentaerythritol was added thereto to prepare a composition for forming a cathode. The composition was coated and dried on an aluminum current collector to prepare a cathode.

이와 별도로, 그래파이트 92 중량부, PVDF 8 중량부 및 적정량의 NMP를 혼합하여 애노드 형성용 조성물을 준비하였다. 이 조성물을 구리 집전체상에 코팅 및 건조하여 애노드를 제조하였다.Separately, 92 parts by weight of graphite, 8 parts by weight of PVDF and an appropriate amount of NMP were mixed to prepare an anode forming composition. The composition was coated and dried on a copper current collector to make an anode.

한편, 폴리에틸렌층의 양 면에 폴리프로필렌층이 적층한 다음, 이를 접합하여 세퍼레이타를 제조하였다.On the other hand, the polypropylene layer was laminated on both sides of the polyethylene layer, and then bonded to prepare a separator.

상기 캐소드와 애노드사이에 세퍼레이타를 삽입하여 전극 조립체를 제조하였다. 이어서, 맨드릴을 중심으로 하여 상기 전극 조립체를 와인딩한 다음, 이를 원통형 케이스에 넣었다. 그리고 나서, 상기 결과물에 전해액을 주입한 다음, 밀봉함으로써 원통형 리튬 이온 전지를 완성하였다.An electrode assembly was prepared by inserting a separator between the cathode and the anode. The electrode assembly was then wound around a mandrel and then placed in a cylindrical case. Then, an electrolyte solution was injected into the resultant and then sealed to complete a cylindrical lithium ion battery.

실시예 3Example 3

LiNiO294 중량부, 슈퍼피 3 중량부, PVDF 3 중량부 및 적정량의 NMP를 혼합하여 캐소드 형성용 조성물을 준비하였다. 이 조성물을 알루미늄 집전체상에 코팅 및 건조하여 캐소드를 제조하였다.94 parts by weight of LiNiO 2 , 3 parts by weight of superpies, 3 parts by weight of PVDF, and an appropriate amount of NMP were mixed to prepare a composition for forming a cathode. The composition was coated and dried on an aluminum current collector to prepare a cathode.

이와 별도로, 펜타에리트리톨, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머 및 NMP를 혼합하여 열흡수필름 형성용 조성물을 준비하였다. 이 조성물을 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 기판상에 캐스팅 및 열풍건조하여 필름 형태로 만든다음, 상기 PET 기판으로 필름을 박리시켜 열흡수필름을 얻었다. 얻어진 이 열흡수필름을 캐소드 상부에 적층한 다음, 이를 가열 및 가압하여 접합시켰다.Separately, pentaerythritol, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, and NMP were mixed to prepare a composition for forming a heat absorbing film. The composition was cast on a polyethylene terephthalate (PET) substrate and hot-air dried to form a film, and then the film was peeled off with the PET substrate to obtain a heat absorbing film. The obtained heat absorption film was laminated on the cathode, and then bonded by heating and pressing it.

그래파이트 92 중량부, PVDF 8 중량부 및 적정량의 NMP를 혼합하여 애노드 형성용 조성물을 준비하였다. 이 조성물을 구리 집전체상에 코팅 및 건조하여 애노드를 제조하였다.92 parts by weight of graphite, 8 parts by weight of PVDF and an appropriate amount of NMP were mixed to prepare an anode forming composition. The composition was coated and dried on a copper current collector to make an anode.

한편, 폴리에틸렌층의 양 면에 폴리프로필렌층이 적층한 다음, 이를 접합하여 세퍼레이타를 제조하였다.On the other hand, the polypropylene layer was laminated on both sides of the polyethylene layer, and then bonded to prepare a separator.

상기 열흡수성 필름이 적층된 캐소드상부에 세퍼레이타를 적층시킨 다음, 이 세퍼레이타 상부에 열흡수필름이 적층된 애노드를 적층하여 전극 조립체를 제조하였다. 이 때 세퍼레이타와 애노드사이에는 열흡수필름이 개재된 형태로 접합되도록 하였다. 이어서, 맨드릴을 중심으로 하여 상기 전극 조립체를 와인딩한 다음, 이를 원통형 케이스에 넣었다. 전극 조립체 내부에서 맨드렐을 제거하였다.A separator was laminated on the cathode on which the heat absorbing film was stacked, and then an anode on which the heat absorbing film was stacked was stacked on the separator to prepare an electrode assembly. At this time, the separator and the anode were bonded to each other in the form of a heat absorbing film. The electrode assembly was then wound around a mandrel and then placed in a cylindrical case. The mandrel was removed inside the electrode assembly.

그 후, 상기 결과물에 전해액을 주입한 다음, 밀봉함으로써 원통형 리튬 이온 전지를 완성하였다.Then, the electrolyte solution was inject | poured into the resultant, and it sealed and completed the cylindrical lithium ion battery.

비교예Comparative example

전극 조립체에서 맨드렐이 제거된 공간을 그대로 남겨둔 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 원통형 리튬 이온전지를 완성하였다.A cylindrical lithium ion battery was completed in the same manner as in Example 1, except that the space in which the mandrel was removed from the electrode assembly was left intact.

상기 실시예 1-3 및 비교예에 따라 리튬 이온 전지를 각각 5개씩 제조한 다음, 이의 관통시험을 실시하여 안전성을 평가하였다. 여기에서 관통 시험은 Φ5mm의 못으로 원통형 전지를 관통시켜 인위적으로 내부 쇼트를 일으키는 시험방법이다. 이 때 실시예 1-3에 따른 리튬 이온 전지의 개방회로전압은 4.170V이었다.According to Examples 1-3 and Comparative Examples, each of five lithium ion batteries were manufactured, and then a penetration test was conducted to evaluate safety. Here, the penetration test is a test method that artificially causes an internal short by penetrating a cylindrical battery with a nail of 5 mm. At this time, the open circuit voltage of the lithium ion battery according to Example 1-3 was 4.170V.

상기 관통시험 결과, 비교예의 리튬 이온 전지는 총 5개의 전지 모두에서 누액, 불꽃, 발화 및 폭발현상이 관찰된 반면, 상기 실시예 1-3에 따른 리튬 이온 전지는 총 5개의 전지 모두가 누액, 불꽃, 발화 및 폭발 현상이 전혀 관찰되지 않았다.As a result of the penetration test, in the lithium ion battery of the comparative example, leakage, sparks, fire, and explosion were observed in all five batteries, whereas in the lithium ion battery according to Examples 1-3, all five batteries were leaked, No sparks, fires or explosions were observed.

본 발명에 따르면, 전지내에서 발생된 열을 소비할 수 있어서 이로 인한 전지의 파열과 폭발을 억제함으로써 전지의 신뢰성과 안전성이 개선된 리튬 2차전지를 제조할 수 있다.According to the present invention, it is possible to consume the heat generated in the battery, thereby suppressing the rupture and explosion of the battery it can be produced a lithium secondary battery with improved reliability and safety of the battery.

Claims (6)

캐소드와 애노드와 이들간에 개재되어 있는 세퍼레이타를 포함하는 권취형 전극 조립체와, 이 전극 조립체를 내장하는 케이스를 구비하는 리튬 2차전지에 있어서,A lithium secondary battery comprising a wound electrode assembly including a cathode and an anode, and a separator interposed therebetween, and a case in which the electrode assembly is embedded. 상기 권취형 전극 조립체내의 중공(中空)부와, 케이스 내부 공간과, 상기 캐소드, 애노드 및 세퍼레이타중 적어도 하나에,At least one of a hollow portion in the wound electrode assembly, a space inside the case, and at least one of the cathode, the anode, and the separator; 상기 전극 조립체로부터 발생된 열을 흡수하여 등온에서 고체-고체 상 전이를 하는 다가알콜(polyhydric alcohol)이 포함되는 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지.Lithium secondary battery characterized in that it comprises a polyhydric alcohol (polyhydric alcohol) that absorbs the heat generated from the electrode assembly to a solid-solid phase transition at isothermal. 제1항에 있어서, 상기 다가알콜이 권취형 전극 조립체의 중공부안에 위치해있는 열전도성 금속백에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the polyhydric alcohol is contained in a thermally conductive metal bag located in the hollow portion of the wound electrode assembly. 제1항에 있어서, 상기 캐소드, 애노드 및/또는 세퍼레이타에 다가알콜이 포함되는 경우,The method of claim 1, wherein when the cathode, anode and / or separator comprises a polyhydric alcohol, 캐소드 및 애노드에서의 다가알콜의 함량이 전극 활물질 100 중량부를 기준으로 하여 2 내지 10 중량부이고,The content of the polyhydric alcohol at the cathode and the anode is 2 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrode active material, 세퍼레이타에서의 다가알콜의 함량이 고분자 수지 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 5 중량부인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.A lithium secondary battery, characterized in that the content of the polyhydric alcohol in the separator is 1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer resin. 제1항에 있어서, 상기 다가알콜이 네오펜틸 글리콜, 트리메틸올 에탄 및 펜타에리트리톨로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the polyhydric alcohol is selected from the group consisting of neopentyl glycol, trimethylol ethane and pentaerythritol. 캐소드와 애노드와 이들간에 개재되어 있는 세퍼레이타를 포함하는 권취형 전극 조립체와, 이 전극 조립체를 내장하는 케이스를 구비하는 리튬 2차전지에 있어서,A lithium secondary battery comprising a wound electrode assembly including a cathode and an anode, and a separator interposed therebetween, and a case in which the electrode assembly is embedded. 상기 캐소드와 세퍼레이타 사이 및/또는 애노드와 세퍼레이타 사이에 ,Between the cathode and the separator and / or between the anode and the separator, 상기 전극 조립체로부터 발생된 열을 흡수하여 등온에서 고체-고체 상 전이를 하는 다가알콜(polyhydric alcohol)을 포함하는 열흡수필름이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지.Lithium secondary battery, characterized in that the heat absorption film containing a polyhydric alcohol (polyhydric alcohol) that absorbs the heat generated from the electrode assembly to the solid-solid phase transition at isothermal. 제5항에 있어서, 상기 다가알콜이 네오펜틸 글리콜, 트리메틸올 에탄 및 펜타에리트리톨로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지.The lithium secondary battery according to claim 5, wherein the polyhydric alcohol is selected from the group consisting of neopentyl glycol, trimethylol ethane and pentaerythritol.
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