KR200344738Y1 - 고 안전성 리튬 이차 전지 - Google Patents

고 안전성 리튬 이차 전지 Download PDF

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KR200344738Y1
KR200344738Y1 KR20-2003-0030719U KR20030030719U KR200344738Y1 KR 200344738 Y1 KR200344738 Y1 KR 200344738Y1 KR 20030030719 U KR20030030719 U KR 20030030719U KR 200344738 Y1 KR200344738 Y1 KR 200344738Y1
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KR20-2003-0030719U
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홍지준
염덕형
문성욱
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주식회사 코캄엔지니어링
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Abstract

본 고안에 따른 리튬 이차 전지는, 양극 전극판, 음극 전극판, 및 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되는 수납부를 가지고, 이 수납부에 상기 전극 조립체 및 전해질을 넣어 밀봉한 포장재; 및 상기 포장재의 외부 표면 상에 전면적으로 또는 부분적으로 형성된 접착제층을 구비한다. 본 고안에 따라 포장재 외면에 형성된 접착제층은 전지의 내부압력이 임계치 이상으로 상승하여 포장재가 팽창할 때, 포장재가 순간적으로 파열되어 전지가 폭발하는 것을 막는 방폭안전기구로서 기능한다.

Description

고 안전성 리튬 이차 전지{LITHIUM SECONDARY BATTERY WITH HIGH SAFETY}
본 고안은 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 오사용시 내압 증가에 따른 폭발 또는 발화를 방지할 수 있는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 비디오 카메라, 휴대용 전화기, 휴대용 PC 등과 같은 휴대용 전자 제품의 구조가 경량화 또는 고기능화 될 뿐만 아니라, 전기 자동차, 에너지저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 이러한 전자 제품 또는 전기 자동차 등의 전원으로 사용되는 전지들에 대해서 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 전지들은 충/방전에 의해 연속적으로 사용할 수 있는 전지이다.
통상적으로, 전지는 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있으며, 이중에서 수명과 용량을 고려하여 리튬 이차 전지가 범용화 되고 있다.
리튬 이차 전지는 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속 전지 및 리튬 이온 전지와, 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 구분된다. 리튬 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 유기 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 폴리머 전지, 유기 전해액을 함유하는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분된다.
리튬 이차 전지는 양극 집전체(알루미늄, 니켈)/양극 활물질층(금속산화물, 카본블랙, 금속황화물, 전해액, 폴리아크릴로니트릴 등의 고분자 양극재료)/전해질층(프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 탄산디메틸, 에틸렌메틸카보네이트 등의 카보네이트계 전해액, 리튬염으로부터 되는 무기 고체전해질, 겔전해질)/음극 활물질(리튬금속, 합금, 카본, 전해액, 폴리아크릴로니트릴 등의 고분자 음극 재료)/음극 집전체(구리, 니켈, 스테인레스 스틸)를 갖는 전극 조립체와, 전극 조립체를 포장하는 포장재(케이스)를 구비한다.
리튬 이차 전지의 음극 활물질은 주로 Li-금속이나 탄소 재료가 사용되고 있으나, Li-금속을 음극 재료로 사용할 경우 수지상 결정(dentrite)의 형성으로 인하여 전지 단락에 의한 폭발 위험성이 있기 때문에 Li-금속 대신 탄소재료로 대체되어 가고 있는 실정이다. 양극 활물질은 주로 Li-금속 산화물이 사용되고 있는데, LiMn2O4, LiMnO2, LiCoO2, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0＜x＜1) 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다. LiMn2O4, LiMnO2등의 Mn-계 전극 물질은 합성하기도 쉽고 값이 비교적 저렴하며 환경에 대한 오염도 적다는 장점이 있으나 용량이 작다는 단점이 있다. 특히, LiMn2O4는 LiCoO2, LiNiO2등의 다른 활물질에 비해 방전 용량이 작고, 고율 충·방전시 방전 용량이 급격히 감소하며, 고온에서의 연속적인 충·방전시 망간의 용출로 인해 전지 수명이 급격히 열화되는 문제점이 있다. LiCoO2는 양호한 전기 전도도와 높은 전지전압 그리고 우수한 전극특성을 보이며 현재 소니(SONY)사 등에서 상업화되어 시판되고 있는 대표적인 양극 전극물질이나 가격이 비싸다는 단점이 있다. LiNiO2는 상기 언급된 양극 전극물질중 비교적 값이 싸며 가장 높은 방전용량의 전지특성을 나타내고 있으나 합성하기 어렵고 높은 방전 용량 등으로 전지의 안정성 확보 문제가 대두되고 있다.
한편, 전지는 양극/전해질, 음극/전해질 등의 복합적인 반응에 의하여 특성이 나타나기 때문에 적절한 전해질의 사용이 전지의 성능을 향상시키는 중요한 변수중의 하나이다. 종래의 전해질은 단순히 리튬 이온을 이동시키는 매개체 정도의 역할만이 기대되었고 또한 그렇게 작용하여 왔다. 최근 들어, 이러한 전해질은 충·방전 중에 분해가 될 수 있고 이러한 분해반응은 전지의 성능에 치명적임이 밝혀진 바 있다. 이에 따라, 카보네이트계 용매가 고전위 리튬 이차 전지의 전해액으로 가장 적합한 것으로 알려져 널리 사용되게 되었다. 그러나, 이러한 전해액은 유기용매이므로 외부의 발화 요인에 의하여 또는 고온에서 쉽게 발화될 수 있는 단점을 갖고 있다.
따라서, 에너지 밀도가 높고 유기용매를 사용하는 밀폐형 전지에 있어서, 충전기를 포함한 관련 기기의 고장이나 과충전 또는 오사용 등으로 인해 화학반응이 일어나고 전지 내부에 비정상적으로 가스가 발생하여, 전지 내부의 압력이 과대해지고 전지가 파열되거나, 그 전지를 구동전원으로 하는 전자기기에 손상을 주는 등의 사고를 방지하고 리튬 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그 대표적인 것이 전해액에 과충전 억제재를 혼합시키는 방법과 방폭(防爆)안전장치를 이용하는 방법이 있다.
전자의 일 예는, 카보네이트계 용매에 인산계 용매를 추가적으로 첨가하는 방법으로서, 이 방법은 안전성면에서는 향상된 특성을 보이나 비가역 용량의 증가와 전지의 수명 열화현상 등 근본적인 전지성능에 문제가 있다. 특히, 충·방전중에 인산계 전해액의 분해로 비가역 용량이 지나치게 증가하여 전지로서의 성능이 크게 저하된다.
후자의 경우에는, 전지의 내부 압력이 설정치를 초과했을 때에 밸브체를 개방하거나 케이스를 파열시켜 가스를 배출하는 방폭(防爆)안전장치가 종래부터 이용되고 있다. 그러나, 방폭안전장치에 있어서는 그 정확도의 제어 즉, 내부압력이 설정치에 도달했을 때 정확히 밸브체가 개방되거나 케이스가 원하는 형태로 파열되는지의 제어가 여전히 중요한 과제이다. 즉, 전지의 내부압력이 설정치로 상승하기 이전에 개방되어 버리거나, 반대로 전지의 내부압력이 설정치로 상승해 있음에도 불구하고 개방되지 않는 등의 문제를 해결해야 한다. 따라서, 방폭안전장치는 전지의 생산에 있어서 많은 비용과 시간을 요하는 요소이다.
또한, 비수전해액 이차 전지에서는 급격한 온도상승에 의한 발화의 위험성도 있기 때문에, 내부압력을 검지함으로써 가스의 배출에 앞서서 통전전류를 완전히 차단하기 위한 방폭안전기구가 설치되어 있는 구성도 제안되어 있다. 예를 들면, 일본 특허공개공보 평6-196150호에는, 전지의 내부압력에 따라 상하로 변형되고 전지를 밀폐하는 도전성 격벽을 마련하고, 이 격벽에 리드와 접속된 용접판을 용접해 둠으로써, 내부압력이 상승하여 격벽이 팽창되면 용접판과의 용접부가 떨어져서 통전전류를 차단하는 기구가 개시되어 있다.
그런데, 상기의 방폭안전기구에서는, 상기 격벽과 용접판이 일정한 내부압력에서 박리가능한 낮은 용착강도로 용접할 필요가 있기 때문에, 낮은 용착강도로 용접이 가능한 초음파 용접이 채용되고 있다. 그러나 초음파 용접은 진동발열에 의해 피용접물의 접합부의 표면에만 용융을 일으키는데 불과하므로 용착강도에 큰 불균일이 발생한다. 따라서, 상기의 방폭안전기구에서는, 용접부의 용착강도에 따라서 전류차단압력을 설정하고 있으므로 전류차단압력이 용착강도의 불균일에 따라서 변화하여, 일정치로 설정할 수 없는 결점이 있다. 그 결과, 전지의 내부압력이 소정치로 상승하기 이전에 전류가 차단되어 버리거나, 반대로 전지의 내부압력이 소정치로 상승해 있음에도 불구하고 전류가 차단되지 않는 등의 문제가 발생하게 된다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 비용이 적게 드는 간단한 구성의 높은 안전성의 리튬 이차 전지를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
도 1은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 전극 조립체를 도시한 사시도이다.
도 2a는 도 1의 전극 조립체를 해체하여 모식적으로 도시한 부분 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 양극 전극판 또는 음극 전극판을 도시한 평면도이다.
도 3 내지 도 5는 본 고안의 바람직한 실시예에 따라 리튬 이차 전지를 제조하는 과정을 도시한 사시도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 고안의 바람직한 실시예에 따라 리튬 이차 전지의 외부 표면에 접착제층을 형성하는 과정을 도시한 사시도이다.
도 7a 내지 7d는 본 고안의 바람직한 실시예에 따라 리튬 이차 전지를 복수 개 연결하여 형성한 조전지를 제조하는 과정을 도시한 사시도이다.
도 8a, 도 8b, 및 도 8c는 본 고안에 따른 리튬 이차 전지에 대하여 과충전한 경우에 시간에 따른 전류, 전압, 및 온도의 번화를 도시한 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...전극 조립체 10...세퍼레이터
15a...양극 전극판 16b...음극 전극판
18a...양극 탭 18b...음극 탭
20...포장재 200...리튬 이차 전지(단전지)
30...접착제 300...조전지
40...팩 42...팩 덮개
본 고안에 따른 리튬 이차 전지는, 전극 조립체 및 전해질을 넣고 밀봉한 포장재의 외부 표면에 접착제층을 구비함으로써 상기의 기술적 과제를 달성한다. 즉, 본 고안의 일 태양에 따른 리튬 이차 전지는, 양극 전극판, 음극 전극판, 및 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되는 수납부를 가지고, 이 수납부에 상기 전극 조립체 및 전해질을 넣어 밀봉한 포장재; 및 상기 포장재의 외부 표면 상에 전면적으로 또는 부분적으로 형성된 접착제층을 구비한다.
여기서, 상기 접착제층은, 포장재 외부에 접착될 수 있는 물질이라면 특히 한정되지는 않는데, 아크릴 수지, EVA(Etylene Vinyl Acetate) 수지, 폴리아미드 수지, 또는 고무가 바람직하다.
또한, 상기 세퍼레이터는 단일의 시트로 이루어져 폴드/폴드(fold/fold) 형태로 접혀져 있고, 상기 전극 조립체는 이 접혀진 세퍼레이터를 개재하여 복수의 상기 양극 전극판과 음극 전극판이 교호로 적층되어 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 고안의 리튬 이차 전지는 조전지의 형태로 제공될 수도 있는데, 즉 상기와 같이 외부 표면에 접착제층을 구비한 리튬 이차 전지 복수 개를 서로 직렬 또는 병렬로 연결하고, 이 직렬 또는 병렬로 연결된 복수 개의 리튬 이차 전지를 양극 단자 및 음극 단자를 가지는 팩에 수납하여 이루어진 리튬 이차 전지의 형태로 제공될 수 있다.
여기서, 상기 접착제층은, 아크릴 수지, EVA(Etylene Vinyl Acetate) 수지, 폴리아미드 수지, 또는 고무로 이루어질 수 있으며, 상기 포장재의 외부 표면 상에 에멀젼 상태 또는 페이스트 상태의 접착제를 도포하거나, 스프레이로 분무함으로써, 또는 밀봉된 포장재를 에멀젼 상태 또는 페이스트 상태의 접착제에 함침시킴으로써, 상기 접착제층을 형성할 수 있다.
이하, 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 구조와 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 고안자는 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 고안의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 전극 조립체를 도시한 사시도이고, 도 2a는 도 1의 전극 조립체를 해체하여 모식적으로 도시한 부분 단면도이며, 도 2b는 도 2a의 양극 전극판 또는 음극 전극판을 도시한 평면도이다.
본 실시예에 따른 리튬 이차 전지는, 도 1에 도시된 바와 같은 전극 조립체(100), 이 전극 조립체(100)를 수납하여 밀봉한 포장재(20; 도 3 내지 도 5 참조), 및 포장재(20)의 표면 상에 접착·경화된 접착제층(30; 도 6a 내지 도 6c 참조)을 포함한다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 전극 조립체(100)는 이론적으로 리튬 이차 이온 전지 또는 리튬 이차 폴리머 전지일 수 있다. 또한, 전극 조립체(100)는 양극 전극판(15a)/세퍼레이터(10)/음극 전극판(15b)이 적층된 단위 셀(unit cell), 또는 양극 전극판(15a)/세퍼레이터(10)/음극 전극판(15b)/세퍼레이터(10)/양극 전극판(15a)/세퍼레이터(10)/음극 전극판(15b)의 순서로 적층된 바이-셀(Bi-cell)을 불문하며, 이러한 단위 셀 또는 바이셀이 여러 겹으로 적층된 것일 수도 있다.
그리고, 각각의 양극 전극판 또는 음극 전극판(15a 또는 15b)은 극판 몸체와 극판 몸체로부터 돌출된 양극 또는 음극 그리드(16a 또는 16b)로 이루어진다. 양극 그리드와 음극 그리드(16a 또는 16b)는 전극 조립체(100)의 길이 방향에 대해 서로반대 방향에 배치될 수도 있으나, 본 실시예에서는 전극 조립체의 길이 방향에 대해 서로 동일한 방향에 위치되는 것으로 한다. 양/음극 전극판(15a, 15b)의 양/음극 그리드(16a, 16b)는 각각 양극 탭(18a) 및 음극 탭(18b)에 용접 등의 방법으로 접속된다.
일반적으로, 전극 조립체(100)는 포장재(20)에 수납되어 전해액(미도시)이 충진된 후 진공 포장된 전지(200) 그 자체와 구별된다. 전극 조립체는 다양한 구조가 가능하지만, 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 전극 조립체(100)는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 시트상의 세퍼레이터(10)를 사이에 두고 복수의 양극 전극판(15a)과 음극 전극판(15b)이 교호로 적층된 폴드/폴드(fold/fold) 형태로 접혀진 적층 구조로 이루어지는데 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
전극 조립체(100)에 있어서, 양극 전극판(15a)은 알루미늄과 같은 금속(Foil) 집전체의 양면 또는 일면에 양극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 양극 활물질이 도포되지 않은 집전체 부분에 양극 그리드(16a)가 돌출 형성되어 있다. 음극 전극판(15b)은 구리와 같은 금속(Foil) 집전체의 양면 또는 일면에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 음극 활물질이 도포되지 않는 집전체 부분에는 음극 그리드(16b)가 돌출 형성되어 있다.
세퍼레이터(10)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)의 폴리머 다공질막을 포함하며 단층 또는 다층구조를 가진다. 세퍼레이터(10)는 양면에 양극 전극판(15a)과 음극 전극판(15b)이 각각 접착되는 접착부와, 접착부 사이에 양극 전극판(15a)과 음극 전극판(15b)을 절연하기 위한 절연부와, 최종적으로 양/음극전극판이 적층된 상태에서 그 적층물의 표면을 수회 와인딩하기 위한 와인딩부를 구비한다. 여기서, 접착부와 절연부는 서로 순차적으로 형성되며, 절연부의 길이는 접착부의 길이보다 약간 길게 형성된다. 왜냐하면, 접착부는 양극 전극판(15a) 및 음극 전극판(15b)의 폭과 동일한 길이를 가지면 되지만, 절연부는 양/음극 전극판의 두께만큼 접혀져야 하기 때문에 그 두께만큼의 길이가 확보되어야 하기 때문이다. 한편, 와인딩부는 적층물을 와인딩할 수 있을 만큼의 충분한 길이를 가지는 것이 바람직하다.
세퍼레이터(10) 표면에 도포되는 이온전도성 폴리머 접착제(미도시)는 양극 전극판(15a) 및 음극 전극판(15b)들을 세퍼레이터(10)에 접착시킴과 동시에 리튬 이온의 전도성에 방해가 되지 않도록 이온전도성 폴리머 예를 들어, 에스.비.알. 라텍스(SBR Latex) 계열 접착제, 아크릴 솔벤트(Acrylic Solvent) 접착제, 팬(PAN)(homo, co-polymer)을 이용한 접착제, PAN/PVDF(Polyvinylidene Flouride) 블렌딩(Blending)을 이용한 접착제, MMA(Methyl Methacrylate)/PMMA(Poly Methyl Methacrylate) 중합접착제 등의 솔벤트(Solvent) 타입의 접착제가 이용되는 것이 바람직하다. 세퍼레이터(10)는 양극판 및 음극판이 서로 교호되게 지그재그(보다 정확하게는 폴드/폴드(fold/fold)) 형태로 접혀진 후 후공정의 편리를 위해 테이프(12)로 고정된다.
이렇게 준비된 전극 조립체(100)는, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 전해질(미도시)과 함께 포장재(20)에 수납되어 밀봉(시일)됨으로써 리튬 이차 전지(200)의 단전지로 제조된다.
포장재(20)는 알루미늄, 실란트층으로부터 구성되는 적층체를 파우치 형태로 사용할 수도 있고, 적층체를 프레스 성형하여 요부(凹部;수납부)(22)를 형성하고, 이 수납부(22)에 전극 조립체를 수납하는 엠보스 타입의 포장재를 사용할 수도 있다. 상기 엠보스 타입의 포장재는, 파우치 타입의 포장재와 비교해서, 보다 콤팩트(compact)한 포장을 얻을 수 있다.
포장재(20)는 대략 20~50㎛의 두께를 가진 얇은 알루미늄을 이용하여 제조되고, 그 내면 즉, 전극 조립체(100)가 수납되는 면에는 접착제를 이용하여 대략 30㎛의 두께를 가진 폴리프로필렌을 적층시키고 알루미늄의 외면에는 나일론 필름을 접착제를 이용하여 적층시킨 구조를 가진다.
이어서, 단전지 형태의 리튬 이차 전지(200)의 외부 표면 즉, 포장재(20)의 외부 표면에 접착제(30)를 도포한다. 이때 사용되는 접착제는 포장재(20)의 외면에 접착·고정될 수 있는 접착제라면 특히 한정되지는 않지만, 아크릴 수지, EVA(Etylene Vinyl Acetate) 수지, 폴리아미드 수지, 또는 고무 등을 포함한다.
접착제(30)는 에멀젼 상태 또는 페이스트 상태로 도포하는 것이 얇고 안전하게 도포할 수 있는데, 구체적인 도포 방법은, 도 6a에 도시된 바와 같이 로울러(32)에 에멀젼 상태 또는 페이스트 상태의 접착제(30)를 묻혀서 리튬 이차 전지(200)의 외면에 도포하거나, 도 6b에 도시된 바와 같이, 스프레이(34)를 이용하여 도포할 수 있다. 또한, 도 6c에 도시된 바와 같이, 접착제(30)가 담긴 용기(36)에 리튬 이차 전지(200)를 함침시킴으로써 도포할 수도 있다.
이때, 접착제(30)의 도포 형태나 두께는 다양하게 할 수 있다. 즉,포장재(20)의 외면 전체에 걸쳐 일정한 두께로 도포할 수도 있고, 부분적으로(불연속적으로) 도포할 수도 있다. 접착제(30)의 도포 형태나 두께는 경화된 접착제층의 응집력과 요구되는 전지의 내부 압력을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.
다음, 도포된 접착제(30)를 경화시킨다. 접착제의 경화는 사용된 접착제의 종류에 따라, 적절한 온도로 적절한 시간동안 가열함으로써 또는 둠으로써 이루어질 수 있고, 또는 자외선을 조사하여 경화할 수도 있다.
이렇게 접착·경화된 접착제층(30)은 리튬 이차 전지(200)의 발화와 폭발을 방지하는 방폭안전장치로서 기능한다. 즉, 과충전 등 리튬 이차 전지의 오사용 또는 전지를 사용하는 전자기기의 고장 등에 의해 전지 내부에 화학반응이 일어나고 전지 내부의 압력이 변화하여 포장재(20)가 수축 또는 팽창될 때, 강한 응집력을 가진 접착제층(30)이 포장재의 수축 팽창을 잡아 주는 역할을 함으로써 포장재(20)의 파열 또는 시일파괴 시간을 적정 수준에서 제어하고, 시일 파괴시 외부 공기와의 접촉 면적을 줄임으로 전지의 발화 및 파열을 방지할 수 있다.
한편, 본 고안의 리튬 이차 전지는 조전지 즉, 위와 같은 단전지를 직렬 또는 병렬로 연결한 전지의 형태로 제공될 수 있다. 이 경우에는, 위와 같이 접착제층(30)이 형성된 복수의 단전지(200)를 준비하고, 양극 탭(18a) 및 음극 탭(18b)을 직렬 또는 병렬로 연결한 후, 이를 케이스 또는 팩(pack)에 넣어 포장함으로써 조전지를 형성할 수 있다. 또는, 도 7a 내지 도 7d에 도시된 바와 같이, 접착제층이 형성되지 않은 복수의 단전지(200)를 직렬 또는 병렬로 연결한 조전지(300)를 접착제(30)와 함께 팩(40)에 넣고, 조전지(300)의 양극 탭 및 음극 탭을 각각 팩덮개(42)의 양극 단자(44a) 및 음극 단자(44b)에 연결하고 포장함으로써 제조할 수도 있다. 여기서, 단전지(200)의 양/음극 탭(18a, 18b)의 직/병렬 연결, 전지(200 또는 300)의 팩(40)에의 수납, 접착제층(30)의 형성과정 등 공정 순서는, 조전지의 제조공정에 따라 적절히 바꿀 수 있음은 물론이다.
한편, 상기와 같이 제조된 리튬 이차 전지에 대하여 과충전하여 그 결과를 시험한 실험예를 이하에 기재한다.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같은 리튬 이차 전지(200)(정격전압 4.2V, 용량 3.3Ah의 단전지)를 준비하고, 에멀젼 상태의 아크릴 수지에 세 번에 나누어 함침시켜 도포하고 경화시킴으로써 접착제층(30)을 형성한 두 개의 샘플(아래 표 1의 실험예 1, 실험예 2)을 준비하였다. 이어서, 두 샘플에 대하여 충전율 1C, 전압 30V의 조건으로 과충전하였다.
샘플 전지 무게 전지 두께 충전 조건 결과
도포 전 도포 후 도포 전 도포 후
실험예 1 65.4g 72.6g 5.4mm 7.7mm 1C / 30V 파열이나 발화 없음
실험예 2 65.3g 73.0g 5.3mm 7.8mm
도 8a, 도 8b 및 도 8c는, 위 실험예 1과 2의 전지에 대하여 충전시간에 따른 전류, 전압, 온도의 변화를 각각 도시한 그래프로서, 150분을 초과하는 시점에서 전류 0A, 전압 30V에 달하여 결국 재사용이 불가능한 상태가 됨을 알 수 있다. 그러나, 이 상태에서도 실험예 1 및 2의 전지는 포장재가 약간 쭈글쭈글 해지는 정도에 불과하고 파열이나 발화 현상을 보이지 않았다.
이에 대하여 비교예로서 도 5에 도시된 바와 같은 동일한 단전지에 대하여접착제층을 형성하지 않고 위 실험예와 동일한 조건으로 과충전한 경우는, 전압이 5.8V 이상에서 내부에 가스가 생겨 포장재가 부풀기 시작하고, 충전후 90분 정도, 전압은 6V 정도에서 포장재가 파열되었다.
이와 같은 실험결과로부터, 본 고안의 전지 포장재 표면에 형성한 접착제층은, 강한 응집력을 가져 포장재의 팽창을 잡아 줌으로써 전지의 발화 및 파열을 방지하는 역할을 함을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 고안은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 고안은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 고안의 기술사상과 아래에 기재될 실용신안등록청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
이상과 같이 본 고안에 의한 리튬 이차 전지는 포장재의 외부 표면에 응집력이 강한 접착제층을 형성함으로써, 전지의 내부압력이 임계치 이상으로 상승하여 포장재가 팽창할 때, 포장재가 순간적으로 파열되어 전지가 폭발하는 것을 막는다. 따라서, 종래의 복잡한 방폭안전장치에 비해 훨씬 간단한 구조와 저렴한 비용으로 방폭안전기구를 구현할 수 있다.

Claims (4)

  1. 양극 전극판, 음극 전극판, 및 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수납되는 수납부를 가지고, 이 수납부에 상기 전극 조립체 및 전해질을 넣어 밀봉한 포장재; 및
    상기 포장재의 외부 표면 상에 전면적으로 또는 부분적으로 형성된 접착제층을 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접착제층은, 아크릴 수지, EVA(Etylene Vinyl Acetate) 수지, 폴리아미드 수지, 또는 고무로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 단일의 시트로 이루어져 폴드/폴드(fold/fold) 형태로 접혀져 있고,
    상기 전극 조립체는 이 접혀진 세퍼레이터를 개재하여 복수의 상기 양극 전극판과 음극 전극판이 교호로 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  4. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 기재된 리튬 이차 전지 복수 개를 서로 직렬 또는 병렬로 연결하고, 이 직렬 또는 병렬로 연결된 복수 개의 리튬 이차 전지를 양극 단자 및 음극 단자를 가지는 팩에 수납하여 이루어진 리튬 이차 전지.
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