KR20090006565A - Secondary battery having separator coated with solid phase particle at core region - Google Patents

Secondary battery having separator coated with solid phase particle at core region Download PDF

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KR20090006565A
KR20090006565A KR1020070070023A KR20070070023A KR20090006565A KR 20090006565 A KR20090006565 A KR 20090006565A KR 1020070070023 A KR1020070070023 A KR 1020070070023A KR 20070070023 A KR20070070023 A KR 20070070023A KR 20090006565 A KR20090006565 A KR 20090006565A
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Abstract

A secondary battery is provided to prevent firing and explosion due to internal short or overcharging caused by the transformation of a center pin due to external shock, thereby improving the safety of a battery. A secondary battery has a structure inserted with a center pin inside the center of the electrode assembly(500) winding a positive electrode sheet and negative electrode sheet in a state where a separation film is interposed. The solid particle coating layer(510) including solid phase particles is formed on the separation film adjacent to the winding center.

Description

중심 부위의 분리막 상에 고상 입자가 코팅된 이차전지 {Secondary Battery Having Separator Coated with Solid Phase Particle at Core Region} Secondary Battery Coated with Solid Particles on Separation Membrane {Secondary Battery Having Separator Coated with Solid Phase Particle at Core Region}

본 발명은 중심 부위의 분리막 상에 고상 입자가 코팅된 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 분리막이 개재된 상태에서 양극 시트와 음극 시트를 둥글게 권취한 전극조립체('젤리-롤')의 권취 중심에 센터 핀을 삽입한 구조의 이차전지로서, 권취 중심에 인접한 분리막 상에는 고상 입자를 포함하는 코팅층('고상 입자 코팅층')이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery in which solid particles are coated on a separator in a center portion, and more particularly, to an electrode assembly ('jelly-roll') in which a cathode sheet and a cathode sheet are wound in a round state with a separator interposed therebetween. A secondary battery having a structure in which a center pin is inserted into a winding center, and a secondary battery characterized in that a coating layer containing a solid particle ('solid particle coating layer') is formed on a separator adjacent to a winding center.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.As the development and demand for mobile devices increases, the demand for secondary batteries as energy sources is increasing rapidly. Among them, many researches have been conducted and commercialized and widely used for lithium secondary batteries with high energy density and discharge voltage. It is used.

이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미 네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. According to the shape of the battery case, the secondary battery is classified into a cylindrical battery and a rectangular battery in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can, and a pouch type battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch type case of an aluminum laminate sheet. do.

또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 구조와, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 구조로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다. In addition, the electrode assembly embedded in the battery case is a power generator capable of charging and discharging composed of a laminated structure of the anode / separator / cathode, a jelly-roll type wound through a separator between the long sheet-type anode and cathode coated with the active material The structure is classified into a stacked structure in which a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked in a state where a separator is interposed therebetween. Among them, the jelly-roll type electrode assembly has advantages of easy manufacturing and high energy density per weight.

젤리-롤형 전극조립체는 주로 원통형 전지와 각형 전지에 사용되는 바, 도 1에는 젤리-롤형 전극조립체를 포함하고 있는 원통형 전지의 수직 단면 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 종래기술에 따른 센터 핀의 수평 단면 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.Jelly-roll type electrode assembly is mainly used in cylindrical cells and rectangular cells, Figure 1 is a vertical cross-sectional perspective view of a cylindrical cell including a jelly-roll type electrode assembly is schematically shown, Figure 2 according to the prior art A horizontal cross-sectional perspective view of the center pin is schematically shown.

이들 도면을 참조하면, 원통형 이차전지(10)는 젤리-롤형(권취형) 전극조립체(20)를 원통형 케이스(30)에 수납하고, 원통형 케이스(30) 내에 전해액을 주입한 후에, 케이스(30)의 개방 상단에 전극 단자(예를 들어, 양극 단자)가 형성되어 있는 탑 캡(40)을 결합하여 제작한다. Referring to these drawings, the cylindrical secondary battery 10 accommodates the jelly-roll type (wound) electrode assembly 20 in the cylindrical case 30 and injects the electrolyte solution into the cylindrical case 30, and then the case 30. ) Is manufactured by combining the top cap 40 having the electrode terminal (for example, a positive electrode terminal) formed at the open upper end.

전극조립체(20)는 양극(21)과 음극(22) 및 분리막(23)을 차례로 적층하여 젤리-롤의 형태로 감은 구조로서, 그것의 권취 중심(젤리-롤의 중심부)에는 일반적으로 원통형의 센터 핀(50)이 삽입되어 있다. The electrode assembly 20 has a structure in which a cathode 21, a cathode 22, and a separator 23 are sequentially stacked to be wound in the form of a jelly roll, and generally has a cylindrical shape at its winding center (the center of the jelly roll). The center pin 50 is inserted.

센터 핀(50)은 일반적으로 소정의 강도를 부여하기 위해 금속 소재로 이루어져 있으며, 판재를 둥글게 절곡한 구조를 가지고, 도 2에서와 같이, 수평 단면상 단부(51)가 상호 접하지 않은 중공형의 원통형 구조 또는 수평 단면상 단부(51)가 접하는 파이프 형태의 원통형 구조로 이루어져 있다. 경우에 따라서는, 수평 단면상 단부(51)가 중공 내측으로 절곡되어 있는 변형 구조도 사용되고 있다. The center pin 50 is generally made of a metal material to impart a predetermined strength, and has a structure in which a plate is rounded. As shown in FIG. 2, the center pin 50 has a hollow cross section in which the end portions 51 are not in contact with each other. It consists of a cylindrical structure in the form of a pipe that the end portion 51 in contact with the cylindrical structure or the horizontal cross section. In some cases, a deformed structure in which an end portion 51 in a horizontal cross section is bent into a hollow inside is also used.

이러한 센터 핀(50)은 전극조립체를 고정 및 지지하는 역할과, 충방전 또는 작동시 발생되는 가스를 밀집시켜 방출하기 위한 통로 역할을 한다. 그러나, 이러한 구조의 센터 핀(50)은 전지의 낙하 및 압착 등 외부충격이 인가되었을 때, 중공형 또는 파이프 형태의 내부구조에 변형이 일어나기 쉽고, 그러한 변형에 의해 센터 핀의 접하지 않은 단부(51) 또는 절곡된 모서리 부분 등이 분리막을 뚫고 전극에 접촉되거나 젤리-롤을 압박함으로써 내부단락을 유발할 수 있다. The center pin 50 serves to fix and support the electrode assembly, and serves as a passage for discharging and discharging the gas generated during charging and discharging or operation. However, the center pin 50 of such a structure tends to be deformed to the hollow or pipe-type internal structure when an external shock such as dropping or crimping of the battery is applied, and the non-contacting end of the center pin ( 51) or bent corners, etc., may penetrate the separator and contact the electrode or press the jelly roll to cause an internal short circuit.

특히, 이러한 센터 핀의 변형에 의해 코어(Core) 부위의 분리막이 찢어지거나 파열되어 국부적인 영역으로 단락 전류가 집중되고, 외부로의 열 발산이 용이하지 않은 상황에서 전류의 저항이 커지고 발열량이 증가하게 되어 전지가 발화 및 폭발하게 되는 문제가 발생한다. In particular, due to the deformation of the center pin, the separator in the core portion is torn or ruptured, whereby the short-circuit current is concentrated in the local area, and the resistance of the current is increased and the heat generation amount is increased when heat dissipation to the outside is not easy. This causes a problem that the battery ignites and explodes.

한편, 외부로부터 전지 내부로의 이물질의 유입이나, 젤리-롤의 구성요소 간의 단차는 충방전의 반복에 따른 젤리-롤의 부피 팽창의 정도 차이에 기인한 미끄러짐 현상을 유발하는 바, 이러한 젤리-롤의 미끄러짐 현상은 주로 코어(core) 부위에서 내부단락을 일으키는 요인으로 작용한다.On the other hand, the inflow of foreign matter from the outside into the battery, or the step between the components of the jelly-roll causes a sliding phenomenon due to the difference in the degree of volume expansion of the jelly-roll due to repeated charge and discharge, such a jelly- The slippage of the roll mainly causes internal short circuits in the core area.

따라서, 내부단락을 유발할 가능성이 높은 외부 충격의 인가 시 센터 핀의 변형과 과충전 등으로 인한 전지의 발화 및 폭발을 방지하고, 이물질의 유입이나 단차로 인한 젤리-롤의 미끄러짐 현상을 억제하여 전지의 안전성을 향상시키는 기 술에 대한 필요성이 대두되고 있다.Therefore, when an external shock that is likely to cause an internal short circuit is applied, it prevents the battery from igniting and exploding due to deformation of the center pin and overcharging, and suppresses the sliding of the jelly roll due to the inflow of foreign substances or the step difference. There is a need for technology that improves safety.

이와 관련하여, 한국 등록특허 제0635734호는 무지부 및 도포부의 단차가 있는 전극판 위에 균일하게 세라믹 층을 형성한 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 개시하고 있다. 그러나, 전극판 위에 전체적으로 세라믹 층을 형성하므로, 세퍼레이터 막의 두께를 균일하게 제어하는 등의 추가 공정이 요구되어 제조비용이 상승하고, 전극판 표면에 형성된 세라믹 막은 리튬 이온의 이동 시간 및 거리를 증가시켜, 결과적으로 이차전지의 레이트 특성을 저하시키는 문제점을 가지고 있다. 더욱이, 금속 집전체의 무지부에 코팅된 막은 금속의 낮은 계면 특성으로 인해, 많은 회수의 충방전 과정에서 젤리-롤형 전극조립체가 팽창과 수축을 반복할 때, 탈리되기 쉬운 단점도 가지고 있다. 권취 중심 부위에서의 단락 발생은 젤리-롤형 전극조립체의 구조적 특성상 방열이 용이하지 않아 안전성 측면에서 특히 심각하므로, 상기 무지부에서의 코팅 막이 탈리되면 소망하는 안전성을 담보하지 못한다. In this regard, Korean Patent No. 0535734 discloses a lithium secondary battery including an electrode in which a ceramic layer is uniformly formed on an electrode plate having a step between a plain portion and an application portion. However, since the entire ceramic layer is formed on the electrode plate, an additional process such as uniformly controlling the thickness of the separator film is required to increase the manufacturing cost, and the ceramic film formed on the electrode plate surface increases the travel time and distance of the lithium ions. As a result, there is a problem of lowering the rate characteristic of the secondary battery. Furthermore, the film coated on the non-coated portion of the metal current collector has a disadvantage in that the jelly-roll type electrode assembly is easily detached when the jelly-roll type electrode assembly is repeatedly expanded and contracted in a large number of charge and discharge processes due to the low interfacial properties of the metal. The occurrence of a short circuit at the center of the winding is particularly serious in terms of safety because it is not easy to dissipate heat due to the structural characteristics of the jelly-roll type electrode assembly, and thus, when the coating film is detached from the plain part, the desired safety cannot be secured.

또한, 일본 특허출원공개 제2005-063680호는 젤리-롤형 전극조립체의 중심부분에서 양극과 음극 단부의 전극탭과 활물질 도포부 사이를 절연 테이프로 감쌈으로써, 충방전시 부피변화 등으로 인한 내부단락을 방지할 수 있는 전지를 개시하고 있다. 그러나, 양극과 음극의 단부에 부착되는 절연 테이프는, 동일 규격 대비 젤리-롤형 전극조립체의 부피 또는 두께를 증가시키며, 외부로부터 전지 내부로의 이물질의 유입이나 젤리-롤의 구성요소들 간 단차로 인한 내부단락(미끄러짐 현상이 유발되면서 발생하는 단락) 등을 방지하기에는 한계가 있다.In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-063680 discloses an inner short circuit due to volume change during charging and discharging by wrapping an insulating tape between an electrode tab of an anode and a cathode and an active material coating part in a central portion of a jelly-roll type electrode assembly. Disclosed is a battery capable of preventing the same. However, the insulating tape attached to the ends of the positive electrode and the negative electrode increases the volume or thickness of the jelly-roll type electrode assembly compared to the same size, and may be caused by the inflow of foreign matter from the outside into the cell or the step between the components of the jelly-roll. There is a limit to prevent the internal short circuit (short circuit caused by the sliding phenomenon) and the like.

따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technology that can fundamentally solve these problems.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 분리막이 개재된 상태로 양극 시트와 음극 시트를 둥글게 권취한 젤리-롤형 전극조립체에서, 권취 중심에 인접한 분리막 상에는 고상 입자를 포함하는 코팅층을 형성하는 경우, 권심 중심부에 삽입되어 있는 센터 핀이 외부 충격에 의해 변형되거나 미끄러짐 현상으로 유발되는 내부단락이나 과충전 등에 의한 발화 및 폭발을 방지하여, 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.After extensive research and various experiments, the inventors of the present application have a coating layer including solid particles on a separator adjacent to a winding center in a jelly-roll type electrode assembly in which a cathode sheet and a cathode sheet are wound roundly with a separator interposed therebetween. In the case of forming the center pin, the center pin inserted in the center of the core is prevented from being ignited and exploded by an internal short circuit or overcharge caused by deformation or slipping due to an external impact, thereby improving the safety of the secondary battery. The present invention has been completed.

따라서, 본 발명에 따른 이차전지는 분리막이 개재된 상태에서 양극 시트와 음극 시트를 둥글게 권취한 전극조립체('젤리-롤')의 권취 중심에 센터 핀을 삽입한 구조의 이차전지로서, 권취 중심에 인접한 분리막 상에는 고상 입자를 포함하는 코팅층('고상 입자 코팅층')이 형성되어 있는 것으로 구성되어 있다.Therefore, the secondary battery according to the present invention is a secondary battery having a structure in which a center pin is inserted into a winding center of an electrode assembly ('jelly-roll') in which a positive electrode sheet and a negative electrode sheet are roundly wound while a separator is interposed therebetween. The coating layer containing the solid particles ('solid particle coating layer') is formed on the separator adjacent to the membrane.

본 발명에 따르면, 권취시 중심부에 위치하는 젤리-롤의 분리막 상에 고상 입자를 포함하는 코팅층을 형성함으로써, 내부단락의 발생시 열 발산이 용이하지 않아 발화 및 폭발의 가능성이 가장 높은 젤리-롤 중심부의 분리막에 높은 강도를 부여하여, 외부 충격의 인가 시 변형된 센터 핀의 단부나 모서리 부분에 의해 분리막이 관통되는 것을 방지하고, 젤리-롤의 압박을 최소화하여 내부단락 등으로 인한 발화 및 폭발을 방지할 수 있다.According to the present invention, by forming a coating layer containing solid particles on the separator of the jelly-roll located in the center of the winding, the heat dissipation is not easy when the internal short circuit occurs, so the center of the jelly-roll is most likely to ignite and explode By applying a high strength to the membrane of the membrane, it prevents the membrane from penetrating by the end or corner of the deformed center pin when the external impact is applied, and minimizes the pressure of the jelly-roll to ignite and explode due to internal short circuit You can prevent it.

또한, 젤리-롤의 중심 부위는 내부단락 등의 원인으로 전지 내부에 열이 발생할 경우, 구조적 특성상 외부로의 열 발산이 용이하지 않으므로, 전해액의 분해가 촉진되어 다량의 가스가 방출되며, 미세한 불꽃으로도 발화 및 폭발이 일어날 가능성이 커지는 등 안전성 측면에서 심각한 문제를 유발하는 바, 상기 고상 입자를 포함하는 코팅층은 전지 내부의 고열을 흡수하는 역할을 함과 동시에 고열에 의한 분리막의 수축을 억제하여 궁극적으로 전지의 안전성을 확보할 수 있다.In addition, when heat is generated inside the battery due to an internal short circuit, the jelly-roll is not easily dissipated to the outside due to its structural characteristics, so that decomposition of the electrolyte is promoted, and a large amount of gas is released, and fine sparks are generated. In addition, it causes serious problems in terms of safety, such as the possibility of ignition and explosion being increased. The coating layer containing the solid particles absorbs high heat inside the battery and at the same time suppresses shrinkage of the separator due to high heat. Ultimately, the safety of the battery can be secured.

더 나아가, 상기 고상 입자를 포함하는 코팅층은 젤리-롤의 중심 부위에서 이물질의 유입 또는 젤리-롤의 구성요소들 간 단차에 의해 발생하는 젤리-롤의 미끄러짐 현상을 억제하여 전지의 안전성 향상에 기여할 수 있다. Furthermore, the coating layer including the solid particles may contribute to improving the safety of the battery by suppressing the slippage of the jelly-roll caused by the inflow of foreign matter or the step between the components of the jelly-roll at the central portion of the jelly-roll. Can be.

이러한 다양한 효과는 고상 입자 코팅층을 권취 중심에 인접한 분리막 상에 코팅함으로써 달성된다. These various effects are achieved by coating the solid particle coating layer on the separator adjacent to the winding center.

하나의 바람직한 예에서, 상기 고상 입자 코팅층은, 권취 개시점부터 전류 집전체인 양극 호일 또는 음극 호일에서 활물질 도포 개시점 부위에 대응하는 위치까지 분리막의 일면 또는 양면에 형성되어 있는 구조일 수 있다.In one preferred example, the solid particle coating layer may be a structure formed on one side or both sides of the separator from the winding start point to the position corresponding to the starting point of the active material coating in the positive electrode or negative electrode foil which is the current collector.

젤리-롤형 전극조립체의 권취 이전의 전개된 상태인 양극/분리막/음극/분리 막의 라미네이트 구조에서, 2 장의 분리막에 권취 개시점의 분리막의 단부로부터 전극 호일의 활물질 도포 개시점에 대응하는 위치, 즉, 전극 호일의 무지부와 활물질 도포부의 경계에 이르는 부분까지의 분리막에 고상 입자 코팅층을 형성하는 것이, 완성된 전극조립체의 전체 두께나 부피에 거의 영향을 미치지 않으면서 고상 입자 코팅층을 형성하는 방법으로서 바람직하다. 다만, 고상 입자 코팅층의 단부가 상기 경계 부위에 이른다는 것은, 도포 부위가 경계 부위에 반드시 일치하여야 한다는 것을 의미하는 것은 아니고, 대략 그 주위를 포함하는 부위까지 도포되는 경우를 포괄하는 의미로서 해석되어야 한다.In the laminated structure of the anode / separation membrane / cathode / separation membrane in the developed state prior to the winding of the jelly-roll type electrode assembly, the position corresponding to the starting point of application of the active material of the electrode foil from the end of the separation membrane at the starting point of winding the two separators, namely Forming the solid particle coating layer on the separator that reaches the boundary between the uncoated portion of the electrode foil and the active material applying portion is a method of forming the solid particle coating layer with little effect on the total thickness or volume of the finished electrode assembly. desirable. However, the fact that the end of the solid particle coating layer reaches the boundary portion does not mean that the application portion must coincide with the boundary portion, but should be interpreted as a meaning encompassing the case where it is applied to a portion including the surroundings. do.

이러한 고상 입자 코팅층은 분리막의 일면 또는 양면에 형성할 수 있으나, 양면에 형성하는 것이 분리막에 높은 강도를 부여하는 측면에서 더욱 바람직하다. The solid particle coating layer may be formed on one side or both sides of the separator, but it is more preferable to form on both sides in terms of imparting high strength to the separator.

또한, 상기 고상 입자 코팅층이 너무 두꺼울 경우, 완성된 전극조립체의 전체 두께나 부피를 커지게 할 수 있으며, 코팅층이 너무 얇은 경우에는 분리막에 소망하는 강도를 부여하고 전지 내부의 고열을 흡수하는 역할과 동시에 고열에 의한 분리막의 수축을 억제하는 등의 고상 입자 코팅층의 형성에 따른 효과를 기대하기 어려울 수 있으므로, 3 내지 15 ㎛의 두께를 가지는 것이 바람직하며, 4 내지 9 ㎛의 두께를 가지는 것이 더욱 바람직하다.In addition, when the solid particle coating layer is too thick, it can increase the overall thickness or volume of the finished electrode assembly, and if the coating layer is too thin, gives the separator a desired strength and absorbs high heat inside the battery; At the same time, it may be difficult to expect the effect of forming the solid particle coating layer, such as suppressing the shrinkage of the separator due to high heat, it is preferable to have a thickness of 3 to 15 ㎛, more preferably 4 to 9 ㎛ thickness. Do.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또 는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있으며, 그 중에서도 올레핀계 폴리머가 더욱 바람직하다. The separator is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally from 0.01 to 10 ㎛ ㎛, thickness is generally 5 ~ 300 ㎛. As such a separator, for example, olefin polymers such as chemical resistance and hydrophobic polypropylene; Sheets or nonwovens made of glass fibers or polyethylene may be used, and among these, olefin polymers are more preferred.

상기 고상 입자는 분리막의 물리적, 화학적 특성에 영향을 미치지 않으면서 본 발명에 따른 소정의 효과를 발휘할 수 있는 물질들로 이루어진 입자라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 무기물 분말, 고분자 수지 분말, 및 안전성 담보 물질을 내장한 마이크로 캡슐로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 그 이상일 수 있다. The solid particles are not particularly limited as long as the particles are made of materials capable of exerting a predetermined effect according to the present invention without affecting the physical and chemical properties of the separator, for example, inorganic powder, polymer resin powder, And it may be one or more selected from the group consisting of microcapsules containing a security collateral material.

상기 무기물 분말로는, 예를 들어, 티탄산 납계 분말, 티탄산 바륨계 분말, 티탄니아 분말, 알루미나 실리케이트, 실리카, 멀라이트, 알루미나 등의 세라믹 분말이 바람직하며, 상기 고분자 수지 분말로는, 예를 들어, 스티렌, 알킬스티렌, 디비닐벤젠, 트리비닐벤젠 등의 가교결합된 공중합체 비드 등의 고분자 수지로 이루어진 다공성 비드가 바람직하다. As said inorganic powder, ceramic powders, such as lead titanate powder, a barium titanate powder, a titanate powder, an alumina silicate, a silica, a mullite, an alumina, are preferable, for example, As said polymer resin powder, Preference is given to porous beads made of polymer resins such as crosslinked copolymer beads such as styrene, alkylstyrene, divinylbenzene and trivinylbenzene.

또한, 상기 안전성 담보 물질을 내장한 마이크로 캡슐은, 예를 들어, 내부단락이나 과충전 등에 의한 발열 시 위험 온도인 대략 100 내지 150 도에서 배출되는 분말 소화제, 불활성 가스 등의 안전성 담보 물질을 내장하고 있으며, 이러한 안전성 담보 물질을 내장한 마이크로 캡슐의 쉘이 상기 온도에서 용융 내지 파열되는 것으로 구성될 수 있다.In addition, the microcapsules having the built-in safety collateral material, for example, has a built-in safety collateral material such as powdered extinguishing agent, inert gas discharged at a dangerous temperature of approximately 100 to 150 degrees at the time of heat generation due to internal short circuit or overcharge, etc. In this case, the shell of the microcapsules containing such a security collateral material may be melted or ruptured at the above temperature.

상기 고상 입자의 입경은 1 내지 10 ㎛인 것이 바람직하며, 2 내지 4 ㎛인 것이 더욱 바람직한 바, 고상 입자의 입경이 너무 큰 경우, 분리막 상에 균일하게 코팅하기 어려울 수 있고 분리막에 소정의 강도를 부여하는 측면에서도 바람직하지 않으며, 반대로 입경이 너무 작은 경우, 전지 내부의 고열 발생시 고열을 흡수하는 역할과 고열에 의한 분리막의 수축을 억제하는데 한계가 있을 수 있으므로 바람직하지 않다.The particle size of the solid particles is preferably 1 to 10 μm, and more preferably 2 to 4 μm, and when the particle size of the solid particles is too large, it may be difficult to uniformly coat the separator and provide a predetermined strength to the separator. In addition, it is not preferable in terms of imparting. On the contrary, when the particle size is too small, it is not preferable because there may be a limit in absorbing high heat when generating high heat inside the battery and suppressing shrinkage of the separator due to high heat.

하나의 바람직한 예에서, 상기 고상 입자는 바인더 기재의 코팅층에 포함되어 있는 것일 수 있다.In one preferred example, the solid particles may be included in the coating layer of the binder substrate.

상기 고상 입자를 포함하는 코팅층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지 방법 중에서 선택하거나 새로운 적절한 방법으로 수행할 수 있으며, 예를 들어, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올 등과 같은 바인더를 용해시킨 용매에 고상 입자를 균일하게 분산시켜 혼합한 후, 이러한 혼합 코팅액을 권취 중심에 인접한 분리막의 양면에 도포한 뒤 건조하는 방법으로 형성될 수 있다.The method for forming the coating layer including the solid particles is not particularly limited, and may be selected from known methods or performed by a new suitable method. For example, a solvent in which a binder such as polyvinylidene fluoride or polyvinyl alcohol is dissolved. After uniformly dispersing the solid particles in the mixture, the mixed coating liquid may be formed by applying the mixed coating liquid to both sides of the separator adjacent to the winding center and then drying the mixed particles.

상기 바인더 기재는 분리막, 전해액 등의 전지 내부 환경에 물리적, 화학적 특성에 영향을 미치지 않으면서 소정의 결합력을 제공할 수 있는 물질로서, 이후 전극 구성에서 설명하는 바와 같이, 전극의 제조에 일반적으로 사용되는 PVdF(폴리비닐리덴플로라이드) 등의 바인더 물질이 바람직하게 사용될 수 있다.The binder substrate is a material capable of providing a predetermined bonding force without affecting the physical and chemical properties of the battery internal environment such as a separator, an electrolyte, and the like, and is generally used in the manufacture of electrodes, as described later in the electrode configuration. A binder material, such as PVdF (polyvinylidene fluoride), can be preferably used.

본 발명에 따른 이차전지는 특히, 전극조립체를 전지케이스에 내장한 상태에서 리튬 함유 전해액을 함침시켜 제조되는 리튬 이차전지에 바람직하게 적용될 수 있다.In particular, the secondary battery according to the present invention may be preferably applied to a lithium secondary battery prepared by impregnating a lithium-containing electrolyte in a state in which an electrode assembly is embedded in a battery case.

본 발명에 따른 리튬 이차전지의 기타 성분들에 대해 이하에서 설명한다.Other components of the lithium secondary battery according to the present invention will be described below.

리튬 이차전지용 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 슬러리의 형태로 도포한 후 건조 및 압축하여 제조되며, 필 요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode for a lithium secondary battery is manufactured by, for example, applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder in the form of a slurry on a positive electrode current collector, followed by drying and compressing the filler. It may be added further.

상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2 - xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The positive electrode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Li 1 + x Mn 2-x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2, and the like; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , Cu 2 V 2 O 7 and the like; Ni-site type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1 - x M x O 2 , wherein M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, or Ga, and x = 0.01 to 0.3; Formula LiMn 2 - x M x O 2 (wherein M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta and x = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (wherein M = Fe, Co, Lithium manganese composite oxide represented by Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with alkaline earth metal ions; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 and the like, but are not limited to these.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. The positive electrode current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 μm. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, the surface of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel Surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used. The current collector may form fine irregularities on its surface to increase the adhesion of the positive electrode active material, and may be in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is typically added in an amount of 1 to 50% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding the active material and the conductive material to the current collector, and is generally added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for inhibiting expansion of the positive electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing chemical change in the battery. Examples of the filler include olefinic polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials, such as glass fiber and carbon fiber, are used.

리튬 이차전지용 음극은 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조 및 압축 하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 양극의 성분들(바인더, 도전재, 충진제 등)이 더 포함될 수도 있다.The negative electrode for a lithium secondary battery is manufactured by coating, drying, and compressing a negative electrode material on a negative electrode current collector, and if necessary, components of the positive electrode (binder, conductive material, filler, etc.) as described above may be further included.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 ㎛. Such a negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. For example, the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, and the like, aluminum-cadmium alloy, and the like can be used. In addition, like the positive electrode current collector, fine concavities and convexities may be formed on the surface to enhance the bonding strength of the negative electrode active material, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

상기 음극 재료는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 -xMe'yOz(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-C-oNi 계 재료 등을 사용할 수 있다.The negative electrode material may be, for example, carbon such as hardly graphitized carbon or graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0 ≦ x ≦ 1), Li x WO 2 (0 ≦ x ≦ 1), Sn x Me 1- x Me ' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, halogen, 0 <x ≦ 1; 1 ≦ y ≦ 3; 1 ≦ z ≦ 8); Lithium metal; Lithium alloys; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , and metal oxides such as Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-C-oNi-based materials and the like can be used.

리튬 이차전지용 비수계 전해질은, 비수 전해액과 리튬 염으로 이루어져 있다.The nonaqueous electrolyte for lithium secondary batteries consists of a nonaqueous electrolyte and a lithium salt.

상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the nonaqueous electrolyte include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butylo lactone, and 1,2-dimethoxy ethane. , Tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolon, formamide, dimethylformamide, dioxolon, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate , Phosphoric acid triester, trimethoxy methane, dioxolon derivative, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, ether, methyl pyroionate Aprotic organic solvents, such as ethyl propionate, can be used.

상기 리튬 염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a good material to be dissolved in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.

또한, 비수계 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.In addition, for the purpose of improving charge / discharge characteristics, flame retardancy, etc., for example, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, etc. , Nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N, N-imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride, etc. may be added. have. In some cases, in order to impart nonflammability, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further included, and carbon dioxide gas may be further included to improve high temperature storage characteristics.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는 분리막이 개재된 상태에서 양극 시트와 음극 시트를 둥글게 권취한 전극조립체('젤리-롤')의 권취 중심에 센터 핀을 삽입한 구조의 이차전지로서, 권취 중심에 인접한 분리막 상에는 고상 입자를 포함하는 코팅층('고상 입자 코팅층')이 형성되어 있으므로, 젤리-롤의 권심 중심부에 삽입되어 있는 센터 핀이 외부 충격에 의해 변형되면서 유발되는 내부단락이나 과충전 등에 의한 발화 및 폭발을 방지함으로써, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.As described above, the secondary battery according to the present invention is a secondary battery having a structure in which a center pin is inserted into a winding center of an electrode assembly ('jelly-roll') in which a positive electrode sheet and a negative electrode sheet are roundly wound while a separator is interposed therebetween. As the coating layer containing the solid particles ('solid particle coating layer') is formed on the separator adjacent to the winding center, an internal short circuit caused by deformation of the center pin inserted in the center of the core of the jelly-roll may be deformed by an external impact. By preventing ignition and explosion due to overcharging, the safety of the battery can be improved.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, although described with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, this is for easier understanding of the present invention, the scope of the present invention is not limited thereto.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 권취 공정 이전의 전개도가 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 3 is a schematic view of a development before a winding process of an electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present disclosure.

도 3을 참조하면, 양극/분리막/음극/분리막의 라미네이트 구조에서, 음극(400)의 활물질 도포 개시점 부위(410)를 넘어서 양극(300)의 활물질 도포 개시점 부위(310)에 대응하는 위치까지, 각각의 분리막(100, 200)의 양면에 고상 입자 코팅층(110, 210)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 3, in the laminate structure of the anode / separation membrane / cathode / separation membrane, a position corresponding to the active material application starting point region 310 of the positive electrode 300 beyond the active material application starting point region 410 of the negative electrode 400. Until, solid particle coating layers 110 and 210 are formed on both surfaces of each separator 100 and 200.

이러한 양극/분리막/음극/분리막의 라미네이트 구조를 화살표 방향으로 권취하여 젤리-롤형 전극조립체를 제조하면, 고상 입자 코팅층(110, 210)이 형성된 분리막(100, 200)의 해당 부위는, 이하 도 4에서 설명하는 바와 같이, 대략 권취 중심에 위치하게 되어 전지의 안전성을 담보하게 된다. When the laminate structure of the anode / separation membrane / cathode / separation membrane is wound in the direction of an arrow to manufacture a jelly-roll type electrode assembly, the corresponding portions of the separation membranes 100 and 200 on which the solid particle coating layers 110 and 210 are formed are shown in FIG. 4. As will be described, it is located approximately at the center of the winding to ensure the safety of the battery.

도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따라 권취 중심에 인접한 분리막 상에 고상입자를 포함한 코팅층이 형성되어 있는 젤리-롤형 전극조립체의 수평 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.4 is a horizontal cross-sectional view of a jelly-roll electrode assembly in which a coating layer including solid particles is formed on a separator adjacent to a winding center according to one embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 젤리-롤(500)의 코어 부위의 분리막 상에 고상 입자를 포함하는 코팅층(510)이 형성되어 있다. 이러한 코팅층(510)은 주로 전류 집전체의 무지부에 대응하는 분리막 상에 도포되어 있으므로, 전지의 작동에 영향을 미치지 않다. 또한, 코팅층(510)은 분리막의 강도를 향상시켜, 외부 충격의 인가 시 변형된 센터 핀(도시하지 않음)의 단부나 모서리 부분에 의해 분리막이 관통되는 것을 방지하고, 젤리-롤(500)의 압박을 최소화하여 내부단락으로 인한 발화 및 폭발을 방지할 수 있다.Referring to FIG. 4, a coating layer 510 including solid particles is formed on the separator of the core portion of the jelly-roll 500. Since the coating layer 510 is mainly applied on the separator corresponding to the uncoated portion of the current collector, it does not affect the operation of the battery. In addition, the coating layer 510 improves the strength of the separator, and prevents the separator from being penetrated by an end portion or a corner portion of the deformed center pin (not shown) upon application of an external impact, and the jelly-roll 500 By minimizing pressure, it is possible to prevent fire and explosion due to internal short circuit.

더욱이, 내부단락의 발생시 열 발산이 용이하지 않아 발화 및 폭발의 가능성이 높은 코어 부위의 분리막 상에 형성된 코팅층(510)은, 그것에 포함되어 있는 고상 입자에 의해, 전지 내부의 고열을 흡수함과 동시에 고열에 의한 분리막의 수축을 억제하여, 궁극적으로 전지의 안전성을 확보할 수 있다.In addition, the coating layer 510 formed on the separator of the core portion where heat dissipation is not easy due to the occurrence of internal short circuits and is highly likely to ignite and explode is absorbed by the solid particles contained therein and at the same time absorbs high heat inside the battery. Shrinkage of the separator due to high heat can ultimately ensure the safety of the battery.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the following Examples are provided to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예 1]Example 1

1-1.1-1. 양극의 제조Manufacture of anode

양극 활물질로 LiCoO2를 사용하였고, LiCoO2 94 중량%, 및 Super-P(도전재) 3.5 중량%, PVdF(결합제) 2.5 중량%를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조한 후, 알루미늄 호일 상에 코팅, 건조 및 압착하여 양극을 제조하였다.LiCoO 2 was used as the positive electrode active material, 94% by weight of LiCoO 2 , 3.5% by weight of Super-P (conductive material) and 2.5% by weight of PVdF (binder) were added to N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent. After preparing the positive electrode mixture slurry, the positive electrode was prepared by coating, drying and pressing on aluminum foil.

1-2.1-2. 음극의 제조Preparation of Cathode

음극 활물질로는 인조흑연을 사용하였고, 인조흑연 94 중량%, 및 Super-P(도전재) 1 중량%, PVdF(결합제) 5 중량%를 용제인 NMP에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조한 후, 구리 호일 상에 코팅, 건조 및 압착하여 음극을 제조하였다.Artificial negative electrode was used as the negative electrode active material, 94% by weight of artificial graphite, 1% by weight of Super-P (conductive material), and 5% by weight of PVdF (binder) were added to NMP as a solvent to prepare a negative electrode mixture slurry. The negative electrode was prepared by coating, drying and pressing on copper foil.

1-3.1-3. 고상 입자를 포함하는 코팅 용액의 제조Preparation of Coating Solution Containing Solid Particles

프로필렌카보네이트 용매와 PVdF를 혼합한 혼합 용액에 알루미나 분말을 균일하게 분산시키면서 혼합하여 고상 입자를 포함하는 코팅 용액을 제조하였다.Alumina powder was uniformly dispersed and mixed in a mixed solution of propylene carbonate solvent and PVdF to prepare a coating solution containing solid particles.

1-4.1-4. 분리막의 제조Preparation of Membrane

도 3에서와 같이, 다공성 분리막(셀가드TM)의 한쪽 단부에서부터 대략 양극 호일의 양극 탭 부위에서 양극 활물질 도포 개시점 부위에 대응하는 위치까지의 길이부위에 1-3의 코팅 용액을 양면에 도포하여 건조함으로써, 권취 중심에 인접한 부위에 고상입자를 포함하는 분리막을 제조하였다.As shown in FIG. 3, a coating solution of 1-3 is applied on both sides from one end of the porous separator (Celgard TM ) to a position from the positive electrode tab portion of the positive electrode foil to a position corresponding to the positive electrode active material application starting point region. And drying to prepare a separation membrane containing solid particles in a portion adjacent to the winding center.

1-5.1-5. 전지의 제조Manufacture of batteries

상기 1-1 및 1-2에서 각각 제조된 양극과 음극 사이에 상기 1-4의 분리막을 개재하되 고상 입자 코팅층이 형성된 부위와 양극에서 양극 탭이 형성된 부위를 일치되게 위치시킨 후, 이 상태에서 양극이 내측에 위치하도록 둥글게 권취하여, 원통형 전지케이스에 내장하고, 1M LiPF6의 카보네이트계 전해질을 함침하여 상단에 CID를 장착하여 18650 규격(직경 18 mm, 길이 65 mm)의 원통형 전지를 제조하였다. Interposed between the anode and the cathode prepared in 1-1 and 1-2, respectively, the separator 1-4 and the solid particle coating layer and the positive electrode tab is formed in the positive position, and then in this state The positive electrode was wound round so as to be positioned inside, built in a cylindrical battery case, and impregnated with a carbonate electrolyte of 1M LiPF 6 to mount a CID on the top to prepare a cylindrical battery of 18650 (diameter 18 mm, length 65 mm). .

[실시예 2]Example 2

실시예 1-4의 분리막 제조 시 1-3의 코팅 용액을 분리막의 일면에만 도포하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 같은 방법으로 전지를 제조하였다.A battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the coating solution of 1-3 was applied to only one surface of the separator when preparing the separator of Example 1-4.

[비교예 1]Comparative Example 1

분리막에 고상 입자를 포함하는 코팅층을 형성하지 않았다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 전극 및 전지를 제조하였다.An electrode and a battery were manufactured in the same manner as in Example 1, except that the coating layer including the solid particles was not formed in the separator.

[실험예 1]Experimental Example 1

상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 만충전 상태의 원통형 전지들 각각 5 개 씩에 대해 전지의 수직 방향으로, 무게 9.1 kg 및 직경 15.8 mm의 봉을 61 cm 높이에서 낙하시켜 전극 대면 부위의 단락을 유발시킨 후 발화/폭발 여부를 확인하였다.For each of the five full-charged cylindrical batteries prepared in Example 1, Example 2 and Comparative Example 1 in the vertical direction of the battery, a rod weighing 9.1 kg and a diameter of 15.8 mm by dropping at a height of 61 cm After inducing a short circuit at the electrode facing area, it was confirmed whether to ignite / explode.

그 결과, 실시예 1의 전지들은 모두 발화/폭발 없이 안전했으나, 비교예 1의 전지는 5 개 중 2 개의 전지가 발화/폭발 되었으며, 5개의 전지 모두에서 고열이 발생하였다. 한편, 실시예 2의 전지는 5개 모두에서 고열만 발생하였다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예 1의 전지는 권취 중심에 인접한 분리막 상에 고상 입자를 포함한 코팅층을 형성함으로써, 외부 충격의 인가 시 센터 핀의 변형에 의한 분리막의 손상이나 젤리-롤의 압박이 최소화 되고, 내부 온도 상승이 억제되어, 궁극적으로 전지의 안전성이 향상됨을 알 수 있다.As a result, all of the batteries of Example 1 were safe without ignition / explosion, but the batteries of Comparative Example 1 ignited / exploded in five batteries, and high heat occurred in all five batteries. On the other hand, the batteries of Example 2 only generated high heat in all five. Therefore, the battery of Example 1 according to the present invention forms a coating layer including solid particles on the separator adjacent to the winding center, thereby minimizing the damage of the membrane or the compression of the jelly roll due to the deformation of the center pin when an external impact is applied. It can be seen that the increase in the internal temperature is suppressed and ultimately the safety of the battery is improved.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

도 1은 젤리-롤형 전극조립체를 내장하고 있는 종래기술의 원통형 전지의 수직 단면 사시도이다;1 is a vertical cross-sectional perspective view of a cylindrical battery of the prior art incorporating a jelly-roll electrode assembly;

도 2는 도 1의 전지에서 직선 A-A에 따른 센터 핀의 수평 단면도이다;2 is a horizontal cross-sectional view of the center pin along straight line A-A in the cell of FIG. 1;

도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 권취 공정 이전의 전개도이다;3 is an exploded view before a winding process of an electrode assembly according to one embodiment of the present invention;

도 4는 권취 중심에 인접한 분리막 상에 고상입자를 포함한 코팅층이 형성된 젤리-롤의 수평 단면도이다.4 is a horizontal cross-sectional view of a jelly-roll in which a coating layer including solid particles is formed on a separator adjacent to a winding center.

Claims (9)

분리막이 개재된 상태에서 양극 시트와 음극 시트를 둥글게 권취한 전극조립체('젤리-롤')의 권취 중심에 센터 핀을 삽입한 구조의 이차전지로서, 권취 중심에 인접한 분리막 상에는 고상 입자를 포함하는('고상 입자 코팅층')이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.A secondary battery having a center pin inserted into a winding center of an electrode assembly ('jelly-roll') in which a positive electrode sheet and a negative electrode sheet are roundly wound with a separator interposed therebetween, and including solid particles on a separator adjacent to the winding center. ('Solid particle coating layer') is a secondary battery characterized by the above-mentioned. 제 1 항에 있어서, 상기 고상 입자 코팅층은, 권취 개시점부터 전류 집전체로서의 양극 호일 또는 음극 호일에서 활물질 도포 개시점 부위에 대응하는 위치까지 분리막의 일면 또는 양면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary solid particle coating layer of claim 1, wherein the solid particle coating layer is formed on one side or both sides of the separation membrane from a starting point of winding to a position corresponding to the starting point of the active material application in the anode foil or the cathode foil as the current collector. battery. 제 1 항에 있어서, 상기 고상 입자 코팅층은 3 내지 15 ㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the solid particle coating layer has a thickness of 3 to 15 μm. 제 1 항에 있어서, 상기 고상 입자는 무기물 분말, 고분자 수지 분말, 및 안전성 담보 물질을 내장한 마이크로 캡슐로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지. The secondary battery of claim 1, wherein the solid particles are one or more selected from the group consisting of an inorganic powder, a polymer resin powder, and a microcapsule containing a safety collateral material. 제 4 항에 있어서, 상기 전지는 무기물 분말은 세라믹 분말이고, 상기 고분자 수지 분말은 고분자 수지로 이루어진 다공성 비드인 것을 특징으로 하는 이차전 지.The secondary battery of claim 4, wherein the inorganic powder is a ceramic powder, and the polymer resin powder is a porous bead made of a polymer resin. 제 1 항에 있어서, 상기 고상 입자의 입경은 1 내지 10 ㎛인 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein a particle diameter of the solid particles is 1 μm to 10 μm. 제 1 항에 있어서, 상기 고상 입자는 바인더 기재의 코팅층에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the solid particles are included in a coating layer of a binder substrate. 제 7 항에 있어서, 상기 바인더 기재는 PVdF인 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 7, wherein the binder substrate is PVdF. 제 1 항에 있어서, 상기 전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지. The secondary battery of claim 1, wherein the battery is a lithium secondary battery.
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WO2011081333A2 (en) * 2009-12-29 2011-07-07 주식회사 루트제이드 Secondary battery comprising anti-explosion means
US8574752B2 (en) 2009-10-29 2013-11-05 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrode assembly and rechargeable battery using the same
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WO2018225994A1 (en) * 2017-06-09 2018-12-13 주식회사 엘지화학 Electrode, and secondary battery comprising same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8574752B2 (en) 2009-10-29 2013-11-05 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrode assembly and rechargeable battery using the same
WO2011081333A2 (en) * 2009-12-29 2011-07-07 주식회사 루트제이드 Secondary battery comprising anti-explosion means
WO2011081333A3 (en) * 2009-12-29 2011-10-27 주식회사 루트제이드 Secondary battery comprising anti-explosion means
US10312556B2 (en) 2016-02-24 2019-06-04 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery module
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