KR20090084203A - Electrode assembly and secondary battery having the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전극조립체 및 이를 구비하는 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지 부식이 억제되고, 저온방전특성 및 과충전특성을 동시에 만족하는 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode assembly and a secondary battery having the same, and more particularly, to a secondary battery that suppresses battery corrosion and simultaneously satisfies low-temperature discharge characteristics and overcharge characteristics.
최근 휴대용 전자기기의 소형화 및 경량화가 급속하게 진전됨에 따라서 이들의 구동 전원으로서 사용되는 전지의 소형화 및 고용량화에 대한 필요성이 증대되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로서, 휴대용 전자 기기의 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속하게 신장하고 있는 추세이다.As miniaturization and light weight of portable electronic devices have recently advanced, the necessity for miniaturization and high capacity of batteries used as driving power sources thereof is increasing. In particular, the lithium secondary battery has an operating voltage of 3.6 V or more, which is three times higher than that of a nickel-cadmium battery or a nickel-hydrogen battery, which is widely used as a power source for portable electronic devices, and rapidly expands in terms of high energy density per unit weight. There is a trend.
리튬 이차 전지는 리튬 이온이 양극 및 음극에서 인터칼레이션/디인터칼레이션될 때의 산화, 환원 반응에 의하여 전기 에너지를 생성한다. 리튬 이차 전지는 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질을 양극과 음극의 활물질로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조한다.Lithium secondary batteries generate electrical energy by oxidation and reduction reactions when lithium ions are intercalated / deintercalated at the positive and negative electrodes. A lithium secondary battery is prepared by using a material capable of reversibly intercalating / deintercalating lithium ions as an active material of a positive electrode and a negative electrode, and filling an organic electrolyte or a polymer electrolyte between the positive electrode and the negative electrode.
리튬 이차 전지는 음극판과 양극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 일정 형태, 예를 들어 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 감겨 형성되는 전극조립체와, 이 전극조립체와 전해액이 수납되는 캔과, 상기 캔의 상부에 조립되는 캡조립체로 구성된다.A lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a negative electrode plate and a positive electrode plate are wound in a form such as a jelly-roll with a separator interposed therebetween, a can containing the electrode assembly and an electrolyte, and a can It consists of a cap assembly assembled on the top.
종래의 세퍼레이터로는 통상 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀계 미다공성 고분자막 또는 이들의 다중막이 사용하였으나, 이러한 폴리올레핀계 세퍼레이터는 다공막층이 시트(sheet) 또는 필름(film) 형상이므로, 내부 단락이나 과충전에 의한 발열에 의해 다공막의 기공 막힘과 함께 시트상 세퍼레이터도 수축하는 결점을 가진다.In the conventional separator, polyolefin-based microporous polymer membranes such as polypropylene and polyethylene or multiple membranes thereof are used. However, since the porous membrane layer has a sheet or film shape, internal short-circuit or overcharge The sheet-like separator also shrinks due to pore blocking of the porous membrane due to heat generation by the heat generation.
따라서, 시트상 세퍼레이터가 전지의 내부 발열에 의해 수축이 일어나서 쪼그라들게 되면 세퍼레이터가 줄어들어서 없어진 부분은 양극과 음극이 직접 닿게 되므로 발화, 파열, 폭발에 이르게 되는 문제점이 있다.Therefore, when the sheet-like separator breaks down due to internal heat generation of the battery, the separator is reduced and the missing part is directly in contact with the positive electrode and the negative electrode, which leads to ignition, rupture, and explosion.
따라서, 상술한 필름상의 세퍼레이터의 문제점을 보완하기 위하여, 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코늄 산화물(ZrO2), 티타늄 산화물(TiO2)의 세라믹물질과 바인더의 결합에 의해 이루어지는 다공막을 세퍼레이터로 적용하는 세라믹 세퍼레이터에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다.Therefore, in order to compensate for the above problems of the film-like separator, the ceramic material of silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ) and titanium oxide (TiO 2 ) is combined with a binder. There is an active research on ceramic separators that apply a porous membrane formed as a separator.
이때, 세라믹 세퍼레이터는 폴리올레핀 재질의 필름상의 세퍼레이터가 120℃ 이상의 고온에서 용융, 수축하는 단점을 보완하는 역할을 하게 되고, 따라서, 기존의 필름상의 세퍼레이터와 세라믹 세퍼레이터를 겸용해서 사용하는 추세이다.In this case, the ceramic separator serves to compensate for the disadvantage that the polyolefin-like film separator is melted and shrunk at a high temperature of 120 ° C. or higher. Therefore, the ceramic separator is used in combination with the conventional film-like separator and the ceramic separator.
하지만, 필름상의 세퍼레이터와 세라믹 세퍼레이터를 겸용해서 사용하는 경우, 재료가 추가되게 되므로 비용 증가의 문제가 발생하게 되고, 필름상의 세퍼레이터와 세라믹 세퍼레이터의 매칭성이 중요하게 되므로 공정상 품질 관리 항목이 증가하게 되며, 또한, 전지 설계시 상기 세퍼레이터 각각의 설계는 물론 상관관계까지도 고려해 설계되어야 하므로 결국은 재료와 설계, 공정 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.However, when the film-like separator and the ceramic separator are used together, the cost of the material increases due to the addition of the material, and the matching between the film-like separator and the ceramic separator becomes important. In addition, since the design of the battery must be designed in consideration of not only the design but also the correlation of each separator, there is a problem in that the material, the design, and the process cost are increased.
따라서, 기존의 필름상 세퍼레이터는 열적으로 취약한 근본적인 문제가 있기 때문에 세라믹 세퍼레이터만으로 세퍼레이터 역할을 할 수 있는 방법이 활발히 고안되고 있으며, 이 경우에는 세라믹 세퍼레이터만으로 내부단락을 완벽히 막기 위해서는 세라믹층이 더욱 치밀해져야 할 필요성이 있다.Therefore, the existing film-like separator has a fundamental problem that is thermally vulnerable, so a method of acting as a separator with only the ceramic separator is actively devised. In this case, the ceramic layer must be denser in order to completely prevent the internal short circuit with only the ceramic separator. There is a need to do it.
하지만, 너무 치밀할 경우 리튬 이온의 원할한 이동을 방해하여 고율 충방전 특성이나 저온특성, 수명특성이 하락할 위험이 있고, 결국 고안전성을 추구하다보면 신뢰성을 희생시키는 결과를 초래할 수도 있는 것이다.However, if too close, there is a risk that high-rate charge-discharge characteristics, low-temperature characteristics, and life-span characteristics may be impaired by preventing the smooth movement of lithium ions.
따라서, 세라믹층으로 세퍼레이터 필름의 대체 역할을 하기 위해서는 기존의 신뢰성을 하락시키지 않는 범위에서 안전성을 최대한 확보할 수 있는 최적의 설계가 요구된다.Therefore, in order to replace the separator film with the ceramic layer, an optimal design is required to secure the maximum safety in a range that does not decrease the existing reliability.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저온방전특성 및 과충전특성을 동시에 만족하는 이차전지를 제공하는 데 본 발명의 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a secondary battery that satisfies all the disadvantages and problems of the prior art as described above, and simultaneously satisfies low-temperature discharge characteristics and overcharge characteristics.
본 발명은 양극 활물질층을 구비하는 양극; 음극 활물질층을 구비하는 음극; 및 상기 양극과 상기 음극을 분리시키고, 린편상(flake)의 세라믹 물질과 바인더에 의해 결합되어 이루어지는 다공막을 포함하고, 상기 다공막은 제산제를 포함하며, 상기 제산제의 함량은 상기 세라믹 물질 100 중량부 대비 1 중량부 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공한다.The present invention is a positive electrode having a positive electrode active material layer; A negative electrode having a negative electrode active material layer; And a porous membrane which separates the positive electrode and the negative electrode and is bonded by a flake ceramic material and a binder, wherein the porous film includes an antacid, and the content of the antacid is 100 parts by weight of the ceramic material. It provides an electrode assembly, characterized in that 1 to 10 parts by weight relative to.
또한, 본 발명은 양극 활물질층을 구비하는 양극, 음극 활물질층을 구비하는 음극 및 상기 양극과 상기 음극을 분리시키고, 린편상(flake)의 세라믹 물질과 바인더에 의해 결합되어 이루어지는 다공막을 포함하는 전극조립체; 및 전해액을 포함하고, 상기 다공막은 제산제를 포함하며, 상기 제산제의 함량은 상기 세라믹 물질 100 중량부 대비 1 중량부 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention is an electrode including a positive electrode having a positive electrode active material layer, a negative electrode having a negative electrode active material layer, and a porous membrane formed by separating the positive electrode and the negative electrode and bonded by a flake ceramic material and a binder. Assembly; And an electrolyte solution, wherein the porous membrane includes an antacid, and the content of the antacid is 1 part by weight to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ceramic material.
또한, 본 발명은 상기 제산제는 산화 마그네슘, 수산화 마그네슘 및 규산 마그네슘으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 전극조립체 및 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention provides an electrode assembly and a secondary battery, characterized in that the antacid is at least one material selected from the group consisting of magnesium oxide, magnesium hydroxide and magnesium silicate.
또한, 본 발명은 상기 세라믹 물질은 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코늄 산화물(ZrO2) 및 티타늄 산화물(TiO2)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 전극조립체 및 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention is characterized in that the ceramic material is at least one material selected from the group consisting of silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ) and titanium oxide (TiO 2 ). It provides an electrode assembly and a secondary battery.
또한, 본 발명은 상기 린편상(flake)의 세라믹 물질 입자의 장경의 너비가 100nm 내지 1㎛인 것을 특징으로 하는 전극조립체 및 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention provides an electrode assembly and a secondary battery, characterized in that the width of the long diameter of the flake-shaped ceramic material particles is 100nm to 1㎛.
또한, 본 발명은 상기 제산제의 크기는 10㎚ 이상이면서, 상기 린편상(flake)의 세라믹 물질 입자의 장경의 너비 이하인 것을 특징으로 하는 전극조립체 및 이를 구비하는 이차전지를 제공한다.In addition, the present invention provides an electrode assembly and a secondary battery having the same, wherein the size of the antacid is 10 nm or more and less than the width of the long diameter of the flake ceramic material particles.
따라서, 본 발명의 전극조립체 및 이를 구비하는 이차전지는 저온방전특성 및 과충전특성을 동시에 만족하는 이차전지를 제공할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the electrode assembly of the present invention and the secondary battery having the same have an effect of providing a secondary battery satisfying both low-temperature discharge characteristics and overcharge characteristics.
또한, 본 발명은 전극조립체를 권취시 디폼(deform)이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of preventing the deformation (deform) occurs when the electrode assembly is wound.
또한, 본 발명은 HF 등의 강산에 의하여 전지 캔 내벽의 금속을 부식시켜 전지 성능을 악화시키는 것을 억제하는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect of suppressing deterioration of battery performance by corroding the metal of the battery can inner wall with a strong acid such as HF.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 이하 본 발명의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.Details of the above object and technical configuration of the present invention and the effects thereof will be more clearly understood by the following detailed description of the present invention.
본 발명의 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체 및 이를 구비하는 이차전지를 설명하면 다음과 같다.Referring to the electrode assembly including a separator of the present invention and a secondary battery having the same as follows.
본 발명의 세퍼레이터는 세라믹 물질과 바인더에 의해 결합되어 이루어지는 다공막으로 이루어지며, 상기 세라믹 물질과 바인더를 용매에 혼합하여 페이스트를 제작한 후 상기 페이스트를 이용하여 양극 또는 음극 또는 양쪽 전극 모두에 다공막을 형성할 수 있다.The separator of the present invention is composed of a porous membrane formed by bonding a ceramic material and a binder. The paste is prepared by mixing the ceramic material and the binder in a solvent, and then the porous membrane is formed on the positive electrode, the negative electrode, or both electrodes using the paste. Can be formed.
상기 다공막은 기존의 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 필름상 세퍼레이터의 역할을 할 수 있다.The porous membrane may serve as a film-like separator of conventional polyethylene (PE), polypropylene (PP) and the like.
상기 세라믹 물질은 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코늄 산화물(ZrO2), 티타늄 산화물(TiO2)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질이 사용될 수 있으며, 또한, 지르코늄, 알루미늄, 실리콘, 티타늄 각각의 절연성 질화물, 수산화물, 케톤화물, 또는 이러한 화합물들의 혼합물이 사용될 수 있다. 이때, 절연성 질화물이라는 한정은 티타늄 나이트라이드(TiN) 등은 도전성을 가지므로 본 발명의 세라믹 물질로 적합하지 않기 때문에 언급된 것이다.The ceramic material may be at least one material selected from the group consisting of silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), and further, zirconium, Insulating nitrides, hydroxides, ketones, or mixtures of these compounds, each of aluminum, silicon, titanium, can be used. In this case, the limitation of insulating nitride is mentioned because titanium nitride (TiN) and the like have conductivity and are not suitable for the ceramic material of the present invention.
이때, 본 발명에서 상기 세라믹 물질은 린편상(flake) 입자를 사용하는 것을 특징으로 한다.In this case, the ceramic material in the present invention is characterized in using flake particles (flake).
일반적으로 세라믹 물질은 볼형, 무정형, 땅콩형, 린편상 등의 여러 가지 모양으로 제조할 수 있으나, 다른 입자, 예를 들면, 구형입자에 비해서 물고기 비늘 모양인 린편상(flake) 입자가 더욱 치밀한 세라믹층을 형성할 수 있으므로 본 발명에서는 린편상 입자를 사용하는 것으로, 상기 린편상(flake) 세라믹 입자는 구형입자에 비해서 분자간력이 강하기 때문에 치밀화하기 쉬운 장점이 있다.Generally, the ceramic material may be manufactured in various shapes such as ball, amorphous, peanut, and lean flakes. However, the ceramic material is more dense than flake particles in the shape of fish scales than other particles, for example, spherical particles. Since a layer can be formed, in the present invention, lean flake particles are used, and the lean flake ceramic particles have an advantage of being easy to be densified because they have stronger intermolecular forces than spherical particles.
이때, 상기 린편상(flake) 세라믹 입자는 장경의 너비가 100nm 내지 1㎛인 것이 바람직하다.In this case, the flake ceramic particles (flake) is preferably a long diameter of 100nm to 1㎛.
입자가 너비가 작을수록 치밀한 다공막층을 형성할 수 있지만 입자의 너비가 너무 작으면 정전기로 인한 입자간 응집력이 강해 균일한 믹싱이 어렵고, 또한, 극도로 치밀한 세라믹층이라면 기공이 막혀 있는 것과 동일한 상태이므로 리튬 이온의 원할한 이동을 방해하게 되어 전지의 신뢰성이 하락하게 되므로, 상기 린편상 세라믹 입자의 장경의 너비는 100nm 이상이 것이 바람직하며, 또한, 1㎛를 초과하는 경우 치밀화 정도가 떨어지는 문제점이 있다.The smaller the width of the particles can form a dense porous membrane layer, but if the width of the particles is too small, the cohesive force between particles due to static electricity is strong, so that uniform mixing is difficult, and in the case of an extremely dense ceramic layer, the same pores are blocked. Since the state of the lithium ion prevents the smooth movement of lithium ions, thereby reducing the reliability of the battery, it is preferable that the length of the long diameter of the lean-like ceramic particles be 100 nm or more. There is this.
또한, 본 발명에 따른 세라믹 물질과 바인더에 의해 결합되어 이루어지는 다공막은 제산제(antiacid)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the porous membrane formed by bonding the ceramic material and the binder according to the present invention is characterized in that it comprises an antacid (antiacid).
상기 제산제(antiacid)는 전지 내에 발생되는 HF 등과 같은 강산을 제거하는 역할을 하며, 그 종류로는 산화 마그네슘, 수산화 마그네슘, 규산 마그네슘 등이 있다.The antiacid serves to remove strong acids such as HF generated in a battery, and examples thereof include magnesium oxide, magnesium hydroxide, and magnesium silicate.
세라믹 분말이 미세하면 비표면적이 커지게 되므로 공기중의 수분을 흡착하기 쉬운 문제가 발생하게 되고, 수분을 많이 함습한 세라믹 분말이 전지 내부에 존 재하게 되면 전해액 내의 LiPF6, LiBF4 등의 리튬염과 반응하여 HF 등의 강산을 만들게 되고, HF 등이 생성되면 알루미늄이나 동박의 집전체와 전지 캔 내벽의 금속을 부식시켜 전지 성능을 악화시키고, 또한, O2 가스를 발생시켜 전지 파열 또는 폭발의 위험이 있다.If the ceramic powder is fine, the specific surface area becomes large, which makes it easy to adsorb moisture in the air, and when the ceramic powder, which contains a lot of moisture, exists in the battery, lithium such as LiPF 6 and LiBF 4 in the electrolyte It reacts with salts to make strong acids such as HF, and when HF is produced, it corrodes the current collector of aluminum or copper foil and metals inside the battery can to deteriorate battery performance, and also generates O 2 gas to rupture or explode the battery. There is a risk.
하지만, 제산제를 포함하게 되면, 예를 들어, 산화마그네슘을 포함하는 경우 2HF + MgO → MgF2 + H2O 와 같은 반응이 일어나게 되고, HF와 MgO가 반응해서 생긴 물은 실제는 MgF2의 결정수가 되어, MgF2가 흡수한 상태와 같은 것이 되므로 물을 흡수한 MgF2가 얇은 막 상태로 세라믹 분말 표면의 일부에 흡착됨으로써, 종래 HF로 인한 부식을 억제하여 전지 성능이 악화되는 것을 방지하고, 또한, O2 가스의 발생을 억제하여 O2 가스에 의한 전지 파열 또는 폭발의 위험을 방지할 수 있다.However, when the antacid is included, for example, when magnesium oxide is included, a reaction such as 2HF + MgO-> MgF 2 + H 2 O occurs, and the water produced by the reaction of HF and MgO is actually a crystal of MgF 2 . Since the water becomes the same as the state where MgF 2 is absorbed, the water-absorbed MgF 2 is adsorbed to a part of the ceramic powder surface in a thin film state, thereby suppressing corrosion caused by conventional HF and preventing battery performance from deteriorating. In addition, O 2 O 2 by suppressing the generation of gas The risk of battery rupture or explosion due to gas can be prevented.
또한, 상술한 바와 같은 반응에 의해서 다공막 내에 MgO 등과 같은 제산제가 존재했던 부분이 포어(pore)로 변하기 때문에 린편상 입자의 세라믹 물질로 이루어진 다공막이 절연성을 유지한 채로 세퍼레이터의 포어(pore) 기능을 갖게 되고, 따라서, 리튬 이온의 이동이 더욱 원할하게 된다.In addition, since the portion in which the antacid such as MgO was present in the porous membrane is changed to pores by the above-described reaction, the porous membrane made of the ceramic material of the lean piece particles maintains the insulation and the pores of the separator. It has a function, and therefore the movement of lithium ions becomes more smooth.
이때, 상기 제산제의 크기는 전지 성능에 기여하는 크기의 포어(pore)를 형성하기 위하여 10㎚ 이상이면서, 린편상 입자의 장경의 너비 이하인 것이 바람직하다.At this time, the size of the antacid is preferably 10nm or more in order to form a pore (pore) that contributes to battery performance, it is preferably less than the width of the long diameter of the lean piece particles.
또한, 상기 제산제의 함량은 상기 린편상 세라믹 입자 100 중량부 대비 1 중 량부 내지 10 중량부로 첨가하는 것이 바람직하다.In addition, the content of the antacid is preferably added in an amount of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the lean piece ceramic particles.
상기 제산제의 함량이 1 중량부 미만으로 첨가되는 경우 제산효과와 기공 생성 효과가 미비하고, 또한 세라믹층이 너무 치밀하여 리튬이온이 저온에서 원할하게 이동할 수 없어서 저온방전특성이 좋지 않은 문제점이 있고, 10 중량부를 초과하는 경우 믹싱 분산성이 좋지 않으므로, 세라믹층 코팅 두께를 균일하게 할 수 없어, 젤리롤로 말았을 경우 디폼(deform)이 발생하는 문제점이 있다.When the content of the antacid is added less than 1 part by weight, the antacid effect and the pore-forming effect is inadequate, and the ceramic layer is too dense so that lithium ions cannot move smoothly at low temperatures, and thus low temperature discharge characteristics are not good. When the amount exceeds 10 parts by weight, the mixing dispersibility is not good, so that the coating thickness of the ceramic layer cannot be uniform, and when rolled with jelly roll, deform occurs.
상기 바인더로는 합성 고무계 라텍스형 바인더 또는 가교구조를 갖는 아크릴계 고무를 사용할 수 있다.The binder may be a synthetic rubber latex binder or an acrylic rubber having a crosslinked structure.
상기 합성 고무계 라텍스형 바인더는 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 라텍스, 니트릴 부타디엔 고무(NBR) 라텍스, 메틸 메타크릴레이트 부타디엔 고무 라텍스, 클로로프렌 고무 라텍스, 카르복시 변성 스티렌 부타디엔 고무 라텍스 및 변성 폴리오가노실록산계 중합체 라텍스로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 이러한 고분자 라텍스는 수계분산체로 되어 있는 것이 바람직하며, 그 함량은 전극 활물질 100 중량부에 대하여 고형분으로 0.1 내지 20 중량부로 사용되는 것이 바람직한데, 0.1 중량부 미만일 때에는 집전체 등에 양호한 접착력이 얻어지지 않을 염려가 있고, 20 중량부를 초과할 때에는 전지 특성에 악영향을 미칠 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.The synthetic rubber latex binder is styrene butadiene rubber (SBR) latex, nitrile butadiene rubber (NBR) latex, methyl methacrylate butadiene rubber latex, chloroprene rubber latex, carboxy modified styrene butadiene rubber latex and modified polyorganosiloxane polymer latex. It may include one or more selected from the group consisting of. It is preferable that the polymer latex is made of an aqueous dispersion, and the content thereof is preferably used in an amount of 0.1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrode active material, and when it is less than 0.1 parts by weight, good adhesion to a current collector or the like may not be obtained. There is a concern, and when it exceeds 20 parts by weight, it is not preferable because it may adversely affect the battery characteristics.
또한, 상기 가교구조를 갖는 아크릴계 고무는 아크릴계 주단량체의 중합체 또는 공중합체와 가교성 공단량체의 가교반응에 의해 형성될 수 있다. 아크릴계 주단량체의 중합체 또는 공중합체 1종만을 사용하게 되면 결합 구조가 약해서 끊어지 기 쉽지만, 아크릴계 주단량체의 중합체 또는 공중합체에 가교성 단량체를 넣어주면 가교성 단량체가 아크릴계 주단량체의 중합체 또는 공중합체 구조와 결합하여 더욱 단단한 그물 구조를 만들어 줄 수 있다. 이러한 그물 구조를 갖는 고분자는 가교도가 증가할 수록 용매 중에서 팽윤되기 어렵다. 상기 가교구조를 갖는 아크릴계 고무 바인더는 주사슬 분자의 1만 분자량 단위에 대해 2 내지 10개의 가교점, 바람직하게는 4 내지 5개의 가교점을 갖는 3차원 가교구조로 이루어질 수 있다. 따라서 본 발명의 가교구조를 갖는 아크릴계 고무는 전해액이 함습되었을 때 팽윤하지 않는 내팽창성을 가질 수 있다.In addition, the acrylic rubber having the crosslinked structure may be formed by the crosslinking reaction of the polymer or copolymer of the acrylic main monomer with the crosslinkable comonomer. If only one type of polymer or copolymer of acrylic main monomer is used, the bonding structure is weak and easy to break. Combined with the structure, you can create a more rigid net structure. The polymer having such a net structure is less likely to swell in a solvent as the degree of crosslinking increases. The acrylic rubber binder having the crosslinking structure may have a three-dimensional crosslinking structure having 2 to 10 crosslinking points, preferably 4 to 5 crosslinking points, for 10,000 molecular weight units of the main chain molecule. Therefore, the acrylic rubber having a crosslinked structure of the present invention may have expansion resistance that does not swell when the electrolyte solution is moistened.
세라믹 물질의 본래 특성상 분해 온도가 1000℃ 이상이고, 또한 바인더로서는 분해 온도가 250℃ 이상이 되는 가교구조를 갖는 아크릴계 고무 바인더를 사용하게 되므로 내열성이 높은 전지를 얻을 수 있어 내부 단락에 대한 안정성이 높아진다.Due to the inherent characteristics of ceramic materials, acrylic rubber binders having a crosslinked structure having a decomposition temperature of 1000 ° C. or higher and a decomposition temperature of 250 ° C. or higher are used, thereby obtaining a battery having high heat resistance and increasing stability against internal short circuits. .
상기 아크릴계 주단량체로는 메톡시메틸아크릴레이트(methoxymethyl acrylate), 메톡시에틸아크릴레이트, (methoxyethyl acrylate) 에톡시에틸아크릴레이트(ethoxyethyl acrylate), 부톡시에틸아크릴레이트(buthoxyethylacrylate), 메톡시에톡시에틸아크릴레이트(methoxyethoxyethyl acrylate), 디사이클로펜테닐록시에틸아크릴레이트(dicyclopentenyloxyethyl acrylate) 중에서 선택되는 알콕시알킬 아크릴레이트(alkoxyalkyl acrylate); 비닐메타크릴레이트(vinyl methacrylate), 비닐아크릴레이트(vinyl acrylate), 알릴메타크릴레이트(allyl methacrylate), 1,1-디메틸프로펜일메타크릴레이트(1,1-dimethylpropenyl methacrylate), 1,1-디메 틸프로펜일아크릴레이트(1,1-dimethylpropenyl acrylate), 3,3-디메틸부텐일메타크릴레이트(3,3-dimethylbutenyl methacrylate), 3,3-디메틸부텐일 아크릴레이트(3,3-dimethylbutenyl acrylate) 중에서 선택되는 알켄일 아크릴레이트 또는 알켄일 메타크릴레이트; 디비닐 이타코네이트(divinyl itaconate), 디비닐 말레이트(divinyl maleate) 중에서 선택되는 불포화디카복실산에스테르 (unsaturated dicarboxylic acid ester); 비닐 1,1-디메틸프로펜일 에테르(vinyl 1,1-dimethylpropenyl ether), 비닐 3,3-디메틸부텐일 에테르(vinyl 3,3-dimethylbutenyl ether) 중에서 선택되는 비닐기 함유 에테르; 1-아크릴로일록시-1-페닐에텐(1-acryloyloxy-1-phenylethene); 및 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.The acrylic main monomers are methoxymethyl acrylate, methoxyethyl acrylate, (methoxyethyl acrylate), ethoxyethyl acrylate, butoxyethyl acrylate, methoxyethoxyethyl Alkoxyalkyl acrylate selected from methoxyethoxyethyl acrylate and dicyclopentenyloxyethyl acrylate; Vinyl methacrylate, vinyl acrylate, allyl methacrylate, 1,1-dimethylpropenyl methacrylate, 1,1-dimethacrylate 1,1-dimethylpropenyl acrylate, 3,3-dimethylbutenyl methacrylate, 3,3-dimethylbutenyl acrylate Alkenyl acrylate or alkenyl methacrylate selected from among; Unsaturated dicarboxylic acid esters selected from divinyl itaconate and divinyl maleate; Vinyl group-containing ethers selected from vinyl 1,1-dimethylpropenyl ether and vinyl 3,3-dimethylbutenyl ether; 1-acryloyloxy-1-phenylethene; And methyl methacrylate (methyl methacrylate) may be used one or more selected from the group consisting of.
상기 가교성 공단량체로는 2-에틸헥실아크릴레이트(2-ethylhexyl acrylate), 메틸아크릴레이트(methyl acrylate), 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate), 프로필아크릴레이트(propyl acrylate), 부틸아크릴레이트(buthyl acrylate), 옥틸아크릴레이트(octyl acrylate), 이소옥틸아크릴레이트(iso-octyl acrylate)중에서 선택되는 알킬 아크릴레이트(alkyl acrylate);비닐 클로로아세테이트(vinyl chloroacetate), 아크릴 클로로아세테이트(acryl chloroacetate) 중에서 선택되는 알켄일클로로아세테이트(alkenyl chloroacetate); 글리시딜아크릴레이트(glycidyl acrylate), 비닐글리시딜에테르(vinylglycidyl ether), 아크릴글리시딜에테르(acryl glycidyl ether) 중에서 선택되는 글리시딜기 함유 에스테르 또는 에테르; 아크릴산(acrylic acid), 메타크릴산(methacrylic acid), 말레산(maleic acid) 중에서 선택되는 불포 화카복실산; 2-클로로에틸비닐에테르(2-chloroehtyl vinyl ether); 클로로메틸스티렌(chloromethyl styrene); 및 아크릴로니트릴(acrylonitrile)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.The crosslinkable comonomers include 2-ethylhexyl acrylate, 2-methylhexyl acrylate, methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, and butyl acrylate. ), An alkyl acrylate selected from octyl acrylate and isooctyl acrylate; an alkyl selected from vinyl chloroacetate and acryl chloroacetate. Alkenyl chloroacetate; Glycidyl group-containing esters or ethers selected from glycidyl acrylate, vinylglycidyl ether, and acryl glycidyl ether; Unsaturated carboxylic acids selected from acrylic acid, methacrylic acid and maleic acid; 2-chloroethyl vinyl ether; Chloromethyl styrene; And one or more selected from the group consisting of acrylonitrile can be used.
다음으로, 본 발명의 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체 및 이를 구비하는 이차 전지는 양극 및 음극을 포함한다.Next, an electrode assembly including the separator of the present invention and a secondary battery having the same include a positive electrode and a negative electrode.
상기 양극은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 양극 활물질을 포함하며, 이러한 양극 활물질의 대표적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, 또는 LiNi1 -x- yCo xMyO2(0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x+y ≤ 1, M은 Al, Sr, Mg, La 등의 금속)와 같은 리튬-전이금속 산화물을 사용할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 양극 활물질의 종류를 한정하는 것은 아니다.The positive electrode includes a positive electrode active material capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium ions. Representative examples of the positive electrode active material include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , or LiNi 1 − Lithium-transition metal oxides such as x- y Co xMyO 2 (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1, M is a metal of Al, Sr, Mg, La, etc.) can be used However, the present invention is not limited to the type of the cathode active material.
상기 음극은 리튬 이온을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 음극 활물질을 포함하며, 이러한 음극 활물질로는 결정질 또는 비정질의 탄소, 또는 탄소 복합체의 탄소계 음극 활물질을 사용할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 음극 활물질의 종류를 한정하는 것은 아니다.The negative electrode includes a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions, and as the negative electrode active material, crystalline or amorphous carbon or a carbon-based negative electrode active material of a carbon composite may be used. In the present invention, the type of the negative electrode active material is not limited.
또한, 상기 양극은 양극 집전체를 포함하며, 상기 양극 집전체로는 알루미늄 및 알루미늄 합금 등이 사용될 수 있으며, 상기 음극은 음극 집전체를 포함하며, 음극 집전체로는 구리 및 구리 합금 등이 사용될 수 있다. 상기 양극 집전체 및 음극 집전체의 형태로는 호일, 필름, 시트, 펀칭된 것, 다공질체, 발포체 등을 들 수 있다.In addition, the positive electrode includes a positive electrode current collector, aluminum and an aluminum alloy may be used as the positive electrode current collector, the negative electrode may include a negative electrode current collector, and copper and a copper alloy may be used as the negative electrode current collector. Can be. Examples of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector include a foil, a film, a sheet, a punched one, a porous body, a foam, and the like.
본 발명의 다공막이 양극 또는 음극 또는 양쪽에 형성된 상태로 두 전극이 적층되거나, 적층 후 권취되어 전극군을 형성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 다공막 자체가 세퍼레이터의 역할을 할 수 있으므로 두 전극 사이에 별도의 세퍼레이터를 설치하는 것을 생략할 수 있다.The two electrodes may be laminated in a state in which the porous membrane of the present invention is formed on the positive electrode or the negative electrode, or both, or may be wound after the lamination to form an electrode group. As described above, since the porous membrane itself may serve as a separator, it may be omitted to provide a separate separator between the two electrodes.
종래의 필름 형식의 세퍼레이터가 고온에서 수축되는 문제점이 있지만 상기 다공막은 수축하거나 용융(melting)될 염려가 없다. 기존의 폴리올레핀계 필름 세퍼레이터는 내부 단락시 초기 발열에 의해 손상된 부분에 더하여 그 주변 필름이 계속 수축되거나 용융되어 필름 세퍼레이터가 타서 없어지는 부분이 넓어지게 되므로 더욱 하드(hard)한 쇼트를 발생시키게 되지만, 다공막이 형성된 전극은 내부 단락이 일어난 부분에서 작은 손상이 있을 뿐 단락 부위가 넓어지는 현상으로 이어지지 않는다. 또한, 다공막이 형성된 전극은 과충전시에도 하드 단락이 아닌 아주 작은 미세 단락(soft short)을 일으켜 과충전 전류를 계속 소비함으로써 5V∼6V 사이의 일정 전압과 100℃ 이하의 전지 온도를 유지하게 되므로 과충전 안정성도 향상시킬 수 있다.Conventional film type separators have a problem of shrinkage at high temperatures, but the porous membrane is not likely to shrink or melt. Conventional polyolefin-based film separators generate harder shorts because the peripheral film is continuously shrunk or melted in addition to the parts damaged by initial heat generation during internal short-circuit, and thus the film separator burns out. The electrode on which the porous membrane is formed has only a small damage in a portion where an internal short circuit occurs, and does not lead to a widening of the short circuit region. In addition, the electrode formed with the porous membrane generates a very small short instead of a hard short when overcharging and continuously consumes the overcharge current, thereby maintaining a constant voltage between 5V and 6V and a battery temperature of 100 ° C. or less. Stability can also be improved.
특히, 본 발명에서는 린편상의 세라믹 입자를 사용함으로써, 치밀하게 세라믹층을 형성할 수 있으므로 내부 단락을 효과적으로 막아 주어 과충전특성을 향상시킬 수 있으며, 또한, 세라믹 물질을 포함하는 다공막층에 일정 함량의 제산제를 포함함으로써, 젤리롤로 말았을 경우 디폼(deform)이 발생하는 것을 방지하면서, 저온방전특성을 개선할 수 있다.In particular, in the present invention, since the ceramic layer can be densely formed by using the lean piece ceramic particles, the internal short circuit can be effectively prevented to improve the overcharge characteristic, and a predetermined amount of the porous film layer containing the ceramic material By including the antacid, it is possible to improve the low-temperature discharge characteristics while preventing the deform (deform) occurs when rolled with jelly roll.
다음으로, 본 발명의 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체를 구비하는 이차 전 지는 전해액을 포함한다.Next, the secondary battery provided with the electrode assembly containing the separator of the present invention contains an electrolyte solution.
본 발명에 따른 전해액은 비수성 유기용매를 포함하며, 상기 비수성 유기용매로는 카보네이트, 에스테르, 에테르 또는 케톤을 사용할 수 있다. 상기 카보네이트로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC) 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있으며, 상기 에스테르로는 부티로락톤(BL), 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤(valerolactone), 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone), n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트 등이 사용될 수 있으며, 상기 에테르로는 디부틸 에테르 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤으로는 폴리메틸비닐 케톤이 있으나, 본 발명은 비수성 유기용매의 종류에 한정되는 것은 아니다.The electrolyte according to the present invention includes a non-aqueous organic solvent, and the non-aqueous organic solvent may be carbonate, ester, ether or ketone. The carbonates include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), methylethyl carbonate (MEC) ethylene carbonate (EC), Propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC) and the like can be used, and the ester is butyrolactone (BL), decanolide (decanolide), valerolactone, mevalonolactone (mevalonolactone) , Caprolactone, n-methyl acetate, n-ethyl acetate, n-propyl acetate, and the like may be used. The ether may be dibutyl ether, and the like, and the ketone may include polymethylvinyl ketone. The present invention is not limited to the type of nonaqueous organic solvent.
상기 비수성 유기용매가 카보네이트계 유기 용매인 경우 환형(cyclic) 카보네이트와 사슬형(chain) 카보네이트를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 1:1 내지 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하며, 1:1.5 내지 1:4의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 더 바람직하다. 상기 부피비로 혼합되어야 전해질의 성능이 바람직하게 나타난다.When the non-aqueous organic solvent is a carbonate-based organic solvent, it is preferable to use a mixture of cyclic carbonate and chain carbonate. In this case, the cyclic carbonate and the chain carbonate are preferably used by mixing in a volume ratio of 1: 1 to 1: 9, and more preferably used by mixing in a volume ratio of 1: 1.5 to 1: 4. The performance of the electrolyte is preferable when mixed in the above volume ratio.
본 발명의 전해액은 상기 카보네이트계 용매에 방향족 탄화수소계 유기용매를 더 포함할 수도 있다. 방향족 탄화수소계 유기용매로는 방향족 탄화수소계 화합물이 사용될 수 있다.The electrolyte solution of the present invention may further include an aromatic hydrocarbon organic solvent in the carbonate solvent. An aromatic hydrocarbon compound may be used as the aromatic hydrocarbon organic solvent.
방향족 탄화수소계 유기용매의 구체적인 예로는 벤젠, 플루오로벤젠, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 톨루엔, 플루오로톨루엔, 트리플루오로톨루엔, 자일렌 등이 있다. 방향족 탄화수소계 유기용매를 포함하는 전해질에서 카보네이트계 용매/방향족 탄화수소계 용매의 부피비가 1:1 내지 30:1인 것이 바람직하다. 상기 부피비로 혼합되어야 전해질의 성능이 바람직하게 나타난다.Specific examples of the aromatic hydrocarbon-based organic solvent include benzene, fluorobenzene, chlorobenzene, nitrobenzene, toluene, fluorotoluene, trifluorotoluene, xylene and the like. In the electrolyte containing an aromatic hydrocarbon-based organic solvent, the volume ratio of the carbonate solvent / aromatic hydrocarbon solvent is preferably 1: 1 to 30: 1. The performance of the electrolyte is preferable when mixed in the above volume ratio.
또한, 본 발명에 따른 전해액은 리튬염을 포함하며, 상기 리튬염은 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 전지의 작동을 가능하게 하며, 그 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6 , LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x +1SO2)(CyF2x +1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임) 및 LiSO3CF3로 이루어진 군에서 선택되는 것을 하나 이상 또는 이들의 혼합물을 포함한다.In addition, the electrolyte according to the present invention includes a lithium salt, the lithium salt acts as a source of lithium ions in the battery to enable the operation of the basic lithium battery, for example LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiN (C x F 2x +1 SO 2 ) (CyF 2x + 1 SO 2 ), where x and y are natural water and LiSO 3 CF 3 , including one or more or mixtures thereof.
이때, 상기 리튬염의 농도는 0.6 내지 2.0M 범위 내에서 사용할 수 있으며, 0.7 내지 1.6M 범위가 바람직하다. 리튬염의 농도가 0.6M 미만이면 전해액의 전도가 낮아져 전해액 성능이 떨어지고, 2.0M을 초과하는 경우에는 전해액의 점도가 증가하여 리튬 이온의 이동성이 감소되는 문제점이 있다.At this time, the concentration of the lithium salt can be used within the range of 0.6 to 2.0M, preferably 0.7 to 1.6M range. If the concentration of the lithium salt is less than 0.6M, the conductivity of the electrolyte is lowered and the performance of the electrolyte is lowered. If the lithium salt is more than 2.0M, the viscosity of the electrolyte is increased, thereby reducing the mobility of lithium ions.
상술한 바와 같은 본 발명의 세퍼레이터를 음극 및 양극의 사이에 개재하여 적층하거나, 또는 적층 후 권취하여 전극군을 형성한 다음, 캔 또는 이와 유사한 용기에 넣은 후, 전해액을 주입하여 이차 전지를 제조한다.The separator of the present invention as described above is laminated between the negative electrode and the positive electrode, or after lamination, is wound up to form an electrode group, and then placed in a can or a similar container, and then an electrolyte is injected to prepare a secondary battery. .
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예 일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only preferred embodiments of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.
[실시예 1]Example 1
양극 활물질로서 LiCoO2, 바인더로서 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 및 도전제로서 카본을 92:4:4의 중량비로 혼합한 다음, N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜 양극 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 두께 20㎛의 알루미늄 호일에 코팅한 후 건조, 압연하여 양극을 제조하였다. 음극 활물질로 인조 흑연, 바인더로서 스티렌-부타디엔 고무 및 증점제로서 카르복시메틸셀룰로오스를 96:2:2의 중량비로 혼합한 다음 물에 분산시켜 음극 활물질 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 두께 15㎛의 구리 호일에 코팅한 후 건조, 압연하여 음극을 제조하였다.LiCoO 2 as a positive electrode active material, polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder and carbon as a conductive agent were mixed in a weight ratio of 92: 4: 4, and then dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a positive electrode slurry. It was. The slurry was coated on an aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried, and rolled to prepare a positive electrode. Synthetic graphite as a negative electrode active material, styrene-butadiene rubber as a binder, and carboxymethyl cellulose as a thickener were mixed in a weight ratio of 96: 2: 2, and then dispersed in water to prepare a negative electrode active material slurry. The slurry was coated on a copper foil having a thickness of 15 μm, dried, and rolled to prepare a negative electrode.
상기 제조된 전극들 사이에 세라믹 물질과 바인더로 이루어지는 다공막을 개재하고, 이를 권취 및 압축하여 원통형 캔에 삽입하였다.A porous membrane made of a ceramic material and a binder was interposed between the prepared electrodes, and the coils were wound and compressed to be inserted into a cylindrical can.
이때, 세라믹 물질로는 알루미나(Al2O3)를 사용하였고, 바인더로 아크릴계 고무를 혼합하고, 이를 N-메틸-2-피롤리돈/사이클로헥산온 혼합용매에 희석하여 다공막 페이스트를 만들어 상기 음극과 상기 양극의 사이에 다공막을 형성하였다.In this case, alumina (Al 2 O 3 ) was used as the ceramic material, and acrylic rubber was mixed as a binder, and diluted in an N-methyl-2-pyrrolidone / cyclohexanone mixed solvent to form a porous film paste. A porous film was formed between the cathode and the anode.
또한, 상기 세라믹 물질은 린편상(flake) 세라믹 입자를 사용하였으며, 제산제로써 산화마그네슘을 상기 세라믹 물질 100 중량부 대비 1 중량부로 첨가하였다.In addition, as the ceramic material, flake ceramic particles were used, and magnesium oxide was added in an amount of 1 part by weight based on 100 parts by weight of the ceramic material as an antacid.
상기 원통형 캔에 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.An electrolyte was injected into the cylindrical can to prepare a lithium secondary battery.
[실시예 2]Example 2
제산제로 산화마그네슘을 세라믹 물질 대비 10 중량부로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was conducted except that 10 parts by weight of magnesium oxide was added as the antacid.
[실시예 3]Example 3
제산제로 수산화마그네슘을 세라믹 물질 대비 2 중량부로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was performed except that magnesium hydroxide was added in an amount of 2 parts by weight relative to the ceramic material as an antacid.
[실시예 4]Example 4
제산제로 수산화마그네슘을 세라믹 물질 대비 9 중량부로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was performed except that magnesium hydroxide was added in an amount of 9 parts by weight relative to the ceramic material as an antacid.
[실시예 5]Example 5
제산제로 규산마그네슘을 세라믹 물질 대비 3 중량부로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was performed except that magnesium silicate was added in an amount of 3 parts by weight relative to the ceramic material as an antacid.
[실시예 6]Example 6
제산제로 규산마그네슘을 세라믹 물질 대비 8 중량부로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Magnesium silicate was added in the same manner as in Example 1 except that 8 parts by weight of magnesium silicate was added as the antacid.
[비교예 1]Comparative Example 1
세라믹 물질로 볼형상 세라믹 입자를 사용하고, 제산제를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same process as in Example 1 was carried out except that a ball-shaped ceramic particle was used as the ceramic material and no antacid was added.
[비교예 2]Comparative Example 2
세라믹 물질로 볼형상 세라믹 입자를 사용하고, 제산제로 산화마그네슘을 세 라믹 물질 대비 0.9 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1 except that the ball-shaped ceramic particles were used as the ceramic material and 0.9 parts by weight of magnesium oxide was added as the antacid.
[비교예 3]Comparative Example 3
세라믹 물질로 볼형상 세라믹 입자를 사용하고, 제산제로 산화마그네슘을 세라믹 물질 대비 11 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1 except that the ball-shaped ceramic particles were used as the ceramic material and 11 parts by weight of magnesium oxide was added as the antacid.
[비교예 4][Comparative Example 4]
세라믹 물질로 볼형상 세라믹 입자를 사용하고, 제산제로 수산화마그네슘을 세라믹 물질 대비 0.5 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same process as in Example 1 was carried out except that ball-shaped ceramic particles were used as the ceramic material and 0.5 parts by weight of magnesium hydroxide was added as the antacid.
[비교예 5][Comparative Example 5]
세라믹 물질로 볼형상 세라믹 입자를 사용하고, 제산제로 수산화마그네슘을 세라믹 물질 대비 13 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1 except that a ball-shaped ceramic particle was used as the ceramic material and 13 parts by weight of magnesium hydroxide was added as an antacid.
[비교예 6]Comparative Example 6
세라믹 물질로 볼형상 세라믹 입자를 사용하고, 제산제로 규산마그네슘을 세라믹 물질 대비 0.8 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1 except that the ball-shaped ceramic particles were used as the ceramic material and 0.8 parts by weight of magnesium silicate was added as the antacid.
[비교예 7]Comparative Example 7
세라믹 물질로 볼형상 세라믹 입자를 사용하고, 제산제로 규산마그네슘을 세 라믹 물질 대비 10.5 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1 except that ball-shaped ceramic particles were used as the ceramic material and 10.5 parts by weight of magnesium silicate was added as the antacid.
[비교예 8]Comparative Example 8
제산제를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was conducted except that no antacid was added.
[비교예 9]Comparative Example 9
제산제로 산화마그네슘을 세라믹 물질 대비 0.8 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Magnesium oxide was added as an antacid in the same manner as in Example 1 except that 0.8 parts by weight of the ceramic material was added.
[비교예 10]Comparative Example 10
제산제로 산화마그네슘을 세라믹 물질 대비 11 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Magnesium oxide as an antacid was added in the same manner as in Example 1 except that 11 parts by weight of the ceramic material was added.
[비교예 11]Comparative Example 11
제산제로 수산화마그네슘을 세라믹 물질 대비 0.7 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Magnesium hydroxide was added in the same manner as in Example 1 except that 0.7 parts by weight of magnesium hydroxide was added as the antacid.
[비교예 12]Comparative Example 12
제산제로 수산화마그네슘을 세라믹 물질 대비 12 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Magnesium hydroxide was added in the same manner as in Example 1 except that 12 parts by weight of magnesium hydroxide was added as a antacid.
[비교예 13]Comparative Example 13
제산제로 규산마그네슘을 세라믹 물질 대비 0.9 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Magnesium silicate was added in the same manner as in Example 1 except that 0.9 parts by weight of the ceramic material was added as an antacid.
[비교예 14]Comparative Example 14
제산제로 규산마그네슘을 세라믹 물질 대비 13 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Magnesium silicate was added in the same manner as in Example 1 except that 13 parts by weight of magnesium silicate was added as the antacid.
상기 실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 14의 리튬 전지를 -20℃에서 1C 충방전 속도로 3V 방전하여 저온방전용량을 측정하고, 이를 상온 방전용량 대비 10% 미만인 경우는 "NG", 10% 이상인 경우는 "OK"로 표시하였다.The lithium batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 14 were discharged at -20 ° C. at 3 C at 1 C charge / discharge rate to measure low-temperature discharge capacity, and when this was less than 10% of the normal-temperature discharge capacity, “NG”, 10 In the case of% or more, "OK" was indicated.
또한, 상기 실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 14의 리튬 전지를 1C 충방전 속도로 12V까지 3시간 동안 충전하여 과충전 특성을 측정하여, 발화 또는 파열이 일어나는 경우는 "NG", 발화 또는 파열이 일어나지 않은 경우는 "OK"로 표시하였다.In addition, the lithium batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 14 were charged for 3 hours at 1C charge / discharge rate for 12 hours to measure overcharge characteristics, and when ignition or rupture occurred, "NG", ignition or rupture occurred. When this did not occur, "OK" was displayed.
또한, 상기 실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 14의 리튬 전지의 권취된 전극조립체를 엑스레이(X-ray)로 단층 촬영하여 표준 원형 대비 찌그러진 정도를 비교함으로써 젤리롤 디폼(deform) 특성을 측정하여, 이를 만족하지 않은 경우는 "NG", 만족하는 경우는 "OK"로 표시하였다.In addition, by measuring the wound electrode assembly of the lithium battery of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 14 by X-ray tomography by comparing the degree of distortion compared to the standard round shape jelly jelly deform (deform) characteristics are measured When this is not satisfied, "NG" is indicated, and when it is satisfied, "OK" is indicated.
상기 측정결과를 하기 표 1에 나타내었다.The measurement results are shown in Table 1 below.
[표 1]TABLE 1
상기 표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 6은 린편상 세라믹 입자를 사용하고, 제산제로 상기 세라믹 입자 대비 1 내지 10 중량부의 범위 내에서 각각 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 규산마그네슘을 첨가함으로써, 린편상 세라믹 입자가 절연성을 확보하여 과충전 특성을 만족시키고, 제산제가 HF를 제거하고 리튬이온 통로인 포어(pore)를 확보하여 저온방전특성과 과충전특성을 모두 만족시킬 수 있음을 알 수 있다. Referring to Table 1, Examples 1 to 6 use lean piece ceramic particles, and by adding magnesium oxide, magnesium hydroxide and magnesium silicate within the range of 1 to 10 parts by weight with respect to the ceramic particles as antacid, It can be seen that the ceramic particles have insulation properties to satisfy the overcharging characteristics, and the antacid removes HF and secures pores, which are lithium ion passageways, to satisfy both low-temperature discharge characteristics and overcharge characteristics.
하지만, 비교예 1 내지 7은 세라믹 입자의 형상이 볼형상이면서, 비교예 1은 제산제를 첨가하지 않은 경우이고, 비교예 2 내지 7의 경우 제산제의 함량이 세라믹 입자 대비 1 중량부 미만이거나, 10 중량부를 초과하는 경우로써, 먼저 제산제의 첨가 여부에 관계없이, 볼형상의 세라믹은 공극율이 크기 때문에 저온방전특성은 만족하나, 너무 포러스(porous) 하기 때문에 내부단락을 완벽히 방지할 수 없어, 과충전시 음극에서 리튬 덴드라이트가 석출되면 결국 양극과 쇼트가 발생하여 발화, 폭발하게 되었다. 또한, 제산제의 함량이 1 중량부 미만인 경우는 문제점이 없었으나, 제산제의 함량이 10 중량부를 초과하는 경우는 믹싱 분산성이 좋지 않아서 세라믹층 코팅 두께를 균일하게 할 수 없어, 권취한 경우 디폼(deform)이 발생하였다.However, Comparative Examples 1 to 7 are in the shape of a ceramic particle ball, Comparative Example 1 is a case in which no antacid is added, and in Comparative Examples 2 to 7 the content of the antacid is less than 1 part by weight relative to the ceramic particles, or 10 In the case of exceeding the weight part, first, regardless of the addition of the antacid, the ball-shaped ceramic has a high porosity, and thus satisfies the low-temperature discharge characteristics, but because it is too porous, the internal short circuit cannot be completely prevented. When lithium dendrites were precipitated at the cathode, the anode and the short were eventually generated, causing fire and explosion. In addition, when the content of the antacid is less than 1 part by weight, there is no problem, but when the content of the antacid exceeds 10 parts by weight, the mixing dispersibility is not good, so that the coating thickness of the ceramic layer cannot be uniform, deform).
또한, 비교예 8 내지 14는 세라믹 형상이 린편상이면서, 비교예 8은 제산제를 첨가하지 않은 경우이고, 비교예 9 내지 14의 경우 제산제의 함량이 세라믹 입자 대비 1 중량부 미만이거나, 10 중량부를 초과하는 경우로써, 제산제의 포함 여부에 관계없이, 치밀하게 세라믹층을 형성할 수 있으므로 내부 단락을 효과적으로 막아 주어 과충전특성은 만족하나, 제산제를 첨가하지 않은 비교예 8 및 제산제의 함량이 1 중량부 미만으로 첨가된 비교예 9, 11, 13의 경우는 세라믹층이 너무 치밀하여 리튬이온이 저온에서 원할하게 이동할 수 없어서 저온방전 특성은 좋지 않음을 알 수 있다. 또한, 제산제의 함량이 10 중량부를 초과하여 첨가된 비교예 10, 12, 14의 경우 저온방전 특성은 개선되었으나, 믹싱 분산성이 좋지 않아서 세라믹층 코팅 두께를 균일하게 할 수 없어, 권취한 경우 디폼(deform)이 발생하였다.In addition, Comparative Examples 8 to 14 are in the form of lean flakes, Comparative Example 8 is a case in which the antacid is not added, and in Comparative Examples 9 to 14, the content of the antacid is less than 1 part by weight or 10 parts by weight relative to the ceramic particles. In case of exceeding, the ceramic layer can be densely formed regardless of whether or not the antacid is included, thereby effectively preventing the internal short circuit, thereby satisfying the overcharge characteristic, but the content of Comparative Example 8 and the antacid without the antacid is 1 part by weight. In the case of Comparative Examples 9, 11, and 13 added below, the ceramic layer is too dense so that lithium ions cannot move smoothly at low temperatures, and thus low temperature discharge characteristics are not good. In addition, in the case of Comparative Examples 10, 12, 14, the content of the antacid was added in excess of 10 parts by weight, the low-temperature discharge characteristics were improved, but the coating thickness of the ceramic layer could not be uniformed due to poor mixing dispersibility, deformed when wound (deform) occurred.
따라서, 본 발명에서는 린편상 세라믹 입자를 사용하면서, 제산제의 함량을 상기 세라믹 물질 대비 1 중량부 내지 10 중량부로 첨가함으로써, 저온방전특성 및 과충전특성을 만족하면서, 전극조립체의 권취시 디폼(deform)이 발생하는 것을 방지할 수 있다. Therefore, in the present invention, by using the lean flake ceramic particles, by adding the content of the antacid in an amount of 1 to 10 parts by weight relative to the ceramic material, while satisfying low-temperature discharge characteristics and overcharge characteristics, deform during winding of the electrode assembly (deform) This can be prevented from occurring.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설 명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.The present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, but is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.
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JPH07211349A (en) * | 1994-01-24 | 1995-08-11 | Sanyo Electric Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8535826B2 (en) | 2010-10-28 | 2013-09-17 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Rechargeable lithium battery |
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