KR20140129449A - 상변화 물질을 포함하는 리튬 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상변화 물질을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 캐소드, 애노드 및 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체; 상기 전극조립체의 외부를 감싸며 형성된 전지케이스; 상기 전지케이스의 내부에 주입되며, 상기 전극조립체를 함침시키는 비수 전해액; 및 상기 전지케이스의 내부에 존재하는 상변화 물질(phase change material, PCM);을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는, 내부에 상변화 물질을 포함하고 있어, 고온의 환경하에서는 주위의 열을 축적하고 있다가, 주변의 온도가 낮아지면서 서서히 액체에서 고체로의 상변화가 일어남과 동시에, 상변화 물질의 계 외부로 열을 발산함으로써, 저온의 환경에서도 IR 드롭을 최소화하여 고율방전을 가능하게 한다. 이로써, 저온의 환경에서도 예열 없이 전지의 사용이 가능하다.

Description

상변화 물질을 포함하는 리튬 이차전지{Lithium secondary battery including phase change material}
본 발명은 상변화 물질을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저온환경 하에서도 리튬 이차전지의 초기 IR 드롭 (IR-drop)을 최소화하여 고율방전이 가능하도록 하는, 상변화 물질을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목을 받고 있는 분야이고, 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있으며, 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발로 진행되고 있다.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990 년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다.
한편, 일반적으로 리튬 이차전지는 구동방식의 화학적 특성에 따라 저온 환경에서의 방전 용량 및 특성이 상온 혹은 고온 환경에서의 방전 용량과 특성에 비해서 낮다. 이는 저온 방전시에 급격하게 전압이 강하(voltage drop)되는 것에 기인한 것이다.
이러한 리튬 이차전지의 특성은 추운 겨울 등의 저온환경에서 리튬 이차전지를 이용한 기기, 예를 들어 전동공구 또는 자동차용 전지를 이용할 때에, 사용 시간이 급격하게 감소되거나 전원이 꺼지는 현상 등을 야기하곤 한다.
상기한 리튬 이차전지의 특성을 이해하지 못하는 일반 사용자는 상기한 현상을 막연히 리튬 이차전지의 결함으로 오인하여, 제품의 신뢰도가 저하되는 문제가 있었다.
이에 저온 환경에서 리튬 이차전지의 방전특성을 개선하기 위한 노력이 계속되고 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 저온의 환경에서도 리튬 이차전지의 초기 IR 드롭을 최소화함으로써 고율방전이 가능하도록 하는, 상변화 물질을 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 캐소드, 애노드 및 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체; 상기 전극조립체의 외부를 감싸며 형성된 전지케이스; 상기 전지케이스의 내부에 주입되며, 상기 전극조립체를 함침시키는 비수 전해액; 및 상기 전지케이스의 내부에 존재하는 상변화 물질(phase change material, PCM);을 포함하는 리튬 이차전지가 제공된다.
이때, 상기 상변화 물질은, 수화물 형태의 무기물, 파라핀계 탄화수소 및 유기산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
여기서, 상기 수화물 형태의 무기물은, NaNH4SO4·2H2O, Na2SO4·10H2O, Na2SiO3·5H2O, Na3PO4·12H2O, Na(CH3COO) ·3H2O, NaHPO4·12H2O, K2HPO4·3H2O, Fe(NO3)3·9H2O, FeCl3·2H2O, Fe2O3·4SO4·9H2O, Ca(NO3)2·3H2O, CaCl2·6H2O, K2HPO4·3H2O 및 K3PO4·7H2O로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 파라핀계 탄화수소는, n-옥타코산, n-헵타코산, n-펜타코산, n-테트라코산, n-트리코산, n-도코산, n-헤네이코산, n-에이코산, n-노나데칸, n-옥타데칸, n-헵타데칸, n-헥사데칸, n-펜타데칸, n-테트라데칸 및 n-트리데칸으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 유기산은, n-옥타노익산, 타르타르산, 옥살산, 아세트산, 유산 및 클로로아세트산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 상변화 물질은, 상기 상변화 물질의 외부면을 둘러싸는 캡슐 코팅층;을 더 포함하는 캡슐형의 상변화 물질일 수 있다.
이때, 상기 캡슐 코팅층의 두께는 1 nm 내지 1 mm일 수 있다.
그리고, 상기 캡슐 코팅층은, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 나일론, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리우레탄, 젤라틴, 키토산, 셀룰로오스, 폴리메틸메타크릴레이트 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
한편, 상기 상변화 물질은, 상기 비수 전해액 내에 분산되어 있는 것일 수 있다.
그리고, 상기 전극조립체는, 권취형 전극조립체로서 상기 전극조립체의 권취축인 센터핀을 더 포함하며, 상기 상변화 물질은, 상기 센터핀에 도포되어 있는 것일 수 있다.
그리고, 상기 상변화 물질은, 상기 센터핀에 도포되어 상변화 물질층을 이루며 형성되고, 상기 상변화 물질층의 상면에 코팅층을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 코팅층의 두께는 1 nm 내지 1 mm일 수 있다.
그리고, 상기 코팅층은, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 나일론, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리우레탄, 젤라틴, 키토산, 셀룰로오스, 폴리메틸메타크릴레이트 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 상변화 물질은, 상기 전지케이스의 내부면에 도포되어 있는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지는, 내부에 상변화 물질을 포함하고 있어, 고온의 환경하에서는 주위의 열을 축적하고 있다가, 주변의 온도가 낮아지면서 서서히 액체에서 고체로의 상변화가 일어남과 동시에, 상변화 물질의 계 외부로 열을 발산함으로써, 저온의 환경에서도 IR 드롭을 최소화하여 고율방전을 가능하게 한다. 이로써, 저온의 환경에서도 예열 없이 전지의 사용이 가능하다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는, 캐소드, 애노드 및 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체; 상기 전극조립체의 외부를 감싸며 형성된 전지케이스; 상기 전지케이스의 내부에 주입되며, 상기 전극조립체를 함침시키는 비수 전해액; 및 상기 전지케이스의 내부에 존재하는 상변화 물질(phase change material, PCM);을 포함한다.
여기서, 상변화 물질은 물질이 갖고 있는 잠열의 흡수 또는 방출 효과를 이용하여 에너지를 저장하거나 온도를 일정하게 유지하는 목적으로 사용되는 물질을 일컫는다. 여기서, 잠열은 물질이 상변화될 때, 즉 고체에서 액체로 또는 액체에서 고체로, 액체에서 기체로 또는 기체에서 액체로 변할 때에 동일한 온도를 유지하며, 흡수하거나 방출하는 열을 의미하며, 잠열은 현열(상변화가 일어나지 않은 상태에서의 흡수 또는 방출되는 열)의 양보다 매우 크다.
이와 같이, 상변화 물질은 주변 온도가 높을 때에는 서서히 온도가 상승되도록 하고, 주변 온도가 낮을 때에는 서서히 온도가 하강되도록 한다.
구체적으로, 상기 상변화 물질이 그의 고유 상변화 온도를 갖거나 또는 물질에 대하여 일정한 온도를 기억시켜 놓으면, 해당 온도 범위에서 상변화 물질이 상을 변화시키면서 열을 방출하거나 열을 저장하여서 주변 온도를 높이거나 낮출 수 있다. 그러므로, 저온 장소에서 고온 장소로 옮긴 경우, 고체 상에서 액체 상으로 변화되면서 주변의 열을 빼앗아 주변을 냉각시킬 수 있게 되며, 이와 반대로 고온 장소에서 저온 장소로 옮긴 경우, 액체에서 고체로 상이 변화되면서 주변에 열을 방출하여 주변 온도를 증가시킬 수 있다.
전술한 상변화 물질의 특성을 이용하여, 리튬 이차전지의 내부에 상기 상변화 물질이 포함됨으로써 저온의 환경에서도 IR 드롭을 최소화하여 리튬 이차전지의 고율방전을 가능하게 한다. 이로써, 저온의 환경에서도 예열 없이 리튬 이차전지의 사용이 가능하다.
여기서, 상기 상변화 물질은, 수화물 형태의 무기물, 파라핀계 탄화수소 및 유기산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
이때, 상기 수화물 형태의 무기물은, NaNH4SO4·2H2O, Na2SO4·10H2O, Na2SiO3·5H2O, Na3PO4·12H2O, Na(CH3COO) ·3H2O, NaHPO4·12H2O, K2HPO4·3H2O, Fe(NO3)3·9H2O, FeCl3·2H2O, Fe2O3·4SO4·9H2O, Ca(NO3)2·3H2O, CaCl2·6H2O, K2HPO4·3H2O 및 K3PO4·7H2O로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 파라핀계 탄화수소는, n-옥타코산, n-헵타코산, n-펜타코산, n-테트라코산, n-트리코산, n-도코산, n-헤네이코산, n-에이코산, n-노나데칸, n-옥타데칸, n-헵타데칸, n-헥사데칸, n-펜타데칸, n-테트라데칸 및 n-트리데칸으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 유기산은, n-옥타노익산, 타르타르산, 옥살산, 아세트산, 유산 및 클로로아세트산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
한편, 상기 상변화 물질은 고체에서 액체로 상전이 될 경우 액체로 상전이 된 상변화 물질의 흐름성으로 인한 문제를 극복하기 위하여, 상기 상변화 물질은, 상변화 물질의 외부면을 둘러싸는 캡슐 코팅층을 더 포함하는 캡슐형의 상변화 물질일 수 있다.
여기서, 상기 캡슐형의 상변화 물질은 수십 nm에서 수 mm의 입자크기를 가질 수 있으며, 이때 상기 캡슐 코팅층의 두께는, 상기 상변화 물질 전체 직경 대비 5 내지 50 %일 수 있다. 더욱 자세하게는, 상기 캡슐 코팅층의 두께는, 상기 캡슐형의 상변화 물질의 크기에 따라 1 nm 내지 1 mm까지 다양하게 존재할 수 있으며, 캡슐 코팅층 내부의 상변화 물질이 캡슐 코팅층 외부와의 열전달이 원활하게 이루어지는 것에 지장이 없는 두께라면 이에만 한정되는 것은 아니다.
그리고, 상기 캡슐 코팅층은, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 나일론, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리우레탄, 젤라틴, 키토산, 셀룰로오스, 폴리메틸메타크릴레이트 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 상변화 물질은, 상기 비수 전해액 내에 분산되어 존재할 수 있다. 비수 전해액은 전극조립체를 포함한 리튬 이차전지 내부에 골고루 분포되어 있기 때문에, 상변화 물질이 비수 전해액에 분산되어 존재하게 되면, 전지 내부의 온도가 균일하게 유지될 수 있다.
이때에도, 상기 상변화 물질은, 상변화 물질의 외부면을 둘러싸는 캡슐 코팅층을 더 포함하는 캡슐형의 상변화 물질일 수 있다.
이때, 상기 캡슐 코팅층을 이루는 물질들은, 비수 전해액과 반응성이 없는 물질이어야 한다.
그리고, 상기 전극조립체의 형상은 권취형일 수도 있고, 스택형일 수도 있어, 그 형상에는 제한이 없으나, 권취형의 전극조립체인 경우, 상기 전극조립체의 권취축으로 작용하는 센터핀을 더 포함할 수 있으며, 이때, 상기 상변화 물질은, 상기 센터핀에 도포된 형태로 존재할 수 있다.
상기 상변화 물질이 상기 센터핀에 도포되어 있음으로써, 상변화 물질에서 발생된 열이 전지의 전 방향으로 균일하게 확산될 수 있고, 전지 내부의 열이 균일한 방향을 갖고, 상변화 물질로 흡수될 수 있어, 전지 내부의 온도를 모든 영역에서 일정하게 유지할 수 있다.
이때, 상기 상변화 물질은, 그 입자 각각에, 상기 상변화 물질의 외부면을 둘러싸는 캡슐 코팅층을 더 포함하는 캡슐형의 상변화 물질일 수 있다.
그리고, 상기 상변화 물질은, 상기 센터핀에 도포되어 상변화 물질층을 이루며 형성되고, 상기 상변화 물질층의 상면에 코팅층을 더 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 코팅층의 두께는 1 nm 내지 1 mm일 수 있으나, 코팅층 내부의 상변화 물질이 코팅층 외부와의 열전달이 원활하게 이루어지는 것에 지장이 없는 두께라면 이에만 한정되는 것은 아니다.
그리고, 상기 코팅층은, 전술한 상기 캡슐 코팅층을 이루는 물질과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 상변화 물질은, 상기 전지케이스의 내부면에 부착되어 존재할 수도 있으며, 그 상변화 물질이 형성되어 있는 모습은 캡슐형 또는 필름형 등으로 전술한 바와 같다.
한편, 본 발명의 리튬 이차전지에 적용될 전극으로는 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 전극활물질을 전극 전류집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있다. 상기 전극 활물질 중 캐소드활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 캐소드에 사용될 수 있는 통상적인 캐소드활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬망간 산화물, 리튬코발트 산화물, 리튬니켈 산화물, 리튬철 산화물 또는 이들을 조합한 리튬복합 산화물을 사용할 수 있다. 애노드활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 애노드에 사용될 수 있는 통상적인 애노드활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착물질 등이 바람직하다. 캐소드 전류집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 애노드 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.
또한, 본 발명에서 사용될 수 있는 세퍼레이터로는, 통상적으로 전기화학소자에 사용되는 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막(membrane) 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리올레핀계 다공성 막의 예로는, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 막(membrane)을 들 수 있다.
상기 부직포로는 폴리올레핀계 부직포 외에 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 부직포를 들 수 있다. 부직포의 구조는 장섬유로 구성된 스폰본드 부직포 또는 멜트 블로운 부직포일 수 있다.
한편, 본 발명에서는 상기 다공성 기재의 적어도 일면상에, 무기물 입자와 고분자 바인더의 혼합물을 포함하는 다공성 코팅층을 더 구비하는 것을 사용할 수 있다. 이러한 다공성 코팅층을 구비하는 다공성 기재에 있어서, 다공성 기재에 형성된 다공성 코팅층 내의 무기물 입자들은 다공성 코팅층의 물리적 형태를 유지할 수 있는 일종의 스페이서(spacer) 역할을 함으로써, 리튬 이차전지의 과열 시 다공성 기재가 열 수축되는 것을 억제하며, 다공성 기재가 손상되는 경우에도 캐소드와 애노드가 직접 접촉하는 것을 방지한다.
그리고, 본 발명에서 사용될 수 있는 비수 전해액은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고 B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마-부티로락톤 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 비수 전해액 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전지 조립 전 또는 전지 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 캐소드, 애노드 및 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체;
    상기 전극조립체의 외부를 감싸며 형성된 전지케이스;
    상기 전지케이스의 내부에 주입되며, 상기 전극조립체를 함침시키는 비수 전해액; 및
    상기 전지케이스의 내부에 존재하는 상변화 물질(phase change material, PCM);을 포함하는 리튬 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상변화 물질은, 수화물 형태의 무기물, 파라핀계 탄화수소 및 유기산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수화물 형태의 무기물은, NaNH4SO4·2H2O, Na2SO4·10H2O, Na2SiO3·5H2O, Na3PO4·12H2O, Na(CH3COO) ·3H2O, NaHPO4·12H2O, K2HPO4·3H2O, Fe(NO3)3·9H2O, FeCl3·2H2O, Fe2O3·4SO4·9H2O, Ca(NO3)2·3H2O, CaCl2·6H2O, K2HPO4·3H2O 및 K3PO4·7H2O로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 파라핀계 탄화수소는, n-옥타코산, n-헵타코산, n-펜타코산, n-테트라코산, n-트리코산, n-도코산, n-헤네이코산, n-에이코산, n-노나데칸, n-옥타데칸, n-헵타데칸, n-헥사데칸, n-펜타데칸, n-테트라데칸 및 n-트리데칸으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 유기산은, n-옥타노익산, 타르타르산, 옥살산, 아세트산, 유산 및 클로로아세트산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상변화 물질은, 상기 상변화 물질의 외부면을 둘러싸는 캡슐 코팅층;을 더 포함하는 캡슐형의 상변화 물질인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 캡슐 코팅층의 두께는 1 nm 내지 1 mm인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 캡슐 코팅층은, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 나일론, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리우레탄, 젤라틴, 키토산, 셀룰로오스, 폴리메틸메타크릴레이트 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상변화 물질은, 상기 비수 전해액 내에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전극조립체는, 권취형 전극조립체로서 상기 전극조립체의 권취축인 센터핀을 더 포함하며,
    상기 상변화 물질은, 상기 센터핀에 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상변화 물질은, 상기 상변화 물질의 외부면을 둘러싸는 캡슐 코팅층;을 더 포함하는 캡슐형의 상변화 물질인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 상변화 물질은, 상기 센터핀에 도포되어 상변화 물질층을 이루며 형성되고,
    상기 상변화 물질층의 상면에 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 코팅층의 두께는 1 nm 내지 1 mm인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 코팅층은, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 나일론, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리우레탄, 젤라틴, 키토산, 셀룰로오스, 폴리메틸메타크릴레이트 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 상변화 물질은, 상기 전지케이스의 내부면에 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전지케이스의 내부면에 도포된 상변화 물질은, 상기 상변화 물질의 외부면을 둘러싸는 캡슐 코팅층;을 더 포함하는 캡슐형의 상변화 물질인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 전지케이스의 내부면에 도포된 상변화 물질은, 상기 전지케이스의 내부면에 필름형으로 도포되어 상변화 물질층을 이루며 형성되고,
    상기 상변화 물질층의 상면에 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160144803A (ko) * 2015-06-09 2016-12-19 주식회사 엘지화학 냉각 효율이 향상된 매니폴드 및 이를 포함하는 배터리팩
WO2017048020A1 (ko) * 2015-09-18 2017-03-23 주식회사 엘지화학 전지팩
RU2625461C2 (ru) * 2015-01-27 2017-07-14 Сергей Борисович Орлов Источник тока
KR20180013345A (ko) * 2016-07-29 2018-02-07 주식회사 엘지화학 안정성이 향상된 리튬 이차 전지
CN108199115A (zh) * 2018-01-10 2018-06-22 厦门大学嘉庚学院 电动汽车锂电池的散热系统
ES2716843A1 (es) * 2017-12-14 2019-06-17 Seat Sa Cobertura para una batería de un vehículo
US10454081B2 (en) 2015-09-18 2019-10-22 Lg Chem, Ltd. Battery pack
CN112259830A (zh) * 2020-10-28 2021-01-22 辽宁九夷锂能股份有限公司 一种可低温启动放电锂电池及其制备方法
CN112310513A (zh) * 2020-10-22 2021-02-02 西北工业大学 一种利用相变材料实现热管理的车载锂离子电池
WO2021251682A1 (ko) * 2020-06-08 2021-12-16 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지
CN114614084A (zh) * 2022-02-18 2022-06-10 华南理工大学 聚己内酯基聚合物固态电解质及其制备方法和应用
KR102655719B1 (ko) * 2023-01-16 2024-04-08 한국전자기술연구원 상변화물질을 이용한 이차전지용 냉각재 조성물, 이를 포함하는 냉각재, 및 이의 제조방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110854455B (zh) * 2019-11-20 2021-04-30 邵阳学院 一种测量复合相变材料对电池充放电影响的装置及其测量方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4805265B2 (ja) * 2004-08-06 2011-11-02 エルジー・ケム・リミテッド 内部構造に相変化材料含有カプセルを含むバッテリーシステム

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2625461C2 (ru) * 2015-01-27 2017-07-14 Сергей Борисович Орлов Источник тока
KR20160144803A (ko) * 2015-06-09 2016-12-19 주식회사 엘지화학 냉각 효율이 향상된 매니폴드 및 이를 포함하는 배터리팩
US10454081B2 (en) 2015-09-18 2019-10-22 Lg Chem, Ltd. Battery pack
WO2017048020A1 (ko) * 2015-09-18 2017-03-23 주식회사 엘지화학 전지팩
KR20180013345A (ko) * 2016-07-29 2018-02-07 주식회사 엘지화학 안정성이 향상된 리튬 이차 전지
ES2716843A1 (es) * 2017-12-14 2019-06-17 Seat Sa Cobertura para una batería de un vehículo
CN108199115A (zh) * 2018-01-10 2018-06-22 厦门大学嘉庚学院 电动汽车锂电池的散热系统
WO2021251682A1 (ko) * 2020-06-08 2021-12-16 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지
CN112310513A (zh) * 2020-10-22 2021-02-02 西北工业大学 一种利用相变材料实现热管理的车载锂离子电池
CN112259830A (zh) * 2020-10-28 2021-01-22 辽宁九夷锂能股份有限公司 一种可低温启动放电锂电池及其制备方法
CN114614084A (zh) * 2022-02-18 2022-06-10 华南理工大学 聚己内酯基聚合物固态电解质及其制备方法和应用
CN114614084B (zh) * 2022-02-18 2023-07-18 华南理工大学 聚己内酯基聚合物固态电解质及其制备方法和应用
KR102655719B1 (ko) * 2023-01-16 2024-04-08 한국전자기술연구원 상변화물질을 이용한 이차전지용 냉각재 조성물, 이를 포함하는 냉각재, 및 이의 제조방법

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