KR20150056944A - Pouch-type Secondary Battery Having pH indicator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 산도 인디케이터를 포함하고 있는 파우치형 이차전지에 관한 것이다The present invention relates to a pouch type secondary battery including a pH indicator
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.As technology development and demand for mobile devices are increasing, the demand for batteries as energy sources is rapidly increasing, and accordingly, a lot of researches on batteries capable of meeting various demands have been conducted.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.Typically, in terms of the shape of a battery, there is a high demand for a prismatic secondary battery and a pouch-type secondary battery which can be applied to products such as mobile phones with a small thickness, and has advantages such as high energy density, discharge voltage, There is a high demand for lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.Also, the secondary battery is classified according to how the electrode assembly having the anode / separator / cathode structure is formed. Typically, the long battery-shaped anodes and cathodes are jelly- A stacked (stacked) electrode assembly in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, a stacked (stacked) electrode assembly in which a predetermined unit of positive and negative electrodes are stacked, A stack / folding type electrode assembly in which a Bi-cell or a full cell stacked in a single state is wound up as a separation film can be given.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다. Recently, a pouch-shaped battery having a structure in which a stacked or stacked / folded electrode assembly is embedded in a pouch-shaped battery case of an aluminum laminate sheet is attracting much attention due to low manufacturing cost, small weight, Its usage is also gradually increasing.
이와 관련하여, 도 1에는 종래의 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 모식적으로 도시되어 있다.In this regard, FIG. 1 schematically shows a general structure of a conventional pouch-type secondary battery.
도 1을 참조하면, 전지케이스(100)는 전극조립체(도시되지 않음)를 장착하기 위한 수납부(101)가 형성되어 있는 본체(103) 및 본체와 일체화되어 있으며, 수납부(101)를 밀봉할 수 있는 형태의 덮개(102)로 이루어져 있다.1, the
따라서, 파우치형 이차전지는 전지케이스(100)의 수납부(101)에 전극조립체를 장착한 후, 본체(103)와 덮개(102)의 연결 부위에서 절곡을 행하고, 수납부(101)를 밀봉하기 위하여 절곡 부위를 제외한 본체(103)의 실링부 3면과 덮개(102)를 열융착함으로써 제조된다.Therefore, after the electrode assembly is attached to the
도 2에는 도 1의 이차전지에서 전지케이스(101)를 형성하는 라미네이트 시트의 단면도가 도시되어 있다.2 is a cross-sectional view of a laminate sheet for forming a
도 2를 참조하면, 상기 라미네이트 시트는 최외각을 이루는 외부 피복층(203), 물질의 관통을 방지하는 금속 배리어층(202) 및 밀봉을 위한 내부 실란트층(201)으로 구성되어 있다. Referring to FIG. 2, the laminate sheet includes an
내부 실란트층(201)은 전극조립체를 내장한 상태에서 인가된 열과 압력에 의해 상호 열융착되어 밀봉성을 제공하는 역할을 하며, 주로 CPP(무연신 폴리프로필렌 필름)로 이루어져 있다.The
상기 배리어층(202)은 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능을 발휘할 수 있도록, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있다.The
상기 열융착 과정에서, 최내층에 해당하는 내부 실란트층(201)이 서로 대면하고 있는 상기 본체(103)와 덮개(102)의 실링부에 열을 가하는 경우, 내부 실란트층(201)이 용융되면서 본체(103)와 덮개(102)가 융착에 의해 결합 및 밀봉된다. In the case of applying heat to the sealing portions of the
그러나, 전지의 제조과정 중, 전지케이스(100)에 전극조립체 수납부(101)를 형성하기 위한 딥 드로잉 공정 또는 전지케이스 외주면 실링부의 형성을 위한 열융착 밀봉 공정에서, 국부적으로 과도한 변형력이 인가되거나 또는 과다한 열융착이 행해짐으로써, 외부 피복층 및/또는 내부 실란트층(201)이 부분적으로 파괴되면서 금속 배리어층(202)이 노출될 수 있다.However, during the manufacturing process of the battery, in the deep-drawing process for forming the electrode
이 경우, 전지의 밀봉성이 저하되므로 전해액이 외부로 누액되거나 외부의 수분이 전지 내로 침투할 수 있다는 문제점이 발생하고, 상기와 같은 이유로 노출된 알루미늄 층이 전해액 또는 전극탭과 접촉하게 되면 절연 저항이 파괴된다.In this case, since the sealing property of the battery is lowered, there is a problem that the electrolytic solution leaks to the outside or moisture from the outside can penetrate into the battery. When the exposed aluminum layer comes into contact with the electrolytic solution or the electrode tab, Is destroyed.
이때, 배리어층으로서의 알루미늄은 전극리드, 접속부재로서의 니켈과 기전력 차이가 크므로, 상기와 같은 전기적 접속 상태에서 이차전지의 충방전이 행해지면, 알루미늄의 부식 현상이 진행된다.At this time, aluminum as a barrier layer has a large difference in electromotive force from nickel as an electrode lead and a connecting member. Therefore, when the secondary battery is charged and discharged in the above-described electrically connected state, corrosion of aluminum proceeds.
그 결과, 수분 차단성이 없는 외부 피복층을 통해 유입된 수분이 알루미늄 층에 형성된 미세 크랙을 통해 전지케이스 내부로 유입되어 전지의 스웰링을 초래하고, 결과적으로 리튬 이차전지의 안전성, 전지 내부로 침투 또는 확산된 수분 등에 의해 전지의 스웰링, 수명특성 저하, 장기 보관특성 저하, 절연저항 감소와 같은 악영향을 발생시키게 된다. 따라서, 리튬 이온 이차 전지에서 전해액 주입 후 밀봉을 시키는 작업은 매우 중요하다.As a result, the water introduced through the outer coating layer having no moisture barrier property flows into the battery case through the fine cracks formed in the aluminum layer, causing swelling of the battery. As a result, safety of the lithium secondary battery, Or diffused moisture may cause adverse effects such as swelling of the battery, deterioration of lifetime characteristics, deterioration of long-term storage characteristics, and reduction of insulation resistance. Therefore, it is very important to seal the lithium ion secondary battery after injecting the electrolyte solution.
따라서, 우선적으로 전해액이 누출되지 않도록 전지를 형성시켜야 하지만 일단 전해액이 누출된 경우, 해당 셀을 빨리 발견하고, 전기전자기기에 손상을 주지 않도록 제거, 교체할 필요가 있다. 전해액이 대량으로 유출되고, 전지 외부에 손상이 보이는 경우는 전해액 누출을 쉽게 판단할 수 있다. 그러나, 일부 취약부를 통해 미량씩 지속적으로 전지에서 유출되는 경우, 전해액 누액을 발견하고 교체하거나, 제거하는 것은 매우 어려운 일이 될 수 있다.Therefore, it is necessary to form the battery so that the electrolyte does not leak first. However, once the electrolyte is leaked, it is necessary to quickly find the cell and remove or replace it so as not to damage the electric / electronic device. When a large amount of electrolytic solution flows out and the outside of the cell shows damage, it is possible to easily determine the leakage of the electrolytic solution. However, it can be very difficult to detect, replace, or remove electrolyte leakage if it is continuously drained from the battery in small quantities through some vulnerable parts.
특히, 전기자동차, 하이브리드 자동차 등의 전원으로서 중대형 전지팩에 사용되는 이차전지는 장기간의 수명이 필요하고 다수의 전지셀들이 밀집되는 특성상 안전성 확보가 매우 중요하다.In particular, a secondary battery used in a middle- or large-sized battery pack as a power source for an electric vehicle or a hybrid automobile requires a long-term service life, and it is very important to secure safety because of the characteristics of a large number of battery cells.
따라서, 이러한 문제점들을 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.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 발명자들은 전지케이스를 구성하는 일부 층에 pH에 따라 색변화를 일으키는 인디케이터(indicator)층을 형성하는 경우, 인디케이터의 색변화로 인해 용이하게 육안으로 수분의 침투 또는 전해액의 누액을 확인할 수 있다는 점을 착안하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The present inventors have found that when an indicator layer causing color change depending on pH is formed in a certain layer constituting a battery case, it is possible to easily perceive the penetration of moisture into the naked eye or leakage of the electrolyte due to the color change of the indicator And finally completed the present invention.
본 발명의 또 다른 목적은 불량전지 또는 수명이 다 된 전지를 정상수율 전지와 쉽게 구별할 수 있어서, 수분 침투 또는 전해액의 누액에 의한 기기의 손상 및 전해액에 포함된 중금속으로부터 인체의 중금속 중독을 예방할 수 있다.It is still another object of the present invention to provide a battery which can easily distinguish a defective battery or a battery that has reached the end of its life from a normal yield battery and can prevent damage to the apparatus due to moisture permeation or leakage of the electrolyte and heavy metal poisoning of the human body from heavy metals contained in the electrolyte .
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스는, 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 파우치형 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 이차전지로서, 전지 내부로 수분의 침투 또는 전지로부터 전해액의 누액을 감지할 수 있도록, pH에 따라 색변화를 일으키는 pH 인디케이터(pH indicator)가 밀봉된 전해액과 접하지 않는 상태로 전지케이스에 부가되어 있는 구조로 구성되어 있다.To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention, as embodied and broadly described, a pouch-shaped battery case according to the present invention is a secondary battery in which an electrode assembly having a positive electrode / separator / negative electrode structure is sealed inside a pouch- A pH indicator that causes a color change depending on pH is added to the battery case in a state in which the pH indicator is not in contact with the sealed electrolyte so that leakage of the electrolyte solution from the battery can be detected.
따라서, 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스는, 종래의 파우치형 전지케이스에 추가적으로 pH에 따라 색변화를 일으키는 pH 인디케이터를 부가하여 구성함으로써, 수분의 침투시 전해액에 포함된 리튬염과 수분의 반응생성물 또는 누액된 전해액 자체를 pH 인디케이터가 탐지하게 되면, 상기 반응 생성물 또는 누액된 전해액의 pH에 따른 pH 인디케이터의 색변화로 인해 육안으로 용이하게 수분의 침투 또는 전해액의 누액을 확인할 수 있고, 이로 인한 전지 자체의 성능 저하 및 기기의 손상을 예방할 수 있다.Therefore, in the pouch-shaped battery case according to the present invention, in addition to the conventional pouch-shaped battery case, a pH indicator for causing a color change depending on pH is further added, so that the reaction product of lithium salt and water contained in the electrolytic solution It is possible to easily visually observe the penetration of water or leakage of the electrolytic solution due to the color change of the pH indicator according to the pH of the reaction product or the leakage electrolyte, It is possible to prevent the performance degradation and the damage of the apparatus itself.
나아가, 손상된 전지와 정상 전지를 쉽게 구별할 수 있으므로, 수분 침투 또는 전해액의 누액에 의한 기기의 손상 및 이로 인한 2차적인 피해를 미연에 방지할 수 있다.Further, since the damaged battery can be easily distinguished from the normal battery, it is possible to prevent damage to the apparatus due to moisture infiltration or leakage of the electrolyte, and secondary damage caused by the leak.
본 발명에 따른 이차전지는 수지층 및 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.The secondary battery according to the present invention may be composed of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
상기 수지층은 외부로부터 전지를 보호하는 역할을 하므로 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로 두께 대비 우수한 인장강도와 내후성 등이 요구되며, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polydethyleneterephthalate; PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polydbuthyleneterephthalate; PBT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polydethylenenaphthalate; PEN) 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리스티렌 등의 폴리스티렌계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리염화비닐리덴계 수지 등이 사용될 수 있다. 이러한 소재는 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, ONy(연신 나일론 필름)이 많이 사용되고 있다. Since the resin layer protects the battery from the outside, the resin layer must have excellent resistance to the external environment, so that it is required to have excellent tensile strength and weather resistance against the thickness. For example, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate A polyolefin resin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP), a polystyrene resin such as polystyrene, a polyvinyl chloride resin (polyvinyl chloride resin) such as polyvinylidene fluoride , A polyvinylidene chloride-based resin, and the like can be used. These materials can be used alone or in combination of two or more, and ONy (stretched nylon film) is widely used.
상기 금속층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있으며, 알루미늄 합금으로는 예를 들어, 합금번호 8079, 1N30, 8021, 3003, 3004, 3005, 3104, 3105 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.The metal layer may be made of aluminum (Al) or an aluminum alloy so as to exhibit a function of improving the strength of the battery case in addition to a function of preventing foreign matter such as gas and moisture from leaking or leaking. As the aluminum alloy, Alloy Nos. 8079, 1N30, 8021, 3003, 3004, 3005, 3104, 3105, etc. These may be used singly or in combination of two or more.
리튬염 함유 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The electrolyte solution containing a lithium salt is composed of an electrolyte solution and a lithium salt. As the electrolyte solution, non-aqueous organic solvents, organic solid electrolytes, inorganic solid electrolytes, and the like are used.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, 에틸렌 카르보네이트(EC), 프로필렌 카르보네이트(PC), 부틸렌 카르보네이트(BC), 디메틸 카르보네이트(DMC), 디에틸 카르보네이트(DEC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), N-메틸-2-피롤리디논, 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 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. Examples of the non-aqueous organic solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethylmethyl carbonate (EMC), N-methyl-2-pyrrolidinone, gamma-butylolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfurans, 2-methyltetrahydrofuran, Dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethyl formamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, An aprotic organic solvent such as propane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, ether, methyl pyrophosphate and ethyl propionate may be used, But is not limited thereto.
본 발명의 비수계 전해액에는 전해액 분해에 의한 음극의 노화 및/또는 열화를 더욱 방지하기 위하여, 분자 구조가 환형이고 환내에 C=C 불포화 결합을 가진 에스테르 화합물(예를 들어, 비닐렌 카보네이트)을 소량 첨가할 수 있다. In order to further prevent aging and / or deterioration of the negative electrode due to decomposition of the electrolytic solution, the non-aqueous liquid electrolyte of the present invention may contain an ester compound (for example, vinylene carbonate) having a cyclic molecular structure and a C═C unsaturated bond in the ring Small amounts can be added.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, A polymer containing an ionic dissociation group and the like may be used.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble 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 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide.
또한, 전해액에는 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-치환 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.For the purpose of improving the charge / discharge characteristics and the flame retardancy, the electrolytic solution is preferably mixed with an organic solvent such as pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, . In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.
하나의 바람직한 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.In a preferred embodiment, LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiN (SO 2 CF 3) 2 , such as a lithium salt, a highly dielectric solvent of DEC, DMC or EMC Fig solvent cyclic carbonate and a low viscosity of the EC or PC of And then adding it to a mixed solvent of linear carbonate to prepare a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte.
본 발명은 양극, 음극 및 분리막의 전극조립체에 상기 비수계 전해액이 첨가되어 있는 리튬 이차전지를 제공한다.The present invention provides a lithium secondary battery in which the non-aqueous liquid electrolyte is added to an electrode assembly of an anode, a cathode, and a separator.
본 발명에 따른 이차전지에서, 상기 pH 인디케이터는 산(acid) 조건에서 색상이 변화될 수 있고, 하나의 구체적인 예에서, pH 6.6 이하에서 색상이 변화될 수 있으며, 더욱 상세하게는 pH 0.1 내지 pH 5.6의 조건에서 색상이 변화될 수 있다.In the secondary battery according to the present invention, the pH indicator may change color in an acid condition, and in one specific example, the color may be changed at a pH of 6.6 or less, more specifically, The color may change under the conditions of 5.6.
상기 pH 인디케이터는 알리자린 블루 (Alizarin Blue), 메틸 바이올렛 (Methyl Violet), o-크레졸 레드 (ο-Cresol Red), 크리스털 바이올렛 (Crystal Violet), 에리트로신 (Erythrosin), 티몰 블루 (Thymol Blue), m-크레졸 레드 (m-Cresol Red), 메틸 바이올렛 6B (Methyl Violet 6B), 아미노아조벤젠 (Aminoazobenzene), 알리자린 옐로 R (Alizarin Yellow R), β-디니트로페놀 (β-Dinitrophenol(2,6-Dinitrophenol)), 메틸 오렌지 (Methyl Orange), 콩고 레드 (Congo Red), p-에틸 오렌지 (p-Ethyl Orange), 나프틸 레드 (Naphthyl Red), 메틸 레드 (Methyl Red), 카르민산 (Carminic acid), 및 클로로페놀 레드 (Chlorophenol Red) 등이 해당될 수 있으며, 상기 전해액의 종류 또는 리튬염이 수분과의 반응에 의해 생성되는 산의 산도(pH)에 따라 변색이 이루어진다.The pH indicator may be selected from the group consisting of Alizarin Blue, Methyl Violet, O-Cresol Red, Crystal Violet, Erythrosin, Thymol Blue, m - m -Cresol Red, Methyl Violet 6B, Aminoazobenzene, Alizarin Yellow R, β-Dinitrophenol (2,6-Dinitrophenol) ), methyl orange (methyl orange), Congo Red (Congo Red), p - ethyl orange (p -Ethyl orange), naphthyl red (naphthyl Red), methyl red (methyl Red), carboxylic acid (Carminic acid), and Chlorophenol Red, and the like, and the type of the electrolytic solution or the lithium salt is discolored according to the acidity (pH) of the acid generated by the reaction with moisture.
상기 각각의 pH 인티케이터에 대한 구체적인 색변화가 일어나는 pH 범위 및 각 범위에서의 색상은 도 7과 같다.The pH range at which specific color change occurs for each pH indicator and the hue at each range are shown in FIG.
본 발명에 따른 이차전지의 전지케이스의 외면에는 pH 인디케이터를 포함하거나 pH 인디케이터로 이루어진 코팅층이 부가되어 있으므로, 전지셀의 수납 및 전지팩 조립 등의 전지 및 전지팩의 제조 공정과정에서, 인디케이터의 색변화로 인해 수분의 침투 또는 전해액의 누액을 육안으로 용이하게 확인할 수 있다.The battery case of the secondary battery according to the present invention includes a pH indicator or a coating layer formed of a pH indicator on the outer surface of the battery case. Therefore, in the process of manufacturing the battery and the battery pack, It is possible to visually confirm the penetration of moisture or leakage of the electrolyte due to the change.
또한, 전해액 누락 여부의 확인을 명확하게 하여 전지의 생산 및 제품 출하 과정에서 이차전지의 성능 및 안전성을 확보할 수 있다. 즉, 본원발명을 적용함으로써, 제조 과정에서의 전해액이 누락된 전지의 유출을 방지할 수 있다.In addition, it is possible to clarify whether the electrolyte is missing or not, thereby securing the performance and safety of the secondary battery in the production and discharge of the battery. That is, by applying the present invention, it is possible to prevent leakage of a battery in which an electrolyte is missing during the manufacturing process.
하나의 구체적인 예에서, 상기 코팅층은 리트머스 색소를 구비한 리트머스 종이일 수도 있다. 따라서, 누출되는 전해액의 산도에 따라 리트머스 색소의 색이 변화하여 사용자가 전해액의 누출사실을 감지할 수 있다.In one specific example, the coating layer may be a litmus paper having a litmus pigment. Therefore, the color of the litmus pigment may change according to the acidity of the electrolyte, thereby allowing the user to detect the leakage of the electrolyte.
상기 리트머스 종이는 시료 용액이 산성인지 알칼리성인지를 판정하는 시험지의 하나로서, 리트머스라는 이름의 이끼에서 얻어낸 색소를 이용해서 만든다. 리트머스 종이는 적색과 청색이 있으며, 각각 리트머스의 알코올 용액에 소량의 염산이나 암모니아를 가해 적색 또는 청색으로 하여 이것에 거름종이를 침투시킨 후 건조시켜 만든다. 리트머스 종이의 변색구역은 pH 5.0 내지 8.0이고, 산성 용액에 넣으면 붉은색으로 변하고 염기성 용액에 넣으면 푸른색으로 변한다.The litmus paper is one of test papers for determining whether the sample solution is acidic or alkaline, and is made using a pigment obtained from moss named litmus. Litmus paper has red and blue colors. Each litmus alcohol solution is added with a small amount of hydrochloric acid or ammonia to make a red or blue color, which is then impregnated with a filter paper and dried. The color change zone of litmus paper is pH 5.0 to 8.0, it turns red when put in acid solution, and becomes blue when put into basic solution.
또한, 예를 들어, 상기 코팅층은 전해액을 함습할 수 있는 물성을 가진 유지(oil paper)일 수도 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Further, for example, the coating layer may be an oil paper having physical properties capable of wetting the electrolyte solution, but is not limited thereto.
상기 유지는 천연 펄프 부직포일 수 있다. 유지는 누출된 전해액을 함습하게 되는데 케이스 내부에서 중성을 유지하고 있는 전해액이 공기와 접촉하여 산성화가 되어 유지 색상의 변화가 일어날 수 있다. 이 때, 인디케이터는 작은 유지의 조각으로 특별히 공기와 접촉 가능한 코팅층의 테두리부에 배치될 수도 있음은 물론이다.The fat may be a natural pulp nonwoven fabric. The oil seeps into the leaked electrolytic solution. The electrolytic solution retaining neutrality inside the case contacts with the air to become acidified, and the color of the sustainable color may change. At this time, it is needless to say that the indicator may be arranged on the rim of the coating layer which is in contact with the air, particularly as a piece of small oil.
본 발명에 따른 이차전지의 전지케이스는 전극조립체 및 전해액을 내장한 상태에서 외주면이 열융착 실링한 구조일 수 있다. The battery case of the secondary battery according to the present invention may have a structure in which the outer circumferential surface is sealed by heat sealing while the electrode assembly and the electrolyte are embedded.
하나의 상세한 예에서, 상기 전지케이스의 외주면 실링부 상에 pH 인디케이터를 부가하여 전해액 누액의 위험이 큰 부분에서의 검출이 용이하게 할 수 있다. 따라서 수분의 침투 또는 전해액의 누액을 신속하게 확인하여, 이에 따른 전지의 교체 또는 기기의 손상 감소의 효과를 얻을 수 있다.In one specific example, a pH indicator may be added on the outer circumferential sealing portion of the battery case to facilitate detection in a portion where the risk of electrolyte leakage is large. Therefore, the penetration of water or leakage of the electrolytic solution can be promptly confirmed, and the effect of replacing the battery or reducing the damage of the device can be obtained.
하나의 상세한 예에서, 상기 외주면 실링부의 단부는 필름에 의해 감싸여 있을 수 있으며, 상세하게는 상기 필름은 pH 인디케이터를 포함하거나 pH 인디케이터로 이루어져 있을 수 있다.In one specific example, the end of the outer surface sealing portion may be wrapped by a film, and in particular the film may comprise a pH indicator or may comprise a pH indicator.
따라서, 실링부 단부에만 상기 필름을 적용함으로써 수분 침투 또는전해액 누액을 용이하게 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 제조비용 절감의 효과도 얻을 수 있다.Therefore, by applying the film to only the end portion of the sealing portion, it is possible to easily confirm moisture infiltration or leakage of the electrolyte solution, and also an effect of reducing manufacturing cost can be obtained.
하나의 상세한 예에서, 상기 전지케이스의 실링부를 제외한 부분의 일부에 pH 인디케이터를 부가하는 구조로서, 구체적으로는 도 6에 도시한 것과 같이, 전지케이스 덮개의 중앙부 또는 하부 수납부의 외면에 pH 인디케이터를 부가할 수 있다. 따라서, 전지케이스의 외주면 실링부 상에만 pH 인디케이터가 부가된 경우에 비하여 수분의 침투 또는 전해액의 누액 여부의 확인이 더욱 용이하므로, 보다 신속하게 전지의 교체를 할 수 있다.6, a pH indicator is provided on a central portion of the battery case lid or on the outer surface of the lower storage portion, and a pH indicator is provided on a portion of a portion of the battery case other than the sealing portion. Can be added. Therefore, compared with the case where the pH indicator is added only on the outer circumferential sealing portion of the battery case, it is easier to check the penetration of moisture or the leakage of the electrolyte, so that the battery can be replaced more quickly.
본 발명은 또한 상기와 같은 양극 활물질이 집전체에 도포되어 있는 리튬 이차전지용 양극을 제공한다. 본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는 양극의 구체적인 제조방법을 예시적으로 살펴보면 다음과 같다.The present invention also provides a positive electrode for a lithium secondary battery, wherein the positive electrode active material as described above is applied to a current collector. A specific method for producing the positive electrode including the positive electrode active material according to the present invention will be described below.
우선, 본 발명의 양극 활물질과, 상기 양극 활물질에 대해 바인더 및 도전제를 1 내지 20 중량%의 함량으로 분산액에 첨가 및 교반하여 페이스트를 제조한 후, 이를 집전체용 금속판에 도포하고 압축한 뒤 건조하여 라미네이트 형상의 전극을 제조할 수 있다.First, the cathode active material of the present invention, the binder and the conductive agent are added to the dispersion in an amount of 1 to 20% by weight with respect to the cathode active material and stirred to prepare a paste, which is then applied to a metal plate for current collector, And dried to produce a laminate-shaped electrode.
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 표면 처리한 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 cathode current collector generally has a thickness of 3 to 500 mu m. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery, and may be formed of a material such as stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, or a surface of aluminum or stainless steel Treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like may be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.
상기 바인더의 예로는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 셀룰로오즈, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌, 부티렌, 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), cellulose, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene, butylene, rubber, fluorocarbon rubber, various copolymers and the like. .
상기 도전제는 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. 시판되고 있는 도전제의 구체적인 예로는 아세틸렌 블랙 계열인 쉐브론 케미칼 컴퍼니(Chevron Chemical Company)나 덴카 블랙(Denka Singapore Private Limited), 걸프 오일 컴퍼니((Gulf Oil Company) 제품 등), 케트젠블랙(Ketjenblack), EC 계열(아르막 컴퍼니(Armak Company) 제품), 불칸(Vulcan) XC-72(캐보트 컴퍼니(Cabot Company) 제품) 및 수퍼(Super) P(Timcal 사 제품) 등이 있다.The conductive agent is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing any chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey 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. Concrete examples of commercially available conductive agents include acetylene black series such as Chevron Chemical Company, Denka Singapore Private Limited, Gulf Oil Company, etc., Ketjenblack, , EC series (Armak Company), Vulcan XC-72 (Cabot Company), and Super P (Timcal).
경우에 따라서는, 충진제가 선택적으로 첨가될 수 있는 바, 이러한 충진제는 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 not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery, and examples thereof include an olefin polymer such as polyethylene and polypropylene ; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.
상기 분산액으로는 대표적으로 이소프로필 알코올, N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤 등이 사용될 수 있다.Typical examples of the dispersion include isopropyl alcohol, N-methyl pyrrolidone (NMP), and acetone.
전극 재료의 페이스트를 금속 재료에 고르게 도포하는 방법은 재료의 특성 등을 감안하여 공지 방법 중에서 선택하거나 새로운 적절한 방법으로 행할 수 있다. 예를 들어, 페이스트를 집전체 위에 분배시킨 후 닥터 블레이드(doctor blade) 등을 사용하여 균일하게 분산시킬 수 있다. 경우에 따라서는, 분배와 분산 과정을 하나의 공정으로 실행하는 방법을 사용할 수도 있다. 이 밖에도, 다이 캐스팅(die casting), 콤마 코팅(comma coating), 스크린 프린팅(screen printing) 등의 방법을 택할 수도 있으며, 또는 별도의 기재(substrate) 위에 성형한 후 프레싱 또는 라미네이션 방법에 의해 집전체와 접합시킬 수도 있다. The method of applying the paste of the electrode material to the metal material in a uniform manner can be selected from known methods in consideration of the characteristics of the material and the like or can be carried out by a new suitable method. For example, the paste can be uniformly dispersed by using a doctor blade or the like after being distributed on the current collector. In some cases, a method of performing the distribution and dispersion processes in a single process may be used. In addition, a die casting method, a comma coating method, a screen printing method, or the like may be used. Alternatively, the resin may be formed on a separate substrate, and then pressed or laminated by a pressing or laminating method. .
금속판 위에 도포된 페이스트의 건조는 50 내지 200℃의 진공오븐에서 1 내지 3일 동안 건조시키는 것이 바람직하다. Drying of the paste applied on the metal plate is preferably performed in a vacuum oven at 50 to 200 DEG C for 1 to 3 days.
또한, 본 발명은 상기 양극이 분리막을 사이에 두고 음극과 대면하고 있는 전극조립체와 리튬염 함유 비수계 전해질을 포함하는 것으로 구성된 리튬 이차전지를 제공한다.The present invention also provides a lithium secondary battery comprising an electrode assembly in which the positive electrode faces the negative electrode with a separating film sandwiched therebetween, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt.
상기 음극은, 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 도전제, 바인더 및 충진제 등의 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.The negative electrode may be formed by coating a negative electrode active material on a negative electrode collector and drying the negative electrode active material. If necessary, the negative electrode may further include components such as a conductive agent, a binder, and a filler as described above.
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 collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and may be formed of a material such as copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, surface of copper or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.
상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxM41-xM5yOz (M4: Mn, Fe, Pb, Ge; M5: 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, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.The negative electrode active material may include, for example, carbon such as non-graphitized carbon or graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0 x 1), Li x WO 2 (0 x 1), Sn x M4 1-x M5 y O z (M4: Mn, Fe, Pb, , B, P, Si, Group 1, Group 2 and Group 3 elements of the periodic table, Halogen, 0 <x <1> 1 <y> 3, 1 <z <8); Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; 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, Bi 2 O 5 and the like; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.
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 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포; 크라프트지 등이 사용된다. 현재 시판중인 대표적인 예로는 셀가드 계열(CelgardR 2400, 2300(Hoechest Celanese Corp. 제품), 폴리프로필렌 분리막(Ube Industries Ltd. 제품 또는 Pall RAI사 제품), 폴리에틸렌 계열(Tonen 또는 Entek) 등이 있다. The separation membrane 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 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like; Kraft paper and the like are used. Representative examples currently on the market include the Celgard R 2400, 2300 (from Hoechest Celanese Corp.), polypropylene separator (from Ube Industries Ltd. or Pall RAI), and polyethylene series (from Tonen or Entek).
경우에 따라서, 상기 분리막 위에는 전지의 안정성을 높이기 위하여 겔 폴리머 전해질이 코팅될 수 있다. 이러한 겔 폴리머의 대표적인 예로는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐리덴플루라이드, 폴리아크릴로나이트릴 등을 들 수 있다. In some cases, a gel polymer electrolyte may be coated on the separation membrane to increase the stability of the cell. Representative examples of such a gel polymer include polyethylene oxide, polyvinylidene fluoride, and polyacrylonitrile.
전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.
본 발명은 또한, 상기 리튬 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 전원으로서 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.The present invention also provides a battery pack including the lithium secondary battery as a unit battery and a device including the battery pack as a power source.
구체적으로, 상기 전지팩은 고온 안전성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 이러한 디바이스의 상세한 예로는 모바일 전자기기, 전지 기반 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specifically, the battery pack may be used as a power source for devices requiring high temperature safety, long cycle characteristics, and high rate characteristics. Examples of such devices include mobile electronic devices, power tools that are powered by a battery- a power tool; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); An electric golf cart; And a power storage system, but the present invention is not limited thereto.
중대형 전지모듈은 다수의 전지셀들을 포함하는 것으로 구성되어 있고, 그에 따라 전지셀 제조에 사용되는 부재들의 비용이 전지모듈 전체의 제작 비용에 큰 영향을 미치므로, 본 발명에 따른 이차전지는 이러한 중대형 전지모듈에 특히 바람직하게 적용될 수 있다. The middle- or large-sized battery module is configured to include a plurality of battery cells, and accordingly, the cost of the members used for manufacturing the battery cell greatly affects the manufacturing cost of the entire battery module. Therefore, It can be particularly preferably applied to a battery module.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.The structure of these devices and their fabrication methods are well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted herein.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는 pH에 따라 색변화를 일으키는 pH 인디케이터(pH indicator)를 밀봉된 전해액과 접하지 않는 상태로 전지케이스에 부가함으로써 전지 내부로의 수분 침투 또는 전지로부터 전해액의 누액 여부를 육안으로 용이하게 확인할 수 있다.As described above, the secondary battery according to the present invention has a pH indicator, which causes a color change depending on pH, to be added to the battery case in a state not in contact with the sealed electrolyte, The leakage of the electrolytic solution can be visually confirmed easily.
또한, 상기 pH 인디케이터를 구성함으로써, 전지 자체의 성능 저하 또는 전해액 누액에 의한 기기의 손상과 인체의 중금속 중독을 예방할 수 있다.Further, by constituting the pH indicator, it is possible to prevent degradation of performance of the battery itself or damage of the device due to electrolyte leakage and heavy metal poisoning of the human body.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지의 일반적인 구조에 대한 분해 사시도이다;
도 2 는 종래의 라미네이트 시트의 단면 구조의 모식도이다;
도 3 은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 라미네이트 시트의 단면구조의 모식도이다;
도 4 는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 모식도이다;
도 5 는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 모식도이다;
도 6 는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 모식도이다; 및
도 7 은 본 발명의 pH 인디케이터의 pH에 따른 색변화표이다.1 is an exploded perspective view of a general structure of a conventional pouch type secondary battery;
2 is a schematic view of a cross-sectional structure of a conventional laminate sheet;
3 is a schematic view of a cross-sectional structure of a laminate sheet according to one embodiment of the present invention;
4 is a schematic view of a pouch-shaped battery case according to an embodiment of the present invention;
5 is a schematic view of a pouch-shaped battery case according to an embodiment of the present invention;
6 is a schematic view of a pouch-shaped battery case according to an embodiment of the present invention; And
7 is a color change chart according to the pH of the pH indicator of the present invention.
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, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 라미네이트 시트의 단면 구조의 모식도가 도시되어 있다.3 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a laminated sheet according to an embodiment of the present invention.
이 도면을 참조하면, 전지케이스를 구성하는 라미네이트 시트는 내측으로부터 내부 실란트층(301), 금속 배리어층(302), 외부 피복층(303), 인디케이터(indicator)층(304)의 순서대로 적층되어 있다.Referring to this figure, the laminate sheet constituting the battery case is laminated in this order from the inner side to the
종래의 라미네이트 시트인 도 2와 비교하면, 외부 피복층(203)의 바깥층에 인디케이터 층을 추가로 적층함으로써, 전지 내부로의 수분 침투 또는 전지로부터 전해액의 누액시, 인디케이터의 색변화를 통해 해당 여부를 육안으로 용이하게 확인할 수 있다.2, which is a conventional laminate sheet, an indicator layer is further laminated on the outer layer of the
도 4 내지 도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 모식도가 도시되어 있다.4 to 6 are schematic views of a pouch-shaped battery case according to an embodiment of the present invention.
구체적으로, 도 4에는 본 발명의 하나의 실시예로서, 전지케이스 외면 전체에 pH 인디케이터를 포함하거나 pH 인디케이터로 이루어진 코팅층(401)이 부가된 라미네이트 시트를 이용하여 제작된 파우치형 전지케이스를 도시하고 있다. 4 shows a pouch-type battery case manufactured by using a laminate sheet including a pH indicator or a
도 5에는 본 발명의 다른 실시예로서, 전지케이스의 외주면 실링부 상에 pH 인디케이터가 부가(501)되어 있는 구조를 도시하고 있고, 도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 전지케이스의 실링부를 제외한 부분의 일부, 즉, 전지케이스의 덮개의 중앙부 또는 하부 수납부의 외면에 pH 인디케이터가 부가(601)되어 있는 구조를 도시하고 있다.5 shows a structure in which a pH indicator is added 501 on the outer circumferential sealing portion of the battery case according to another embodiment of the present invention. In FIG. 6, as another embodiment of the present invention, A pH indicator is added (601) on a part of the part excluding the part of the battery case, that is, the central part of the lid of the battery case or the outer surface of the lower storage part.
구체적으로, 라미네이트 시트는 전지케이스의 외주면 가운데 고온의 열 등에 의해 내부 실란트층이 파괴되어 전해액이 외부로 누액되거나 외부의 수분이 전지 내로 침투하기 쉬운 외주면 실링부 상에 pH 인디케이터가 부가될 수 있으며, 상기 외주면 실링부 단부는 pH 인디케이터를 포함하거나 pH인디케이터로 이루어져 있는 필름(401)에 의해 감싸여 있을 수 있다.Specifically, the laminate sheet may be provided with a pH indicator on the outer circumferential sealing portion where the inner sealant layer is broken due to high-temperature heat or the like in the outer circumferential surface of the battery case, and the electrolyte is liable to leak to the outside, The end of the outer surface sealing part may include a pH indicator or may be surrounded by a
더욱 상세하게는, 상기 필름(401)은 전지케이스(100)의 수납부(101)를 밀봉하기 위하여 절곡 부위를 제외한 본체(103)의 실링부 3면(501)만 감싸도록 형성될 수 있다.More specifically, the
도 7에는 본 발명의 pH 인디케이터의 pH에 따른 색변화표를 나타내었다.FIG. 7 shows a color change table according to the pH of the pH indicator of the present invention.
pH 인디케이터는 어떤 용액이 산성인지 염기성인지 알아보기 위한 약품으로서, 지시약 자체가 약한 산이나 염기를 띠고 있으며, 용액의 산도에 따라 도 7에 개시한 바와 같이 고유한 색깔로 변화한다.The pH indicator is a reagent for determining whether a solution is acidic or basic and the indicator itself has a weak acid or base and changes to a unique color as shown in FIG. 7 depending on the acidity of the solution.
예를 들어, 배터리에 수분이 침투하는 경우, 전해액 성분 중 LiPF6와 수분이 반응하여 HF가 생성되고, 상기 HF가 전지케이스 외면을 구성하는 pH 인디케이터와 반응하면 색변화가 일어난다.For example, when water penetrates into the battery, LiPF 6 reacts with moisture in the electrolyte to generate HF. When the HF reacts with the pH indicator constituting the outer surface of the battery case, a color change occurs.
또 다른 예로서, 전해액이 누액되는 경우에는, 전해액 용매를 구성하는 EC, EMC 등은 산성을 나타내기 때문에 전지케이스 바깥으로 흘러나온 전해액이 전지케이스 외면을 구성하는 pH 인디케이터와 반응하면 상기 누액된 전해액의 pH에 따라 색변화가 일어난다.
As another example, when the electrolyte is leaked, since EC, EMC, etc. constituting the electrolyte solvent are acidic, when the electrolyte solution flowing out of the battery case reacts with the pH indicator constituting the outer surface of the battery case, The color changes depending on the pH of the solution.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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KR20220052673A (en) | 2020-10-21 | 2022-04-28 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Battery case comprising moisture-sensing laminate sheet and method for detecting defect of battery |
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- 2013-11-18 KR KR1020130139618A patent/KR20150056944A/en not_active Application Discontinuation
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