KR20150069779A - Electrochemical device having improved corrosion resistance - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 내식성이 향상된 전기화학소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 와셔의 하부면에, 금속 캔을 형성하는 모재 금속보다 이온화 경향이 더 큰 희생양극을 부착시킴으로써 금속 캔의 모재 금속이 산화되는 것을 방지하는 내식성이 향상된 전기화학소자에 관한 것이다.The present invention relates to an electrochemical device having improved corrosion resistance, and more particularly, to a method for manufacturing a metal can including a metal can, wherein a base metal of a metal can is oxidized by adhering a sacrificial anode having a larger ionization tendency than a base metal forming the metal can, To an electrochemical device having improved corrosion resistance.
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.Recently, interest in energy storage technology is increasing. As the application fields of cell phones, camcorders, notebook PCs and even electric vehicles are expanding, efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more and more specified. The electrochemical device has received the most attention in this respect. Of these, the development of a rechargeable secondary battery has become a focus of attention. Recently, in developing such a battery, Research and development on the design of electrodes and batteries are underway.
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.Among the currently applied secondary batteries, the lithium secondary battery developed in the early 1990s has advantages such as higher operating voltage and higher energy density than conventional batteries such as Ni-MH, Ni-Cd and sulfuric acid-lead batteries using an aqueous electrolyte solution .
한편, 이러한 전기화학소자는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 전기화학소자와 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 전기화학소자로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 전기화학소자는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전기화학소자와 각형 전기화학소자로 분류될 수 있다. 이러한 각형 또는 원통형 전기화학소자의 전지 케이스는 개방 상단이 형성된 케이스, 즉 금속 캔 및 금속 캔의 개방 상단에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 구비한다.On the other hand, such an electrochemical device can be classified into a can-type electrochemical device in which an electrode assembly is embedded in a metal can, and a pouch-type electrochemical device in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the battery case . The can-type electrochemical device can be classified into a cylindrical electrochemical device and a rectangular electrochemical device depending on the shape of the metal can. The battery case of such a prismatic or cylindrical electrochemical device has a cap assembly which is hermetically sealed to the open upper end of a case with an open top, that is, a metal can and a metal can.
일반적으로 원통형 전기화학소자는 원통형 금속 캔, 금속 캔의 내부에 수용되는 젤리-롤 형태의 전극조립체, 상기 전극조립체를 함침시키며, 상기 금속 캔에 주입되는 전해액, 금속 캔의 개방 상단에 조립되는 캡 조립체, 캡 조립체를 장착하기 위해 금속 캔의 선단에 마련된 비딩부 및 전기화학소자를 밀봉하기 위한 클림핑 부분을 구비한다. 그리고, 현재 원통형 전기화학소자에 사용되는 금속 캔은, 주로 니켈이 도금된 철로 이루어져 있다.In general, a cylindrical electrochemical device includes a cylindrical metal can, an electrode assembly in the form of a jelly-roll, which is accommodated in a metal can, an electrolytic solution injected into the metal can, An assembly, a beading portion provided at the tip of the metal can to mount the cap assembly, and a clamping portion for sealing the electrochemical device. The metal can used in the present cylindrical electrochemical device is mainly made of nickel-plated iron.
하지만, 이 경우 조립 공정 중에 금속 캔에 변형이 일어나거나, 외부충격에 의해 니켈 도금층이 손상되어 철이 외부로 드러나게 되면, 습도가 높은 환경 하에 외부로 드러난 철에 국부적인 부식이 발생하게 된다. 철은 니켈보다 이온화 경향이 더 큰 금속이어서, 니켈 도금층이 손상되어 철이 외부로 드러나게 되면, '소양극-대음극'현상이 발생하여 상대적으로 작은 면적의 철이 니켈의 넓은 면적에 전자를 제공하게 됨으로써 금속 캔의 부식이 급속하게 진행될 수 있는 문제점이 있다. However, in this case, when the metal can is deformed during the assembling process, or when the nickel plating layer is damaged by the external impact and the iron is exposed to the outside, local corrosion occurs in the iron exposed to the outside under a high humidity environment. Iron is a metal with a higher ionization tendency than nickel, so that when the nickel plating layer is damaged and the iron is exposed to the outside, a phenomenon of 'small anode-to-cathode' phenomenon occurs so that a relatively small area of iron provides electrons to a large area of nickel There is a problem that corrosion of the metal can can proceed rapidly.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 절연 기능을 갖는 와셔의 하부면에, 모재 금속 캔보다 이온화 경향이 큰 희생양극을 부착하여, 금속 캔에 충격이 가해져 도금층이 손상되어 모재 금속 캔이 외부로 드러나더라도, 모재 금속 캔보다 산화가 더 잘되는 희생양극이 먼저 산화됨으로써 모재 금속 캔의 부식을 방지하는 내식성이 향상된 전기화학소자를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a washer having an insulating function by attaching a sacrificial anode having a larger ionization tendency than a base metal can to a lower surface of an insulating washer, , The sacrificial anode which is oxidized better than the base metal can is first oxidized, thereby preventing the corrosion of the base metal can, thereby providing an electrochemical device with improved corrosion resistance.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 캐소드, 애노드 및 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하며, 모재 금속 캔, 및 상기 모재 금속 캔의 내부면 및 외부면 중 하나 이상에 형성된 도금층을 포함하는 금속 캔; 상기 금속 캔에 주입되며, 상기 전극조립체를 함침시키는 비수 전해액; 상기 금속 캔의 개방 상단에 조립되는 캡 조립체; 상기 캡 조립체의 상단에 위치하고, 상기 모재 금속 캔보다 이온화 경향이 큰 희생양극; 상기 희생양극의 상단에 위치하는 와셔; 및 상기 금속 캔, 상기 희생양극 및 상기 와셔의 외측으로 형성되며, 상기 희생양극 및 상기 와셔를 상기 금속 캔의 상단에 고정시키는 열수축성 튜브;를 포함하고, 상기 희생양극 및 상기 와셔는 상기 전극조립체에 연결된 하나의 단자가 외부로 노출되도록 홈부가 형성되며, 상기 희생양극에 형성된 홈부의 직경은, 상기 와셔에 형성된 홈부의 직경보다 더 큰 전기화학소자가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electrode assembly including a cathode, an anode, and a separator interposed between the cathode and the anode; A metal can containing the electrode assembly and including a base metal can, and a plating layer formed on at least one of the inner and outer surfaces of the base metal can; A non-aqueous electrolyte injected into the metal can to impregnate the electrode assembly; A cap assembly assembled to an open top of the metal can; A sacrificial anode located at an upper end of the cap assembly and having a greater ionization tendency than the base metal can; A washer located at the top of the sacrificial anode; And a heat-shrinkable tube formed outside the metal can, the sacrificial anode, and the washer, the heat shrinkable tube fixing the sacrificial anode and the washer to the upper end of the metal can, And the diameter of the groove formed in the sacrificial anode is larger than the diameter of the groove formed in the washer.
이때, 상기 모재 금속 캔은 철로 이루어진 것일 수 있다.At this time, the base metal can is made of iron.
그리고, 상기 도금층은, 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어질 수 있다.The plating layer may be made of nickel or a nickel alloy.
그리고, 상기 금속 캔은, 원통형 캔이며, 상기 캡 조립체에는 전극조립체에 연결된 캐소드의 돌출 단자가 중앙에 형성되어 있는 것일 수 있다.The metal can is a cylindrical can, and the cap assembly may have a protruding terminal of a cathode connected to the electrode assembly formed at the center.
그리고, 상기 와셔는, 절연 물질로 이루어질 수 있고, 상기 절연 물질은, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리테트라풀루오로에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The washer may be made of an insulating material, and the insulating material may be any one selected from the group consisting of polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, and polytetrafluoroethylene. It may be a mixture of two or more.
그리고, 상기 와셔는, 0.15 mm 내지 0.8 mm의 두께를 갖는 것일 수 있다.The washer may have a thickness of 0.15 mm to 0.8 mm.
그리고, 상기 희생양극은, 마그네슘, 알루미늄 및 아연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어질 수 있다.The sacrificial anode may be made of any one selected from the group consisting of magnesium, aluminum, and zinc, or a mixture of two or more thereof.
그리고, 상기 희생양극은, 0.15 mm 내지 0.8 mm의 두께를 갖는 것일 수 있다.The sacrificial anode may have a thickness of 0.15 mm to 0.8 mm.
한편, 상기 캐소드는, 리튬 함유 산화물을 포함하는 캐소드 활물질을 구비하는 것일 수 있다.Meanwhile, the cathode may include a cathode active material containing a lithium-containing oxide.
이때, 상기 리튬 함유 산화물은, 리튬 함유 전이금속 산화물일 수 있으며, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은, LixCoO2(0.5<x<1.3), LixNiO2(0.5<x<1.3), LixMnO2(0.5<x<1.3), LixMn2O4(0.5<x<1.3), Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1 -yCoyO2(0.5<x<1.3, 0<y<1), LixCo1 -yMnyO2(0.5<x<1.3, 0≤y<1), LixNi1 -yMnyO2(0.5<x<1.3, O≤y<1), Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2 -zNizO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixMn2 -zCozO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixCoPO4(0.5<x<1.3) 및 LixFePO4(0.5<x<1.3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The lithium-containing transition metal oxide may be at least one selected from the group consisting of Li x CoO 2 (0.5 <x <1.3), Li x NiO 2 (0.5 <x <1.3), Li x MnO 2 (0.5 <x < 1.3), Li x Mn 2 O 4 (0.5 <x <1.3), Li x (Ni a Co b Mn c) O 2 (0.5 <x <1.3, 0 <a <1, 0 <b <1, 0 < c <1, a + b + c = 1), Li x Ni 1 -y Co y O 2 (0.5 <x <1.3, 0 <y <1), Li x Co 1 - y Mn y O 2 (0.5 < x <1.3, 0≤y <1), Li x Ni 1 -y Mn y O 2 (0.5 <x <1.3, O≤y <1), Li x (Ni a Co b Mn c ) O 4 (0.5 <x <1.3, 0 <a <2, 0 <b <2, 0 <c <2, a + b + c = 2), Li x Mn 2 -z Ni z O 4 0.5 <x <1.3, 0 < z <2), Li x Mn 2 -z Co z O 4 (0.5 <x <1.3, 0 <z <2), Li x CoPO 4 (0.5 <x <1.3) , and Li x FePO 4 may be (0.5 <x <1.3) or any mixture of two or more of those selected from the group consisting of.
그리고, 상기 애노드는, 리튬 금속, 탄소재, 금속 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 애노드 활물질을 구비하는 것일 수 있다.The anode may include an anode active material containing lithium metal, a carbon material, a metal compound, or a mixture thereof.
이때, 상기 금속 화합물은, Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Mg, Sr, 및 Ba로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The metal compound may be at least one selected from the group consisting of Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Or a mixture of two or more thereof.
그리고, 상기 세퍼레이터는, 다공성 고분자 기재이거나, 상기 다공성 고분자 기재의 적어도 일면에 도포된 무기물 입자 및 고분자 바인더를 구비하는 다공성 코팅층을 포함하는 세퍼레이터일 수 있다.The separator may be a porous polymer substrate or a separator including a porous coating layer comprising inorganic particles and a polymeric binder coated on at least one side of the porous polymer substrate.
이때, 상기 다공성 고분자 기재는, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드 및 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 형성된 것일 수 있다.At this time, the porous polymer base material may be at least one selected from the group consisting of high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ultrahigh molecular weight polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, Polyether sulfone, polyether ether ketone, polyether sulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, and polyethylene naphthalene, or a mixture of two or more thereof.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 절연 기능을 갖는 와셔의 하부면에, 모재 금속 캔보다 이온화 경향이 큰 희생양극을 부착하여, 금속 캔에 충격이 가해져 도금층이 손상되어 모재 금속 캔이 외부로 드러나더라도, 모재 금속 캔보다 산화가 더 잘되는 희생양극이 먼저 산화됨으로써 금속 캔의 부식을 방지할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a sacrificial anode having a greater ionization tendency than the base metal can is attached to the lower surface of the washer having an insulating function, an impact is applied to the metal can to damage the plating layer, Even if the sacrificial anode is oxidized better than the base metal can, the sacrificial anode is first oxidized, thereby preventing corrosion of the metal can.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와셔의 하부면에 희생양극이 부착된 캔형 전기화학소자의 상부 구조를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 캔형 전기화학소자에 사용되는 하부면에 희생양극이 부착된 와셔를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 하부면에 희생양극이 부착된 와셔의 단면을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 종래의 캔형 전기화학소자의 전지 케이스로서, 손상된 도금층으로 인해 모재 금속 캔이 산화되는 모습을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 와셔의 하부면에 희생양극이 부착된 캔형 전기화학소자의 전지 케이스로서, 손상된 도금층으로 인해 모재 금속 캔 대신 희생양극이 산화되는 모습을 개략적으로 나타내는 단면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given above, serve to further the understanding of the technical idea of the invention, It should not be construed as limited.
1 is a cross-sectional view schematically showing an upper structure of a can-type electrochemical device to which a sacrificial anode is attached on a lower surface of a washer according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a perspective view schematically showing a washer with a sacrificial anode attached to a lower surface used in the can-type electrochemical device of Fig. 1;
3 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a washer with a sacrificial anode attached to its lower surface.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a state where a base metal can is oxidized due to a damaged plating layer, which is a battery case of a conventional can-type electrochemical device.
5 is a cross-sectional view schematically showing a sacrificial anode of a can-type electrochemical device with a sacrificial anode attached to a lower surface of a washer according to an embodiment of the present invention, in which a sacrificial anode is oxidized instead of a base metal can due to a damaged plated layer .
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 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.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the constitutions described in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와셔의 하부면에 희생양극이 부착된 캔형 전기화학소자의 상부 구조를 모식적으로 나타내는 단면도이고, 도 2 및 도 3은 각각 희생양극이 부착된 와셔를 모식적으로 나타내는 사시도 및 단면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an upper structure of a can-type electrochemical device having a sacrificial anode attached to a lower surface of a washer according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2 and 3 are cross- And Fig.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 측면에 따른 전기화학소자는, 캐소드, 애노드 및 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체(30); 상기 전극조립체(30)를 수용하며, 모재 금속 캔, 및 상기 모재 금속 캔의 내부면 및 외부면 중 하나 이상에 형성된 도금층을 포함하는 금속 캔(20); 상기 금속 캔(20)에 주입되며, 상기 전극조립체(30)를 함침시키는 비수 전해액(미 도시); 상기 금속 캔(20)의 개방 상단에 조립되는 캡 조립체(10); 상기 캡 조립체(10)의 상단에 위치하고, 상기 모재 금속 캔보다 이온화 경향이 큰 희생양극(60); 상기 희생양극(60)의 상단에 위치하는 와셔(70); 및 상기 금속 캔(20), 상기 희생양극(60) 및 상기 와셔(70)의 외측으로 형성되며, 상기 희생양극(60) 및 상기 와셔(70)를 상기 금속 캔(20)의 상단에 고정시키는 열수축성 튜브(80);를 포함하고, 상기 희생양극(60) 및 상기 와셔(70)는 상기 전극조립체(30)에 연결된 하나의 단자가 외부로 노출되도록 홈부가 형성되며, 상기 희생양극(60)에 형성된 홈부의 직경은, 상기 와셔(70)에 형성된 홈부의 직경보다 더 크다.1 to 3, an electrochemical device according to an aspect of the present invention includes an electrode assembly 30 including a cathode, an anode, and a separator interposed between the cathode and the anode; A metal can (20) containing the electrode assembly (30) and comprising a base metal can, and a plating layer formed on at least one of the inner and outer surfaces of the base metal can; A nonaqueous electrolyte (not shown) injected into the metal can 20 and impregnating the electrode assembly 30; A cap assembly (10) assembled to the open upper end of the metal can (20); A sacrificial anode 60 located at the top of the cap assembly 10 and having a greater ionization tendency than the base metal can; A washer 70 positioned at the top of the sacrificial anode 60; And the metal can (20), the sacrificial anode (60), and the washer (70), and the sacrificial anode (60) and the washer (70) Wherein the sacrificial anode 60 and the washer 70 are formed with grooves such that one terminal connected to the electrode assembly 30 is exposed to the outside and the sacrificial anode 60 The diameter of the groove portion formed in the washer 70 is larger than the diameter of the groove portion formed in the washer 70. [
한편, 상기 캐소드는 전극리드(31)가 부착되어 캡 조립체(10)에 접속되어 있을 수 있고, 상기 애노드는 금속 캔(20)의 하단에 전기적으로 접속되어 있을 수 있다. 이와 반대로, 상기 캐소드가 금속 캔(20)의 하단에 전기적으로 접속되어 있을 수 있고, 상기 애노드가 전극리드(31)에 부착되어 캡 조립체(10)에 접속되어 있을 수 있다.Meanwhile, the cathode may be connected to the
캡 조립체(10)는 캐소드 단자 또는 애노드 단자를 형성하는 탑 캡(11), 전기화학소자 내부의 압력 상승 시 전류를 차단하거나 가스를 배기하는 안전벤트(12), 특정 부분을 제외하고 안전벤트(12)를 전류차단부재(14)로부터 전기적으로 분리시키는 절연부재(13), 캐소드 또는 애노드와 연결된 전극리드(31)가 접속되어 있는 전류차단부재(14)가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 그리고, 이러한 캡 조립체(10)는 가스켓(15)에 장착된 상태로 금속 캔(20)에 형성된 비딩부(40)에 장착된다. 따라서, 정상적인 작동 조건에서 전극 조립체(30)의 캐소드 또는 애노드는 전극리드(31), 전류차단부재(14) 및 안전벤트(12)를 경유하여 탑 캡(11)에 연결되어 통전을 이룬다. 따라서, 상기 탑 캡(11)은 통전을 위해 스테인리스스틸이나 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다.The
이때, 상기 금속 캔(20)은 원통형 캔 또는 각형 캔일 수 있고, 상기 캡 조립체(10)에 연결된 캐소드의 돌출 단자 또는 애노드의 돌출 단자가 중앙에 형성될 수 있다.At this time, the metal can 20 may be a cylindrical can or a square can, and the protruding terminal of the cathode connected to the
그리고, 탑 캡(11)과 안전벤트(12) 사이에 안전 소자를 더 구비할 수도 있으나, 전동 공구와 같은 파워 툴이나 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차와 같은 장치의 경우 고출력을 필요로 하여, 탑 캡(11)과 안전벤트(12) 사이에 이러한 안전 소자를 구비하지 않는 경우도 있다.Further, a safety element may be further provided between the top cap 11 and the
그리고, 상기 안전벤트(12)는, 상기 탑 캡(11)의 하부에서 탑 캡(11)과 외주면, 즉 테두리 부분이 접촉되도록 배치된다. 그리고, 이러한 안전벤트(12)는 전기화학소자의 내압이 일정 수준 이상으로 증가하는 경우 파열되도록 구성된다. 예를 들어, 상기 안전벤트(12)는 전기화학소자의 내압이 12 내지 25 kgf/cm2일 때 파열될 수 있다. 상기 안전벤트(12)는, 도면에 도시된 바와 같이, 중심부가 하부 방향으로 돌출되도록 형성되고, 그러한 중심부 부근에 소정의 노치(16)가 형성될 수 있다. 따라서, 전기화학소자의 내부, 즉 전극조립체(30) 측으로부터 가스가 발생하여 내압이 증가하게 되면, 안전벤트(12)는 그것의 형상이 역전되면서 상향 돌출되게 되고, 노치(16)들을 중심으로 파열될 수 있다. 따라서, 이러한 안전벤트(12)의 파열된 부분을 통해 금속 캔(20)의 내부에 차 있던 가스가 외부로 배출될 수 있게 된다.The
상기 가스켓(15)은, 탑 캡(11) 및 안전 벤트(12)의 테두리에서 이들을 감싸며 형성된다. 따라서, 상기 가스켓(15)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 'C'자 형태로 굴곡된 부분이 존재할 수 있다. 이러한 가스켓(15)은, 탑 캡(11) 및 안전벤트(12)의 테두리 부분이 금속 캔(20)과 절연될 수 있도록 하므로, 전기 절연성을 갖는 재질로 이루어진다. 또한, 상기 가스켓(15)은 캡 조립체(10)를 지지하고 보호하기 위해 내충격성, 탄력성 및 내구성을 가진 재질로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 가스켓(15)은, 예를 들어 폴리올레핀(polyolefine) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 제조될 수 있다. 그리고, 상기 가스켓(15)은 전기 절연성이 약화되는 것을 방지하기 위해 열처리에 의하지 않고 기계적 가공에 의해 벤딩되는 것이 좋다.The
그리고, 상기 전류차단부재(14)는, 상부의 적어도 일부분이 안전벤트(12)의 하단에 연결되는 캡 조립체(10)의 구성 요소이다. 따라서, 정상적인 상태에서는 안전벤트(12)의 하부 돌출 부분이 전류차단부재(14)와 접촉되어 전기적 접속을 이룰 수 있다. 그러나, 가스 발생으로 전지의 내압이 증가하여 안전벤트(12)의 형상이 역전되면, 이러한 전류차단부재(14)와 안전벤트(12) 사이의 전기적 접속이 차단될 수 있다. 또한, 상기 전류차단부재(14)의 하부는 전극조립체(30), 보다 상세하게는 전극조립체(30)에 부착된 전극리드(31)와 연결될 수 있다. 따라서, 정상적인 상태에서 전류차단부재(14)는 전극조립체(30)와 안전벤트(12) 사이에 통전이 이루어지도록 한다. 전류차단부재(14)의 소정 부위에는 노치가 형성될 수 있으며, 전류차단부재(14)는 전기화학소자의 내부 압력에 의해 안전벤트(12)와 함께 변형될 수 있다.The current blocking
그리고, 상기 절연부재(13)는, 안전벤트(12)와 전류차단부재(14) 사이에 개재되어, 안전벤트(12)의 돌출 부분과 전류차단부재(14)가 접촉되는 부분을 제외하고는 전류차단부재(14)와 안전벤트(12)가 서로 전기적으로 절연되도록 한다.The insulating
그리고, 상기 와셔(70)는 탑 캡(11)을 감싸면서 비딩부(40) 상부에 탑재될 수 있도록, 전체적으로 원판 또는 각판인 구조를 가지면서 중앙부에는 단자인 탑 캡(11)이 외부로 노출될 수 있도록 홈부가 형성될 수 있고, 그 하부면에는 상기 와셔(70)에 형성된 홈부의 직경보다 더 큰 직경의 홈부를 갖고, 상기 모재 금속 캔보다 이온화 경향이 큰 희생양극(70)이 부착된다.The
상기 와셔(70)는 탑 캡(11)과 금속 캔(20)이 접촉되면서 발생할 수 있는 내부 단락이 유발되는 것을 방지하는 것으로서, 절연 물질로 이루어질 수 있고, 상기 절연 물질은, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리테트라풀루오로에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.The
이때, 상기 와셔 및 희생양극은, 각각 0.15 mm 내지 0.8 mm의 두께를 가질 수 있으나, 그것의 소재에 따라 달라질 수 있으므로 특별히 한정되는 것은 아니다. 와셔의 두께는 그것의 기계적 강성, 탄성력 등에 영향을 미치므로, 와셔의 두께가 너무 얇을 경우 소망하는 기계적 강성 등을 나타내지 못하고, 약한 외부 충격에 의해서도 파괴될 수 있지만, 와셔의 두께가 너무 두꺼우면, 전기화학소자의 크기가 증가되어 바람직하지 않다. 그리고, 상기 희생양극의 두께는 전기화학소자가 사용되는 외부의 환경에 따라 달라질 수 있다.At this time, the washer and the sacrificial anode may each have a thickness of 0.15 mm to 0.8 mm, but they are not particularly limited as they may vary depending on the material thereof. If the thickness of the washer is too thin, it can not be exhibited the desired mechanical stiffness and can be destroyed by a weak external impact. However, if the thickness of the washer is too thick, The size of the electrochemical device is increased, which is undesirable. The thickness of the sacrificial anode may vary depending on the external environment in which the electrochemical device is used.
그리고, 상기 희생양극은, 모재 금속 캔의 이온화 경향보다 큰 금속이라면 제한되지는 않지만, 상기 모재 금속 캔이 철인 경우에는, 마그네슘, 알루미늄 및 아연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어진 것일 수 있다.The sacrificial anode is not limited as long as it is a metal that is larger than the ionization tendency of the base metal can. However, when the base metal can is iron, any one selected from the group consisting of magnesium, aluminum and zinc, Or a mixture thereof.
그리고, 열수축성 튜브(80)는 탑 캡(11)과 와셔(70)가 결합한 후에 전지 케이스의 외측으로 형성되는데, 상기 열수축성 튜브(70)가 수축될 때, 상기 와셔(70)의 외주면을 감싸면서 캡 조립체(10)에 대한 와셔(70)의 장착이 이루어진다.The heat-
상기 열수축성 튜브(80)는 높은 충격 흡수성의 연질 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지로 형성될 수 있다. 즉, 상기 열수축성 튜브(80)는 고분자 합성수지로서, 일정 온도(약 90 내지 130 ℃)의 열을 가할 경우, 대략 25 내지 75%의 일정 비율로 수축된다. 따라서, 상기 열수축성 튜브(80)는 전지 케이스의 외면을 전체적으로 감싸도록 형성된다. 상기 열수축성 튜브(80)는 절연성이 우수하므로, 전기화학소자의 전기적 단락 방지 및 외관 보호 기능을 가진다.The heat-
한편, 도 4는 종래의 캔형 전기화학소자의 전지 케이스로서, 손상된 도금층으로 인해 금속 캔이 산화되는 모습을 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 와셔의 하부면에 희생양극이 부착된 캔형 전기화학소자의 전지 케이스로서, 손상된 도금층으로 인해 금속 캔 대신 희생양극이 산화되는 모습을 개략적으로 나타내는 단면도이다.4 is a cross-sectional view schematically showing a metal case of a conventional can-type electrochemical device in which a damaged metal layer is oxidized due to a damaged plating layer. FIG. 5 is a cross- Sectional view schematically showing a state in which a sacrificial anode is oxidized instead of a metal can due to a damaged plating layer as a battery case of a can-type electrochemical device to which an anode is attached.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 종래의 캔형 전기화학소자의 조립 공정 중, 금속 캔에 변형이 가해지거나, 외부충격에 의해 도금층(22)이 손상됨으로써 모재 금속 캔(21)이 외부로 드러나게 되면 외부의 습한 환경, 예를 들어 전해액에 노출 되거나, 수분 또는 공기 중에 직접적으로 노출될 수 있다.4 and 5, during the assembling process of the conventional can-type electrochemical device, deformation of the metal can is caused, or the
일반적으로 상기 모재 금속 캔(21)은 철로 이루어질 수 있고, 상기 도금층(22)은 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어질 수 있는데, 니켈로 이루어진 도금층 사이로 노출된 철 재질의 모재 금속은 니켈보다 이온화 경향이 더 큰 금속이어서, 산화하려는 경향이 강하기 때문에, 상대적으로 작은 면적의 모재 금속이 도금층의 넓은 면적에 전자를 제공하게 되는 '소양극-대음극'현상이 발생하여 금속 캔의 부식이 급속하게 진행될 수 있다.In general, the base metal can 21 may be made of iron, and the
하지만, 본 발명에서처럼, 와셔의 하부면에, 금속 캔보다 이온화 경향이 큰 희생양극을 부착함으로써, 도금층이 손상되어 모재 금속이 외부로 드러나더라도 희생양극이 먼저 산화됨으로써 금속 캔의 부식을 방지하게 된다.However, by attaching the sacrificial anode having a larger ionization tendency than the metal can to the lower surface of the washer, as in the present invention, even if the plating metal is damaged and the base metal is exposed to the outside, the sacrificial anode is first oxidized to prevent corrosion of the metal can .
한편, 본 발명에 따른 캐소드는, 캐소드 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 캐소드 활물질층이 집전체의 일면 또는 양면에 담지된 구조를 갖는다.On the other hand, the cathode according to the present invention has a structure in which the cathode active material layer including the cathode active material, the conductive material, and the binder is supported on one or both surfaces of the current collector.
상기 캐소드 활물질로는 리튬 함유 산화물을 포함할 수 있으며, 리튬 함유 전이금속 산화물이 바람직하게 사용될 수 있다. 예를 들면 LixCoO2(0.5<x<1.3), LixNiO2(0.5<x<1.3), LixMnO2(0.5<x<1.3), LixMn2O4(0.5<x<1.3), Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1 -yCoyO2(0.5<x<1.3, 0<y<1), LixCo1 -yMnyO2(0.5<x<1.3, 0≤y<1), LixNi1 -yMnyO2(0.5<x<1.3, O≤y<1), Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2 -zNizO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixMn2 -zCozO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixCoPO4(0.5<x<1.3) 및 LixFePO4(0.5<x<1.3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은 알루미늄(Al) 등의 금속이나 금속산화물로 코팅될 수도 있다. 또한, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물 외에 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 등도 사용될 수 있다.The cathode active material may include a lithium-containing oxide, and a lithium-containing transition metal oxide may be preferably used. For example, Li x CoO 2 (0.5 <x <1.3), Li x NiO 2 (0.5 <x <1.3), Li x MnO 2 (0.5 <x <1.3), Li x Mn 2 O 4 1.3), Li x (Ni a Co b Mn c) O 2 (0.5 <x <1.3, 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1, a + b + c = 1), Li x Ni 1 -y Co y O 2 (0.5 <x <1.3, 0 <y <1), Li x Co 1 -y Mn y O 2 (0.5 <x <1.3, 0≤y <1), Li x Ni 1 -y Mn y O 2 (0.5 <x <1.3, 0≤y <1), Li x (Ni a Co b Mn c ) O 4 (0.5 <x <1.3, 0 <a < 2, 0 <c <2, a + b + c = 2), Li x Mn 2 -z Ni z O 4 (0.5 <x <1.3, 0 <z <2), Li x Mn 2 -z Co z O 4 (0.5 <x <1.3, 0 <z <2), Li x CoPO 4 (0.5 <x <1.3) and 2 out of any one or combinations selected from the group consisting of Li x FePO 4 (0.5 <x <1.3) And the lithium-containing transition metal oxide may be coated with a metal such as aluminum (Al) or a metal oxide. In addition to the lithium-containing transition metal oxide, sulfide, selenide and halide may also be used.
상기 도전재는, 전기화학소자에서 화학변화를 일으키지 않는 전자 전도성 물질이면 특별한 제한이 없다. 일반적으로 카본블랙(carbon black), 흑연, 탄소섬유, 카본 나노튜브, 금속분말, 도전성 금속산화물, 유기 도전재 등을 사용할 수 있고, 현재 도전재로 시판되고 있는 상품으로는 아세틸렌 블랙계열 (쉐브론 케미컬 컴퍼니(Chevron Chemical Company) 또는 걸프 오일 컴퍼니 (Gulf Oil Company) 제품 등), 케트젠블랙 (Ketjen Black) EC 계열(아르막 컴퍼니 (Armak Company) 제품), 불칸 (Vulcan) XC-72(캐보트 컴퍼니(Cabot Company) 제품) 및 수퍼 P (엠엠엠(MMM)사 제품)등이 있다. 예를 들면 아세틸렌블랙, 카본블랙, 흑연 등을 들 수 있다.The conductive material is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not cause a chemical change in an electrochemical device. In general, carbon black, graphite, carbon fiber, carbon nanotube, metal powder, conductive metal oxide, organic conductive material and the like can be used. Commercially available products as the conductive material include acetylene black series (manufactured by Chevron Chemical Co., (Chevron Chemical Company or Gulf Oil Company products), Ketjen Black EC series (Armak Company), Vulcan XC-72 (Cabot Company) and Super P (MM (MMM)). For example, acetylene black, carbon black and graphite.
상기 애노드는, 애노드 활물질 및 바인더를 포함하는 애노드 활물질층이 집전체의 일면 또는 양면에 담지된 구조를 갖는다.The anode has a structure in which an anode active material layer including an anode active material and a binder is supported on one surface or both surfaces of the current collector.
상기 애노드 활물질로는 통상적으로 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 리튬 금속, 탄소재, 금속 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.As the anode active material, a lithium metal, a carbonaceous material, a metal compound, or a mixture thereof may be used, in which lithium ions can be occluded and released.
구체적으로 상기 탄소재로는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소(hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연(Kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbon microbeads), 액정피치(Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.Concretely, as the carbonaceous material, both low-crystalline carbon and highly-crystalline carbon can be used. Examples of the low crystalline carbon include soft carbon and hard carbon. Examples of highly crystalline carbon include natural graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, liquid crystal pitch carbon fiber high temperature sintered carbon such as mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, mesophase pitches and petroleum or coal tar pitch derived cokes.
상기 금속 화합물로는 Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Mg, Sr, Ba 등의 금속 원소를 1종 이상 함유하는 화합물을 들 수 있다. 이들 금속 화합물은 단체, 합금, 산화물(TiO2, SnO2 등), 질화물, 황화물, 붕화물, 리튬과의 합금 등, 어떤 형태로도 사용할 수 있지만, 단체, 합금, 산화물, 리튬과의 합금은 고용량화될 수 있다. 그 중에서도, Si, Ge 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유할 수 있고, Si 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 것이 전지를 더 고용량화할 수 있다.Examples of the metal compound include metal elements such as Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Mg, , And the like. These metal compounds may be a single substance, an alloy, an oxide (TiO 2 , SnO 2 Or the like), a nitride, a sulfide, a boride, an alloy with lithium, or the like, but an alloy with a single substance, an alloy, an oxide, and lithium can be increased in capacity. Among them, it may contain at least one element selected from Si, Ge and Sn, and it may further increase the capacity of the battery including at least one element selected from Si and Sn.
상기 캐소드 및 애노드에 사용되는 바인더는, 캐소드 활물질 및 애노드 활물질을 집전체에 유지시키고, 또 활물질들 사이를 이어주는 기능을 갖는 것으로서, 통상적으로 사용되는 바인더가 제한 없이 사용될 수 있다.The binder used for the cathode and the anode has a function of holding the cathode active material and the anode active material on the current collector and also connecting the active materials, and a commonly used binder may be used without limitation.
예를 들면, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌 (PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴 풀루오라이드 (polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리메틸 메타크릴레이트 (polymethyl methacrylate), 스티렌-부타디엔 고무 (SBR, styrene butadiene rubber), 카르복실 메틸 셀룰로오스 (CMC, carboxyl methyl cellulose) 등의 다양한 종류의 바인더가 사용될 수 있다.For example, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate various kinds of binders such as polymethyl methacrylate, styrene butadiene rubber (SBR), and carboxyl methyl cellulose (CMC) can be used.
상기 캐소드 및 상기 애노드에 사용되는 집전체는 전도성이 높은 금속으로, 상기 활물질의 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속으로 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 구체적으로 캐소드용 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 애노드용 집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다. 또한, 상기 집전체는 상기 물질들로 이루어진 기재들을 적층하여 사용할 수도 있다.The current collector used for the cathode and the anode may be any metal having a high conductivity and a metal which can easily adhere to the slurry of the active material and is not reactive in the voltage range of the battery. Specifically, examples of the current collector for a cathode include aluminum, nickel, or a combination thereof. Examples of the current collector for an anode include copper, gold, nickel, or a copper alloy or a combination thereof And the like. In addition, the current collector may be used by laminating the substrates made of the above materials.
상기 캐소드 및 애노드는, 활물질, 도전재, 바인더, 고비점 용제를 이용해 혼련하여 전극 합제로 한 후, 이 합제를 집전체의 동박 등에 도포하여, 건조, 가압 성형한 후, 50℃ 내지 250℃ 정도의 온도로 2시간 정도 진공 하에서 가열 처리함으로써 각각 제조될 수 있다.The cathode and the anode are kneaded using an active material, a conductive material, a binder, and a high boiling point solvent to form an electrode mixture, and then the mixture is applied to a copper foil or the like of the current collector and dried and press- Respectively, for 2 hours under a vacuum.
또한, 상기 캐소드 활물질층의 두께(집전체 한 면당)는 30 내지 120 ㎛, 또는 50 내지 100 ㎛일 수 있고, 상기 애노드 활물질층의 두께는 1 내지 100 ㎛, 또는 3 내지 70 ㎛일 수 있다. 상기 캐소드 활물질층 및 상기 애노드 활물질층이 이러한 두께 범위를 만족하는 경우, 전극층에서의 활물질량이 충분히 확보되어, 전지 용량이 작아지는 것을 방지할 수 있고, 사이클 특성이나 레이트 특성이 개선될 수 있다.The thickness of the cathode active material layer may be 30 to 120 占 퐉 or 50 to 100 占 퐉 and the thickness of the anode active material layer may be 1 to 100 占 퐉 or 3 to 70 占 퐉. When the cathode active material layer and the anode active material layer satisfy such a thickness range, the amount of active material in the electrode layer is sufficiently secured, the battery capacity can be prevented from being reduced, and the cycle characteristics and rate characteristics can be improved.
한편, 본 발명에 따른 세퍼레이터로는, 전기화학소자에 사용되는 다공성 고분자 기재라면 모두 사용이 가능하고, 예를 들면 폴리올레핀계 다공성 막(membrane) 또는 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.On the other hand, as the separator according to the present invention, any porous polymer substrate used for an electrochemical device can be used. For example, a polyolefin porous membrane or a nonwoven fabric may be used, but the present invention is not limited thereto.
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.Examples of the polyolefin-based porous film include polyolefin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, polybutylene, and polypentene, such as high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, low-density polyethylene and ultra-high molecular weight polyethylene, One membrane can be mentioned.
상기 부직포로는 폴리올레핀계 부직포 외에 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르 (polyester), 폴리아세탈 (polyacetal), 폴리아미드 (polyamide), 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리이미드 (polyimide), 폴리에테르에테르케톤 (polyetheretherketone), 폴리에테르설폰 (polyethersulfone), 폴리페닐렌 옥사이드 (polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌 설파이드 (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.The nonwoven fabric may include, in addition to the polyolefin nonwoven fabric, for example, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate ), Polyimide, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylenesulfide, and polyethylene naphthalene, which may be used alone or in combination, And nonwoven fabrics formed by mixing these polymers. The structure of the nonwoven fabric may be a spun bond nonwoven fabric or a meltblown nonwoven fabric composed of long fibers.
상기 다공성 고분자 기재의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 5 내지 50 ㎛일 수 있고, 다공성 고분자 기재에 존재하는 기공 크기 및 기공도 역시 특별히 제한되지 않으나 각각 0.01 내지 50 ㎛ 및 10 내지 95 %일 수 있다.The thickness of the porous polymer base material is not particularly limited, but may be 5 to 50 탆. The pore size and porosity present in the porous polymer base material are also not particularly limited, but may be 0.01 to 50 탆 and 10 to 95%, respectively.
한편, 상기 다공성 고분자 기재로 구성된 세퍼레이터의 기계적 강도 향상 및 캐소드와 애노드 사이의 단락 억제를 위해, 상기 다공성 고분자 기재의 적어도 일면에, 무기물 입자 및 고분자 바인더를 구비하는 다공성 코팅층을 더 포함할 수 있다.The porous polymer substrate may further include a porous coating layer having inorganic particles and a polymer binder on at least one surface of the porous polymer substrate to improve the mechanical strength of the separator composed of the porous polymer substrate and to prevent a short circuit between the cathode and the anode.
상기 다공성 코팅층에서는 고분자 바인더가 무기물 입자들이 서로 결착된 상태를 유지할 수 있도록 이들을 서로 부착(즉, 고분자 바인더가 무기물 입자 사이를 연결 및 고정)시키고 있으며, 또한 다공성 코팅층은 고분자 바인더에 의해 다공성 고분자 기재와 결착된 상태를 유지한다. 이로 인해 무기물 입자들 사이에 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)이 형성되고, 상기 무기물 입자 사이의 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)은 빈 공간이 되어 기공을 형성할 수 있다.In the porous coating layer, the polymer binder binds the inorganic particles together (that is, the polymer binder binds and fixes the inorganic particles) so that the inorganic particles can remain bonded to each other, and the porous coating layer is formed by the polymeric binder And maintains the engaged state. As a result, an interstitial volume is formed between the inorganic particles, and an interstitial volume between the inorganic particles becomes an empty space to form pores.
이때, 사용되는 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 상기 무기물 입자는 적용되는 전기화학소자의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는 경우 전기화학소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있다.At this time, the inorganic particles used are not particularly limited as long as they are electrochemically stable. That is, the inorganic particles are not particularly limited as long as the oxidation and / or reduction reaction does not occur in the operating voltage range of the applied electrochemical device (for example, 0 to 5 V based on Li / Li + ). Particularly, when inorganic particles having ion transfer ability are used, the ion conductivity in the electrochemical device can be increased to improve the performance.
또한, 무기물 입자로서 유전율이 높은 무기물 입자를 사용하는 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.When inorganic particles having a high dielectric constant are used as the inorganic particles, dissociation of an electrolyte salt, for example, a lithium salt, in the liquid electrolyte is also increased, and ion conductivity of the electrolyte can be improved.
전술한 이유들로 인해, 상기 무기물 입자는 유전율 상수가 5 이상, 또는 10 이상인 고유전율 무기물 입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.For the reasons stated above, the inorganic particles may include high-permittivity inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, or 10 or more, inorganic particles having lithium ion-transporting ability, or a mixture thereof.
유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자의 비제한적인 예로는 BaTiO3, Pb(ZrxTi1 -x)O3 (PZT, 여기서 0 < x < 1), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3 (PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1임), (1-x)Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3-xPbTiO3 (PMN-PT, 여기서 0 < x < 1), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, SiC, TiO2 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.Nonlimiting examples of inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more include BaTiO 3 , Pb (Zr x Ti 1 -x ) O 3 (PZT, where 0 <x <1), Pb 1 - x La x Zr 1 - y Ti y O 3 (PLZT, where, 0 <x <1, 0 <y <1 Im), (1-x) Pb (Mg 1/3
특히, 전술한 BaTiO3, Pb(ZrxTi1 -x)O3 (PZT, 여기서 0 < x < 1), Pb1 - xLaxZr1 -yTiyO3 (PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1임), (1-x)Pb(Mg1 /3Nb2 /3)O3 - xPbTiO3 (PMN-PT, 여기서 0 < x < 1), 하프니아(HfO2)와 같은 무기물 입자들은 유전율 상수 100 이상인 고유전율 특성을 나타낼 뿐만 아니라, 일정 압력을 인가하여 인장 또는 압축되는 경우 전하가 발생하여 양쪽 면 간에 전위차가 발생하는 압전성(piezoelectricity)을 가짐으로써, 외부 충격에 의한 양(兩) 전극의 내부 단락 발생을 방지하여 전기화학소자의 안전성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 전술한 고유전율 무기물 입자와 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자들을 혼용할 경우 이들의 상승 효과는 배가될 수 있다.In particular, the above-described BaTiO 3, Pb (Zr x Ti 1 -x) O 3 (PZT, where 0 <x <1), Pb 1 - x La x Zr 1 -y Ti y O 3 (PLZT, where 0 < x <1, 0 <y < 1 Im), (1-x) Pb (Mg 1/3
상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기물 입자를 지칭하는 것으로서, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 입자 구조 내부에 존재하는 일종의 결함(defect)으로 인해 리튬 이온을 전달 및 이동시킬 수 있기 때문에, 전지 내 리튬 이온 전도도가 향상되고, 이로 인해 전지 성능 향상을 도모할 수 있다. 상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자의 비제한적인 예로는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), 14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5 등과 같은 (LiAlTiP)xOy 계열 glass (0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), Li3 .25Ge0 .25P0 .75S4 등과 같은 리튬게르마니움티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 0 < w < 5), Li3N 등과 같은 리튬나이트라이드(LixNy, 0 < x < 4, 0 < y < 2), Li3PO4-Li2S-SiS2 등과 같은 SiS2 계열 글래스(LixSiySz, 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4), LiI-Li2S-P2S5 등과 같은 P2S5 계열 글래스(LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 또는 이들의 혼합물 등이 있다.The inorganic particles having the lithium ion transferring ability refer to inorganic particles that contain a lithium element but do not store lithium but have a function of transferring lithium ions. The inorganic particles having lithium ion transferring ability exist in the particle structure Since lithium ions can be transferred and transferred due to a kind of defect, the lithium ion conductivity in the battery can be improved and the battery performance can be improved. Examples of the inorganic particles having lithium ion transferring ability include lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y < (Li x Al y Ti z (PO 4 ) 3 , 0 <x <2, 0 <y <1, 0 <z <3), 14Li 2 O-9Al 2 O 3 -38TiO 2 -39P 2 O 5 as such (LiAlTiP) x O y series glass (0 <x <4, 0 <y <13), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3, 0 <x <2, 0 <y <3 ), Li 3 .25 Ge 0 .25 P 0 .75 S 4 Lithium, such as germanium Mani help thiophosphate lithium nitro, such as (Li x Ge y P z S w, 0 <x <4, 0 <y <1, 0 <z <1, 0 <w <5), Li 3 N fluoride (Li x N y, 0 < x <4, 0 <y <2), Li 3 PO 4 -Li 2 S-
그리고, 상기 다공성 코팅층 형성에 사용되는 고분자 바인더로는 당 업계에서 다공성 코팅층 형성에 통상적으로 사용되는 고분자를 사용할 수 있다. 특히, 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg)가 -200 내지 200℃인 고분자를 사용할 수 있는데, 이는 최종적으로 형성되는 다공성 코팅층의 유연성 및 탄성 등과 같은 기계적 물성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 이러한 고분자 바인더는 무기물 입자들 사이를 연결 및 안정하게 고정시켜주는 바인더 역할을 충실히 수행함으로써, 다공성 코팅층이 도입된 세퍼레이터의 기계적 물성 저하 방지에 기여한다.As the polymer binder used for forming the porous coating layer, a polymer commonly used in the formation of the porous coating layer in the art can be used. In particular, a polymer having a glass transition temperature (T g ) of -200 to 200 ° C can be used because it can improve mechanical properties such as flexibility and elasticity of a finally formed porous coating layer. Such a polymer binder faithfully performs a binder function to connect and stably fix inorganic particles, thereby contributing to prevention of degradation of mechanical properties of the separator into which the porous coating layer is introduced.
또한, 고분자 바인더는 이온 전도 능력을 반드시 가질 필요는 없으나, 이온 전도 능력을 갖는 고분자를 사용할 경우 전기화학소자의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 고분자 바인더는 가능한 유전율 상수가 높은 것을 사용할 수 있다. 실제로 전해액에서 염의 해리도는 전해액 용매의 유전율 상수에 의존하기 때문에, 상기 고분자의 유전율 상수가 높을수록 전해질에서의 염 해리도를 향상시킬 수 있다. 이러한 고분자 바인더의 유전율 상수는 1.0 내지 100 (측정 주파수 = 1 kHz) 범위가 사용 가능하며, 특히 10 이상일 수 있다.Further, the polymer binder does not necessarily have ion conductivity, but when the polymer having ion conductivity is used, the performance of the electrochemical device can be further improved. Therefore, a polymer binder having a high permittivity constant can be used. Actually, the dissociation degree of the salt in the electrolytic solution depends on the permittivity constant of the solvent of the electrolyte. Therefore, the higher the permittivity constant of the polymer, the better the salt dissociation degree in the electrolyte. The permittivity constant of such a polymeric binder may be in the range of 1.0 to 100 (measurement frequency = 1 kHz), in particular, 10 or more.
전술한 기능 이외에, 고분자 바인더는 액체 전해액 함침시 겔화됨으로써 높은 전해액 팽윤도(degree of swelling)를 나타낼 수 있는 특징을 가질 수 있다. 이에 따라, 고분자 바인더의 용해도 지수는 15 내지 45 MPa1 /2 또는 15 내지 25 MPa1 /2 및 30 내지 45 MPa1 /2 범위이다. 따라서, 폴리올레핀류와 같은 소수성 고분자들보다는 극성기를 많이 갖는 친수성 고분자들이 더 사용될 수 있다. 용해도 지수가 15 MPa1/2 미만 및 45 MPa1 /2를 초과할 경우, 통상적인 전지용 액체 전해액에 의해 팽윤(swelling)되기 어려울 수 있기 때문이다.In addition to the functions described above, the polymeric binder may be characterized by being capable of exhibiting a high degree of swelling of the electrolyte due to gelation upon impregnation with a liquid electrolyte. Accordingly, the solubility parameter of the polymeric binder is from 15 to 45 MPa 1/2 or 15 to 25 MPa 1/2, and 30 to 45 MPa 1/2 range. Therefore, hydrophilic polymers having many polar groups can be used more than hydrophobic polymers such as polyolefins. If the solubility is more than 1/2 and less than 15 MPa 45 MPa 1/2, because it can be difficult to swell (swelling) by conventional liquid electrolyte batteries.
이러한 고분자 바인더의 비제한적인 예로는 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 풀루란 (pullulan) 및 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose)등을 들 수 있다.Non-limiting examples of such polymeric binders include polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, polyvinylidene fluoride-co-trichlorethylene, poly But are not limited to, polymethylmethacrylate, polybutylacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, polyethylene-co- polyvinyl acetate, vinyl acetate, polyethylene oxide, polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, Cyanoethylpullulan, cyanoethylpolybi Cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, and carboxyl methyl cellulose can be given.
그리고, 상기 무기물 입자와 고분자 바인더의 중량비는 50:50 내지 99:1, 또는 60:40 내지 90:10, 또는 70:30 내지 80:20일 수 있다.The weight ratio of the inorganic particles to the polymeric binder may be 50:50 to 99: 1, or 60:40 to 90:10, or 70:30 to 80:20.
또한, 무기물 입자와 고분자 바인더로 구성되는 다공성 코팅층의 두께는 특별한 제한이 없으나, 0.01 내지 20㎛ 범위일 수 있다. 또한, 기공 크기 및 기공도 역시 특별한 제한이 없으나, 기공 크기는 0.01 내지 10㎛ 범위일 수 있고, 기공도는 5 내지 90% 범위일 수 있다.The thickness of the porous coating layer composed of the inorganic particles and the polymer binder is not particularly limited, but may be in the range of 0.01 to 20 占 퐉. The pore size and porosity are also not particularly limited, but the pore size may be in the range of 0.01 to 10 mu m, and the porosity may be in the range of 5 to 90%.
이때, 상기 전기화학소자는, 전기 화학 반응을 하는 모든 소자를 포함하며, 구체적인 예를 들면, 모든 종류의 이차 전지, 연료 전지, 태양 전지 또는 슈퍼 커패시터 소자와 같은 커패시터(capacitor) 등이 있다. 특히, 상기 이차 전지 중 리튬 금속 이차 전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 이차 전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등을 포함하는 리튬 이차전지가 바람직하다.Here, the electrochemical device includes all devices that perform an electrochemical reaction, and specific examples thereof include capacitors such as all kinds of secondary cells, fuel cells, solar cells, or super-capacitor devices. Particularly, a lithium secondary battery including a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery among the above secondary batteries is preferable.
한편, 상기 비수 전해액은 전해질 염과 유기용매를 포함할 수 있으며, 상기 전해질 염은 리튬염이다. 상기 리튬염은 리튬 이차전지용 비수 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- , CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.Meanwhile, the non-aqueous electrolyte may include an electrolyte salt and an organic solvent, and the electrolyte salt is a lithium salt. The lithium salt may be any of those conventionally used for non-aqueous electrolytes for lithium secondary batteries. For example is the above lithium salt anion F -, Cl -, Br - , I -, NO 3 -, N (CN) 2 -, BF 4 -, ClO 4 -, PF 6 -, (CF 3) 2 PF 4 -, (CF 3) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -, CF 3 SO 3 -, CF 3
전술한 비수 전해액에 포함되는 유기용매로는 리튬 이차전지용 비수 전해액에 통상적으로 사용되는 것들을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 에테르, 에스테르, 아미드, 선형 카보네이트, 환형 카보네이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.Examples of the organic solvent included in the non-aqueous electrolyte include those commonly used in non-aqueous electrolytes for lithium secondary batteries, such as ether, ester, amide, linear carbonate, cyclic carbonate, etc., Or more.
그 중에서 대표적으로는 환형 카보네이트, 선형 카보네이트, 또는 이들의 혼합물인 카보네이트 화합물을 포함할 수 있다.Among them, a carbonate compound which is typically a cyclic carbonate, a linear carbonate, or a mixture thereof may be included.
상기 환형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 비닐에틸렌 카보네이트 및 이들의 할로겐화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 있다. 이들의 할로겐화물로는 예를 들면, 플루오로에틸렌 카보네이트(fluoroethylene carbonate, FEC) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the cyclic carbonate compound include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, Propylene carbonate, 2,3-pentylene carbonate, vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, and halides thereof, or a mixture of two or more thereof. Examples of such halides include, but are not limited to, fluoroethylene carbonate (FEC) and the like.
또한 상기 선형 카보네이트 화합물의 구체적인 예로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트 및 에틸프로필 카보네이트 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the linear carbonate compound include any one selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate and ethyl propyl carbonate And mixtures of two or more of them may be used as typical examples, but the present invention is not limited thereto.
특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 환형 카보네이트인 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해질 내의 리튬염을 보다 더 잘 해리시킬 수 있으며, 이러한 환형 카보네이트에 디메틸 카보네이트 및 디에틸 카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 보다 높은 전기 전도율을 갖는 전해액을 만들 수 있다.In particular, ethylene carbonate and propylene carbonate, which are cyclic carbonates in the carbonate-based organic solvent, are high-viscosity organic solvents having a high dielectric constant and can dissociate the lithium salt in the electrolyte more easily. In addition, such cyclic carbonates can be used as dimethyl carbonate and diethyl carbonate When a low viscosity, low dielectric constant linear carbonate is mixed in an appropriate ratio, an electrolyte having a higher electric conductivity can be produced.
또한, 상기 유기용매 중 에테르로는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르, 메틸프로필 에테르 및 에틸프로필 에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As the ether in the organic solvent, any one selected from the group consisting of dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, methyl ethyl ether, methyl propyl ether and ethyl propyl ether or a mixture of two or more thereof may be used , But is not limited thereto.
그리고 상기 유기용매 중 에스테르로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, σ-발레로락톤 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the ester in the organic solvent include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate,? -Butyrolactone,? -Valerolactone,? -Caprolactone,? -Valerolactone, ε-caprolactone, or a mixture of two or more thereof, but the present invention is not limited thereto.
상기 비수 전해액의 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전기화학소자의 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전기화학소자 조립 전 또는 전기화학소자 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.The injection of the nonaqueous electrolyte solution can be performed at an appropriate stage of the manufacturing process of the electrochemical device according to the manufacturing process and required properties of the final product. That is, it can be applied before assembling the electrochemical device or in the final stage of assembling the electrochemical device.
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.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
10: 캡 조립체
11: 탑 캡
12: 안전벤트
13: 절연부재
14: 전류차단부재
15: 가스켓
16: 노치
20: 금속 캔
21: 모재 금속 캔
22: 도금층
30: 전극조립체
31: 전극리드
40: 비딩부
50: 클림핑 부위
60: 희생양극
70: 와셔
80: 열수축성 튜브10: cap assembly 11: top cap
12: safety vent 13: insulating member
14: current blocking member 15: gasket
16: notch 20: metal can
21: base metal can 22: plated layer
30: electrode assembly 31: electrode lead
40: beading part 50: clamping part
60: Sacrificial anode 70: Washer
80: Heat-shrinkable tube
Claims (16)
상기 전극조립체를 수용하며, 모재 금속 캔, 및 상기 모재 금속 캔의 내부면 및 외부면 중 하나 이상에 형성된 도금층을 포함하는 금속 캔;
상기 금속 캔에 주입되며, 상기 전극조립체를 함침시키는 비수 전해액;
상기 금속 캔의 개방 상단에 조립되는 캡 조립체;
상기 캡 조립체의 상단에 위치하고, 상기 모재 금속 캔보다 이온화 경향이 큰 희생양극;
상기 희생양극의 상단에 위치하는 와셔; 및
상기 금속 캔, 상기 희생양극 및 상기 와셔의 외측으로 형성되며, 상기 희생양극 및 상기 와셔를 상기 금속 캔의 상단에 고정시키는 열수축성 튜브;를 포함하고,
상기 희생양극 및 상기 와셔는 상기 전극조립체에 연결된 하나의 단자가 외부로 노출되도록 홈부가 형성되며, 상기 희생양극에 형성된 홈부의 직경은, 상기 와셔에 형성된 홈부의 직경보다 더 큰 전기화학소자.An electrode assembly including a cathode, an anode, and a separator interposed between the cathode and the anode;
A metal can containing the electrode assembly and including a base metal can, and a plating layer formed on at least one of the inner and outer surfaces of the base metal can;
A non-aqueous electrolyte injected into the metal can to impregnate the electrode assembly;
A cap assembly assembled to an open top of the metal can;
A sacrificial anode located at an upper end of the cap assembly and having a greater ionization tendency than the base metal can;
A washer located at the top of the sacrificial anode; And
And a heat-shrinkable tube formed outside the metal can, the sacrificial anode, and the washer to fix the sacrificial anode and the washer to the upper end of the metal can,
Wherein the sacrificial anode and the washer are formed with a groove portion so that one terminal connected to the electrode assembly is exposed to the outside and the diameter of the groove portion formed in the sacrificial anode is larger than the diameter of the groove portion formed in the washer.
상기 모재 금속 캔은 철로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기화학소자.The method according to claim 1,
Wherein the base metal can is made of iron.
상기 도금층은, 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기화학소자.The method according to claim 1,
Wherein the plating layer is made of nickel or a nickel alloy.
상기 금속 캔은, 원통형 캔이며, 상기 캡 조립체에는 전극조립체에 연결된 캐소드의 돌출 단자가 중앙에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.The method according to claim 1,
Wherein the metal can is a cylindrical can, and the cap assembly has a protruding terminal of a cathode connected to the electrode assembly formed at the center thereof.
상기 와셔는, 절연 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기화학소자.The method according to claim 1,
Wherein the washer is made of an insulating material.
상기 절연 물질은, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리테트라풀루오로에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.6. The method of claim 5,
Wherein the insulating material is any one selected from the group consisting of polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, and polytetrafluoroethylene, or a mixture of two or more thereof.
상기 와셔는, 0.15 mm 내지 0.8 mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.The method according to claim 1,
Wherein the washer has a thickness of 0.15 mm to 0.8 mm.
상기 희생양극은, 마그네슘, 알루미늄 및 아연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기화학소자.The method according to claim 1,
Wherein the sacrificial anode is made of any one selected from the group consisting of magnesium, aluminum and zinc, or a mixture of two or more thereof.
상기 희생양극은, 0.15 mm 내지 0.8 mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.The method according to claim 1,
Wherein the sacrificial anode has a thickness of 0.15 mm to 0.8 mm.
상기 캐소드는, 리튬 함유 산화물을 포함하는 캐소드 활물질을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.The method according to claim 1,
Wherein the cathode comprises a cathode active material containing a lithium-containing oxide.
상기 리튬 함유 산화물은, 리튬 함유 전이금속 산화물인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.11. The method of claim 10,
Wherein the lithium-containing oxide is a lithium-containing transition metal oxide.
상기 리튬 함유 전이금속 산화물은, LixCoO2(0.5<x<1.3), LixNiO2(0.5<x<1.3), LixMnO2(0.5<x<1.3), LixMn2O4(0.5<x<1.3), Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1 -yCoyO2(0.5<x<1.3, 0<y<1), LixCo1 -yMnyO2(0.5<x<1.3, 0≤y<1), LixNi1 -yMnyO2(0.5<x<1.3, O≤y<1), Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2 -zNizO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixMn2 -zCozO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixCoPO4(0.5<x<1.3) 및 LixFePO4(0.5<x<1.3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.12. The method of claim 11,
The lithium-containing transition metal oxides, Li x CoO 2 (0.5 < x <1.3), Li x NiO 2 (0.5 <x <1.3), Li x MnO 2 (0.5 <x <1.3), Li x Mn 2 O 4 (0.5 <x <1.3), Li x (Ni a Co b Mn c) O 2 (0.5 <x <1.3, 0 <a <1, 0 <b <1, 0 <c <1, a + b + c 1), Li x Ni 1- y Co y O 2 (0.5 <x <1.3, 0 <y <1), Li x Co 1 -y Mn y O 2 ), Li x Ni 1 -y Mn y O 2 (0.5 <x <1.3, O≤y <1), Li x (Ni a Co b Mn c) O 4 (0.5 <x <1.3, 0 <a <2 , 0 <b <2, 0 <c <2, a + b + c = 2), Li x Mn 2 -z Ni z O 4 (0.5 <x <1.3, 0 <z <2), Li x Mn 2 in -z Co z O 4 (0.5 < x <1.3, 0 <z <2), Li x CoPO 4 (0.5 <x <1.3) and Li x FePO 4 (0.5 <x <1.3) which is selected from the group consisting of Or a mixture of two or more thereof.
상기 애노드는, 리튬 금속, 탄소재, 금속 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 애노드 활물질을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.The method according to claim 1,
Wherein the anode comprises an anode active material comprising lithium metal, a carbonaceous material, a metal compound, or a mixture thereof.
상기 금속 화합물은, Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Mg, Sr, 및 Ba로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.14. The method of claim 13,
The metal compound may be at least one selected from the group consisting of Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Or a mixture of two or more thereof.
상기 세퍼레이터는, 다공성 고분자 기재거나, 상기 다공성 고분자 기재의 적어도 일면에 도포된 무기물 입자 및 고분자 바인더를 구비하는 다공성 코팅층을 포함하는 세퍼레이터인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.The method according to claim 1,
Wherein the separator is a porous polymer substrate, or a separator comprising a porous coating layer comprising inorganic particles coated on at least one side of the porous polymer substrate and a polymeric binder.
상기 다공성 고분자 기재는, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드 및 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 형성된 것을 특징으로 하는 전기화학소자.16. The method of claim 15,
The porous polymer substrate may be at least one selected from the group consisting of high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ultrahigh molecular weight polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, Wherein the electrochemical device is formed of any one selected from the group consisting of ether ketone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, and polyethylene naphthalene, or a mixture of two or more thereof.
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