KR20200053782A - 전지의 내부단락 유도장치, 이를 포함하는 전지 및 전지의 내부단락을 통한 안전성 평가방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지의 평가 및 발화를 방지하고, 정확한 전극 간 단락 모사를 가능하게 하는 전지의 내부단락 유도장치에 관한 것으로서, 리튬 이온이 통과할 수 있는 다수의 기공이 형성된 2개 이상의 다공성 왁스층; 리튬 이온이 통과할 수 있는 다수의 기공이 형성된 다공성 또는 매쉬 형상을 갖는 1개 이상의 금속 호일층; 을 포함하고, 상기 금속 호일층은 상기 다공성 왁스층 사이에 개재되는 것을 특징으로 한다.

Description

전지의 내부단락 유도장치, 이를 포함하는 전지 및 전지의 내부단락을 통한 안전성 평가방법{Battery internal short circuit inductive device, battery having the same, and battery internal short circuit safety evaluating method}
전지의 내부단락 유도장치, 이를 포함하는 전지 및 전지의 내부단락을 통한 안전성 평가방법에 관한 것으로, 전지의 충방전을 통해 전지의 단락 여부를 확인할 수 있도록 한 전지의 내부 단락 유도장치에 관한 것이다.
화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격이 상승하고, 환경오염에 대한 관심이 증폭되면서 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있고, 특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있다.
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 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
일반적으로, 이차전지는 집전체의 표면에 전극활물질을 포함하는 전극 합제를 도포하여 양극과 음극을 구성하고 그 사이에 분리막을 개재하여 전극조립체를 만든 후, 원통형 또는 각형의 금속 캔이나 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 장착하고, 상기 전극조립체에 주로 액체 전해질을 주입 또는 함침시키거나 고체 전해질을 사용하여 제조된다.
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 분리막 시트로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
한편, 전극은 이온의 교환을 통해서 전류를 발생시키는데, 전극을 이루는 양극 및 음극은 금속으로 이루어진 전극 집전체에 전극 활물질이 도포된 구조로 이루어진다.
일반적으로 음극은 구리 또는 알루미늄 등으로 이루어진 전극판에 탄소계 활물질이 도포된 구조로 이루어지고, 양극은 알루미늄 등으로 이루어진 전극판에 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2 등으로 이루어진 활물질이 코팅된 구조로 이루어진다.
이렇게 양극 또는 음극을 제조하기 위해 한쪽 방향으로 긴 금속시트로 이루어진 전극 집전체에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제를 도포한다.
분리막은 전지의 양극과 음극 사이에 위치하여 절연을 시키며, 전해액을 유지시켜 이온전도의 통로를 제공한다.
이러한 이차전지는 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.
리튬 이차전지는 우수한 전기적 특성을 가지고 있음에 반해 안전성이 낮다는 문제점을 가지고 있다. 예를 들어, 리튬 이차전지는 과충전, 과방전, 고온에의 노출, 전기적 단락 등 비정상적인 작동 상태에서 전지 구성요소들인 활물질, 전해질 등의 분해반응이 유발되어 열과 가스가 발생하고 이로 인해 초래된 고온 고압의 조건은 상기 분해반응을 더욱 촉진하여 급기야 발화 또는 폭발을 초래하기도 한다.
또한 전지에 내부단락이 발생한 경우에도 그 안전성을 확보하는 것이 매우 중요하며, 이를 위해서는 내부단락이 발생했을 때의 전지의 안전성을 올바르게 평가하는 것이 중요하다. 리튬 이온 이차전지 등의 전지의 안전성 항목으로서 내부단락시의 발열거동을 평가하는 전지 평가 시험이, 예를 들면, 리튬 전지를 위한 UL규격(UL1642), 전지 공업회로부터의 지침(SBA G1101-1997 리튬 이차전지 안전성 평가 기준 가이드 라인) 등으로 제정되어 있다.
종래에는 내부 단락을 유도하기 위해 발열체를 넣고 발열체에 의해 내부 발열을 시키는 방식, 내부의 분리막을 미리 뚫어 놓고 그 부분에 화학 약품 처리를 해서 일정한 온도에서 녹게 하는 방식, 일정한 형태의 금속물질을 집어 넣고 외력을 가하여 분리막을 찢어 내부 단락을 유도하는 방식이 있었다. 그러나 첫 번째 방법의 경우 셀 내부의 발열체 및 외부 발열원으로 인해 실제 사용하는 제품과 형태가 달라지게 되며, 두 번째 방법의 경우 실제 사용하는 분리막에 변형을 줘야 하고 분리막이 파손된 부분에 화학 처리를 함으로 인해 기존 제품과 특성이 달라질 수 있고 셀 내부 화학 작용에 의한 부반응으로 인해 원하는 반응이 발생하지 않을 수 있다는 문제가 있었다.
미국공개특허 2013-0209841에서는, 전지의 내부단락 유도장치로서 분리막 타공 후 구리 판을 삽입 후, 분리막 양면에 구리 및 알루미늄 판을 덧댄 후, 구리판과 분리막, 또는 알루미늄 판과 분리막 사이에 왁스층을 설치한 내부단락 유도장치를 개시하고 있다. 상기 내부단락 유도장치에서 왁스층의 융점 이상으로 온도가 상승하면 왁스층이 제거되고 양극과 음극이 구리판 및 알루미늄 판에 의해 전기적으로 연결되어 내부 단락이 발생한다.
그러나 상기와 같은 내부단락 유도장치의 경우 알루미늄판 및 구리 판이 부착되는 부분에서는 리튬 이온의 이온이 불가능하여 반응이 일어나지 않고, 그 결과 내부단락 유도장치가 설치되지 않은 전지에 비해 전지 용량이 감소하고, 일반적인 전지의 SOC값에 따른 거동과 차이가 발생하였다.
또한 내부 단락에 대한 안전성 평가시 종래의 내부단락 유도장치에 의할 경우 장치가 설치된 부분에 형성된 미반응 영역으로 인하여 내부단락 유도장치가 설치되지 않은 일반적인 전지와 비교하였을 때 단락 거동에서 차이가 발생하여, 정확한 안전성 테스트가 불가능했다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 창안된 것으로서, 상기 내부단락 유도장치가 부착된 지점에서도 리튬 이온의 이동에 따른 전지 반응이 일어나도록 함으로써 전지의 성능을 향상시키고, 내부단락 발생시 정확한 전극 간 단락 모사가 가능하도록 한 전지의 내부단락 유도장치 및 이를 이용한 전지셀, 전지의 안전성 평가방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치는,
리튬 이온이 통과할 수 있는 다수의 기공이 형성된 2개 이상의 다공성 왁스층;
리튬 이온이 통과할 수 있는 다수의 기공이 형성된 다공성 또는 매쉬 형상을 갖는 1개 이상의 금속 호일층; 을 포함하고,
상기 금속 호일층은 상기 다공성 왁스층 사이에 개재되는 구조일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치는 분리막에 타공 후 형성되는 홀에 삽입되는 것일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치에서, 상기 금속 호일층은 알루미늄, 구리, 티탄을 포함하는 군에서 선택된 1종 이상의 금속 소재로 이루어진 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치에서, 상기 다공성 왁스층은 불용성 알코올 지방산 에스터 또는 고체 알케인을 포함하는 탄화수소 혼합물로 이루어진 것일 수 있다.
더욱 구체적으로, 본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치에서, 상기 다공성 왁스층은 파라핀계 화합물일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치에서, 상기 다공성 왁스층에 형성되는 상기 기공의 평균 크기는 20㎛ 내지 1mm일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치에서, 상기 금속 호일층에 형성되는 상기 기공의 평균 크기는 20㎛ 내지 1mm 일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치에서, 상기 다공성 왁스층의 직경은 0.4 내지 2.5cm일 수 있고, 상기 금속 호일층의 직경은 0.3 내지 2cm 일 수 있다. 또한 상기 금속 호일층의 직경은 상기 다공성 왁스층의 직경에 대응하거나 그보다 작을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치에서, 상기 홀의 직경은 상기 다공성 왁스층의 외주변과 분리막 사이에 접촉되는 부분이 형성되도록 상기 다공성 왁스층의 직경보다 작고,
금속 호일층이 상기 홀을 통과할 수 있도록 상기 금속 호일층의 직경에 대응하거나 또는 상기 금속 호일층의 직경보다 클 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치에서, 상기 다공성 왁스층의 외주변과 분리막이 접촉되는 부분에는 접착층이 형성될 수 있고, 상기 접착층과 분리막이 부착됨으로써 상기 내부단락 유도장치가 분리막에 삽입될 수 있다. 구체적으로 상기 다공성 왁스층 중 일부 다공성 왁스층에만 접착층이 형성될 수 있다. 또한 상기 다공성 왁스층 중 접착층이 형성되지 않은 다공성 왁스층의 직경은 상기 금속 호일층의 직경에 대응될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치에서, 일정 온도 이상에서 상기 왁스층이 용융되고, 상기 금속 호일층과 양극 및 음극이 접촉함으로써 양극과 음극이 전기적으로 연결되고, 내부 단락이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치에서, 상기 왁스층이 용융되는 온도는 40 내지 80℃일 수 있다.
또한 본 발명은 본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치가 설치된 전지를 제공하는바, 상기 전지는 양극 및 음극, 상기 양극과 음극 사이에 본 발명에 따른 내부단락 유도장치가 설치된 분리막이 개재된 상태로 권취된 전극조립체가 전지케이스 내에 내장된 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 전지의 내부단락에 따른 안정성 평가 방법을 제공하는바, 상기 전지의 내부단락에 따른 안정성 평가방법은,
본 발명에 따른 내부단락 유도장치를 제조하는 단계;
분리막을 타공하는 단계;
상기 내부단락 유도장치에 접착층을 형성하고 분리막에 부착시키는 단계;
양극과 음극 사이에 상기 내부 단락 유도 장치가 부착된 분리막을 개재한 상태로 권취된 전극 조립체를 케이스에 탑재하고 밀봉하여 전지를 제작하는 단계;
상기 전지를 만충전시키는 단계;
상기 전지를 가열하여 왁스층을 용융시키는 단계;
를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 상기 전지의 내부단락 유도장치는 다공성 구조가 형성되므로, 상기 내부단락 유도장치가 부착된 부분에서도 전극 사이에 리튬 이온의 이동을 통한 전지 반응이 가능하다. 이로써 특정 SOC에서 전극 간 단락 감지가 가능하고, 전지 분해 없이 실제 전지 구동상태에서의 전지 단락을 발생시킬 수 있으며, 더불어 초기상태뿐만 아니라 퇴화 후 내부단락유도가 가능하여 전지의 안정성 평가를 더욱 효율적으로 수행할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 내부단락 유도장치가 설치된 모습을 모식적으로 나타낸 전극조립체의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 전지의 내부단락 유도장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지의 내부단락 유도장치가 설치된 모습 및 상기 장치가 내부단락을 발생시키는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지의 내부단락 유도장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지의 내부단락 유도장치가 설치된 모습 상기 장치가 내부단락을 발생시키는 과정을 나타낸 모식도이다..
도 6은 본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치가 설치되는 원통형 전지의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명에 따른 내부단락 유도장치가 설치되는 파우치형 전지의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 8은 본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치가 롤 형태로 권취된 전극조립체에 설치되는 위치를 나타낸 모식도이다.
도 9는 본 발명에 따른 전지의 내부단락에 따른 안정성 평가방법 과정을 나타낸 순서도이다.
도 10은 본 발명의 실시예 1에 따른 전지의 내부단락 유도장치가 전지를 내부단락 시킨 경우 상기 단락된 전지의 SOC에 따른 전압을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
이하 본 발명을 자세히 설명한다.
도 1은 종래의 내부단락 유도장치가 설치된 모습을 모식적으로 나타낸 전극조립체의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 내부단락 유도장치는 왁스(140)가 절연체로 사용되어 배터리의 정상 작동 중에는 음극과 양극이 접촉하는 것을 방지하다가, 배터리가 왁스의 융점까지 상승할 경우 왁스가 제거되고, 음극과 양극 간에 접촉으로 인한 내부 단락이 발생한다.
구체적으로, 종래의 내부단락 유도장치는 분리막(120)에 구멍을 생성하여 상기 구멍에 구리와 같은 금속 소재의 블록(130)을 삽입 후, 상기 금속 판의 일측면에 왁스 층(140)을 개재한다. 그리고 알루미늄 판(160)을 분리막의 왁스층이 개재되지 않은 부분에 부착시키고, 왁스층(140)에는 구리 판(150)을 부착시키는 구조이다.
상기와 같이 분리막(120)에 내부단락 유도장치를 설치 후 분리막(120)과 음극(110), 양극(111)을 권취하여 전극조립체를 제조하게 된다.
내부단락 시험이란 전지의 안전성 시험 중에서도 내부 단락에 대한 내성을 평가하는 시험으로, 전지 내부에서 양극과 음극이 단락하는 경우로 모의한 시험이다. 내부단락 시험에서는 먼저 만충전시킨 평가 전지를 준비하고, 내부 단락을 발생시키고 전지의 거동을 평가한다. 일반적으로 내부 단락이 발생하면 전지가 방전되어 전압이 감소하며, 일정 수치 이하로 전압이 감소할 때까지 시험을 하여 파열 유무, 배터리의 전압, 온도 등을 평가하게 된다.
리튬이온 이차전지에서는 음극과 양극 간에 리튬 이온이 이동하면서 발생하는 산화 환원 반응이 발생하지만, 상기와 같이 종래의 내부단락 유도장치가 설치된 전지의 경우 상기 내부단락 유도장치가 설치된 부분에서 알루미늄 판 및 구리 판으로 인하여 리튬 이온의 이동이 불가능하여 미반응 영역이 형성되었다. 상기 미반응 영역으로 인하여, 기존 전지에 비해 용량 등 전지 성능이 감소하고, 내부 단락 발생시 정확한 전지의 거동을 모사하기 어려워서 안전성 평가의 정확성이 감소하는 문제점이 있었다.
도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 전지의 내부단락 유도장치의 구조를 나타낸 모식도이며, 도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지의 내부단락 유도장치가 설치된 모습 및 상기 장치가 내부단락을 발생시키는 과정을 나타낸 모식도이다.
본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치(200)는 리튬 이온이 통과할 수 있는 다수의 기공이 형성된 2개 이상의 다공성 왁스층(210, 210'); 리튬 이온이 통과할 수 있는 다수의 기공이 형성된 다공성 또는 매쉬 형상을 갖는 1개 이상의 금속 호일층(220); 을 포함하고, 상기 금속 호일층(220)은 상기 다공성 왁스층(210, 210') 사이에 개재된다.
또한 상기 내부단락 유도장치(200)는 분리막에 부착되기 위한 접착층(230)을 더 포함한다. 상기 접착층(230)은 상기 다공성 왁스층(210)의 외주변이 분리막과 접촉되는 부분에 형성될 수 있으며, 상기 내부단락 유도장치 내에 1개 층 이상이 형성될 수 있다. 도 2는 다공성 왁스층 중 일부(210)에만 접착층(230)이 형성되는 모습을 도시하였다.
상기 내부단락 유도장치(200)는 여러 가지 형태가 가능하지만, 접착 안정성 및 구조적 안정성 측면에서 원형이 가장 바람직하다.
상기와 같은 내부단락 유도장치를 통해, 종래의 내부단락 유도장치와 마찬가지로, 상기 내부단락 유도장치가 일종의 스위치 역할을 하여, 온도의 증가와 같은 외부 메커니즘에 의해 활성화된다. 즉 전지의 시험 과정 또는 실제 사용에서 온도가 일정 조건 이상으로 상승하면 상기 다공성 왁스층(210, 210')이 용융되어 전지의 내부단락을 발생시키고, 음극과 양극이 연결되어 내부 단락이 발생하게 된다. 일정 온도 조건에 도달하지 않은 경우에는 상기 전지를 자유롭게 사용 가능하다.
더욱 구체적으로, 상기 다공성 왁스층(210, 210')은 전지가 일정 온도에 도달하지 못한 경우 절연체의 역할을 하여 음극과 양극이 상기 금속 호일층을 통해 전기적으로 연결되여 단락이 발생하는 것을 방지한다.
또한 다공성 왁스층을 2층 이상 설치함으로써, 상기 다공성 왁스층 중 어느 하나가 파괴되어도 다른 다공성 왁스층에 의해 계속 절연상태가 유지되는바 전지의 안정성이 더욱 향상될 수 있다.
상기 다공성 왁스층(210, 210')은 일정 크기의 기공이 형성되어 있어 리튬 이온이 자유롭게 통과할 수 있는 구조이며, 다공성 왁스층(210, 210')의 외주변은 후술하는 바와 같이 각 층 사이 및 분리막과의 접착을 위하여 기공이 형성되어 있지 않다. 상기 기공이 형성되어 있지 않은 외주변의 폭은 사용되는 전지 또는 안전성 평가 방법 및 목적에 따라서 자유롭게 설정할 수 있으며, 접착층(230)이 형성될 정도면 충분하다.
상기 다공성 왁스층(210, 210')은 절연층 역할을 할 수 있고, 배터리의 화학 반응에 관여하지 않는 것이라면 단락을 발생시키는 설정 온도에 맞추어 자유롭게 선택할 수 있으며, 불용성 알코올 지방산 에스터 또는 고체 알케인을 포함하는 탄화수소 혼합물일 수 있으며 더욱 구체적으로 용융 온도를 고려했을 때 파라핀계 화합물이 바람직하다.
상기 파라핀은 발열에 민감하게 작용하여 용융시 전지의 내부를 단락시키면서, 전지의 온도를 신속히 낮출 수 있으며, 전지의 성능저하 및 용량 감소 등의 부작용이 일어나지 않는 장점이 있다.
일반적으로 파라핀은 파라핀계 탄화수소로 이루어진 파라핀납이나 유동파라핀을 총칭하는 것으로, 이들 물질은 반응성이 약하고 화학약품에 대하여 내성이 있다. 상기 파라핀납은 무색의 반투명한 고체로 고형 파라핀이라고도 하며, 유동파라핀은 무색의 액체이다. 본 발명에서는 왁스층이 고체 상태로 존재하여 음극과 양극을 전기적으로 절연시켜야 하므로, 고형 파라핀인 파라핀납을 사용한다.
파라핀납의 주성분은 곧은 사슬의 파라핀계 탄화수소이며, CH3(CH2)nCH3으로 나타낼 수 있다. 여기서, 탄소수는 16 ~ 40의 범위에 있으며, 탄소수 20 ~ 30인 것을 주성분으로 한다. 파라핀납의 융점은 대개47 ~ 65℃ 범위내에서 정제의 정도 및 성분 등에 따라 달라질 수 있다. 파라핀 시트에 함유된 파라핀은 주변의 열을 흡수하여 용융됨으로써 과열을 방지하는 역할을 한다. 따라서, 융해열을 고려하여 필요에 적합한 융점을 가진 파라핀을 사용할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 파라핀은 용융시 높은 유동성(낮은 점도)을 나타내므로, 전지의 온도 상승시 쉽게 용융되어 내부 단락을 발생시킬 수 있다.
또한 상기 다공성 왁스층은 파라핀 등의 물성을 해치지 않고 전지의 작동기전에 영향을 미치지 않는 범위에서 기타의 첨가제들이 더 포함됨으로써 다공성 왁스층의 용융성 등 성능을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 다공성 왁스층(210, 210')에 형성되는 기공의 크기는 리튬 이온의 투과성 조절 측면에서 20 ㎛ 내지 1mm가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 200 내지 500 ㎛가 더욱 바람직하다. 상기 다공성 왁스층(210)에 형성되는 기공의 크기가 20㎛ 미만일 경우 리튬 이온 투과도가 감소하여 반응 영역이 충분히 형성될 수 없으며, 기공의 크기가 1mm를 초과할 경우 왁스층(210)의 부피가 지나치게 감소하여 왁스층(210, 210')의 구조가 약화되는 결과 외부의 요인에 의해 쉽게 손상될 수 있다.
상기 다공성 왁스층(210, 210')의 직경은 0.4 내지 2.5cm일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2.0cm일 수 있다. 다공성 왁스층(210, 210')의 직경이 상기 범위 이내일 경우 후술하는 바와 같이 상기 내부단락 유도장치(200)와 분리막 간의 부착이 용이하며, 상기 내부단락 유도장치(200)가 전극조립체가 외력을 받아도 구조가 파괴되기 어렵다.
상기 다공성 왁스층(210, 210')의 직경이 0.4cm 미만일 경우 상기 내부단락 유도장치의 크기가 지나치게 작아서 좁은 면적에서 단락이 발생하는 결과 단락의 효과가 충분하지 않을 수 있으며, 상기 다공성 왁스층(210)의 직경이 2.5cm를 초과할 경우 전극조립체가 외력을 받음에 따라 내부단락 유도장치(200)가 쉽게 구부러지거나 변형되어 파괴될 수 있다.
또한 복수 개의 다공성 왁스층(210, 210')의 직경 및 기공의 크기는 각 층이 모두 동일해야 하는 것은 아니고, 실험 조건 및 전지의 성능 조절 필요에 따라 자유롭게 변경 가능하며, 각 층의 직경 또는 크기를 서로 다르게 할 수도 있다. 특히 후술하는 바와 같이 접착층이 형성되는 다공성 왁스층(210)의 크기를 접착층이 형성되지 않는 다공성 왁스층(210')보다 크게 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치에서, 상기 금속 호일층(220)은 리튬 이온이 통과할 수 있는 통로 역할을 하는 다수의 기공이 형성되어 있으며, 바람직하게는 매쉬 소재일 수 있다. 상기 금속 호일층(220)은 상기 다공성 왁스층(210, 210') 사이에 개재되어 있으며 상기 다공성 왁스층(210, 210')이 용융될 경우 음극과 양극을 전기적으로 연결시키는 역할을 한다. 따라서 상기 금속 호일층(220)은 전해액 등의 성분과 반응하지 않고, 전기 전도성이 좋은 금속 소재일 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄, 구리, 티탄을 포함하는 군에서 선택되는 1종일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 알루미늄 또는 구리일 수 있다.
상기 금속 호일층(220)에 형성되는 상기 기공의 평균 크기는 20 ㎛ 내지 1mm가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 200 내지 500 ㎛일 수 있다. 상기 금속 호일층(220)에 형성되는 기공의 크기가 20㎛ 미만일 경우 리튬 이온 투과도가 감소하여 반응 영역이 충분히 형성될 수 없으며, 기공의 크기가 1mm 를 초과할 경우 금속 호일층(220)의 부피가 지나치게 감소하여 금속 호일층(220)의 구조가 약화되는 결과 상기 내부단락 유도장치(200)가 충분히 지지될 수 없고, 외부의 요인에 의해 쉽게 손상될 수 있다.
또한 상기 금속 호일층(220)의 직경은 0.3 내지 2cm일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 1.5cm일 수 있다. 상기 금속 호일층(220)의 직경이 상기 범위 이내일 경우 상기 내부단락 유도장치가 전극조립체가 외력을 받아도 구조가 파괴되기 어려우며, 효과적으로 내부단락을 발생시킬 수 있다.
상기 금속 호일층(220)의 직경이 0.3cm 미만일 경우 상기 내부단락 유도장치의 크기가 지나치게 작아서 좁은 면적에서 단락이 발생하며 그 결과 단락의 효과가 충분하지 않을 수 있으며, 상기 금속 호일층(220)의 직경이 2cm를 초과할 경우 전극조립체가 외력을 받음에 따라 내부단락 유도장치(200)가 쉽게 구부러지거나 변형되어 파괴될 수 있다.
아울러 상기 금속 호일층(220)의 직경은 후술하는 바와 같이 분리막에 형성된 홀을 통해 내부단락을 발생시키고, 다공성 왁스층의 외주변에 접착층(230)이 형성되어야 하므로, 분리막에 형성된 홀의 크기에 대응하거나 그보다 작아야 하고 따라서 상기 다공성 왁스층의 직경보다 작은 것이 바람직하다. 다만, 내부단락 유도장치의 삽입을 용이하게 하기 위하여 접착층이 형성되지 않은 일측의 다공성 왁스층의 직경을 상기 금속 호일층의 직경과 동일하게 할 수 있다.
상기와 같이 리튬이온이 통과할 수 있는 다공성 구조를 가진 내부단락 유도장치(200)를 사용함으로써 일반적인 전지와 동일한 거동이 가능하다. 즉 종래의 내부단락 유도장치(100)를 사용하는 경우보다 전지의 성능이 향상된다. 또한 모든 영역에서 리튬 이온이 이동할 수 있으므로, 만충전 후 내부 단락 발생시 모든 영역에서 방전이 진행됨에 따라 정확한 전극 간 단락 모사가 가능하다. 이는 내부단락 평가에서 평가의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 내부단락 유도장치는 분리막 타공 후 분리막에 형성되는 홀에 삽입되는 구조이다.
상기 홀의 직경은 상기 다공성 왁스층(210)의 외주변과 분리막(303) 사이에 접촉되는 부분이 형성되도록 상기 다공성 왁스층(210)의 직경보다 작고, 상기 금속 호일층(220)이 분리막(303)에 형성된 홀을 통과하여 전극(301, 302)과 접촉할 수 있도록 금속 호일층(220)의 직경에 대응하거나 또는 상기 금속 호일층(220)의 직경보다 큰 것이 바람직하다. 또한 전술한 바와 같이 내부단락 유도장치의 삽입을 용이하게 하기 위하여 접착층이 형성되지 않은 일측의 다공성 왁스층의 직경을 상기 금속 호일층의 직경에 대응하도록 할 수 있는바, 이 경우 접착층이 형성되지 않은 다공성 왁스층(210')의 직경은 분리막에 형성된 홀의 크기에 대응하거나 그보다 작을 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 상기 내부단락 유도장치에서, 상기 다공성 왁스층(210)의 외주변이 분리막(303)과 접촉되는 부분에 해당하는 면적만큼 접착층이 형성된다. 상기 접착층은 모든 다공성 왁스층에 형성될 수도 있고, 일부 다공성 왁스층에만 형성될 수 있다.
상기 접착층은 전기 전도성 및 접착력 측면에서 파라핀, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 에폭시를 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상이 바람직하나, 전해액에 반응하지 않고 전도성이 없다면 그 종류에 특별한 제한은 존재하지 않는다.
상기 내부단락 유도장치는 상기 접착층(230)과 분리막(303)이 부착됨으로써 분리막에 삽입될 수 있다. 구체적으로 상기 내부단락 유도장치의 다공성 왁스층(210)의 안쪽 면에 접착층(230)이 형성되고, 내부단락 유도장치를 분리막에 형성된 홀에 바로 삽입하는 방식이다. 상기 내부단락 유도장치의 두께는 단락 전 절연상태 및 그 후의 단락 발생을 위하여 분리막의 두께보다 두꺼운 것이 바람직하다.
구체적으로 상기 다공성 왁스층(210)의 두께는 절연성능 유지 측면에서 10내지 100㎛ 이고, 바람직하게는 30 내지 50㎛ 이다. 상기 다공성 왁스층(210)의 두께가 10 ㎛ 미만일 경우 왁스층(210)의 두께가 너무 얇아서 작은 압력에도 쉽게 파괴되므로, 원치 않는 단락이 발생할 수 있다는 문제가 있다. 상기 다공성 왁스층(210)의 두께가 100 ㎛를 초과할 경우 전극조립체의 부피가 커질 수 있으며, 다공성 왁스층(210)의 용융시에도 일부 왁스가 남아 단락 유발을 방해할 수 있다.
상기 금속 호일층(220)의 두께는 5 내지 50 ㎛일 수 있으며, 바람직하게는 15 내지 30㎛일 수 있다. 상기 금속 호일층(220)의 두께가 5 ㎛ 미만일 경우 금속 호일층(220)의 두께가 분리막(303)보다 작기 때문에 왁스층(210)이 용융되어도 상기 금속 호일층(220)이 양극(301)과 음극(302)에 동시에 접촉되기 어려워 단락 유발이 원활하지 않을 수 있다. 반대로, 상기 금속 호일층(220)의 두께가 50㎛를 초과할 경우 상술한 바와 같이 전극조립체의 부피가 커질 수 있다.
상기 접착층(230)의 두께는 효과적인 접착을 위하여 5 내지 20 ㎛가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 5 내지 10 ㎛일 수 있다. 접착층(230)의 두께가 5㎛ 미만일 경우 내부단락 유도장치와 분리막(303) 간의 접착력이 약해짐으로써 내부단락 장치가 쉽게 이탈할 수 있으며, 접착층(230)의 두께가 20 ㎛를 초과할 경우 내부단락 유도장치 설치 부분의 두께가 지나치게 두꺼워질 수 있다.
또한 도 3을 참조하면, 상기 내부단락 유도장치는 일정 온도 이상에서 상기 다공성 왁스층(210)이 용융되고, 상기 금속 호일층(220)과 양극(301) 및 음극(302)이 접촉함으로써 양극(301)과 음극(302)이 전기적으로 연결됨으로써 내부단락이 발생하는 메커니즘을 갖는다.
상기 내부단락이 발생하는 온도는 다공성 왁스층(210)을 구성하는 왁스의 성분 또는 조성에 따라 결정되는데, 40 내지 80℃가 바람직하며, 50 내지 70℃가 더욱 바람직하다.
상기 내부단락이 발생하는 온도가 40℃ 미만일 경우 실제 전지가 사용되는 온도에서 원하지 않는 내부 단락이 발생할 수 있으며, 내부단락이 발생하는 온도가 80℃를 초과할 경우 내부 단락이 발생하기 전에 전지 내부에 부반응으로 인한 이상 현상이 발생하므로 순수한 내부단락의 효과를 보기 어렵다는 문제점이 있다.
도 4는 본 발명에 다른 실시예에 따른 전지의 내부단락 유도장치의 구조를 나타낸 모식도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지의 내부단락 유도장치가 설치된 모습 및 상기 장치가 내부단락을 발생시키는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 4를 참조하면, 내부단락 유도장치(400)는 도 2에서와 마찬가지로 다공성 왁스층(410) 사이에 금속 호일층(420)이 개재되어 있는 구조이다. 여기서 다공성 왁스층(410) 및 금속 호일층(420)의 두께, 직경, 소재 등의 성질은 상술한 바와 같다.
다만 도 2에서는 접착층(230)이 일부 다공성 왁스층(210)에만 형성되어 있었으나, 도 4에서는 다공성 왁스층(410, 410')과 금속 호일층(420)의 사이에 전부 접착층(430)이 존재하는 구조를 도시하였다.
아울러 도 5를 참조하면, 도 3에서와 마찬가지로, 일전 온도 이상에서 다공성 왁스층(410, 410')이 용융되고 금속 호일층(420)과 양극(510) 및 음극(502)이 접촉함으로써 양극(501)과 음극(502)이 전기적으로 연결되고 내부단락이 발생한다. 상기 내부단락이 발생하는 온도는 상술한 바와 같다.
또한, 본 발명에서 내부단락 유도장치가 특정 온도에서 단락을 발생시키기 위해서는 다공성 왁스층 및 금속 호일층의 위치가 잘 정렬되어 있어야 한다. 기본적으로 상기 다공성 왁스층이 접착 가능한 성질을 가지고 있으므로 금속 호일층과 약한 강도의 부착이 가능하나, 상기 금속 호일층과 다공성 왁스층의 위치가 크게 어긋나 있는 경우 상기 금속 호일층이 다공성 왁스층의 외주변 바깥으로 빠져나올 수 있으며, 이 경우 금속 호일층이 양극 및 음극과 접촉하여 원하지 않는 단락이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 내부단락 유도장치에서, 1차적으로 상기 단차부에 의해 각 층의 위치가 정렬되며, 나아가 상기 다공성 왁스층 및 금속 호일층이 약하게 고정됨으로써 정렬될 수 있다. 상기 고정은 기계적 또는 화학적 방법이 사용될 수 있으며, 부착 방법에 특별한 제한이 있는 것은 아니나 각종 접착제를 도포하여 약한 강도로 부착시키는 방법이 바람직하다. 특히 상기 접착제의 두께가 내부단락 유도장치를 분리막에 부착시키기 위한 접착층 정도로 두꺼울 경우 접착제로 인해 내부 단락 발생이 원활하지 않을 수 있으므로, 다공성 왁스층 및 금속 호일층이 서로 고정될 정도로 얇게 도포하는 것이 바람직하다.
상기 접착제는 폴리불화비닐리덴(PVDF), 실버 페이스트 등이 있으며, 상기 내부단락 유도장치의 다공성 왁스층 및 금속 호일층, 분리막, 전극의 성질에 영향을 부지 않고, 상기 내부단락 유도장치와 전극 간의 통전이 가능하도록 설계된 것이라면 화학물질의 종류에 특별한 제한은 존재하지 않는다. 또한 상기 화학물질은 금속 호일층이 전극과 접촉할 경우 내부 단락을 발생시키기 위해 금속 호일층과 전극 간의 전기적 연결을 저해하지 않는 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 화학물질 중 PVDF는 전극의 바인더로 사용되는 물질이며, 불소 수지의 장점인 뛰어난 내약품성과 양호한 기계적·열적·전기적 특성을 가지고 있다는 장점이 있다. 또한 내부단락 유도장치의 접착제로서 실버 페이스트를 사용하여 내부단락 유도장치의 접착 및 전기적 연결을 달성할 수 있다.
또한 본 발명은 본 발명에 따른 내부단락 유도장치가 설치된 전지를 제공한다. 구체적으로 상기 전지는 양극 및 음극, 상기 양극과 음극 사이에 내부단락 유도장치가 설치된 분리막이 개재된 상태로 권취된 전극 조립체가 전지케이스 내에 내장된 구조이며, 원통형 전지, 파우치형 전지, 각형 전지 또는 코인형 전지 등 전지의 형태에는 제한이 없다.
상기 전극 조립체는 전극 사이에 분리막이 개재된 채로 음극과 양극이 교대로 적층된 상태에서 리튬염 비수계 전해액에 함침되어 있는 구조이다. 상기 이차전지용 전극은 집전체 상에 전극 활물질을 포함하고 있는 전극 합제를 도포한 후 건조하여 제조될 수 있으며 상기 전극 합제에는 필요에 따라 바인더, 도전재, 충진재 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.
본 발명에서, 양극 집전체의 경우 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
음극 집전체용 시트의 경우, 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 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.
본 발명에서 양극 활물질은, 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga 이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 등과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로오즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진재는 전극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합제; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
점도 조절제, 접착 촉진제 등의 기타의 성분들이 선택적으로 또는 둘 이상의 조합으로서 더 포함될 수 있다. 점도 조절제는 전극 합제의 혼합 공정과 그것의 집전체 상의 도포 공정이 용이할 수 있도록 전극 합제의 점도를 조절하는 성분으로서, 음극 합제 전체 중량을 기준으로 30 중량%까지 첨가될 수 있다. 이러한 점도 조절제의 예로는, 카르복시 메틸셀룰로오즈, 폴리비닐리덴 플로라이드 등이 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라서는, 앞서 설명한 용매가 점도 조절제로서의 역할을 병행할 수 있다.
상기 접착 촉진제는 집전체에 대한 활물질의 접착력을 향상시키기 위해 첨가되는 보조성분으로서, 바인더 대비 10 중량% 이하로 첨가될 수 있으며, 예를 들어 옥살산 (oxalic acid), 아디프산(adipic acid), 포름산(formic acid), 아크릴산(acrylic acid) 유도체, 이타콘산(itaconic acid) 유도체 등을 들 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 극박이 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 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 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 있다.
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.
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.
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.
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 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
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.
도 6은 본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치가 설치되는 원통형 전지(600)의 구조 및 상기 내부단락 유도장치가 설치되는 모습을 나타낸 모식도이다.
도 6을 참조하면, 상기 원통형 전지(600)에서, 젤리-롤형(권취형) 전극 조립체는(610) 원통형 캔(640)의 수납부에 수납되고, 원통형 캔(640) 내에 전극 조립체(610)가 완전히 침지되도록 수납부에 전해액이 주입되고, 원통형 캔(640)의 개방 상단부에는 캡 어셈블리(650)가 탑재되어 결합되어 있다.
전극 조립체(610)는 양극(613), 분리막(612) 및 음극(611)을 차례로 적층하여 둥근 형태로 감은 구조로서, 전극 조립체(610)의 중심부에는 원통형의 센터 핀(미도시)이 삽입될 수 있다. 센터 핀은 일반적으로 소정의 강도를 부여하기 위해 금속 소재로 이루어져 있으며, 판재를 둥글게 절곡한 중공형의 원통형 구조로 이루어져 있다. 경우에 따라서는, 전극 조립체(610)의 전극을 원통형 캔(640) 또는 캡 어셈블리(650)와 용접한 후 센터 핀을 제거할 수도 있다.
캡 어셈블리는 원통형 캔(640)의 클림핑부와 비딩부(660)의 상부 내면에 장착되는 기밀유지용 가스켓 내부에 상단 캡(651)과 내부 압력 강하용 안전벤트(652)가 밀착되어 있는 구조로 이루어져 있고, 상단 캡(651)은 중앙이 상향 돌출되어 있어서 외부 회로와의 접속에 의한 양극 단자로서의 역할을 수행하고, 돌출부 주변을 따라 캔 내부의 가스가 배출될 수 있는 관통구가 다수 개 형성되어 있을 수 있다. 또한, 전극 조립체(610)의 중심부에는 양극 탭이 절연성 플레이트로부터 상부 축방향으로 돌출되어 캡 어셈블리(650)의 상단 캡에 전기적으로 연결되어 통전을 이루고 있다. 또한 안전벤트(652)는 전류가 통하는 박막 구조물로서, 이의 중앙부는 함몰되어 만입형 중앙부를 형성하고 있고, 중앙부의 상절곡 및 하절곡 부위에는 각각 깊이를 달하는 2개의 노치들이 형성되어 있다.
전극 조립체의 상단면에는 전극리드와의 접촉을 방지하기 위한 절연성 플레이트(654)가 장착되어 있어서, 전극 조립체와 전극리드의 접촉에 의한 단락을 방지하게 된다.
원통형 캔(640)은 금속으로 이루어진 것일 수 있으며, 바람직하게는 스테인레스 스틸로 이루어진 것일 수 있다. 또한, 원통형 캔(640)은 내부에 전극 조립체(610)가 수납될 수 있는 수납부를 포함하며, 상단부가 개방되어 있는 형태일 수 있다.
또한 도 6을 참조하면 내부단락 유도장치는 상기 분리막(612)에 설치되어 전지의 내부단락을 유도할 수 있다. 도 6에는 한 개의 내부단락 유도장치가 설치되는 것만 나타내었으나(A), 상기 내부단락 유도장치는 분리막(612)의 다른 곳에 1개 이상 설치될 수 있으며, 상기 장치의 수에 특별한 제한이 있는 것은 아니다.
도 7은 본 발명에 따른 내부단락 유도장치가 설치되는 파우치형 전지의 구조를 나타낸 모식도이다.
구체적으로 파우치형 이차 전지(700)는 그리드에 전극 활물질을 충전시킨 상태의 양극판(720) 및 음극판(730)을 포함하는 전극, 상기 양극판(720)과 음극판(730) 사이에 개재된 전해액이 함침되어 있는 분리막(740)이 교대로 적층된 전극 조립체(710)를 구비하며, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 이때, 상기 양극판(720)의 일측에는 양극탭(750)이 형성되고, 상기 음극판(730)의 일측에는 음극 탭(미도시)이 형성되며, 상기 양극 탭(750) 및 음극 탭은 일정한 간격을 두고 나란하게 배치된다. 상기 탭들은 각각 양극 리드(760)와 음극 리드(미도시)에 용접 등에 의해 전기적으로 연결됨으로써 외부 회로와 접속된다. 상기 전극조립체(710) 및 양극 리드(760)와 음극 리드는 커버가 형성된 절연성 전지케이스(770)에 의해 밀봉된다. 이때, 상기 전극조립체(710)의 외부와의 전기적인 연결을 위하여 양극 리드(760)와 음극 리드의 일부는 외부로 노출된 상태에서 전지케이스에 의해 밀봉된다. 또한 양극 리드와 음극 리드의 상하면 일부에는 파우치와의 밀봉도를 높이고 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(미도시)이 부착될 수 있다.
상기 전지케이스는 통상적으로 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체를 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다. 파우치형 이차전지는 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 내장하고 전해액을 주입한 후 전지케이스의 상부 라미네이트 시트와 하부 라미네이트 시트가 접하는 외주면을 열융착시키는 과정을 통해 제조된다.
상기 라미네이트 시트 구조의 전지케이스에 대해 보다 구체적으로 살펴보면, 밀봉을 위한 내부 실란트층, 물질의 침투를 방지하는 금속층, 및 케이스의 최외곽을 이루는 외부 수지층으로 구성되어 있다. 이중, 내부 실란트층은 전극조립체를 내장한 상태에서 인가된 열과 압력에 의해 상호 열융착되어 밀봉성을 제공하는 역할을 하며, 주로 CPP(무연신 폴리프로필렌 필름)로 이루어져 있다. 금속층은 공기, 습기 등이 전지의 내부로 유입되는 것을 방지하는 역할을 하며, 주로 알루미늄(Al)이 사용되고 있다. 또한, 외부 수지층은 외부로부터 전지를 보호하는 역할을 하므로 두께 대비 우수한 인장강도와 내후성 등이 요구되며, ONy(연신 나일론 필름)이 많이 사용되고 있다.
도 7을 참조하면, 내부단락 유도장치는 상기 분리막(740)에 설치되어 전지의 내부단락을 유도할 수 있다. 도 7에는 한 개의 내부단락 유도장치가 설치되는 것만 나타내었으나(B), 상기 내부단락 유도장치는 분리막(740)의 다른 곳에 1개 이상 설치될 수 있으며, 상기 장치의 수에 특별한 제한이 있는 것은 아니다.
도 8은 본 발명에 따른 전지의 내부단락 유도장치가 롤 형태로 권취된 전극조립체에 설치되는 위치를 나타낸 모식도이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 내부단락 유도장치는 전극 조립체 내의 임의의 위치에 임의의 개수가 설치될 수 있다. 다만 양극, 음극 및 분리막을 권취하기 전 단계에서 내부단락 유도장치를 설치할 경우 내부단락 유도장치가 설치되는 위치가 적절히 선택될 수 있다는 장점이 있으나, 전극 조립체의 권취과정 중에 내부단락 유도장치가 손상될 수 있다. 특히 전극조립체가 롤 형태로 권취될 경우 롤(800)의 중심부(810)에 설치되는 내부단락 유도장치는 과도한 압력으로 인해 손상되어 원치 않는 단락 현상을 발생시킬 우려가 있다. 따라서 일정 부분 전극 조립체의 권취가 진행된 이후 전극과 분리막 사이에 내부단락 유도장치를 개재하고, 권취가 재개되는 방식이 사용될 수 있다. 특히 내부단락 유도장치는 권취 과정의 후반부에 개재됨으로써 권취되는 롤의 외곽부분(820), 바람직하게는 권취되는 롤의 끝부분에 설치될 수 있다.
또한 본 발명은 전지의 내부단락에 따른 안정성 평가 방법을 제공한다. 도 9는 본 발명에 따른 전지의 내부단락에 따른 안정성 평가방법 과정을 나타낸 순서도이다.
도 9를 참조하면, 상기 전지의 내부단락에 따른 안정성 평가방법(900)은,
본 발명에 따른 내부단락 유도장치를 제조하는 단계(S910); 분리막을 타공하는 단계(S920); 상기 내부단락 유도장치에 접착층을 형성하고 분리막에 부착시키는 단계(S930); 양극과 음극 사이에 상기 내부 단락 유도 장치가 부착된 분리막을 개재한 상태로 권취하고, 상기 권취된 전극 조립체를 케이스에 탑재하고 밀봉하여 전지를 제작하는 단계(S940); 상기 전지를 만충전시키는 단계(S950); 및 상기 전지를 가열하여 왁스층을 용융시키는 단계(S960); 를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 내부단락 유도장치를 제조하는 단계(S910); 는, 복수 개의 다공성 왁스층 사이에 금속 호일층이 개재된 형태로 상기 다공성 왁스층 및 금속 호일층을 적층하는 단계; 다공성 왁스층의 외주변에 접착제를 도포하여 접착층을 형성하는 단계; 를 포함한다.
상기 내부단락 유도장치를 분리막에 부착하는 단계(S930); 는 상기 양극과 음극, 분리막을 권취하는 단계 도중에 실시될 수 있다.
이 때 도 2와 같은 구조의 내부단락 유도장치는 분리막 타공 후 바로 분리막에 삽입할 수 있으며, 도 4와 같은 구조의 내부단락 유도장치는 내부단락 유도장치 삽입 후 그 반대편에 다공성 왁스층을 추가 코팅하는 방법으로 내부단락 유도장치를 분리막에 삽입할 수 있다.
본 발명에 따른 전지의 안전성 평가방법은 일반적인 전지와 같이 모든 영역에서 반응이 진행될 수 있도록 리튬 이온이 통과할 수 있는 내부단락 유도장치를 사용함으로써 정확한 전극 간 단락 모사가 가능하고, 안전성 평가 시험의 신뢰성 및 정확성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가지 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
[실시예]
내부단락 유도장치의 제조
파라핀 소재의 다공성 왁스층(기공의 크기: 500㎛)의 사이에 기공의 크기가 300㎛인 매쉬 형태의 구리 호일을 개재하여, 직경이 5mm인 내부단락 유도장치를 제조하였다. 이 때, 다공성 왁스층의 두께는 50㎛이고, 구리 호일의 두께는 20㎛였다.
또한 상기 다공성 왁스층 외주변에 (PVDF) 소재의 접착제를 도포하여 도 2와 같은 구조의 내부단락 유도장치를 제조하였다.
전지셀의 제조
양극활물질로 LiNi0.815Co0.15Al0.035O2 92중량%, 도전재로 카본 블랙 4 중량%, 바인더로 PVDF 4 중량%를 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 혼합물 슬러리를 양극판인 두께 20㎛의 알루미늄(Al) 박막에 도포, 건조하여 양극을 제조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하였다.
음극활물질로 Li4Ti5O12 96 중량%, 도전재로 카본 블랙 3 중량%, 바인더로 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF) 1중량%를 용제인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 혼합물 슬러리를 음극판인 두께 10㎛의 구리(Cu) 박막에 도포, 건조하여 음극을 제조한 후, 롤 프레스(roll press)를 실시하였다.
위와 같은 방법으로 제조된 양극 및 음극 사이에 폴리에틸렌 분리막을 개재하여 스택킹(stacking) 방식으로 조립함으로써 전극조립체를 제조하였다.
이 때 도 3과 같은 형태로 상기 내부단락 유도장치를 분리막에 삽입하였다.
상기 양극판 및 음극판으로부터 각각 양극 탭, 음극 탭을 도출한 후, 상기 양극 탭과 음극 탭이 실링부와 겹치는 부분을 모두 포함할 수 있도록, 상기 양극탭과 음극탭 각각을 동일 재질 및 동일 두께의 접착성 탭필름으로 감쌌다.
이 때, 상기 양극 탭의 일부를 코팅부에서 분리하여 단선시켰다.
CPP 재질의 열융착층(두께 40㎛) 위에 알루미늄 포일 금속박층을 형성한 다음, 상기 알루미늄 포일 금속박층 위에 나일론 재질의 절연층을 적층하여 파우치 외장재를 제조하였다. 상기 제조된 파우치 외장재를 절곡하여 상부 외장재 및 하부 외장재를 형성한 후, 하부 외장재에 프레스(press) 가공을 통해 전극조립체 수납부를 형성하였다.
제조된 전극조립체를 상기 수납부에 수용한 다음, 전해액 (에틸렌카보네이트(EC) / 프로필렌카보네이트(PC) / 디에틸카보네이트(DEC) = 30/20/50 중량%, 리튬헥사플로로포스페이트 (LiPF6) 1 몰)을 주입하였다.
상기 상부 외장재와 하부 외장재를 접촉시킨 후, 실링부를 열융착하여 밀봉을 형성하였다.
[비교예 1]
내부단락 유도장치를 설치하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 전지를 제조하였다.
[비교예 2]
도 1과 같은 형태의 내부단락 유도장치를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 전지를 제조하였다.
[실험예 1]
상기 제조된 각 전지들의 방전용량 및 만충전 후 개방회로전압을 평가하였다. 이의 결과는 표 1과 같다.
구분 방전 용량(mAh/g) 4.2V 만충전 후 OCV(V)
실시예1 150 4.187
비교예1 152 4.188
비교예2 142 4.132
[실험예 2]
상기 전지를 0.5C, 4.2V 조건에서 CC/CV 방식으로 만충전하고, 상기 전지를 상기 다공성 왁스의 융점까지 가열하여 왁스층을 용융시켜 내부 단락을 발생시켰다. 이후 단락에 의해 방전되는 전지의 SOC(충전상태, State of Charge)에 따른 실시예 1에 따른 전지의 전압을 도 10에 도시하였다.
상기 표 1 및 도 10과 같이, 본 발명에 따른 내부단락 유도장치는 전지의 성능을 종래의 내부단락 유도장치가 설치된 경우보다 향상시키고, 내부 단락시 일반적인 전지와 동일한 전극 간 단락 모사를 통해 안전성 평가시험의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 내부단락 유도장치
110: 음극
111: 양극
120: 분리막
130: 블록
140: 왁스층
150: 구리 판
160: 알루미늄 판
200: 내부단락 유도장치
210, 210': 다공성 왁스층
220: 금속 호일층
230: 접착층
300: 내부단락 유도장치
301, 302: 전극
303: 분리막
400: 내부단락 유도장치
410, 410': 다공성 왁스층
420: 금속 호일층
430: 접착층
500: 내부단락 유도장치
501: 양극
502: 음극
503: 분리막
600: 원통형 전지
610: 전극 조립체
611: 음극
612: 분리막
613: 양극
640: 원통형 캔
650: 캡 어셈블리
651: 상단 캡
652: 안전벤트
654: 절연성 플레이트
660: 비딩부
700: 파우치형 이차전지
720: 양극판
730: 음극판
740: 분리막
750: 양극탭
760: 양극 리드
770: 전지케이스
800: 롤
810: 롤 중심부
820: 롤 외곽부분
900: 안정성 평가방법

Claims (17)

  1. 전지의 내부 단락 유도장치로서,
    리튬 이온이 통과할 수 있는 다수의 기공이 형성된 2개 이상의 다공성 왁스층;
    리튬 이온이 통과할 수 있는 다수의 기공이 형성된 다공성 또는 매쉬 형상을 갖는 1개 이상의 금속 호일층; 을 포함하고,
    상기 금속 호일층은 상기 다공성 왁스층 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 전지의 내부 단락 유도 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 내부 단락 유도 장치는 분리막 타공 후 분리막에 형성되는 홀에 삽입되는 것을 특징으로 하는 전지의 내부 단락 유도 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 호일층은 알루미늄, 구리, 티탄을 포함하는 군에서 선택된 1종 이상의 금속 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지의 내부 단락 유도 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 다공성 왁스층은 불용성 알코올 지방산 에스터 또는 고체 알케인을 포함하는 탄화수소 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지의 내부 단락 유도 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 다공성 왁스층은 파라핀계 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지의 내부 단락 유도 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 다공성 왁스층에 형성되는 상기 기공의 평균 크기는 20㎛ 내지 1mm인 것을 특징으로 하는 전지의 내부 단락 유도 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 호일층에 형성되는 상기 기공의 평균 크기는 20㎛ 내지 1mm 인 것을 특징으로 하는 전지의 내부 단락 유도 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 다공성 왁스층의 직경은 0.4 내지 2.5cm인 것을 특징으로 하는 전지의 내부 단락 유도 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 호일층의 직경은 0.3 내지 2cm이고, 상기 다공성 왁스층의 직경에 대응하거나, 그보다 작은 것을 특징으로 하는 전지의 내부단락 유도장치.
  10. 제 3항에 있어서,
    상기 홀의 직경은 상기 다공성 왁스층의 외주변과 분리막 사이에 접촉되는 부분이 형성되도록 상기 다공성 왁스층의 직경보다 작고,
    금속 호일층이 상기 홀을 통과할 수 있도록 상기 금속 호일층의 직경에 대응하거나 또는 상기 금속 호일층의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 전지의 내부 단락 유도 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 다공성 왁스층의 외주변이 분리막과 접촉되는 부분에는 접착층이 형성되고, 상기 접착층과 분리막이 부착됨으로써 상기 내부단락 유도장치가 분리막에 삽입되는 것을 특징으로 하는 전지의 내부단락 유도장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 다공성 왁스층 중 일부 다공성 왁스층에만 접착층이 형성되는 것을 특징으로 하는 전지의 내부단락 유도장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 다공성 왁스층 중 접착층이 형성되지 않은 다공성 왁스층의 직경은 상기 금속 호일층의 직경에 대응하는 것을 특징으로 하는 전지의 내부단락 유도장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    일정 온도 이상에서 상기 왁스층이 용융되고, 상기 금속 호일층과 양극 및 음극이 접촉함으로써 양극과 음극이 전기적으로 연결되고, 내부 단락이 발생하는 것을 특징으로 하는 전지의 내부 단락 유도 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 온도는 40 내지 80℃인 것을 특징으로 하는 전지의 내부 단락 유도 장치.
  16. 양극 및 음극, 상기 양극과 음극 사이에 상기 1항 내지 15항 중 어느 한 항에 따른 내부단락 유도장치가 설치된 분리막이 개재된 상태로 권취된 전극조립체가 전지케이스 내에 내장된 것을 특징으로 하는 전지.
  17. 상기 1항 내지 15항 중 어느 한 항에 따른 내부단락 유도장치를 제조하는 단계;
    분리막을 타공하는 단계;
    상기 내부단락 유도장치에 접착층을 형성하고 분리막에 부착시키는 단계;
    양극과 음극 사이에 상기 내부 단락 유도 장치가 부착된 분리막을 개재한 상태로 권취한 후, 상기 권취된 전극 조립체를 케이스에 탑재하고 밀봉하여 전지를 제작하는 단계;
    상기 전지를 만충전시키는 단계;
    상기 전지를 가열하여 왁스층을 용융시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 내부단락에 따른 안전성 평가방법.
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