KR20200123583A - 전극조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 양극, 분리막, 음극이 반복적층되며, 양극끼리 연결되는 양극탭과 음극끼리 연결되는 음극탭이 마련된 전극조립체에 있어서, 상기 분리막 보다 열전도도가 높은 재질로 제조되며, 양극과 분리막 사이 또는 음극과 분리막 사이에 적층되어 상대적으로 고온지점에서 발생한 열을 상대적으로 저온지점으로 분산시키는 열전달층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 열전달층이 상대적으로 고온지점에서 발생한 열을 상대적으로 저온지점으로 분산시켜 전극조립체 내에서 온도편차를 감소시킬 수 있다.

Description

전극조립체{Electrode assembly}
본 발명은 음극, 분리막, 양극이 반복 적층되어 구성된 전극조립체에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 열을 분산시키는 열전달판이 추가적으로 적층되어 내부의 온도편차를 낮출 수 있는 전극조립체에 관한 것이다.
휴대 기기 및 전기 자동차 분야 등에서 고효율 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있다. 그러한 이차전지 중에서도 에너지 밀도가 높고 상대적으로 고전압을 유지할 수 있으며 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있으며 성능향상을 위한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다.
이차전지는 캔, 파우치 등과 같은 케이스 내에 전극조립체와 전해질이 내장되는 구조를 갖는다. 전극조립체는 양극, 분리막, 음극이 반복 적층된 구조를 갖되, 일반적으로 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태에서 둘둘 말아져 케이스 내에 내장되는 권취형, 일정한 크기로 양극, 분리막, 음극이 절단된 상태에서 적층이 이루어지는 스택(적층형)으로 구분될 수 있다.
상기 권취형 전극조립체는 나선형으로 감겨지는 구조상, 원통형 전지에는 탑재가 적합한 반면에 각형 또는 파우치형 전지에는 공간 활용도에 있어서 불리하고, 반대로 스택형 전극조립체는 전극과 분리막 절단 시 크기 조절이 가능하므로 케이스에 맞는 각형태를 얻기 용이하나 제조과정이 상대적으로 복잡해지고 외부 충격에 상대적으로 취약한 단점이 있다.
스택형 이차전지의 내부 단면모습이 나타난 도 1b 에 도시된 바와 같이, 음극(20), 분리막(30), 양극(10)의 적층 갯수를 조절하여 용량을 용이하게 증대시킬 수 있었다.
아울러, 이차전지는 충방전이 진행됨에 따라 내부에서 열이 발생된다. 이러한 열은 이차전지의 수명과 성능에 악영향을 미칠 뿐만 아니라 화염 또는 폭발의 원인이 되기도 한다. 또한, 최근에는 차량, ESS(Energy Storage System)에 탑재되는 대용량 이차전지가 개발됨에 따라 이차전지의 발열량은 증가하게 되었다.
이차전지모듈의 분해도 및 조립된 모습이 나타난 도 1a 에 도시된 바와 같이, 상기 이차전지모듈은 복수 개의 이차전지들(1)이 적층되어 프레임(60) 내에 탑재되되, 양측의 전극탭들은 버스바(80)를 통해 전기적으로 연결되고, 일측면에는 탑재된 이차전지들(1)의 발열을 억제하기 위해 냉각판(70)이 부착된다. 상기 냉각판(70)은 통상적으로 냉각수가 출입하여 열교환이 이뤄지는 방식 또는 다수 개의 냉각핀이 형성된 방식들이 적용된다.
한편, 이와 같이 구성된 이차전지모듈에서는 일측면에만 냉각판(70)이 부착되므로 각각의 이차전지 내부 전극조립체에서는 열 편차가 필연적으로 발생한다. 이러한 온도편차는 이차전지모듈 내에서 각각의 이차전지 성능 및 수명에 악영향을 미치므로 이를 해소할 필요성이 있었다.
따라서, 본 발명은 이차전지모듈에 탑재되는 이차전지용 전극조립체에 있어서, 내부의 온도편차가 최소화될 수 있는 전극조립체를 제공하는 것에 주목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양극, 분리막, 음극이 반복적층되며, 양극끼리 연결되는 양극탭과 음극끼리 연결되는 음극탭이 마련된 전극조립체에 있어서, 상기 분리막 보다 열전도도가 높은 재질로 제조되며, 양극과 분리막 사이 또는 음극과 분리막 사이에 적층되어 상대적으로 고온지점에서 발생한 열을 상대적으로 저온지점으로 분산시키는 열전달층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열전달층은 그래파이트(graphite)를 함유하는 재질로 제조된다.
상기 열전달층은 분리막 보다 더 작은 면적을 가지며, 상기 분리막에서 미돌출되도록 적층된다. 이때, 상기 음극은 양극과 같거나 더 큰 면적을 가지며 상기 열전달층은 음극과 같거나 더 큰 면적을 갖는다.
상기 열전달층은 이온의 통과를 허용하는 복수 개의 타공홀이 형성되며, 상기 타공홀은 열전달층에서 규칙적인 배열을 이루도록 배치된다.
그리고, 상기 열전달층은 하나 이상의 분리막에서 상기 분리막을 사이에 두고 양측 각각에 적층되거나 또는, 하나 이상의 분리막에서 상기 분리막의 일측면에만 맞닿도록 적층된다.
아울러, 상기 열전달층은 적어도 두 개 이상 배치되며, 어느 하나는 다른 하나 보다 더 큰 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 분리막은 표면에 열전달물질이 코팅된 상태로 제공되어, 전극조립체 내에서 상기 열전달물질이 열전달층을 형성하도록 구성될 수 있다. 또는, 상기 열전달층은 양극과 분리막 사이 또는 음극과 분리막 사이에 적층가능한 크기를 갖는 판 형태로 제공되어, 양극, 분리막, 음극의 적층 시 함께 추가적으로 적층되도록 구성될 수 있다.
상기 양극탭과 음극탭은 서로 반대방향을 향하여 돌출되도록 배치된다.
그리고, 본 발명은 위와 같은 기술적 특징을 갖는 전극조립체가 파우치에 내장된 이차전지를 추가적으로 제공한다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은 열전달층이 상대적으로 고온지점에서 발생한 열을 상대적으로 저온지점으로 분산시켜 전극조립체 내에서 온도편차를 감소시킬 수 있다. 이에 따라 충방전 성능 및 수명에 악영향을 주는 요인이 제거되므로 제품의 신뢰성이 향상될 수 있다.
상기 열전달층은 이온의 통과를 허용하는 복수 개의 타공홀이 형성되어 이온 및 전자 전달을 방해하지 않으며, 전극조립체의 스펙에 따라 그 배열이 다양하게 형성될 수 있다.
상기 열전달층은 하나 이상의 분리막에서 상기 분리막을 사이에 두고 양측 각각에 적층되거나 또는 일측면에만 맞닿도록 적층될 수 있으므로, 열분산 효과와 전극조립체의 두께 증가를 고려하여 선택적으로 배치될 수 있다.
아울러, 어느 하나의 열전달층은 다른 것들 보다 더 큰 두께를 가질 수 있으므로 특정 위치에서의 열분산 효과를 더 증대시킬 수 있다.
도 1a 는 이차전지모듈의 분해도 및 조립된 모습이 나타난 사시도.
도 1b 는 도 1a 에 탑재되는 이차전지의 사시도 및 F-F단면모습이 나타난 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 이차전지의 내부모습이 도시된 단면도.
도 3 은 본 발명의 제1실시예에 따른 열전달층이 분리막의 일면에 적층된 모습이 도시된 평면도.
도 4a 는 본 발명의 제2실시예에 따른 열전달층의 평면도.
도 4b 는 본 발명의 제3실시예에 따른 열전달층의 평면도.
도 4c 는 본 발명의 제4실시예에 따른 열전달층의 평면도.
도 5 는 본 발명의 제5실시예에 따른 열전달층이 적층된 이차전지의 내부모습이 도시된 단면도.
도 6a 는 열전달층이 미구비된 이차전지의 사시도로써 표 1 에 기재된 A 내지 E 지점이 표시된 사시도 및 G-G의 단면모습이 도시된 도면(저온일수록 상대적으로 진한색으로 표시됨).
도 6b 는 본 발명에 따라 열전달층이 추가로 적층된 이차전지의 사시도로써 표 1 에 기재된 A 내지 E 지점이 표시된 사시도 및 H-H의 단면모습이 도시된 도면.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 양극(10), 분리막(30), 음극(30)이 반복적층되며, 양극(10)끼리 연결되는 양극탭(11)과 음극(20)끼리 연결되는 음극탭(21)이 마련되어 파우치(40) 내에 내장되는 전극조립체에 관한 것이다.
본 발명은 열에 의한 성능저하를 방지하는 것을 목적으로 하되, 이차전지(100)가 복수 개 적층된 상태에서 일측에서 냉각 수단에 의해 냉각이 이뤄질 때 내부열의 배출 성능 향상은 물론 열편차를 최소화시키는 것을 주안점으로 발명되었다.
이에 따라, 본 발명에 따른 전극조립체는 본 발명에 따른 이차전지의 내부모습이 도시된 도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 분리막(30) 보다 열전도도가 높은 재질로 제조되며 양극(10)과 분리막(30) 사이 또는 음극(20)과 분리막(30) 사이에 적층되어 상대적으로 고온지점에서 발생한 열을 상대적으로 저온지점으로 분산시키는 열전달층(50)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 상기 열전달층(50)은 그래파이트(graphite)와 같이 열전도율이 높은 물질이 함유되며, 전자 및 이온가 통과될 수 있도록 복수 개의 타공홀(51)이 형성된다.
이때, 상기 열전달층(50)은 전극조립체에서 돌출되지 않도록 분리막(30) 보다 더 작은 면적을 갖는다. 다만, 양극(10)에서 리튬이 빠져 나와 음극(20)으로 이동할 때, 과충전에 의한 리튬석출을 방지하기 위해 음극(20)이 양극(10) 보다 크게 형성되는 점을 고려하여 음극(20)과 양극(10) 전체의 열교환 면적이 극대화되도록 상기 열전달층(50)은 음극(20)과 같거나 더 큰 면적을 갖는다. 상기 열전달층(50)은 하나 이상의 분리막(30)에서 상기 분리막(30)을 사이에 두고 양측면 각각에 적층되거나 또는, 하나 이상의 분리막(30)에서 상기 분리막(30)의 일측면에만 맞닿도록 적층될 수 있다.
그리고, 상기 타공홀(51)은 열전달층(50)에서 일정한 배열을 이루도록 배치되되, 이차전지의 규격 및 특성에 따라 다양한 배열을 가질 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 더욱 상세히 설명한다.
제1실시예
본 발명의 제1실시예에 따른 열전달층(50)이 분리막(30)의 일면에 적층된 모습이 도시된 도 3 을 참조하면, 이 실시예에서 분리막(30)에 적층된 열전달층(50)은 동일한 크기의 타공홀들(51)이 일정한 간격을 두고 규칙적으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
즉, 음극(20)과 양극(10) 사이를 이동하는 이온과 전하의 균일한 통과를 위해 이 실시예에서 타공홀들(51)은 열전달층(50) 전체에서 일정한 간격을 두고 배치된다. 이는 타공홀(50)의 가장 기본적인 배치구조로써, 후술될 배치구조와 함께 적용될 수 있다. 즉, 전극조립체에 복수 개의 열전달층(50)이 마련되되 가장 많은 열전달층에 제1실시예에 따른 타공홀(51)의 배치구조가 적용될 수 있다.
제2실시예
본 발명의 제2실시예에 따른 열전달층(50)의 평면모습이 나타난 도 4a 에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 열전달층(50)은 특정 위치의 타공홀들(51)의 크기를 증대시킬 수 있다. 가령, 특정 위치에서 열전달 보다 이온과 전하의 통과률이 더 중요할 경우, 이온과 전화의 통과률이 더 증대되도록 상기 타공홀(51)의 크기가 더 증대될 수 있다.
제3,4 실시예
본 발명의 제3, 4실시예들에 따른 열전달층의 평면모습이 나타난 도 4b, 4c 에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 열전달층(50)은 타공홀(51)이 길이방향(도면에서 좌우방향) 및/또는 폭방향(도면에서 상하방향)을 따라 이어질 수 있다. 이와 같이 타공홀(51)이 길게 이어지는 구조는 후술되는 열전달층(50)의 코팅방식에서 코팅과정을 더 단순화 시킬 수 있을 것이다.
제5실시예
본 발명의 제5실시예에 따른 열전달층(50)이 적층된 이차전지의 내부모습이 나타난 도시된 도 5 에 도시된 바와 같이, 전극조립체 내에서 상기 열전달층(50)은 적어도 두 개 이상 배치되며, 어느 하나는 다른 하나 보다 더 큰 두께를 갖는다.
즉, 전극조립체 내에서 중간위치는 외각쪽 보다 열배출이 어려워 상대적으로 온도가 올라갈 수 있다. 이때, 열전달효율을 증대시키도록 중간층에 위치하게 되는 열전달층(50)은 다른 층의 열전달층(50) 보다 더 두껍게 형성할 수 있다.
한편, 위와 같은 구성을 갖는 열전달층(50)은 분리막(30)의 표면에 코팅된 상태로 또는 별도의 판 형태로 제공될 수 있다.
즉, 상기 분리막(30)의 표면에 열전달물질을 코팅하고, 상기 열전달물질이 경화된 후 분리막(30)과 함께 전극조립체 내에 적층되어 상기 열전달물질이 열전달층(50)을 형성할 수 있다.
또는, 상기 열전달층(50)은 양극(10)과 분리막(30) 사이 또는 음극(20)과 분리막(30) 사이에 적층가능한 크기를 갖는 판 형태로 미리제조될 수 있다. 미리제조된 열전달층(50)은 양극(10), 분리막(30), 음극(10)의 적층 시 함께 적층이 이뤄진다.
이러한, 열전달층(50) 제공 방식은 타공홀(51)의 갯수나 배치상태에 따라 선택될 수 있을 것이며, 특정위치의 열전달층(50)은 코팅방식으로 형성하고 다른 위치의 열전달층(50)은 판모양으로 적층되는 방식이 적용될 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명에서 전극조립체는 파우치(40)에 내장되며, 양극탭(11)과 음극탭(21)은 서로 반대방향을 향하여 위치하고 그 끝단은 파우치(40)에서 돌출되도록 구성된다.
도 6a 는 열전달층이 미구비된 이차전지의 사시도로써 표 1 에 기재된 A 내지 E 지점이 표시된 사시도 및 G-G의 단면모습이 도시된 도면(저온일수록 상대적으로 진한색으로 표시됨)이고, 도 6b 는 본 발명에 따라 열전달층이 추가로 적층된 이차전지의 사시도로써 표 1 에 기재된 A 내지 E 지점이 표시된 사시도 및 H-H의 단면모습이 도시된 도면이다(도 6a 와 6b 에서 이차전지는 한 개가 도시되었으나, 단면도에 도시된 온도편차는 도 1a 에 도시된 바와 같이 상기 이차전지가 이차전지모듈로써 탑재됐을 때의 온도 분포를 나타낸 것임). 하기의 표 1 은 상기 도 6a, 6b 에 표시된 다섯 개의 지점에서 열전달층이 미적층됐을 때와 열전달층이 적층됐을 때의 온도 차이를 나타난 것이다.
A지점 B지점 C지점 D지점 E지점 최대온도편차
열전달층 미적층(도 6a) 39.5℃ 36.6℃ 39.1℃ 35.1℃ 31.3℃ 8.2℃
열전달층 적층(도 6b) 33.3℃ 33.0℃ 33.2℃ 32.8℃ 32.5℃ 0.8℃
** 실험조건- 셀용량(cell capacity: 78Ah, 부하전류(current load): 100A 10sec pulse, 초기충전률(Initial status of charge):50%, 초기온도(Initial temperature: 25℃, 냉각재온도(coolant temperature):22℃
표 1 의 데이터에서 확인할 수 있는 바와 같이, 전극조립체에 열전달층(50)이 포함되면 이차전지 전체 영역에서 온도편차가 저하됨을 확인할 수 있다. 즉, 열전달층(50)이 미포함되는 경우에는 내부에서 열이 발생하면 냉각판과 가까운 쪽에서는 쉽게 냉각이 이뤄지는 반면에 냉각판과 상대적으로 먼 지점에서는 열배출이 어려워 상대적으로 고온으로 나타난다. 그리고, 이때, 열분산이 이뤄지지 못해 열편차가 발생하는 반면에, 본 발명과 같이 열전달층(50)이 추가되면 상대적으로 고온지점에서 발생한 열을 상대적으로 저온지점으로 분산시키고 이에 따라 열이 외부와 노출되는 면적이 증가되어 온도편차 뿐만 아니라 전체적인 온도 또한 감소됨을 확인할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 구조는 온도편차가 감소되고 냉각효율이 증대되므로 충방전 성능 및 제품의 신뢰성이 향상될 수 있다.
상기 열전달층(50)은 이온의 통과를 허용하는 복수 개의 타공홀(51)이 형성되어 이온 및 전자 전달을 방해하지 않으며, 전극조립체의 스펙에 따라 그 배열이 다양하게 형성될 수 있다.
상기 열전달층(50)은 하나 이상의 분리막(30)에서 상기 분리막(30)을 사이에 두고 양측 각각에 적층되거나 또는 일측면에만 맞닿도록 적층될 수 있으므로, 열분산 효과와 전극조립체의 두께 증가를 고려하여 선택적으로 배치될 수 있다.
아울러, 어느 하나의 열전달층(50)은 다른 것들 보다 더 큰 두께를 가질 수 있으므로 특정 위치에서의 열분산 효과를 더 증대시킬 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
10 : 양극
20 : 음극
30 : 분리막
40 : 파우치
50 : 열전달층

Claims (13)

  1. 양극, 분리막, 음극이 반복적층되며, 양극끼리 연결되는 양극탭과 음극끼리 연결되는 음극탭이 마련된 전극조립체에 있어서,
    상기 분리막 보다 열전도도가 높은 재질로 제조되며, 양극과 분리막 사이 또는 음극과 분리막 사이에 적층되어 상대적으로 고온지점에서 발생한 열을 상대적으로 저온지점으로 분산시키는 열전달층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전달층은 그래파이트(graphite)를 함유하는 재질로 제조된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전달층은 분리막 보다 더 작은 면적을 가지며, 상기 분리막에서 미돌출되도록 적층된 것을 특징으로 하는 전극조립체
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 음극은 양극과 같거나 더 큰 면적을 가지며 상기 열전달층은 음극과 같거나 더 큰 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 전극조립체
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전달층은 이온의 통과를 허용하는 복수 개의 타공홀이 형성된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  6. 제 5 항에 있어서
    상기 타공홀은 열전달층에서 규칙적인 배열을 이루도록 배치된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전달층은 하나 이상의 분리막에서 상기 분리막을 사이에 두고 양측 각각에 적층된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전달층은 하나 이상의 분리막에서 상기 분리막의 일측면에만 맞닿도록 적층된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전달층은 적어도 두 개 이상 배치되며, 어느 하나는 다른 하나 보다 더 큰 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리막은 표면에 열전달물질이 코팅된 상태로 제공되어, 전극조립체 내에서 상기 열전달물질이 열전달층을 형성하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전달층은 양극과 분리막 사이 또는 음극과 분리막 사이에 적층가능한 크기를 갖는 판 형태로 제공되어, 양극, 분리막, 음극의 적층 시 함께 추가적으로 적층된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양극탭과 음극탭은 서로 반대방향을 향하여 돌출되도록 배치된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  13. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 전극조립체가 파우치에 내장된 이차전지.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023149694A1 (ko) * 2022-02-07 2023-08-10 주식회사 엘지에너지솔루션 발화억제 구조의 리튬이차전지

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160086194A (ko) * 2015-01-09 2016-07-19 주식회사 엘지화학 열확산성 분리막 및 이를 포함하는 이차전지

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI346406B (en) * 2006-02-16 2011-08-01 Lg Chemical Ltd Lithium secondary battery with enhanced heat-resistance
JP4923679B2 (ja) * 2006-03-31 2012-04-25 トヨタ自動車株式会社 積層型電池
JP2010171030A (ja) * 2008-12-22 2010-08-05 Kaneka Corp 放熱構造体
KR20100073753A (ko) * 2008-12-23 2010-07-01 주식회사 효성 내열성 및 강도가 개선된 다공성 분리막, 이의 제조방법 및이를 포함하는 전기화학 소자
WO2011021644A1 (ja) * 2009-08-19 2011-02-24 三菱化学株式会社 非水系電解液二次電池用セパレータ及び非水系電解液二次電池
JP5891655B2 (ja) * 2010-08-30 2016-03-23 ソニー株式会社 非水電解質電池および非水電解質電池の製造方法、並びに絶縁材および絶縁材の製造方法、並びに電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
JP5834940B2 (ja) * 2012-01-18 2015-12-24 トヨタ自動車株式会社 非水電解質二次電池用のセパレータ、及び非水電解質二次電池
KR101515357B1 (ko) * 2012-02-29 2015-04-28 제일모직주식회사 유기 및 무기 혼합물 코팅층을 포함하는 분리막 및 이를 이용한 전지
KR101920714B1 (ko) * 2012-05-16 2018-11-21 삼성전자주식회사 리튬 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 전지
CN105051941B (zh) * 2013-03-19 2017-11-21 索尼公司 隔膜、电池、电池组、电子设备、电动车辆、电力储存装置以及电力系统
JP6186783B2 (ja) * 2013-03-19 2017-08-30 ソニー株式会社 セパレータ、電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
WO2015019429A1 (ja) * 2013-08-07 2015-02-12 株式会社日立製作所 電池モジュール
DE102013226743A1 (de) * 2013-12-19 2015-06-25 Robert Bosch Gmbh Wärmeleitender Polymerseparator
CN105374972B (zh) * 2015-12-14 2018-01-19 苏州锂盾储能材料技术有限公司 一种锂离子电池耐高温隔膜材料及制备方法
KR20170114171A (ko) * 2016-04-05 2017-10-13 현대자동차주식회사 리튬이차전지 및 그 제조방법
US10439260B2 (en) * 2016-06-30 2019-10-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Battery
KR102140122B1 (ko) * 2016-08-19 2020-07-31 주식회사 엘지화학 다중 보호층을 포함하는 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160086194A (ko) * 2015-01-09 2016-07-19 주식회사 엘지화학 열확산성 분리막 및 이를 포함하는 이차전지

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023149694A1 (ko) * 2022-02-07 2023-08-10 주식회사 엘지에너지솔루션 발화억제 구조의 리튬이차전지

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