KR20220055972A - 부식방지층이 전지케이스의 내면에 형성되어 있는 이차전지 - Google Patents

부식방지층이 전지케이스의 내면에 형성되어 있는 이차전지 Download PDF

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KR20220055972A
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Abstract

본 발명은, 양극, 분리막, 및 음극을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 수납되어 있는 이차전지로서, 상기 전극조립체는 젤리-롤형 또는 스택/폴딩형 전극조립체이고, 상기 전지케이스는 금속으로 이루어져 있고, 상기 전지케이스가 전해액과 접촉하는 내면에는 유무기 혼합층, 프라이머층, 전도성 고분자층, 및 전도성 에폭시층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 이루어진 부식방지층이 형성되어 있는 이차전지를 제공한다.

Description

부식방지층이 전지케이스의 내면에 형성되어 있는 이차전지{SECONDARY BATTERY WITH ANTI-CORROSION LAYER ON INNER SURFACE OF BATTERY CASE}
본 발명은 부식방지층이 전지케이스의 내면에 형성되어 있는 이차전지에 관한 것이다.
화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지나 청정에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.
현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.
최근에는 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중에서, 높은 충방전 특성과 수명특성을 나타내고 친환경적인 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해져 왔고, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
일반적으로 리튬 이차전지는 양극과 음극 및 다공성 분리막으로 이루어진 전극조립체에 비수계 전해액이 함침된 상태로 전지케이스에 내장된 구조를 가진다.
이때, 상기 이차전지는 일반적으로, 전지케이스의 형태에 따라 전지케이스로서 금속으로 이루어진 캔에 스택/폴딩형, 또는 권취형 전극조립체를 수납하는 원통형, 또는 각형 이차전지, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지, 금속으로 이루어진 상부 케이스와 하부 케이스에 코인형의 전극조립체를 수납하는 코인형 전지로 나뉜다.
여기서, 상기 각형, 원통형, 또는 코인형 전지의 경우, 외장재로서 고분자가 아닌 금속을 사용하므로, 전해액의 종류에 따라서는 금속의 부식이 발생할 수 있어, 사용될 수 있는 전해액의 제한이 있고, 구체적으로 이미드계염을 사용한 전해액에서는 부식이 매우 심한 문제가 있다.
따라서, 이러한 문제를 해결하여 전해질의 종류에 상관 없이 금속 캔의 부식이 방지될 수 있는 이차전지의 기술 개발이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 전해액과의 접촉에 의한 이차전지 케이스의 부식을 효율적으로 억제할 수 있는 이차전지를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 양극, 분리막, 및 음극을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 수납되어 있는 이차전지로서,
상기 전지케이스는 금속으로 이루어져 있고, 상기 전지케이스가 전해액과 접촉하는 내면에는 유무기 혼합층, 프라이머층, 전도성 고분자층, 및 전도성 에폭시층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 이루어진 부식방지층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 금속은, 알루미늄, 니켈, 스테인리스스틸(SUS), 구리, 철, 청동, 및 황동으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다.
한편, 하나의 구체적인 예에서, 상기 이차전지는 원통형 이차전지일 수 있다.
구체적으로, 상기 전극조립체는 젤리-롤형 또는 스택/폴딩형 전극조립체이고,
상기 전지케이스는, 상기 전극조립체와 전해액이 함께 수납되는 수납부와 상기 수납부 상부에 비딩부를 포함하는 원통형 캔; 및 상기 원통형 캔의 개방 상단부에 탑재되고, 돌출형 전극단자로서 상단 캡을 포함하고 있는 캡 어셈블리;를 포함하고,
상기 부식방지층은, 상기 수납부의 내면, 또는 수납부와 비딩부의 내면에 형성되어 있을 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 원통형 캔의 비딩부의 상부에는 가스켓이 장착되어 있고,
상기 캡 어셈블리는, 상단 캡 하부에 전류차단용 안전소자(PTC 소자) 및 내부 압력 강하용 안전벤트가 적층되어 있고, 상기 안전벤트 하단에는 전류차단장치(CID)가 형성되어 있으며,
상기 전극조립체는 전극조립체로부터 인출된 양극 탭과 음극 탭을 포함하고, 상기 양극 탭은 상기 캡 어셈블리의 돌출형 전극단자인 상단 캡에 연결되어 있으며, 상기 음극 탭은 상기 원통형 캔의 수납부와 이격된 바닥면에 연결되어 있으며,
상기 상단 캡, 원통형 캔의 바닥면, 전류차단용 안전소자, 안전벤트, 전류차단장치, 양극 탭, 및 음극 탭으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 부재에서 이차전지의 내면 방향으로의 표면에는 프라이머층, 전도성 고분자층, 및 전도성 에폭시층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 이루어진 전도성층이 형성되어 있을 수 있다.
한편, 하나의 구체적인 예에서, 상기 이차전지는 각형 이차전지일 수 있다.
구체적으로, 상기 전극조립체는 젤리-롤형 또는 스택/폴딩형 전극조립체이고,
상기 전지케이스는, 상단이 개방되어 있고, 상기 전극조립체와 전해액이 함께 수납되는 장방형의 캔 본체; 및 상기 캔 본체의 상단부에 결합되어 밀봉되며, 전극조립체의 전극단자들에 연결되는 캡 단자들을 포함하는 탑 캡;을 포함하고,
상기 부식방지층은 상기 캔 본체의 내면, 또는 상기 캔 본체의 내면과 캡 단자들을 제외한 탑 캡의 내면에 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 전극조립체는 전극조립체로부터 인출된 양극 탭과 음극 탭을 포함하고, 상기 양극 탭 및 음극 탭은 캡 단자들에 각각 연결되며,
상기 양극 탭, 음극 탭, 및 캡 단자들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 부재에서 이차전지의 내면 방향으로의 표면에는 프라이머층, 전도성 고분자층, 및 전도성 에폭시층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 이루어진 전도성층이 형성되어 있을 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 이차전지는 상기 전극조립체의 중앙부에 삽입되는 중공구조의 센터핀을 더 포함하며, 상기 부식방지층은 센터핀과 전해액이 접촉하는 외면에 추가로 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 센터핀의 중공 내면에도 부식방지층이 추가로 형성되어 있을 수 있다.
이때, 상기 센터핀은 금속으로 이루어진 전지케이스와 동일하게 알루미늄, 니켈, 스테인리스스틸(SUS), 구리, 철, 청동, 및 황동으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 유무기 혼합층은, (a) 유전율 상수가 1 이상인 무기물 입자, (b) 압전성(piezoelectricity)을 갖는 무기물 입자, (c) 열전도성 무기물 입자 및 (d) 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기물 입자, 및 바인더 고분자를 포함할 수 있다.
상기 프라이머층은 그래핀, 및 바인더 고분자를 포함할 수 있다.
상기 전도성 고분자층은 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트(PEDOT/PSS; poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/poly(4-styrene sulfonate), 폴리아닐린(PANI; polyaniline), 폴리피롤(PPy; polypyrrole), 폴리티오펜(PT; polythiophene), 폴리아세틸렌(PA; polyacetylene), 폴리파라-페닐렌비닐렌(PPV; poly para-phenylene vinylene)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 전도성 고분자를 포함할 수 있다.
상기 상기 전도성 에폭시층은 금, 백금, 은, 구리, 또는 니켈의 금속분말, 카본 또는 카본 섬유, 흑연, 및 복합 분말로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 전도성 충전제, 및 에폭시성 고분자를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전해액과 접촉할 수 있는 전지케이스의 내면에 부식 방지층을 형성함으로써, 전해액에 의한 부식이 효과적으로 방지, 및/또는 억제될 수 있다.
또한, 전도성이 필요한 부분에는 전도성층을 형성하고, 그렇지 않은 부분에는 유무기 혼합층 또는 전도성을 가지는 부식 방지층을 포함함으로써, 전도성을 가져야 하는 이차전지 부재들의 전도성은 확보하면서도, 전해액에 의한 부식이 가능한 부분을 전체적으로 커버하여 효과적으로 부식을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예예 따른 원통형 이차전지의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 이차전지의 모식도이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면,
양극, 분리막, 및 음극을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 수납되어 있는 이차전지로서,
상기 전지케이스는 금속으로 이루어져 있고, 상기 전지케이스가 전해액과 접촉하는 내면에는 유무기 혼합층, 프라이머층, 전도성 고분자층, 및 전도성 에폭시층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 이루어진 부식방지층이 형성되어 있는 이차전지가 제공된다.
이때, 전지케이스를 이루는 금속은, 알루미늄, 니켈, 스테인리스스틸(SUS), 구리, 철, 청동, 및 황동으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있고, 상세하게는 알루미늄, 또는 스테인리스스틸(SUS)로 이루어질 수 있고, 더욱 상세하게는 스테인리스스틸(SUS)로 이루어질 수 있다.
이러한 금속은 전해액으로 어떠한 물질을 사용하느냐에 따라 부식의 정도가 심해 수명특성이 저하되고, 더 이상 쓸 수 없을 정도가 되거나, 안전성이 위협을 받을 수도 있다.
이에, 본 발명은, 전지케이스가 금속으로 이루어진 원통형 이차전지 또는 각형 이차전지에 있어서, 상기 전지케이스가 전해액과 접촉하는 내면에 부식방지층을 형성하여, 전해액에 의한 부식을 방지하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 부식방지층은, 유무기 혼합층, 프라이머층, 전도성 고분자층, 및 전도성 에폭시층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 이루어질 수 있다.
즉, 전해액이 접촉할 수 있는 전지케이스의 내면에는 금속이 바로 노출되지 않도록, 전해액에 대한 내성을 가지는 물질로 코팅할 수 있다.
구체적으로는, 상기 이차전지가 원통형 이차전지인 경우에, 상기 전극조립체는 젤리-롤형 또는 스택/폴딩형 전극조립체이고,
상기 전지케이스는, 상기 전극조립체와 전해액이 함께 수납되는 수납부와 상기 수납부 상부에 비딩부를 포함하는 원통형 캔; 및 상기 원통형 캔의 개방 상단부에 탑재되고, 돌출형 전극단자로서 상단 캡을 포함하고 있는 캡 어셈블리;를 포함하며,
상기 부식방지층은, 상기 수납부의 내면, 또는 수납부와 비딩부의 내면에 형성되어 있을 수 있다.
즉, 원통형 이차전지에서 수납부의 내면은 전해액에 직접적으로 완전히 노출되는 부분으로서, 상기 부식방지층을 형성하는 경우, 전해액의 의한 부식을 효과적으로 억제, 방지할 수 있다.
본 발명에서는, 이러한 부식방지층이 형성된 원통형 이차전지의 모식도를 하기 도 1에 도시하였다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지(100)는 양극, 분리막, 및 음극을 포함하는 전극조립체(120)가 전해액과 함께 전지케이스로서 수납부(111)와 비딩부(112)를 포함하는 원통형 캔(110)에 수납되어 있고, 상단 캡(131)을 포함하는 캡 어셈블리(130)가 원통형 캔(110)의 개방 상단부에 위치하여 원통형 캔(110)을 밀봉하고 있는 구조로 이루어져 있으며, 전극조립체(120)가 수납되는 수납부(111)의 내면, 또는 수납부(111)와 비딩부(112)의 내면에는 부식방지층(160)이 형성되어 있다.
이때, 상기 전극조립체(120)는, 한정되지 아니하나, 젤리-롤형 또는 스택/폴딩형 전극조립체일 수 있다.
상기 젤리-롤형 전극조립체는 시트형의 양극, 시트형의 음극 사이에 시트형의 분리막을 개재하고 권취하여 제조된다.
상기 스택/폴딩형 전극조립체는, 단위 전극, 양단에 서로 동일한 극성의 전극이 위치하도록 적층된 풀셀, 양단에 서로 상이한 극성의 전극이 위치하도록 적층된 바이셀을 시트형의 분리필름 상에서 권취하여 제조된다.
이러한 젤리-롤형 전극조립체 및 스택/폴딩형 전극조립체의 구체적인 구성은 종래에 알려져 있는 바, 본 명세서에는 자세한 설명은 생략한다.
더욱 구체적으로, 본 발명에 따른 이차전지(100)는, 원통형 캔(110)의 비딩부(112)의 상부에 장착된 가스켓(140)을 포함하고, 캡 어셈블리(130)가 상단 캡(131), 상단 캡(131) 하부에 적층되어 있는 전류차단용 안전소자(PTC 소자, 132) 및 내부 압력 강하용 안전벤트(133), 및 안전벤트(133) 하단에 형성된 전류차단장치(CID, 134)를 포함하는 구조로 이루어져 있다.
또한, 전극조립체(120)로부터는 양극 탭(121)과 음극 탭(122)이 인출되어 있고, 양극 탭(121)은 캡 어셉블리(130)에 연결되어 있으며, 음극 탭(122)은 원통형 캔(130)의 수납부(111)와 이격된 바닥면(113)에 연결되어 있는 구조로 이루어져 있다.
여기서, 전류차단용 안전소자(132), 안전벤트(133), 및 전류차단장치(134)는 모두 전류가 통하는 구조물인 것이 바람직하며, 이차전지의 안전성을 확보하기 위해 형성된다.
그 밖의 구체적인 내용은, 종래 알려져 있으므로, 본 출원에서는 이에 대한설명을 생략한다.
한편, 상기 설명한 바와 같이, 전류차단용 안전소자(132), 안전벤트(133), 전류차단장치(134) 뿐 아니라, 양극 단자로서 역할을 수행하는 상단 캡(131), 음극 단자로서 역할을 수행하는 원통형 캔의 바닥면(113), 및, 양극 탭(121)과 음극 탭(122)은 전도성을 가지는 것이 바람직하므로, 상기 상단 캡(131), 원통형 캔의 바닥면(113), 전류차단용 안전소자(132), 안전벤트(133), 전류차단장치(134), 양극 탭(121), 및 음극 탭(122)의 이차전지(100)의 내면 방향으로의 표면에는, 전도성을 유지하면서도, 전해액 누출에 따른 부식을 방지하기 위해, 프라이머층, 전도성 고분자층, 및 전도성 에폭시층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 이루어진 전도성층(170)이 형성되어 있을 수 있다.
이때, 상기 전도성층(170)은 상기 부재의 이차전지 내부에서 노출된 표면에 전체적으로 형성되어 있을 수도 있으나, 각각의 부재에서 전극조립체의 방향으로의 표면에만 형성되어 있을 수도 있다.
한편, 상기 가스켓(140)에는 부식방지층(160)이 형성될 수 있다.
더 나아가, 본 발명에 따른 이차전지(100)은, 젤리-롤형의 전극조립체(120)의 중앙부에 삽입되는 중공구조의 센터핀(150)을 더 포함할 수 있다.
이때, 센터핀(150) 역시 금속, 상세하게는, 알루미늄, 니켈, 스테인리스스틸(SUS), 구리, 철, 청동, 및 황동으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 따라서, 전해액에 대한 부식이 이루어진다.
그러므로, 도면에서 센터핀의 외면과 내면을 명확히 도시하지는 않았으나, 센터핀(150)에서 전해액이 접촉하는 외면에 부식방지층(180)이 추가로 형성되어 있을 수 있고, 더욱 상세하게는, 중공 내면까지 부식방지층(180)이 형성되어 있을 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 전해액과 접촉할 가능성이 있는 부분에 부식방지층(160, 180), 또는 전도성층(170)이 형성될 수 있으며, 이로부터 전해액의 접촉에 의한 부식을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 이러한 구성에 더 나아가, 이차전지를 이루는 부재들 중 전도성이 필수적인 구성들에 대해서는 유무기 혼합층을 제외한 전도성 물질을 포함하는 전도성층을 형성함으로써, 전도성을 저하시키지 않을 수 있으므로, 더욱 바람직하다.
또 하나의 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 이차전지는 각형 이차전지일 수 있고, 이 경우, 상기 전극조립체는 젤리-롤형 또는 스택/폴딩형 전극조립체이고,
상기 전지케이스는, 상단이 개방되어 있고, 상기 전극조립체와 전해액이 함께 수납되는 장방형의 캔 본체; 및 상기 캔 본체의 상단부에 결합되어 밀봉되며, 전극조립체의 전극단자들에 연결되는 캡 단자들을 포함하는 탑 캡;을 포함하고,
상기 부식방지층은 상기 캔 본체의 내면, 또는 상기 캔 본체의 내면과 캡 단자를 제외한 탑 캡의 내면에 형성되어 있을 수 있다.
즉, 각형 이차전지에서도 캔 본체의 내면은 전해액에 직접적으로 완전히 노출되는 부분으로서, 상기 부식방지층을 형성하는 경우, 전해액의 의한 부식을 효과적으로 억제, 방지할 수 있다. 또한, 탑 캡도 캡 단자들을 제외한 부분에 상기 부식방지층이 형성될 수 있다.
한편, 상기 전극조립체는 전극조립체로부터 인출된 양극 탭과 음극 탭을 포함하고, 상기 양극 탭 및 음극 탭은 캡 단자들에 각각 연결되며,
상기 양극 탭, 음극 탭, 및 캡 단자들은 전도성을 필요로 하는 부재이므로, 상기 양극 탭, 음극 탭, 및 캡 단자들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 부재에서 이차전지의 내면 방향으로의 표면에는 프라이머층, 전도성 고분자층, 및 전도성 에폭시층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 이루어진 전도성층이 형성될 수 있다.
본 발명에서는, 이러한 부식방지층이 형성된 각형 이차전지의 모식도를 하기 도 2에 도시하였다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지(200)는 상단이 개방되어 있고, 전극조립체(220)와 전해액이 함께 수납되는 장방형의 캔 본체(210), 및 캔 본체(210)의 상단부에 결합되어 밀봉되며, 전극조립체(220)의 전극 단자들(221, 222)에 연결되는 캡 단자들(231)을 포함하는 탑 캡(230)을 포함하는 구조로 이루어져 있다.
이때, 캔 본체(210)의 내면, 또는 캔 본체(210)의 내면과 캡 단자들(231)을 제외한 탑 캡(230)의 내면에는 부식방지층(250, 260)이 형성되어 있다.
여기서, 상기 전극조립체(220)는 원통형 이차전지에서 설명한 바와 같다.
또한, 전극조립체(220)는 전극조립체(220)로부터 상부로 인출된 양극 탭(221)과 음극 탭(222)을 포함하고, 양극 탭(221)과 음극 탭(222)은 각각 캔 단자들(231)에 연결되어 있다.
이때, 양극 탭(221), 음극 탭(222), 및 캡 단자들(231)은 전도성을 가져야 하므로 이차전지(200)의 내면 방향으로의 표면에 프라이머층, 전도성 고분자층, 및 전도성 에폭시층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 이루어진 전도성층(270)이 형성되어 있을 수 있다.
즉, 상기와 같이 전도성을 필수로 하는 부재들에는 유무기 혼합층을 배제하고 전도성을 나타내는 전도성층이 형성될 수 있다.
더 나아가, 본 발명에 따른 이차전지(200)은, 젤리-롤형의 전극조립체(220)의 중앙부에 삽입되는 중공구조의 센터핀(240)을 더 포함할 수 있다.
이때, 센터핀(240) 역시 금속, 상세하게는, 알루미늄, 니켈, 스테인리스스틸(SUS), 구리, 철, 청동, 및 황동으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 따라서, 전해액에 대한 부식이 이루어진다.
그러므로, 도면에서 센터핀의 외면과 내면을 명확히 도시하지는 않았으나, 센터핀(240)에서 전해액이 접촉하는 외면에 부식방지층(280)이 추가로 형성되어 있을 수 있고, 더욱 상세하게는, 중공 내면까지 부식방지층(280)이 형성되어 있을 수 있다.
즉, 각형 이차전지에 있어서도, 전해액과 접촉할 가능성이 있는 부분에 부식방지층(260, 280), 또는 전도성층(270)이 형성될 수 있으며, 이로부터 전해액의 접촉에 의한 부식을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 이러한 구성에 더 나아가, 이차전지를 이루는 부재들 중 전도성이 필수적인 구성들에 대해서는 유무기 혼합층을 제외한 전도성 물질을 포함하는 전도성층(270)을 형성함으로써, 전도성을 저하시키지 않을 수 있으므로, 더욱 바람직하다.
한편, 상기 도 1 및 도 2는 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지, 및 각형 이차전지의 구성을 설명한 것이나, 다양한 구조의 원통형 이차전지, 각형 이차전지에서, 전도성이 필수적이지 않은 부재에는 부식방지층을, 전도성이 필수적인 부재에는 전도성층을 형성한 경우라면, 모두 본 발명의 범주에 포함됨은 물론이다.
한편, 상기 부식방지층을 이루는 물질과 전도성층을 이루는 물질은, 본 발명에 있어서, 매우 중요하다. 즉, 상기에서도 설명한 바와 같이, 본 발명은, 금속으로 이루어진 이차전지의 부재들이 전해액에 의해 부식되는 것을 방지하면서도, 전도성이 저하되지 않는 두 가지 효과를 달성하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 이들을 이루는 물질들의 선택은 매우 중요하다.
첫째로, 본 발명에 따른 부식방지층으로서, 유무기 혼합층은, (a) 유전율 상수가 1 이상인 무기물 입자, (b) 압전성(piezoelectricity)을 갖는 무기물 입자, (c) 열전도성 무기물 입자 및 (d) 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기물 입자, 및 바인더 고분자를 포함할 수 있다.
상기 압전성(piezoelectricity) 무기물 입자는 상압에서는 부도체이나, 일정 압력이 인가되었을 경우 내부 구조 변화에 의해 전기가 통하는 물성을 갖는 물질을 의미하는 것으로서, 유전율 상수가 100 이상인 고유전율 특성을 나타낼 뿐만 아니라 일정 압력을 인가하여 인장 또는 압축되는 경우 전하가 발생하여 한 면은 양으로, 반대편은 음으로 각각 대전됨으로써, 양쪽 면 간에 전위차가 발생하는 기능을 갖는 물질이다.
상기 압전성을 갖는 무기물 입자의 예로는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT) hafnia (HfO2) 또는 이들의 혼합체 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기물 입자를 지칭하는 것이다.
상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자의 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 glass (LixSiySz, 0<x<3, 0<y<2, 0<z<4), LiI-Li2S-P2S5 등과 같은 P2S5 계열 glass (LixPySz, 0<x<3, 0<y<3, 0<z<7), 또는 이들의 혼합물 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 유전율 상수 1 이상인 무기물 입자의 예로는 SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2, SiC 또는 이들의 혼합물 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 열전도성 무기물 입자는, 낮은 열 저항성을 제공하나 전기 전도성은 제공하지 않아 절연 특성을 갖는 물질로서, 예를 들어, 알루미늄 나이트라이드(AlN), 보론 나이트라이드(BN), 알루미나(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC), 및 베릴륨 옥사이드(BeO)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 고유전율 무기물 입자, 압전성을 갖는 무기물 입자, 열전도성 무기물 입자와 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자들을 혼용하여 사용할 수도 있다.
상기 무기물 입자의 크기는 제한이 없으나, 무기물 입자간의 적절한 공극률을 위하여 가능한 한 0.001 내지 10 ㎛ 범위인 것이 바람직하다. 0.001 ㎛ 미만인 경우 분산성이 저하되어 유무기 혼합층을 제조시 물성을 조절하기가 어려우며, 10 ㎛를 초과하는 경우 두께가 증가하여 기계적 물성이 저하되며, 또한 지나치게 큰 기공 크기로 인해 충분한 부식방지의 역할을 수행하지 못하고 전지 충방전시 내부 단락이 일어날 확률이 높아진다.
상기 무기물 입자의 함량은 특별한 제한이 없으나, 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물 100 중량% 당 1 내지 99 중량% 범위가 바람직하며, 특히 10 내지 95 중량%가 더욱 바람직하다. 1 중량% 미만일 경우, 고분자의 함량이 지나치게 많게 되어 무기물 입자들 사이에 형성되는 빈 공간의 감소로 인한 기공 크기 및 기공도가 감소될 수 있다. 반대로, 99 중량%를 초과할 경우, 고분자 함량이 너무 적기 때문에 무기물 사이의 접착력 약화로 인해 최종 기계적 물성이 저하된다.
이때, 상기 기공 크기 및 기공도를 무기물 입자 크기 및 함량을 조절함으로써 함께 조절할 수 있다.
또한, 상기 무기물 입자 및 바인더 고분자로 이루어진 유무기 혼합층은 무기물 입자의 내열성으로 인해 고온 조건에서도 견고하다. 따라서, 고온, 과충전, 외부 충격 등의 내부 또는 외부 요인으로 인한 과도한 조건에서도 단락 방지에 효과적이며, 무기물 입자의 흡열 효과로 열 폭주를 지연할 수도 있다.
상기 바인더 고분자는, 전해액과의 부반응을 일으키지 않는 것이라면 한정되지 아니하나, 특히, 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg)가 가능한 낮은 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 -200 내지 200℃범위이다.
이러한 바인더 고분자의 예로는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-cotrichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 셀룰로오스 아세테이트(celluloseacetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트(cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate), 시아노에틸풀루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스(cyanoethylsucrose), 풀루란(pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose), 아크리로니트릴스티렌부타디엔 공중합체(acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer), 폴리이미드(polyimide) 또는 이들의 혼합체 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상술한 특성을 포함하는 물질이라면 어느 재료라도 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다
한편, 부식방지층 및 전도성층에 모두 사용될 수 있는 프라이머층, 전도성 고분자층, 및 전도성 에폭시층에 대해 구체적으로 설명한다.
본 발명의 프라이머층은, 그래핀, 및 바인더 고분자를 포함할 수 있다.
상기 프라이머층은 일반적으로 탄소계 물질을 다양하게 사용가능하나, 본 발명에 따르면, 이러한 전도성 물질로서 구체적으로, 그래핀을 사용할 수 있다.
상기 그래핀을 사용하는 경우, 다른 탄소계 물질을 사용하는 경우와 비교하여, 월등한 전도성을 나타낼 수 있다. 본 발명에 따르면, 전도성층으로 사용되는 경우에는 전도성을 필수적으로 확보해야 하며, 그렇지 못한 경우, 이차전지 성능이 저하될 수 있는 바, 탄소계 물질 중 가장 전도성이 우수한 그래핀을 사용하는 것이 중요하다.
상기 바인더 고분자는, 금속으로 이루어진 전지케이스와 프라이머층 간 결합을 위해 사용되며, 일반적인 결착 성분을 가진 것이라면 한정되지 아니하고, 예를 들어, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 및 불소 고무로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
이때, 상기 그래핀과 바인더 고분자는 1:99 내지 99:1의 중량비, 상세하게는 3:7 내지 7:3의 중량비로 포함될 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 그래핀의 함량이 작은 경우에는, 전도성을 충분히 얻을 수 없고, 반대로 바인더 고분자의 함량이 너무 적은 경우에는 프라이머층의 충분한 결착력을 얻을 수 없는 바, 바람직하지 않다.
이러한 프라이머층은, 당업계에서 통상적으로 사용되는 코팅막 형성방법을 이용할 수 있고, 예를 들어, 그라비아(gravure) 코팅, 슬롯 다이(slot die) 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 바 코팅, 딥 코팅과 같은 습식 코팅법, 또는 열 증착(thermal evaporation), 전자 빔 증착(E-beam evaporation), 화학기상 증착(Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링(sputtering)과 같은 건식 코팅법을 사용하여 형성할 수 있고, 상세하게는 스프레이 코팅으로 형성할 수 있다.
상기 전도성 고분자층은, 전도성 고분자로 통상적으로 알려진 고분자들이 이용될 수 있으며, 예를 들어, 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트(PEDOT/PSS; poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/poly(4-styrene sulfonate), 폴리아닐린(PANI; polyaniline), 폴리피롤(PPy; polypyrrole), 폴리티오펜(PT; polythiophene), 폴리아세틸렌(PA; polyacetylene), 폴리파라-페닐렌비닐렌(PPV; poly para-phenylene vinylene)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 전도성 고분자를 포함할 수 있다.
상기 전도성 고분자층은 전도성 고분자 용융액 또는 이들을 용매에 용해한 혼합 용액을 제조하고, 상기 프라이머층의 코팅 방법에서 설명한 것과 같은 다양한 습식 코팅법을 통해 형성할 수 있다. 이때, 상기 전도성 고분자를 용매에 혼합하는 경우, 상기 용매는 극성의 유기 용매일 수 있으며, 예를 들어, 클로로포름, 디클로로메탄, m-크레졸, 테트라하이드로퓨란(THF), 및 디메틸포름아미드(DMF) 등을 들 수 있다.
한편, 상기 전도성 고분자는 고분자 자체가 결착력을 발휘하므로, 별도의 결착재 등이 필요하지 않다.
다만, 보다 견고한 결착을 위해 상기 프라이머층에 개시한 것과 같은 바인더 고분자를 추가로 포함할 수 있으며, 이때, 그 함량은 전도성 고분자층 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 10중량%로 포함될 수 있다.
상기 전도성 에폭시층은 전도성 충전제, 및 에폭시성 고분자를 포함할 수 있다.
여기서 상기 전도성 충전제는, 금, 백금, 은, 구리, 또는 니켈의 금속분말, 카본 또는 카본 섬유, 흑연 및 복합 분말로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 에폭시성 고분자는, 전도성 충전제를 결착시키는 성분으로서, 한정되지 아니하나, 예를 들어, 아크릴계, 에폭시계, 폴리우레탄계, 실리콘계, 폴리이미드계, 페놀계, 폴리에스테르계 고분자 재료, 복합 고분자 수지 및 저융점 유리로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
한편, 상기 전도성 에폭시층은, 어떻게 제조되느냐에 따라, 상온 건조형, 상온 경화형, 열경화형, 고온 소성형, UV 경화형 등으로 구분될 수 있다.
상기 상온 건조형은, 아크릴계 등의 에폭시성 고분자와 용제에 전도성 충전제를 포함시켜, 상온에서 건조시킴으로써 형성할 수 있고, 상온 경화형은, 2액형으로 반응성이 높은 경화제를 추가로 포함하여, 전도성 충전제와 에폭시성 고분자가 포함되어 있는 용제를 경화시켜 형성할 수 있다.
또한, 열 경화형은 에폭시계의 에폭시성 고분자를 주로 사용하여 전도성 충전제를 포함하는 용제에 열을 가함으로써 형성할 수 있으며, 고온 소성형은 고온으로 열처리해서 경화시키고, UV 경화형은 UV를 조사함으로써 경화시켜 형성할 수 있다.
이때, 상기 전도성 충전제와 에폭시성 고분자 역시, 1:99 내지 99:1의 중량비, 상세하게는 7:3 내지 3:7의 중량비로 포함될 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 전도성 충전제가 너무 적게 포함되면, 전도성이 저하되어 저항이 증가하고, 에폭시성 고분자가 너무 적게 포함되면, 전도성 충전제의 결착력을 얻을 수 없어 바람직하지 않다.
한편, 상기 부식방지층 및 전도성층의 형성 두께는, 0.01 ㎛ 내지 100 ㎛, 상세하게는, 0.5 내지 30㎛, 더욱 상세하게는, 1 내지 10㎛, 가장 상세하게는 3 내지 7㎛일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 부식방지층 또는 전도성층의 두께가 너무 얇으면 금속케이스의 부식을 충분히 억제하는 것이 어렵고, 너무 두꺼우면 양호한 전도성을 얻을 수 없거나, 그 크기가 너무 커지고 셀조립이 어려워질 수 있어 바람직하지 않다.
한편, 본 발명의 전극조립체의 구체적인 구성, 양극, 음극, 및 분리막과, 전해액의 구체적인 설명은 이미 종래 알려져 있으므로, 본 출원에서는 구체적인 설명은 생략한다.
다만, 전해액은 비수계 전해액과 리튬염을 함유하는데, 본 발명에 따른 이차전지는 리튬염으로서 리튬 이미드계염을 사용하는 경우 더욱 효과적이다.
상기 리튬 이미드계염은 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드(Lithium bis(fluorosulfonyl)imide), 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide) 또는 리튬 비스(퍼플루오로에틸설포닐)이미드(Lithium bis(perfluoroethylsulfonyl)imide)일 수 있으며, 바람직하게는 리튬 이미드계염은 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드 또는 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예, 이에 대비되는 비교예, 이들을 평가하는 실험예를 기재한다. 그러나, 상기 실시예는 본 기재를 예시하는 것일 뿐 본 기재의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것은 당연한 것이다.
<제조예 1>(프라이머층 전구체 용액)
전도성 물질로서, 그래핀 10g을 NMP용매 200g에 투입 후 H-NBR 분산제를 적용해 분산시키고 바인더로서 PVdF 5g을 혼합하여 프라이머층 전구체 용액을 제조하였다.
<제조예 2>(프라이머층 전구체 용액)
전도성 물질로서, 아세틸렌 블랙 10g을 NMP용매 200g에 투입 후 H-NBR 분산제를 적용해 분산시키고 바인더로서 PVdF 5g을 혼합하여 프라이머층 전구체 용액을 제조하였다.
<제조예 3>(전도성 고분자층 전구체 용액)
전도성 고분자로서, 폴리피롤 10g을 용매 디메틸포름아미드(DMF) 100g에 혼합하여 마그네틱바로 48시간 동안 교반(40°C)하여 전도성 고분자층 전구체 용액을 제조하였다.
<제조예 4>(전도성 에폭시층 전구체 용액)
MG chemicals사로부터 8331S 제품(은이 함유된 2액형 전기전도성 에폭시 접착제)를 사용하였다.
<제조예 5>(바인더 용액)
고분자로서, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 7g을 용매 디메틸포름아미드(DMF) 100g에 혼합하여 마그네틱바로 48시간 동안 교반(90°C)하여 바인더 용액을 제조하였다.
<실시예 1>
원통형 전지 케이스의 수납부, 비딩부와 상단캡에 상기 제조예 1에서 제조된 프라이머층 전구체 용액을 코팅(스프레이 코팅)하였다.
양극 활물질(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2) 95 중량%, Super-P(도전재) 2.5 중량%, 및 PVDF(결착제) 2.5 중량% 조성의 양극 합제를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 양극 슬러리를 제조한 후, 알루미늄 집전 기재 상에 코팅(100 ㎛)하여 코인형의 양극을 제조하였다.
인조흑연 95 중량%, Super-P(도전재) 2.5 중량%, 및 PVDF(결착제) 2.5 중량% 조성의 음극 합제를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 음극 슬러리를 제조한 후, 구리 집전 기재 상에 코팅(100 ㎛)하여 코인형의 음극을 제조하였다.
상기 제조된 양극과 음극 사이에 폴리에틸렌 기재의 분리막을 개재하여 전극조립체를 제조하고, 상기 전극조립체를 상기 원통형 케이스에 하기 도 1과 같이 내장하고, 1 M의 LiFSI가 녹아있는 부피비 1:1의 에틸렌카보네이트(EC)와 다이메틸카보네이트(DMC) 용액을 전해질로 주입한 다음, 가스켓으로 밀봉하여 원통형 이차전지를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1에서 원통형 전지 케이스의 수납부, 비딩부와 상단캡에 제조예 3에서 제조된 전도성 고분자층 전구체 용액을 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 원통형 이차전지를 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1에서 원통형 전지 케이스의 수납부, 비딩부와 상단캡에 제조예 4에서 제조된 전도성 에폭시층 전구체 용액을 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 원통형 이차전지를 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1에서 원통형 전지 케이스의 수납부, 비딩부와 상단캡에 제조예 2에서 제조된 프라이머층 전구체 용액을 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 원통형 이차전지를 제조하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1에서 원통형 전지 케이스의 수납부, 비딩부와 상단캡에 어떠한 코팅 처리도 하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 원통형 이차전지를 제조하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 1에서 원통형 전지 케이스의 수납부, 비딩부와 상단캡에 Cr금속을 전해도금 코팅 처리를 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 원통형 이차전지를 제조하였다.
<비교예 3>
상기 실시예 1에서 원통형 전지 케이스의 수납부, 및 비딩부에 제조예 5에서 제조된 바인더 용액을 코팅 처리를 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 원통형 이차전지를 제조하였다. 상단캡에도 바인더 용액을 코팅 처리하는 경우, 전류의 큰 저항으로 작용하여 수명 특성등을 평가할 수 없으므로, 바인더 코팅은 수납부와 비딩부에만 형성하였다.
<실험예 1>
상기 실시예 1 내지 4, 비교예 1 내지 3 에서 제조된 원통형 이차전지들을 하기 조건으로 충방전을 100회 실시한 후, 1회 방전 용량 대비 50회의 방전 용량 유지율을 계산하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
Charge: 0.3C, CC/CV, 4.25V, 1/20C cut-off
Discharge: 0.3C, CC, 3.0 V, cut-off
50회 용량유지율 (%)
실시예 1 99
실시예 2 96
실시예 3 99
실시예 4 97
비교예 1 45
비교예 2 75
비교예 3 55
표 1을 참조하면, 본 발명에 따라 부식방지층, 전도성층을 형성한 경우, 전혀 형성하지 않은 비교예 1, 다른 금속으로 전해 코팅한 비교예 2, 바인더층을 형성한 비교예 3과 비교하여 우수한 수명특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
<실험예 2>
실시예 1과 실시예 4에서 제조된 원통형 이차전지들을 하기 조건으로 레이트 평가를 진행하였다.
[1 내지 3rd cycle 충방전 조건]
Charge: 0.1C, CC/CV, 4.25V, 1/20C cut-off
Discharge: 0.1C, CC, 3.0 V, cut-off
[4 내지 6th cycle 충방전 조건]
Charge: 0.1C, CC/CV, 4.25V, 1/20C cut-off
Discharge: 2C, CC, 3.0 V, cut-off
초기 3회의 충방전에서 얻어진 0.1C 평균방전용량값 대비 4 내지 6th cycle에서 얻어진 2C 평균방전용량값의 용량유지율을 계산하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
2C 방전 용량유지율 (%)
실시예 1 89
실시예 4 80
표 2를 참조하면, 동일한 프라이머층을 형성하더라도, 그래핀을 사용한 경우 보다 우수한 레이트 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (13)

  1. 양극, 분리막, 및 음극을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 수납되어 있는 이차전지로서,
    상기 전지케이스는 금속으로 이루어져 있고, 상기 전지케이스가 전해액과 접촉하는 내면에는 유무기 혼합층, 프라이머층, 전도성 고분자층, 및 전도성 에폭시층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 이루어진 부식방지층이 형성되어 있는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속은 알루미늄, 니켈, 스테인리스스틸(SUS), 구리, 철, 청동, 및 황동으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어진 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지는 원통형 이차전지이고,
    상기 전극조립체는 젤리-롤형 또는 스택/폴딩형 전극조립체이고,
    상기 전지케이스는, 상기 전극조립체와 전해액이 함께 수납되는 수납부와 상기 수납부 상부에 비딩부를 포함하는 원통형 캔; 및 상기 원통형 캔의 개방 상단부에 탑재되고, 돌출형 전극단자로서 상단 캡을 포함하고 있는 캡 어셈블리를 포함하며,
    상기 부식방지층은, 상기 수납부의 내면, 또는 수납부와 비딩부의 내면에 형성되어 있는 이차전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 원통형 캔의 비딩부의 상부에는 가스켓이 장착되어 있고,
    상기 캡 어셈블리는, 상단 캡 하부에 전류차단용 안전소자(PTC 소자) 및 내부 압력 강하용 안전벤트가 적층되어 있고, 상기 안전벤트 하단에는 전류차단장치(CID)가 형성되어 있으며,
    상기 전극조립체는 전극조립체로부터 인출된 양극 탭과 음극 탭을 포함하고, 상기 양극 탭은 상기 캡 어셉블리에 연결되어 있으며, 상기 음극 탭은 상기 원통형 캔의 수납부와 이격된 바닥면에 연결되어 있으며,
    상기 상단 캡, 원통형 캔의 바닥면, 전류차단용 안전소자, 안전벤트, 전류차단장치, 양극 탭, 및 음극 탭으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 부재에서 이차전지의 내면 방향으로의 표면에는 프라이머층, 전도성 고분자층, 및 전도성 에폭시층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 이루어진 전도성층이 형성되어 있는 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지는 각형 이차전지이고,
    상기 전극조립체는 젤리-롤형 또는 스택/폴딩형 전극조립체이고,
    상기 전지케이스는, 상단이 개방되어 있고, 상기 전극조립체와 전해액이 함께 수납되는 장방형의 캔 본체; 및 상기 캔 본체의 상단부에 결합되어 밀봉되며, 전극조립체의 전극단자들에 연결되는 캡 단자들을 포함하는 탑 캡;을 포함하고,
    상기 부식방지층은 상기 캔 본체의 내면, 또는 상기 캔 본체의 내면과 캡 단자들을 제외한 탑 캡의 내면에 형성되어 있는 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전극조립체는 전극조립체로부터 인출된 양극 탭과 음극 탭을 포함하고, 상기 양극 탭 및 음극 탭은 캡 단자들에 각각 연결되며,
    상기 양극 탭, 음극 탭, 및 캡 단자들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 부재에서 이차전지의 내면 방향으로의 표면에는 프라이머층, 전도성 고분자층, 및 전도성 에폭시층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 이루어진 전도성층이 형성되어 있는 이차전지.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이차전지는 상기 전극조립체의 중앙부에 삽입되는 중공구조의 센터핀을 더 포함하며, 상기 부식방지층은 센터핀과 전해액이 접촉하는 외면에 추가로 형성되어 있는 이차전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 센터핀의 중공 내면에도 부식방지층이 추가로 형성되어 있는 이차전지.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 센터핀은 알루미늄, 니켈, 스테인리스스틸(SUS), 구리, 철, 청동, 및 황동으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어진 이차전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유무기 혼합층은, (a) 유전율 상수가 1 이상인 무기물 입자, (b) 압전성(piezoelectricity)을 갖는 무기물 입자, (c) 열전도성 무기물 입자 및 (d) 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기물 입자, 및 바인더 고분자를 포함하는 이차전지.
  11. 제1항, 제4항, 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프라이머층은 그래핀, 및 바인더 고분자를 포함하는 이차전지.
  12. 제1항, 제4항, 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 고분자층은 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트(PEDOT/PSS; poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/poly(4-styrene sulfonate), 폴리아닐린(PANI; polyaniline), 폴리피롤(PPy; polypyrrole), 폴리티오펜(PT; polythiophene), 폴리아세틸렌(PA; polyacetylene), 폴리파라-페닐렌비닐렌(PPV; poly para-phenylene vinylene)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 전도성 고분자를 포함하는 이차전지.
  13. 제1항, 제4항, 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 에폭시층은 금, 백금, 은, 구리, 또는 니켈의 금속분말, 카본 또는 카본 섬유, 흑연, 및 복합 분말로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 전도성 충전제, 및 에폭시성 고분자를 포함하는 이차전지.
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