KR20230047555A - Secondary battery improved safety - Google Patents

Secondary battery improved safety Download PDF

Info

Publication number
KR20230047555A
KR20230047555A KR1020210130547A KR20210130547A KR20230047555A KR 20230047555 A KR20230047555 A KR 20230047555A KR 1020210130547 A KR1020210130547 A KR 1020210130547A KR 20210130547 A KR20210130547 A KR 20210130547A KR 20230047555 A KR20230047555 A KR 20230047555A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
negative electrode
secondary battery
unit cell
active material
electrode active
Prior art date
Application number
KR1020210130547A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박수한
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020210130547A priority Critical patent/KR20230047555A/en
Publication of KR20230047555A publication Critical patent/KR20230047555A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0585Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411Organic material
    • H01M50/414Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/417Polyolefins
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/446Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027Negative electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

The present invention relates to a secondary battery. The secondary battery has a structure in which a plurality of unit cells are stacked and when the unit cells are stacked, an average particle size or/and sphericity of a negative electrode active material included in a negative electrode are controlled to have a constant gradient so as to realize a heat radiation effect at the same time while minimizing heat generation without lowering performance of a battery in case of charging/discharging of the battery.

Description

안전성이 향상된 이차전지{SECONDARY BATTERY IMPROVED SAFETY}Secondary battery with improved safety {SECONDARY BATTERY IMPROVED SAFETY}

본 발명은 단위셀의 적층 시 음극에 함유된 음극활물질의 평균 입도 및/또는 구형화도를 제어함으로써 안전성이 개선된 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery with improved safety by controlling the average particle size and/or sphericity of an anode active material contained in an anode when unit cells are stacked.

최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 배터리 팩 또는 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차전지가 널리 적용되고 있다.Recently, secondary batteries have been widely applied not only to small devices such as portable electronic devices, but also to medium and large devices such as battery packs or power storage devices of hybrid vehicles and electric vehicles.

이러한 이차전지는 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 높다는 등의 장점이 있으나, 유기 전해액을 사용하므로, 리튬 이차전지의 과충전 시 과전류 및 과열을 유발하여 심한 경우 폭발이나 발화에 의한 화재가 발생할 수 있다.Such a secondary battery has advantages such as high operating voltage and high energy density, but since it uses an organic electrolyte, overcharging of the lithium secondary battery causes overcurrent and overheating, and in severe cases, a fire due to explosion or ignition may occur.

그 예로서, 스택/폴딩형 전극조립체를 포함하는 파우치형 전지는 고온에 방치시 가스 생성으로 인하여 전지가 스웰링(swelling)되어 전극과 분리막이 확고하게 고정되지 못하고, 특히 외곽 분리막의 수축으로 인해 양극과 음극 단락 시 안전성 문제가 심각해진다. 또한, 파우치형 전지의 충방전시에는 저항에 의해 발열이 일어나는데, 외곽층에 배치된 단위 셀보다는 중앙층에 배치된 단위 셀의 전극에서 열 전달이 쉽게 이루어지지 못하여 발열이 더 심하다. 따라서, 중앙층에 배치된 단위 셀의 전극이 주변 다른 단위 셀의 전극보다 고열에 의한 퇴화가 가속화되고 장기적으로는 전극층 간의 용량 및 저항 차이로 인해 전지 성능이 더 악화되는 문제점이 있다.As an example, a pouch-type battery including a stacked/folding type electrode assembly may swell due to gas generation when left at a high temperature, so that the electrode and separator cannot be firmly fixed, and in particular, due to shrinkage of the outer separator Safety problems become serious when the anode and cathode are short-circuited. In addition, heat generation occurs due to resistance during charging and discharging of the pouch-type battery, and heat is more severe because heat transfer is not easily achieved in the electrode of the unit cell disposed in the central layer than in the unit cell disposed in the outer layer. Therefore, there is a problem in that the electrodes of the unit cells disposed in the center layer are degraded due to high heat more quickly than the electrodes of other unit cells in the vicinity, and in the long term, the battery performance deteriorates due to the difference in capacity and resistance between the electrode layers.

따라서, 전지의 충방전 시 발생되는 고열에 따른 전지의 성능 저하 및 안전성 문제를 해결하기 위한 방안이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for a method for solving the problem of battery performance deterioration and safety due to high heat generated during charging and discharging of the battery.

대한민국 공개특허공보 제10-2013-0091067호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2013-0091067 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0094921호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0094921

이에, 본 발명의 목적은 전지의 충방전 시 발생되는 온도 상승으로 인해 전지가 열화되어 성능이 저하되는 것을 개선하는 한편, 전지의 안전성이 보다 향상된 이차전지를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to improve the deterioration of performance due to deterioration of the battery due to the temperature rise generated during charging and discharging of the battery, and to provide a secondary battery with improved battery safety.

상술된 문제를 해결하기 위하여,In order to solve the above problems,

본 발명은 일실시예에서,In one embodiment, the present invention

양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 구비하는 복수의 단위셀을 포함하고,It includes a plurality of unit cells having an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode,

상기 음극은 음극 집전체 상에 음극활물질을 함유하는 음극 합재층이 마련된 구조를 가지며,The negative electrode has a structure in which a negative electrode composite layer containing an negative electrode active material is provided on a negative electrode current collector,

상기 복수의 단위셀들은 두께 방향으로 적층된 구조를 갖되,The plurality of unit cells have a stacked structure in the thickness direction,

중앙에 배치된 단위셀에서 최외각에 배치된 단위셀로 적층됨에 따라 각 단위셀에 포함된 음극활물질의 평균 입도가 증가하는 이차전지를 제공한다.Provided is a secondary battery in which the average particle size of an anode active material included in each unit cell increases as the unit cell disposed in the center is stacked to the unit cell disposed on the outermost part.

이때, 각 단위셀에 포함된 음극활물질은 1㎛ 내지 50㎛의 평균 입도를 가질 수 있다.At this time, the negative electrode active material included in each unit cell may have an average particle size of 1 μm to 50 μm.

또한, 각 단위셀에 포함된 음극활물질은 인접한 단위셀의 음극활물질과 0.1 내지 6㎛의 평균 입도 편차를 가질 수 있다.In addition, the negative active material included in each unit cell may have an average particle size deviation of 0.1 to 6 μm from the negative active material of an adjacent unit cell.

아울러, 각 단위셀에 포함된 음극활물질은 0.5 내지 1.0의 구형화도를 갖되, 중앙에 배치된 단위셀에서 최외각에 배치된 단위셀로 진행됨에 따라 음극활물질의 구형화도가 감소하는 경향을 나타낼 수 있다.In addition, the negative electrode active material included in each unit cell has a degree of sphericity of 0.5 to 1.0, and the degree of sphericity of the negative electrode active material tends to decrease as it progresses from the centrally disposed unit cell to the outermost unit cell. there is.

이때, 각 단위셀에 포함된 음극활물질은 인접한 단위셀의 음극활물질과 0.01 내지 0.1의 구형화도 편차를 가질 수 있다.At this time, the negative electrode active material included in each unit cell may have a deviation in sphericity of 0.01 to 0.1 from the negative electrode active material of the adjacent unit cell.

또한, 각 단위셀에 포함된 음극활물질은 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 난흑연화 탄소, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙 및 케첸 블랙으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the negative electrode active material included in each unit cell may include at least one selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, non-graphitizable carbon, carbon black, acetylene black, and Ketjen black.

이와 더불어, 각 단위셀에 구비된 음극의 음극 합재층은 50㎛ 내지 200㎛의 평균 두께를 갖되, 중앙에 배치된 단위셀에서 최외각에 배치된 단위셀로 진행됨에 따라 음극 합재층의 평균 두께가 증가할 수 있다.In addition, the negative electrode mixture layer of the negative electrode provided in each unit cell has an average thickness of 50 μm to 200 μm, and the average thickness of the negative electrode mixture layer progresses from the central unit cell to the outermost unit cell. can increase

또한, 이차전지의 양극과 음극 사이에 개재되는 상기 분리막은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌-프로필렌 공중합체 중 1종 이상의 중합체를 포함할 수 있다.In addition, the separator interposed between the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery may include at least one polymer among polyethylene, polypropylene, and polyethylene-propylene copolymer.

아울러, 상기 이차전지는 이차전지는 단위셀 사이에 보조 분리막을 더 포함할 수 있으며, 상기 보조 분리막은 무기물 입자 또는 유리 섬유가 분산된 고분자 기재를 포함할 수 있다.In addition, the secondary battery may further include an auxiliary separator between unit cells, and the auxiliary separator may include a polymer substrate in which inorganic particles or glass fibers are dispersed.

또한, 이차전지에 포함된 단위셀은 3개 내지 50개일 수 있다.Also, the number of unit cells included in the secondary battery may be 3 to 50.

나아가, 본 발명은 일실시예에서,Furthermore, the present invention, in one embodiment,

상술된 본 발명에 따른 이차전지를 포함하는 이차전지 모듈을 제공한다.Provided is a secondary battery module including the secondary battery according to the present invention described above.

본 발명에 따른 이차전지는 복수의 단위셀이 적층된 구조를 갖되, 단위셀의 적층 시 음극에 함유된 음극활물질의 평균 입도 및/또는 구형화도가 일정한 구배를 갖도록 제어함으로써, 전지의 충방전 시 전지의 성능 저하 없이 발열을 최소화함과 동시에 방열 효과를 구현할 수 있으므로, 전지의 열화를 방지하고 안전성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.The secondary battery according to the present invention has a structure in which a plurality of unit cells are stacked, and when the unit cells are stacked, the average particle size and/or sphericity of the negative electrode active material contained in the negative electrode is controlled to have a constant gradient, so that the battery is charged and discharged. Since heat generation can be minimized and a heat dissipation effect can be implemented at the same time without deterioration of battery performance, there is an advantage in preventing battery deterioration and improving safety.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can have various changes and various embodiments, specific embodiments will be described in detail in the detailed description.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명에서, "포함한다" 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, 부품 또는. 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, the term "comprises" or "has" is intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features s, number, step, action, component, part or It should be understood that it does not preclude the possibility of existence or addition of combinations thereof.

또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 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 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부 뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.Further, in the present invention, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is described as being “on” another part, this includes not only the case where it is “directly on” the other part, but also the case where another part is present in the middle thereof. . Conversely, when a part such as a layer, film, region, plate, or the like is described as being “under” another part, this includes not only being “directly under” the other part, but also the case where there is another part in the middle. In addition, in the present application, being disposed "on" may include the case of being disposed not only on the upper part but also on the lower part.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

이차전지secondary battery

본 발명은 일실시예에서,In one embodiment, the present invention

양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 구비하는 복수의 단위셀을 포함하고,It includes a plurality of unit cells having an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode,

상기 음극은 음극 집전체 상에 음극활물질을 함유하는 음극 합재층이 마련된 구조를 가지며,The negative electrode has a structure in which a negative electrode composite layer containing an negative electrode active material is provided on a negative electrode current collector,

상기 복수의 단위셀들은 두께 방향으로 적층된 구조를 갖되,The plurality of unit cells have a stacked structure in the thickness direction,

중앙에 배치된 단위셀에서 최외각에 배치된 단위셀로 적층됨에 따라 각 단위셀에 포함된 음극활물질의 평균 입도가 증가하는 이차전지를 제공한다.Provided is a secondary battery in which the average particle size of an anode active material included in each unit cell increases as the unit cell disposed in the center is stacked to the unit cell disposed on the outermost part.

본 발명에 따른 이차전지는 복수의 단위셀들이 단위셀의 두께 방향으로 적층된 구조를 갖되, 중앙에 배치된 단위셀을 기준으로 최외각으로 적층됨에 따라 각 단위셀에 함유된 음극활물질의 평균 입도가 일정한 구배로 증가하는 구성을 갖는다.The secondary battery according to the present invention has a structure in which a plurality of unit cells are stacked in the thickness direction of the unit cell, and the average particle size of the negative electrode active material contained in each unit cell is stacked on the outermost layer based on the unit cell disposed in the center. has a configuration in which increases with a constant gradient.

이에 따라, 상기 이차전지는 충방전 시 셀 내부에서 발생되는 열을 보다 방산할 수 있으므로 내부에 열이 축적되는 것을 개선할 수 있으며, 전지의 열화 억제 및 안전성 향상을 구현할 수 있다.Accordingly, since the secondary battery can more dissipate heat generated inside the cell during charging and discharging, heat accumulation inside the secondary battery can be improved, and battery deterioration can be suppressed and safety can be improved.

구체적으로, 본 발명에 따른 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 구비하는 단위셀이 두께 방향으로 복수개가 적층된 구조를 갖는다.Specifically, the secondary battery according to the present invention has a structure in which a plurality of unit cells including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode are stacked in a thickness direction.

이때, 상기 양극은 양극 집전체 상에 양극활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되는 양극 합재층을 구비하며, 필요에 따라 도전재, 바인더, 기타 첨가제 등을 선택적으로 더 포함할 수 있다.In this case, the positive electrode includes a positive electrode composite material layer prepared by applying, drying, and pressing a positive electrode active material on a positive electrode current collector, and may optionally further include a conductive material, a binder, and other additives, if necessary.

상기 양극활물질은 리튬 이차전지에 통상적으로 적용하는 것을 포함할 수 있으나, 바람직하게는 니켈, 코발트, 망간 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 3종 이상의 원소를 포함하는 리튬 금속 복합 산화물을 포함할 수 있으며, 상기 리튬 금속 복합 산화물은 경우에 따라서는 다른 전이금속 (M1)이 도핑된 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 양극활물질은 가역적인 인터칼레이션과 디인터칼레이션이 가능한 하기 화학식 1로 나타내는 리튬 금속 복합 산화물일 수 있다:The cathode active material may include one commonly applied to a lithium secondary battery, but preferably may include a lithium metal composite oxide containing three or more elements selected from the group consisting of nickel, cobalt, manganese, and aluminum, In some cases, the lithium metal composite oxide may have a form doped with another transition metal (M 1 ). For example, the cathode active material may be a lithium metal composite oxide represented by Formula 1 capable of reversible intercalation and deintercalation:

[화학식 1][Formula 1]

Lix[NiyCozMnwM1v]OuLix[NiyCozMnwM 1v ]Ou

상기 화학식 1에 있어서,In Formula 1,

M1는 W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, 및 Mo로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고,M 1 is W, Cu, Fe, V, Cr, Ti, Zr, Zn, Al, In, Ta, Y, La, Sr, Ga, Sc, Gd, Sm, Ca, Ce, Nb, Mg, B, and At least one element selected from the group consisting of Mo,

x, y, z, w, v 및 u는 각각 1.0≤x≤1.30, 0.1≤y<0.95, 0.01<z≤0.5, 0≤w≤0.5, 0≤v≤0.2, 1.5≤u≤4.5이다.x, y, z, w, v and u are 1.0≤x≤1.30, 0.1≤y<0.95, 0.01<z≤0.5, 0≤w≤0.5, 0≤v≤0.2, 1.5≤u≤4.5, respectively.

하나의 예로서, 상기 양극활물질은 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2, LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2, LiNi0.6Co0.2Mn0.1Al0.1O2, LiNi0.6Co0.2Mn0.15Al0.05O2 및 LiNi0.7Co0.1Mn0.1Al0.1O2로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다.As an example, the cathode active material is LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2, LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2, LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2, LiNi0.6Co0.2Mn0.1Al0.1O2 , LiNi0.6Co0.2Mn0.15Al0.05O2 and LiNi0.7Co0.1Mn0.1Al0.1O2.

또한, 상기 양극은 양극 집전체로서 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 등을 사용할 수 있으며, 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 경우 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리된 것을 사용할 수도 있다.In addition, as the positive electrode current collector, one having high conductivity without causing chemical change in the battery may be used. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, etc. may be used, and aluminum or stainless steel may be surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like.

아울러, 상기 양극 집전체는 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. 아울러, 상기 집전체의 평균 두께는 제조되는 양극의 도전성과 총 두께를 고려하여 3~500 ㎛에서 적절하게 적용될 수 있다.In addition, the positive electrode current collector may form fine irregularities on the surface to increase the adhesiveness of the positive electrode active material, and various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and non-woven fabrics are possible. In addition, the average thickness of the current collector may be appropriately applied in the range of 3 to 500 μm in consideration of the conductivity and total thickness of the anode to be manufactured.

또한, 상기 음극은 양극과 마찬가지로, 음극 집전체 상에 음극활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되는 음극 합재층을 구비하며, 필요에 따라 도전재, 바인더, 기타 첨가제 등을 선택적으로 더 포함할 수 있다.In addition, the negative electrode, like the positive electrode, includes a negative electrode mixture layer prepared by applying, drying, and pressing a negative electrode active material on a negative electrode current collector, and may optionally further include a conductive material, a binder, and other additives as needed. there is.

상기 음극활물질은 예를 들어, 탄소 물질 등을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소 물질은 탄소 원자를 주성분으로 하는 소재를 의미하며, 이러한 탄소 물질로는 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 난흑연화 탄소, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙 및 케첸 블랙으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The anode active material may include, for example, a carbon material. Specifically, the carbon material refers to a material containing carbon atoms as a main component, and the carbon material is selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, non-graphitizable carbon, carbon black, acetylene black, and ketjen black It may include one or more species that are.

아울러, 상기 음극활물질은 중앙에 배치된 단위셀에서 최외각에 배치된 단위셀로 적층됨에 따라 각 단위셀에 포함된 음극활물질의 평균 입도가 일정한 구배를 가지며 증가하는 구성을 가질 수 있다. 즉, 중앙에 배치되는 단위셀의 음극활물질의 평균 입도는 최외각에 배치된 단위셀의 음극활물질의 평균 입도보다 작으며, 이러한 음극활물질의 평균 입도는 적층된 단위셀들의 위치가 중앙에서 최외각으로 진행됨에 따라 일정한 증가 기울기를 가질 수 있다.In addition, the negative electrode active material may have a configuration in which the average particle size of the negative electrode active material included in each unit cell increases with a constant gradient as the negative electrode active material is stacked from the central unit cell to the outermost unit cell. That is, the average particle size of the negative electrode active material of the unit cell disposed in the center is smaller than the average particle size of the negative electrode active material of the unit cell disposed on the outermost edge, and the average particle size of the negative electrode active material is such that the position of the stacked unit cells is from the center to the outermost edge. As it progresses, it may have a constant increasing slope.

이때, 상기 음극활물질은 평균 입도가 1㎛ 내지 50㎛일 수 있으며, 구체적으로는 1㎛ 내지 40㎛; 1㎛ 내지 30㎛; 1㎛ 내지 20㎛; 5㎛ 내지 30㎛; 10㎛ 내지 30㎛; 8㎛ 내지 25㎛또는 9㎛ 내지 18㎛일 수 있다. 여기서, 상기 "평균 입도"란 음극활물질 입자의 평균 크기를 의미한다. 상기 평균 입도는 주사전자현미경(SEM)을 통해 음극활물질의 단면을 관찰하였을 때 1개의 덩어리로 구별되는 최소 입자들의 입자 크기를 측정하고, 이들의 산술 평균값을 계산하여 얻는 것일 수 있다. 또는 상기 평균 입도는 입도 분석기를 이용하여 측정된 값일 수 있으며, 이 경우, 입도 분석기를 이용하여 측정된 음극활물질의 체적 누적 분포의 50%가 되는 지점, 즉 D50에 해당되는 지점에서의 입경을 평균 입도로 사용할 수 있다.At this time, the negative electrode active material may have an average particle size of 1 μm to 50 μm, specifically 1 μm to 40 μm; 1 μm to 30 μm; 1 μm to 20 μm; 5 μm to 30 μm; 10 μm to 30 μm; It may be 8 μm to 25 μm or 9 μm to 18 μm. Here, the "average particle size" means the average size of negative electrode active material particles. The average particle size may be obtained by measuring the particle size of minimum particles distinguished as one lump when observing a cross section of the negative electrode active material through a scanning electron microscope (SEM), and calculating an arithmetic average value thereof. Alternatively, the average particle size may be a value measured using a particle size analyzer. In this case, the average particle size at a point corresponding to D50, that is, a point at which 50% of the cumulative volume distribution of the negative electrode active material measured using the particle size analyzer is obtained. It can be used as granularity.

또한, 각 단위셀에 포함된 음극활물질은 인접한 단위셀에 포함된 음극활물질과 일정 범우의 입도 편차를 가져 평균 입도 구배를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 음극활물질은 인접한 단위셀에 포함된 음극활물질과 0.1㎛ 내지 6㎛의 입도 편차를 가질 수 있고, 0.1㎛ 내지 5㎛; 0.1㎛ 내지 4㎛; 0.1㎛ 내지 3㎛; 0.1㎛ 내지 2㎛; 0.1㎛ 내지 1㎛; 0.1㎛ 내지 0.8㎛; 0.5㎛ 내지 2.5㎛; 0.5㎛ 내지 5㎛; 1㎛ 내지 4㎛; 2㎛ 내지 5㎛; 또는 0.1㎛ 내지 0.6㎛의 입도 편차를 가질 수 있다.In addition, the negative electrode active material included in each unit cell may have an average particle size gradient due to a particle size deviation of a certain range from the negative electrode active material included in the adjacent unit cell. Specifically, the negative electrode active material may have a particle size deviation of 0.1 μm to 6 μm and the negative electrode active material included in the adjacent unit cell, 0.1 μm to 5 μm; 0.1 μm to 4 μm; 0.1 μm to 3 μm; 0.1 μm to 2 μm; 0.1 μm to 1 μm; 0.1 μm to 0.8 μm; 0.5 μm to 2.5 μm; 0.5 μm to 5 μm; 1 μm to 4 μm; 2 μm to 5 μm; Alternatively, it may have a particle size deviation of 0.1 μm to 0.6 μm.

본 발명의 이차전지는 상기와 같이 각 단위셀에 함유된 음극활물질의 평균 입도를 제어함으로써 적층된 단위셀의 중심에서 최외각으로 진행됨에 따라 음극활물질의 평균 입도가 증가하도록 평균 입도 구배를 구현할 수 있으며, 이를 통해 이차전지의 충방전 시 발생되는 열을 보다 효과적으로 방산하여 전지 내부에 축열되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.As described above, the secondary battery of the present invention controls the average particle size of the negative electrode active material contained in each unit cell, so that the average particle size gradient can be implemented so that the average particle size of the negative electrode active material increases as it progresses from the center to the outermost layer of the stacked unit cells. Through this, there is an advantage in that heat generated during charging and discharging of the secondary battery can be more effectively dissipated to prevent heat storage inside the battery.

또한, 상기 음극활물질은 평균 입도와 함께 구형화도가 적층된 단위셀의 위치에 따라 제어될 수 있다. 구체적으로 상기 음극활물질은 0.5 내지 1.0의 구형화도를 가질 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.5 내지 0.9; 0.5 내지 0.7; 0.6 내지 0.8; 또는 0.8 내지 1.0의 구형화도를 가질 수 있다. 여기서, "구형화도"란 입자의 장경 대비 단경을 의미할 수 있다. 상기 구형화도는 입자형상 분석기를 통해 측정될 수 있다. 구체적으로, 입자형상 분석기를 통해 음극활물질 입자들의 구형화도 누적 분포를 도출한 뒤, 구형화도가 큰 입자들부터의 분포 비율이 50%에 해당하는 구형화도를 상기 음극활물질 입자의 구형화도로 판단할 수 있다.In addition, the average particle size and sphericity of the negative electrode active material may be controlled according to the location of the stacked unit cells. Specifically, the negative electrode active material may have a degree of sphericity of 0.5 to 1.0, more specifically 0.5 to 0.9; 0.5 to 0.7; 0.6 to 0.8; Or it may have a sphericity of 0.8 to 1.0. Here, the term "sphericity" may mean the ratio of the major axis to the minor axis of the particle. The degree of sphericity may be measured through a particle shape analyzer. Specifically, after deriving the cumulative distribution of the sphericity of the negative electrode active material particles through the particle shape analyzer, the sphericity of which the distribution ratio from the particles having a large sphericity is 50% is determined as the sphericity of the negative electrode active material particles. can

아울러, 상기 음극활물질은 중앙에 배치된 단위셀에서 최외각에 배치된 단위셀로 진행됨에 따라 음극활물질의 구형화도가 감소할 수 있다.In addition, as the negative electrode active material progresses from a central unit cell to an outermost unit cell, the sphericity of the negative electrode active material may decrease.

하나의 예로서, 각 단위셀에 포함된 음극활물질은 인접한 단위셀에 포함된 음극활물질과 0.01 내지 0.1의 구형화도 편차를 가질 수 있고, 구체적으로는 0.01 내지 0.09; 0.01 내지 0.05; 0.01 내지 0.04; 0.03 내지 0.09; 또는 0.05 내지 0.1의 구형화도 편차를 가질 수 있다.As an example, the negative electrode active material included in each unit cell may have a sphericity deviation of 0.01 to 0.1 from the negative electrode active material included in the adjacent unit cell, specifically 0.01 to 0.09; 0.01 to 0.05; 0.01 to 0.04; 0.03 to 0.09; Alternatively, it may have a sphericity deviation of 0.05 to 0.1.

본 발명은 상기와 같이 각 단위셀에 포함된 음극활물질의 구형화도 및 구형화도 편차를 가짐으로써 적층된 단위셀의 중심에서 최외각으로 진행됨에 따라 음극활물질의 구형화도가 감소하여 일정한 구형화도 구배를 부여할 수 있으며, 이를 통해 이차전지의 충방전 시 전지 내부의 저항을 낮춰 전지 성능 저하를 방지할 수 있으며, 발생되는 방열 효과를 구현하여 전지 내부의 축열을 방지할 수 있다.As described above, the present invention has a sphericity and sphericity deviation of the negative electrode active material included in each unit cell, so that the sphericity of the negative electrode active material decreases as it progresses from the center to the outermost layer of the stacked unit cells, thereby forming a constant sphericity gradient Through this, it is possible to prevent battery performance deterioration by lowering resistance inside the battery during charging and discharging of the secondary battery, and it is possible to prevent heat storage inside the battery by implementing a heat dissipation effect generated.

나아가, 각 단위셀에 구비된 음극의 음극 합재층은 평균 두께가 50㎛ 내지 200㎛일 수 있고, 구체적으로는 80㎛ 내지 200㎛; 100㎛ 내지 200㎛; 120㎛ 내지 200㎛; 150㎛ 내지 200㎛; 80㎛ 내지 190㎛; 90㎛ 내지 170㎛; 130㎛ 내지 170㎛; 160㎛ 내지 190㎛; 또는 110㎛ 내지 160㎛일 수 있다.Furthermore, the negative electrode mixture layer of the negative electrode provided in each unit cell may have an average thickness of 50 μm to 200 μm, specifically 80 μm to 200 μm; 100 μm to 200 μm; 120 μm to 200 μm; 150 μm to 200 μm; 80 μm to 190 μm; 90 μm to 170 μm; 130 μm to 170 μm; 160 μm to 190 μm; Or it may be 110 μm to 160 μm.

또한, 상기 음극 합재층은 중앙에 배치된 단위셀에서 최외각에 배치된 단위셀로 진행됨에 따라 평균 두께가 증가할 수 있다.In addition, the average thickness of the negative electrode mixture layer may increase as it progresses from a central unit cell to an outermost unit cell.

본 발명은 단위셀이 적층된 구조체의 중앙에서 최외각으로 진행됨에 따라 각 단위셀에 구비된 음극 합재층의 평균 두께가 증가하게 함으로써 적층된 단위셀들의 중앙에 포함된 음극활물질의 밀도 및/또는 로딩량을 낮출 수 있으므로 이차전지의 충방전 시 셀 내부의 발열량을 저감시킬 수 있다.The present invention increases the average thickness of the negative electrode mixture layer provided in each unit cell as the unit cells progress from the center to the outermost layer of the stacked structure, thereby increasing the density and / or the density of the negative electrode active material included in the center of the stacked unit cells Since the loading amount can be lowered, the amount of heat generated inside the cell during charging and discharging of the secondary battery can be reduced.

한편, 각 단위셀의 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막은 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 갖는 절연성 박막으로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 구체적으로는 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌; 폴리에틸렌; 폴리에틸렌-프로필렌 공중합체 중 1종 이상의 중합체를 포함하는 것을 사용할 수 있다. 상기 분리막은 상술된 중합체를 포함하는 시트나 부직포 등의 다공성 고분자 기재 형태를 가질 수 있으며, 경우에 따라서는 상기 다공성 고분자 기재 상에 유기물 또는 무기물 입자가 유기 바인더에 의해 코팅된 복합 분리막의 형태를 가질 수도 있다. 아울러, 상기 분리막은 기공의 평균 직경이 0.01~10㎛일 수 있고, 평균 두께는 5~300㎛일 수 있다.On the other hand, the separator interposed between the anode and cathode of each unit cell is an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength, and is not particularly limited as long as it is commonly used in the art, but is specifically chemical-resistant and hydrophobic polypropylene. ; polyethylene; Polyethylene-propylene copolymers containing at least one polymer may be used. The separator may have the form of a porous polymer substrate such as a sheet or nonwoven fabric containing the above-described polymer, and in some cases may have the form of a composite separator coated with organic or inorganic particles on the porous polymer substrate with an organic binder. may be In addition, the separator may have an average pore diameter of 0.01 to 10 μm and an average thickness of 5 to 300 μm.

또한, 본 발명에 따른 이차전지는 각 단위셀 내부에 구비된 분리막 이외에 단위셀 사이에 보조 분리막을 더 포함할 수 있다. 상기 보조 분리막은 단위셀 사이에 배치되어 단위셀 내부에 구비된 분리막과 마찬가지로 단위셀에 구비된 각 전극의 접촉에 따른 내부 단락을 방지하기 위하여 단위셀들을 분리하는 역할을 수행할 수 있다.In addition, the secondary battery according to the present invention may further include an auxiliary separator between unit cells in addition to the separator provided inside each unit cell. The auxiliary separator may be disposed between unit cells to separate unit cells in order to prevent an internal short circuit due to contact of each electrode provided in the unit cell, similar to a separator provided inside the unit cell.

이러한 보조 분리막은 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌; 폴리에틸렌; 폴리에틸렌-프로필렌 공중합체 중 1종 이상의 중합체로 구성되는 다공성 고분자 기재에 무기물 입자 또는 유리 섬유가 분산된 구조를 가질 수 있으며, 단위셀과 단위셀의 교호 적층 공정에 의해 단위셀들 사이에 삽입될 수 있다.This auxiliary separator is chemically resistant and hydrophobic polypropylene; polyethylene; It may have a structure in which inorganic particles or glass fibers are dispersed in a porous polymer substrate composed of at least one polymer of polyethylene-propylene copolymer, and may be inserted between unit cells by an alternating lamination process of unit cells and unit cells. there is.

나아가, 상기 이차전지는 전지가 사용되는 용도에 따라 단위셀의 적층 개수가 적절하게 제어될 수 있으나, 구체적으로는 3개 내지 50개의 단위셀을 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로는 3개 내지 40개; 3개 내지 30개; 3개 내지 20개; 5개 내지 10개; 8개 내지 25개; 15개 내지 30개; 20개 내지 40개; 30개 내지 50개; 또는 10개 내지 40개의 단위셀을 포함할 수 있다.Furthermore, in the secondary battery, although the number of stacked unit cells may be appropriately controlled depending on the purpose for which the battery is used, specifically, it may include 3 to 50 unit cells, and more specifically, 3 to 40 unit cells. dog; 3 to 30; 3 to 20; 5 to 10; 8 to 25; 15 to 30; 20 to 40; 30 to 50; Alternatively, it may include 10 to 40 unit cells.

본 발명은 이차전지에 구비되는 단위셀의 개수를 상기 범위로 제어함으로써 전지의 충방전 시 발생되는 발열로 인한 전지 성능 저하를 최소화하면서 원하는 전지 출력 및 용량을 구현할 수 있다.According to the present invention, by controlling the number of unit cells included in the secondary battery within the above range, desired battery output and capacity can be realized while minimizing degradation in battery performance due to heat generated during charging and discharging of the battery.

본 발명에 따른 이차전지는 상술된 바와 같이 복수의 단위셀이 적층된 구조를 갖되, 단위셀의 적층 시 음극에 함유된 음극활물질의 평균 입도 및/또는 구형화도가 일정한 구배를 갖도록 제어함으로써, 전지의 충방전 시 전지의 발열을 최소화함과 동시에 방열 효과를 구현할 수 있으므로, 전지의 열화를 방지하고 안전성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, the secondary battery according to the present invention has a structure in which a plurality of unit cells are stacked, but when the unit cells are stacked, the average particle size and / or sphericity of the negative electrode active material contained in the negative electrode is controlled to have a certain gradient, Since heat generation of the battery can be minimized during charging and discharging of the battery and at the same time a heat dissipation effect can be implemented, there is an advantage in preventing battery deterioration and improving safety.

이차전지 모듈Secondary battery module

또한, 본 발명은 일실시예에서,In addition, in one embodiment of the present invention,

상술된 본 발명에 따른 이차전지를 포함하는 이차전지 모듈을 제공한다.Provided is a secondary battery module including the secondary battery according to the present invention described above.

본 발명에 따른 이차전지 모듈은 상술된 본 발명의 이차전지를 구비하여, 모듈의 충방전 시 이차전지에서 발생되는 열의 방열 효과가 우수하므로, 이차전지의 축열을 방지할 수 있으며, 이에 따라 전지의 열화를 억제할 수 있고 안전성을 향상할 수 있는 이점이 있다.The secondary battery module according to the present invention includes the above-described secondary battery of the present invention, and since the heat dissipation effect of the secondary battery is excellent during charging and discharging of the module, heat storage of the secondary battery can be prevented. There is an advantage that deterioration can be suppressed and safety can be improved.

본 발명에 따른 이차전지 모듈은 본 발명의 이차전지를 구비하는 구성을 가짐으로써 고온 노출 시 안전성이 우수하므로, 고온 안전성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 중대형 디바이스의 전원으로 사용될 수 있다. 이러 한 중대형 디바이스의 구체적인 예로는 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기 자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(Escooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등을 들 수 있고, 좀더 구체적으로는 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Since the secondary battery module according to the present invention has a configuration including the secondary battery of the present invention and has excellent safety when exposed to high temperatures, it can be used as a power source for medium or large-sized devices requiring high temperature safety, long cycle characteristics, and high rate characteristics. . Specific examples of these medium-large devices include a power tool powered by an omniscient motor and moving; electric vehicles, including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), and the like; electric two-wheeled vehicles including electric bicycles (E-bikes) and electric scooters (Escooters); electric golf carts; A power storage system may be mentioned, and more specifically, a hybrid electric vehicle (HEV) may be cited, but is not limited thereto.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples and experimental examples.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.However, the following Examples and Experimental Examples are merely illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited to the following Examples and Experimental Examples.

실시예 1~4 및 비교예 1~3. 이차전지의 제조Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3. Manufacturing of secondary batteries

호모 믹서(homo mixer)에 N-메틸피롤리돈을 주입하고, 양극 슬러리 고형분 100 중량부에 대하여 양극활물질인 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 97.8 중량부; 도전재인 카본블랙 0.7 중량부; 바인더인 PVdF 1.5 중량부를 칭량하여 투입하고, 2,000rpm에서 60분 동안 혼합하여 리튬 이차전지용 양극 슬러리를 제조하였다. 제조된 양극 슬러리를 알루미늄 박판의 양면에 도포하고, 건조한 다음, 압연하여 양극을 제조하였다.N-methylpyrrolidone was injected into a homo mixer, and 97.8 parts by weight of LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 as a cathode active material was added to 100 parts by weight of the solid content of the cathode slurry; 0.7 parts by weight of carbon black as a conductive material; 1.5 parts by weight of PVdF as a binder was weighed and added, and mixed at 2,000 rpm for 60 minutes to prepare a cathode slurry for a lithium secondary battery. The prepared positive electrode slurry was applied to both sides of an aluminum thin plate, dried, and then rolled to prepare a positive electrode.

이와 별도로, 호모 믹서에 물을 주입하고, 음극 슬러리 고형분 100 중량부에 대하여 음극활물질인 인조 흑연 97.5 중량부; 바인더인 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 2 중량부; 증점제인 카복실메틸 셀룰로오스 (CMC) 0.5 중량부를 칭량하여 투입하고, 2,000rpm에서 60분 동안 혼합하여 리튬 이차전지용 음극 슬러리를 제조하였다. 제조된 음극 슬러리를 구리 박판의 양면에 도포하고, 건조한 다음, 압연하여 음극을 제조하였다.Separately, water was injected into a homomixer, and 97.5 parts by weight of artificial graphite as an anode active material was added to 100 parts by weight of the solid content of the anode slurry; 2 parts by weight of styrene butadiene rubber (SBR) as a binder; A negative electrode slurry for a lithium secondary battery was prepared by weighing and adding 0.5 parts by weight of carboxylmethyl cellulose (CMC) as a thickener, and mixing at 2,000 rpm for 60 minutes. The prepared negative electrode slurry was applied to both sides of a thin copper plate, dried, and then rolled to prepare a negative electrode.

제조된 양극과 음극 사이에 다공성 폴리에틸렌(PE) 필름(평균 두께: 20㎛)을 개재하여 단위셀을 제작하였다. 제작된 단위셀 5개를 보조 분리막을 사이에 두고 단위셀의 두께 방향으로 적층하여 전극 조립체를 만들고, 이를 셀 파우치에 삽입하고, 전해액을 주입하여 이차전지를 제조하였다.A unit cell was manufactured by interposing a porous polyethylene (PE) film (average thickness: 20 μm) between the prepared positive electrode and negative electrode. Five manufactured unit cells were stacked in the thickness direction of the unit cells with an auxiliary separator therebetween to make an electrode assembly, which was inserted into a cell pouch, and an electrolyte was injected to prepare a secondary battery.

이때, 상기 보조 분리막은 유리 섬유가 분산된 다공성 폴리에틸렌(PE) 필름(평균 두께: 20㎛)을 사용하였으며, 셀 파우치에 주입된 전해액은 EC(EthyleneCarbonate)와 EMC(Ethyl Methyl Carbonate)가 3:7의 부피비로 혼합된 유기 용매에 리튬 염으로서 LiPF6가 첨가된 액상 전해질을 사용하였다.At this time, the auxiliary separator used a porous polyethylene (PE) film (average thickness: 20 μm) in which glass fibers were dispersed, and the electrolyte solution injected into the cell pouch had EC (Ethylene Carbonate) and EMC (Ethyl Methyl Carbonate) in a ratio of 3:7. A liquid electrolyte in which LiPF 6 was added as a lithium salt to an organic solvent mixed in a volume ratio of , was used.

또한, 각 단위셀에 구비된 음극 합재층의 평균 두께, 음극 합재층에 함유된 음극활물질의 층별 평균 입도 및 구형화도는 1층/2층/3층/4층/5층 별로 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 조절하였다.In addition, the average thickness of the negative electrode mixture layer provided in each unit cell, the average particle size and sphericity of each layer of the negative electrode active material contained in the negative electrode mixture layer are shown in Table 1 below for each layer 1 / 2 / 3 / 4 / 5 Adjusted as indicated.

음극활물질의
층별 평균 입도
[단위: ㎛]
negative active material
Average particle size per layer
[Unit: ㎛]
음극활물질의
층별 구형화도
negative active material
Sphericity by layer
음극합재층의
층별 평균 두께
[단위: ㎛]
of the cathode composite layer
Average thickness per layer
[Unit: ㎛]
실시예 1Example 1 16/13/11/13/1616/13/11/13/16 0.8/0.8/0.8/0.8/0.80.8/0.8/0.8/0.8/0.8 120/120/120/120/120120/120/120/120/120 실시예 2Example 2 16/13/11/13/1616/13/11/13/16 0.6/0.8/1.0/0.8/0.60.6/0.8/1.0/0.8/0.6 120/120/120/120/120120/120/120/120/120 실시예 3Example 3 16/13/11/13/1616/13/11/13/16 0.8/0.8/0.8/0.8/0.80.8/0.8/0.8/0.8/0.8 140/120/80/120/140140/120/80/120/140 실시예 4Example 4 16/13/11/13/1616/13/11/13/16 0.6/0.8/1.0/0.8/0.60.6/0.8/1.0/0.8/0.6 140/120/80/120/140140/120/80/120/140 비교예 1Comparative Example 1 13/13/13/13/1313/13/13/13/13 0.8/0.8/0.8/0.8/0.80.8/0.8/0.8/0.8/0.8 120/120/120/120/120120/120/120/120/120 비교예 2Comparative Example 2 13/13/13/13/1313/13/13/13/13 0.6/0.8/1.0/0.8/0.60.6/0.8/1.0/0.8/0.6 120/120/120/120/120120/120/120/120/120 비교예 3Comparative Example 3 13/13/13/13/1313/13/13/13/13 0.8/0.8/0.8/0.8/0.80.8/0.8/0.8/0.8/0.8 140/120/80/120/140140/120/80/120/140

실험예.experimental example.

본 발명에 따른 이차전지의 성능을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.In order to evaluate the performance of the secondary battery according to the present invention, the following experiments were performed.

가) 충방전 시 전지 발열 평가A) Evaluation of battery heat during charging and discharging

실시예 및 비교예에서 제작된 이차전지들을 대상으로 과충전을 수행하고, 과충전된 이차전지의 표면온도와 내부 온도를 측정하였다. 구체적으로, 각 대상 이차전지들의 케이스 내측에 열 센서를 장착하고, 4.2V로 충전한 후 충전된 전지를 1A의 정전류로 10V가 될 때까지 과충전하였다. 그런 다음, 10V의 정전압을 6시간 동안 유지하였다. 6시간이 경과되면, 각 이차전지에 장착된 열 센서로 전지의 내부 온도를 측정하였으며, 각 이차전지들의 표면을 열화상 카메라로 촬영하여 이차전지의 온도를 3회 측정하고 그 평균값을 산출하여 과충전 시 전지의 표면 온도로 측정하였다. 측정된 결과는 하기 표 2에 나타내었다.Overcharging was performed on the secondary batteries fabricated in Examples and Comparative Examples, and surface and internal temperatures of the overcharged secondary batteries were measured. Specifically, a thermal sensor was installed inside the case of each target secondary battery, and after charging at 4.2V, the charged battery was overcharged until it reached 10V with a constant current of 1A. Then, a constant voltage of 10 V was maintained for 6 hours. After 6 hours, the internal temperature of the battery was measured with a thermal sensor installed on each secondary battery. It was measured as the surface temperature of the battery at time. The measured results are shown in Table 2 below.

나) 과충전 후 이차 전지의 저항 평가B) Evaluation of secondary battery resistance after overcharging

실시예 및 비교예에서 각각 제조된 이차전지를 과충전시키고, 과충전된 이차전지의 저항을 측정하여 각 전지의 열화 정도를 평가하였다. 구체적으로, 대상 이차전지들을 4.2V로 만충전하고, 만충전된 이차전지들의 직류 저항을 측정하였다. 그런 다음, 충전된 전지를 1A의 정전류로 10V가 될 때까지 과충전한 후, 10V의 정전압을 6시간 동안 유지하였다. 6시간이 경과되면, 각 이차전지들의 직류 저항을 측정하여 과충전 전 후의 변화 정도를 확인하였다.The secondary batteries prepared in Examples and Comparative Examples were overcharged, and the resistance of the overcharged secondary batteries was measured to evaluate the degree of deterioration of each battery. Specifically, target secondary batteries were fully charged at 4.2V, and DC resistance of the fully charged secondary batteries was measured. Then, the charged battery was overcharged with a constant current of 1A until it reached 10V, and then the constant voltage of 10V was maintained for 6 hours. After 6 hours had elapsed, the DC resistance of each secondary battery was measured to confirm the degree of change before and after overcharging.

이때, 상기 직류 저항 측정은 CV 측정을 통해 수행되었으며, CV 측정의 측정 전위는 3V로부터 개시하고, 5 mV/㎠의 측정 속도 및 3~5.5 V의 전위 측정 범위에서 수행하였다. 측정된 결과는 하기 표 2에 나타내었다.At this time, the DC resistance measurement was performed through CV measurement, and the measurement potential of the CV measurement started from 3V, and was performed at a measurement rate of 5 mV/cm 2 and a potential measurement range of 3 to 5.5 V. The measured results are shown in Table 2 below.

과충전 시 전지의 온도Battery temperature when overcharged 전지의 직류 저항 변화량Change in DC resistance of the battery 표면surface 내부interior 실시예 1Example 1 37±1℃37±1℃ 46±1℃46±1℃ 3.2 Ω3.2Ω 실시예 2Example 2 34±1℃34±1℃ 43±1℃43±1℃ 2.1 Ω2.1Ω 실시예 3Example 3 34±1℃34±1℃ 44±1℃44±1℃ 2.5 Ω2.5Ω 실시예 4Example 4 30±1℃30±1℃ 41±1℃41±1℃ 2.0 Ω2.0Ω 비교예 1Comparative Example 1 52±1℃52±1℃ 61±1℃61±1℃ 17.0 Ω17.0Ω 비교예 2Comparative Example 2 50±1℃50±1℃ 59±1℃59±1℃ 9.7 Ω9.7Ω 비교예 3Comparative Example 3 49±1℃49±1℃ 58±1℃58±1℃ 11.6 Ω11.6Ω

표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는 과충전 시 전지 성능의 저하없이 내부 및 표면 온도가 상승하는 것을 최소화하면서 방산하는 효과가 우수한 것을 알 수 있다.As shown in Table 2, it can be seen that the secondary battery according to the present invention has an excellent dissipation effect while minimizing an increase in internal and surface temperatures without deteriorating battery performance during overcharging.

구체적으로, 상기 실시예의 이차전지들은 복수의 단위셀이 적층된 구조를 갖되, 중앙에서 최외각으로 단위셀의 적층 위치가 진행됨에 따라 음극에 함유된 음극활물질의 평균 입도가 커지도록 입도 구배를 가짐으로써 과충전 시 전지의 발열 온도가 50℃ 미만으로 낮고, 전지의 열화가 지연되어 전지의 직류 저항의 변화가 현저히 낮은 것으로 확인되었다.Specifically, the secondary batteries of the above embodiment have a structure in which a plurality of unit cells are stacked, but have a particle size gradient so that the average particle size of the negative electrode active material contained in the negative electrode increases as the stacking position of the unit cells progresses from the center to the outermost layer As a result, it was confirmed that the exothermic temperature of the battery was as low as less than 50° C. during overcharging, and the change in DC resistance of the battery was remarkably low due to delayed deterioration of the battery.

이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 이차전지는 복수의 단위셀이 적층된 구조를 갖되, 단위셀이 적층된 중앙에서 최외각으로 적층됨에 따라 단위셀에 함유된 음극활물질의 평균 입도가 단위셀이 적층된 중앙에서 최외각으로 증가하는 입도 구배를 가짐으로써 전지의 충방전, 특히 과충전 시 전지의 방열 효과를 구현하여 발열을 최소화할 수 있으므로 전지의 열화를 억제하고, 안전성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.From these results, the secondary battery according to the present invention has a structure in which a plurality of unit cells are stacked, and as the unit cells are stacked from the center to the outermost layer, the average particle size of the negative electrode active material contained in the unit cell is By having a particle size gradient that increases from the center to the outermost part, it is possible to minimize heat generation by realizing the heat dissipation effect of the battery during charging and discharging, especially during overcharging, thereby suppressing battery deterioration and improving safety. there is.

이상에서는 본 발명 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those having ordinary knowledge in the art do not deviate from the spirit and technical scope of the present invention described in the claims to be described later. It will be understood that various modifications and changes can be made to the present invention within the scope.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.Therefore, the technical scope of the present invention is not limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

Claims (12)

양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 구비하는 복수의 단위셀을 포함하고,
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극활물질을 함유하는 음극 합재층이 마련된 구조를 가지며,
상기 복수의 단위셀들은 단위셀의 두께 방향으로 적층된 구조를 갖되,
중앙에 배치된 단위셀에서 최외각에 배치된 단위셀로 적층됨에 따라 각 단위셀에 포함된 음극활물질의 평균 입도가 증가하는 이차전지.
It includes a plurality of unit cells having an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode,
The negative electrode has a structure in which a negative electrode composite layer containing an negative electrode active material is provided on a negative electrode current collector,
The plurality of unit cells have a stacked structure in the thickness direction of the unit cells,
A secondary battery in which the average particle size of the negative electrode active material included in each unit cell increases as the unit cell disposed in the center is stacked from the unit cell disposed in the outermost part.
제1항에 있어서,
각 단위셀에 포함된 음극활물질은 1㎛ 내지 50㎛의 평균 입도를 갖는 이차전지.
According to claim 1,
A secondary battery in which the negative electrode active material included in each unit cell has an average particle size of 1 μm to 50 μm.
제1항에 있어서,
각 단위셀에 포함된 음극활물질은 인접한 단위셀의 음극활물질과 0.1 내지 6㎛의 평균 입도 편차를 갖는 이차전지.
According to claim 1,
A secondary battery in which the negative electrode active material included in each unit cell has an average particle size deviation of 0.1 to 6 μm from the negative electrode active material of an adjacent unit cell.
제1항에 있어서,
각 단위셀에 포함된 음극활물질은 0.5 내지 1.0의 구형화도를 갖되,
중앙에 배치된 단위셀에서 최외각에 배치된 단위셀로 진행됨에 따라 음극활물질의 구형화도가 감소하는 이차전지.
According to claim 1,
The negative electrode active material included in each unit cell has a degree of sphericity of 0.5 to 1.0,
A secondary battery in which the degree of sphericity of an anode active material decreases as it progresses from a central unit cell to an outermost unit cell.
제4항에 있어서,
각 단위셀에 포함된 음극활물질은 인접한 단위셀의 음극활물질과 0.01 내지 0.1의 구형화도 편차를 갖는 이차전지.
According to claim 4,
A secondary battery in which the negative electrode active material included in each unit cell has a sphericity deviation of 0.01 to 0.1 from the negative electrode active material of an adjacent unit cell.
제1항에 있어서,
각 단위셀에 포함된 음극활물질은 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 난흑연화 탄소, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙 및 케첸 블랙으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 이차전지.
According to claim 1,
A secondary battery comprising an anode active material included in each unit cell including at least one selected from the group consisting of natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, non-graphitizable carbon, carbon black, acetylene black, and ketjen black.
제1항에 있어서,
각 단위셀에 구비된 음극 합재층은 50㎛ 내지 200㎛의 평균 두께를 갖되,
중앙에 배치된 단위셀에서 최외각에 배치된 단위셀로 진행됨에 따라 음극 합재층의 평균 두께가 증가하는 이차전지.
According to claim 1,
The negative electrode mixture layer provided in each unit cell has an average thickness of 50 μm to 200 μm,
A secondary battery in which the average thickness of the negative electrode mixture layer increases as it progresses from a central unit cell to an outermost unit cell.
제1항에 있어서,
분리막은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌-프로필렌 공중합체 중 1종 이상의 중합체를 포함하는 이차전지.
According to claim 1,
A secondary battery in which the separator includes at least one polymer selected from among polyethylene, polypropylene, and polyethylene-propylene copolymers.
제1항에 있어서,
이차전지는 단위셀 사이에 보조 분리막을 더 포함하는 이차전지.
According to claim 1,
The secondary battery further includes an auxiliary separator between unit cells.
제9항에 있어서,
보조 분리막은 무기물 입자 또는 유리 섬유가 분산된 고분자 기재를 포함하는 이차전지.
According to claim 9,
The auxiliary separator is a secondary battery including a polymer substrate in which inorganic particles or glass fibers are dispersed.
제1항에 있어서,
단위셀은 3개 내지 50개 포함되는 이차전지.
According to claim 1,
A secondary battery including 3 to 50 unit cells.
제1항에 따른 이차전지를 포함하는 이차전지 모듈.A secondary battery module comprising the secondary battery according to claim 1 .
KR1020210130547A 2021-10-01 2021-10-01 Secondary battery improved safety KR20230047555A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210130547A KR20230047555A (en) 2021-10-01 2021-10-01 Secondary battery improved safety

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210130547A KR20230047555A (en) 2021-10-01 2021-10-01 Secondary battery improved safety

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230047555A true KR20230047555A (en) 2023-04-10

Family

ID=85984551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210130547A KR20230047555A (en) 2021-10-01 2021-10-01 Secondary battery improved safety

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230047555A (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130091067A (en) 2012-02-07 2013-08-16 삼성에스디아이 주식회사 Electrode assembly and secondary battery comprising the same
KR20190094921A (en) 2018-02-06 2019-08-14 주식회사 엘지화학 Battery module and battery pack including the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130091067A (en) 2012-02-07 2013-08-16 삼성에스디아이 주식회사 Electrode assembly and secondary battery comprising the same
KR20190094921A (en) 2018-02-06 2019-08-14 주식회사 엘지화학 Battery module and battery pack including the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9401505B2 (en) Separator including coating layer of inorganic and organic mixture, and battery including the same
US7572548B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery and method of manufacturing the same
US9172091B2 (en) Core-shell type anode active material for lithium secondary batteries, method for preparing the same and lithium secondary batteries comprising the same
KR102511721B1 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
EP1619733A1 (en) Non-aqueous electrolyte battery
WO2011069331A1 (en) Lithium-ion battery
US11990616B2 (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
EP3016197B1 (en) Lithium secondary battery
US11626583B2 (en) 3-D composite anodes for Li-ion batteries with high capacity and fast charging capability
KR102396677B1 (en) Electrode for a lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
JP7282925B2 (en) Positive electrode for lithium secondary battery, manufacturing method thereof, and lithium secondary battery including the same
KR20180013512A (en) Positive electrode active material compositiom for secondary battery and secondary battery comprising the same
KR20230049611A (en) Lithium secondary battery
JP2000090932A (en) Lithium secondary battery
KR20230047555A (en) Secondary battery improved safety
KR102195725B1 (en) Positive electrode for lithium secondary battery, preparing method thereof, and lithium secondary battery comprising the same
KR20230055420A (en) Secondary battery improved safety
KR102510889B1 (en) Positive electrode for lithium secondary battery, preparing method thereof, and lithium secondary battery comprising the same
CN116598421B (en) Positive pole piece and lithium ion battery
KR101382665B1 (en) Positive active material for lithium ion secondary battery, method for preparing thereof, and lithium ion secondary battery including the same
JP7240640B2 (en) lithium ion secondary battery
KR20240001926A (en) Preparing method of anode for lithium secondary battery and lithium secondary battery
US20240128491A1 (en) Lithium Secondary Battery
KR20230151259A (en) Lithium secondary battery with improved safety property
KR20230146891A (en) Lithium secondary battery with improved safety property

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination