KR20240015546A - Battery comprising safety functional layer - Google Patents
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Abstract
안전 기능 층을 포함하는 배터리가 개시된다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리는, 상기 배터리의 내부 및 외부를 구분하는 배터리 케이스, 및 상기 배터리 케이스 내부에 위치하는 적어도 하나의 양극, 상기 배터리 케이스 내부에서 상기 양극과 마주보도록 위치하는 적어도 하나의 음극 및 상기 양극 및 상기 음극 사이에 배치되는 적어도 하나의 분리막을 포함하는 전극 조립체를 포함할 수 있다. 상기 양극은, 상기 양극 중에서 상기 배터리 케이스의 내부로부터 가장 가까운 영역인 최외각 양극 영역을 포함하는 영역에 배치된 양극 안전 기능층을 포함할 수 있다. A battery comprising a safety function layer is disclosed. A battery according to various embodiments of the present invention includes a battery case that separates the inside and outside of the battery, at least one positive electrode located inside the battery case, and at least one positive electrode located inside the battery case to face the positive electrode. It may include an electrode assembly including a cathode and at least one separator disposed between the anode and the cathode. The anode may include an anode safety functional layer disposed in an area including an outermost anode area, which is the area closest to the inside of the battery case among the anodes.
Description
본 문서에 개시된 다양한 실시예들 배터리에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 안전 기능 층을 포함하는 배터리에 관한 것이다. Various embodiments disclosed herein relate to batteries, and more particularly, to batteries that include a safety function layer.
휴대용 전자 장치 및 전기 자동차의 발전으로 인해 전기 에너지를 저장하고 출력할 수 있는 배터리가 널리 사용되고 있다. 리튬 이온 배터리는 가볍고 높은 에너지 밀도를 가지며 충방전 특성이 양호한 2차전지로서 휴대용 전자 장치, 전기 자동차 및 전력 저장 장치(ESS)와 같은 분야에 널리 사용된다. 리튬 이온 배터리는 방전 시에 리튬 이온을 전해질로 방출하는 음극(negaitive electrode) 및 방전 시에 음극에서 방출된 리튬 이온을 산화된 상태로 받아들이는 양극(positive electrode) 및 음극과 양극의 직접 접촉을 방지하는 분리막(separator)을 포함한다. Due to the development of portable electronic devices and electric vehicles, batteries that can store and output electrical energy are being widely used. Lithium-ion batteries are secondary batteries that are lightweight, have high energy density, and have good charge/discharge characteristics and are widely used in fields such as portable electronic devices, electric vehicles, and power storage systems (ESS). A lithium-ion battery has a negative electrode that releases lithium ions into the electrolyte when discharging, a positive electrode that accepts lithium ions released from the negative electrode in an oxidized state during discharge, and a direct contact between the negative electrode and the positive electrode. Includes a separator.
리튬 이온 배터리는 외부로부터의 가압, 충격 및/또는 관통과 같은 다양한 손상을 입을 수 있다. 상술한 손상에 의해 음극 및 양극의 상호 접촉 시에 쇼트 전류로 인해 발열, 발화 또는 열폭주(thermal runaway)가 발생하거나, 양극 및/또는 음극 활물질의 반응으로 인하여 화재가 발생할 수 있다. 이와 같은 리튬 이온 배터리의 화재 위험을 줄이기 위하여 다양한 안전 수단이 강구되고 있다. Lithium-ion batteries can suffer various types of damage, such as external pressure, impact, and/or puncture. Due to the above-mentioned damage, heat generation, ignition, or thermal runaway may occur due to a short current when the cathode and anode come into contact with each other, or a fire may occur due to a reaction of the anode and/or cathode active material. Various safety measures are being taken to reduce the risk of fire in lithium-ion batteries.
화재 위험을 줄이기 위하여 배터리의 양극은 다양한 양극 안전 기능 층을 포함할 수 있다. 또한 배터리의 음극은 다양한 음극 안전 기능 층을 포함할 수 있다. 그러나 양극 안전 기능 층 및/또는 음극 안전 기능 층을 포함함으로써 양극 및 음극을 포함하는 전체 셀의 부피는 증가하므로, 배터리의 출력 밀도 및 에너지 밀도는 감소할 수 있다. 또한 일부 양극 안전 기능 층은 내부 저항을 증가시켜 출력 밀도의 추가적인 감소를 유발할 수 있다. To reduce the risk of fire, the battery's anode may include various layers of anode safety features. Additionally, the battery's cathode may include various cathode safety feature layers. However, by including the anode safety function layer and/or the cathode safety function layer, the volume of the overall cell including the anode and cathode increases, and thus the power density and energy density of the battery may decrease. Additionally, some bipolar safety functional layers may increase internal resistance, causing a further reduction in power density.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들은 안전성 및 에너지 밀도가 향상된 배터리를 제공할 수 있다. Various embodiments disclosed in this document can provide a battery with improved safety and energy density.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리는, 상기 배터리의 내부 및 외부를 구분하는 배터리 케이스, 및 상기 배터리 케이스 내부에 위치하는 적어도 하나의 양극, 상기 배터리 케이스 내부에서 상기 양극과 마주보도록 위치하는 적어도 하나의 음극 및 상기 양극 및 상기 음극 사이에 배치되는 적어도 하나의 분리막을 포함하는 전극 조립체를 포함할 수 있다. 상기 양극은, 상기 양극 중에서 상기 배터리 케이스의 내부로부터 가장 가까운 영역인 최외각 양극 영역을 포함하는 영역에 배치된 양극 안전 기능층을 포함할 수 있다. A battery according to various embodiments of the present invention includes a battery case that separates the inside and outside of the battery, at least one positive electrode located inside the battery case, and at least one positive electrode located inside the battery case to face the positive electrode. It may include an electrode assembly including a cathode and at least one separator disposed between the anode and the cathode. The anode may include an anode safety functional layer disposed in an area including an outermost anode area, which is the area closest to the inside of the battery case among the anodes.
다양한 실시예에서, 상기 배터리는 상기 전극 조립체가 상호 겹쳐지도록 감겨진 와인딩 형 배터리이고, 상기 양극, 상기 음극 및 상기 분리막은 상기 최외각 양극 영역이 상기 배터리의 외부 방향에 위치하도록 감겨질 수 있다. In various embodiments, the battery is a winding type battery in which the electrode assemblies are wound so as to overlap each other, and the anode, the cathode, and the separator may be wound so that the outermost anode region is located toward the outside of the battery.
다양한 실시예에서, 상기 양극 안전 기능층은 상기 양극 중에서 상기 최외각 양극 영역으로부터 상기 배터리의 내부 방향에 위치하는 공간에 감겨진 영역인 내부 양극 영역의 적어도 일부로 연장되고, 상기 양극 안전 기능층은, 상기 양극 중에서 상기 최외각 양극 영역에 배치된 상기 양극 안전 기능층의 두께가 상기 내부 양극 영역으로 연장된 상기 양극 안전 기능층의 두께보다 두꺼울 수 있다.In various embodiments, the anode safety functional layer extends from the outermost anode region among the anodes to at least a portion of an inner anode region, which is an area wrapped in a space located in the interior direction of the battery, and the anode safety functional layer includes, Among the anodes, the thickness of the anode safety functional layer disposed in the outermost anode region may be thicker than the thickness of the anode safety functional layer extended to the inner anode region.
다양한 실시예에서, 상기 양극 안전 기능 층의 두께는 상기 배터리의 내부 방향으로 갈수록 단계적으로 감소될 수 있다. In various embodiments, the thickness of the anode safety function layer may gradually decrease toward the interior of the battery.
다양한 실시예에서, 상기 양극 안전 기능 층의 두께는 상기 배터리의 내부 방향으로 갈수록 연속적으로 감소될 수 있다. In various embodiments, the thickness of the anode safety function layer may continuously decrease toward the interior of the battery.
다양한 실시예에서, 상기 배터리는 상호 교대로 적층되는 복수의 상기 양극, 복수의 상기 음극 및 복수의 상기 분리막을 포함하는 적층형 배터리이고, In various embodiments, the battery is a stacked battery including a plurality of anodes, a plurality of cathodes, and a plurality of separators that are alternately stacked,
상기 최외각 양극 영역은 상기 적층된 복수의 양극 중에서 최상층 및 최하층에 위치한 양극들일 수 있다. The outermost anode region may be anodes located on the highest and lowest layers among the plurality of stacked anodes.
다양한 실시예에서, 상기 양극 안전 기능 층은 상기 최외각 양극 영역들 사이에 적층된 양극들인 내부 양극 영역의 적어도 일부에 더 배치되고, 상기 양극 안전 기능 층은, 상기 양극 중에서 상기 최외각 양극 영역에 배치된 상기 양극 안전 기능 층의 두께가 상기 내부 양극 영역에 배치된 상기 양극 안전 기능 층의 두께보다 두꺼울 수 있다. In various embodiments, the anode safety function layer is further disposed on at least a portion of an inner anode region that is anodes stacked between the outermost anode regions, and the anode safety function layer is located on the outermost anode region among the anodes. The thickness of the anode safety function layer disposed may be thicker than the thickness of the anode safety function layer disposed in the internal anode region.
다양한 실시예에서, 상기 양극 안전 기능 층의 두께는 상기 배터리의 내부 방향으로 갈수록 점진적으로 감소될 수 있다.In various embodiments, the thickness of the anode safety function layer may gradually decrease toward the interior of the battery.
다양한 실시예에서, 상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 면 상에 위치하는 양극 활물질을 포함하고,In various embodiments, the positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material located on a surface of the positive electrode current collector,
상기 양극 안전 기능 층은 상기 양극 집전체 및 상기 양극 활물질 사이에 위치할 수 있다. The positive electrode safety function layer may be located between the positive electrode current collector and the positive electrode active material.
다양한 실시예에서, 상기 양극은 상기 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 면 상에 위치하는 양극 활물질을 포함하고,In various embodiments, the positive electrode includes the positive electrode current collector and a positive electrode active material located on a surface of the positive electrode current collector,
상기 양극 안전 기능 층은 상기 양극 활물질의 표면을 코팅할 수 있다.The positive electrode safety function layer may coat the surface of the positive electrode active material.
다양한 실시예에서, 상기 양극 안전 기능 층은 PTC(positive temperature coefficient) 재질을 포함할 수 있다.In various embodiments, the anode safety functional layer may include a positive temperature coefficient (PTC) material.
다양한 실시예에서, 상기 PTC 재질은 폴리머 복합재(polymer composite)를 포함할 수 있다. In various embodiments, the PTC material may include a polymer composite.
다양한 실시예에서, 상기 양극 안전 기능 층은 인산염계 올리빈 재질을 포함할 수 있다. In various embodiments, the anode safety functional layer may include a phosphate-based olivine material.
다양한 실시예에서, 상기 배터리 케이싱의 내부에서, 상기 최외각 양극 영역과 이격되되 상기 최외각 양극 영역의 외주면의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고, 상기 음극과 전기적으로 연결되며 도전성 재질을 가지는 단락 보호 층을 포함할 수 있다. In various embodiments, a short-circuit protection layer is disposed inside the battery casing, spaced apart from the outermost anode region and surrounding at least a portion of the outer peripheral surface of the outermost anode region, is electrically connected to the cathode, and has a conductive material. may include.
다양한 실시예에서, 상기 단락 보호 층의 폭은 상기 최외각 양극 영역의 폭보다 좁을 수 있다. In various embodiments, the width of the short-circuit protection layer may be narrower than the width of the outermost anode region.
다양한 실시예에서, 상기 양극에서 상기 양극 안전 기능 층이 배치된 영역과 상응하는 음극의 영역에 형성된 음극 안전 기능 층을 더 포함하는 배터리의 배터리.In various embodiments, a battery of batteries further comprising a cathode safety function layer formed in an area of the cathode corresponding to an area of the anode where the anode safety function layer is disposed.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리는, 상기 배터리의 내부 및 외부를 구분하는 배터리 케이싱, 상기 배터리 케이싱 내부에 위치하는 적어도 하나의 양극, 상기 배터리 케이싱 내부에서 상기 양극과 대면하도록 위치하는 적어도 하나의 음극, 상기 양극 및 상기 음극 사이에 배치되는 적어도 하나의 분리막, 및 양극 또는 음극 중 적어도 하나에 배치되는 안전 기능 층을 포함할 수 있다. 상기 안전 기능 층은, 상기 배터리의 외부에 상대적으로 가까운 위치에 위치할수록 두께가 증가할 수 있다.A battery according to various embodiments of the present invention includes a battery casing that separates the inside and outside of the battery, at least one positive electrode located inside the battery casing, and at least one positive electrode located inside the battery casing to face the positive electrode. It may include a cathode, at least one separator disposed between the anode and the cathode, and a safety function layer disposed on at least one of the anode or the cathode. The thickness of the safety function layer may increase as it is located relatively close to the outside of the battery.
다양한 실시예에서, 상기 안전 기능 층은 상기 양극에 배치되고, PTC(positive temperature coefficient) 재질을 포함할 수 있다. In various embodiments, the safety functional layer is disposed on the anode and may include a positive temperature coefficient (PTC) material.
다양한 실시예에서, 상기 PTC 재질은 폴리머 복합재(polymer composite)를 포함할 수 있다. In various embodiments, the PTC material may include a polymer composite.
다양한 실시예에서, 상기 안전 기능 층은 상기 양극에 배치되고, 인산염계 올리빈 재질을 포함할 수 있다. In various embodiments, the safety function layer is disposed on the anode and may include a phosphate-based olivine material.
본 문서에 개시된 다양한 실시예에 따르면, 배터리의 케이스(또는 파우치(pouch))에 가깝게 위치하는 영역에 양극 안전 기능 층이 배치됨으로써, 외부로부터의 관통에 대하여 안전성이 향상되고 에너지 밀도 및 출력 밀도가 향상된 배터리가 제공될 수 있다. According to various embodiments disclosed in this document, the anode safety function layer is disposed in an area located close to the case (or pouch) of the battery, thereby improving safety against penetration from the outside and increasing energy density and power density. Improved batteries may be provided.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
도 1a는 다양한 실시예들에 따른 배터리의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 1b는 다양한 실시예들에 따른 배터리의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 1c는 다양한 실시예들에 따른 배터리의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 2a는 다양한 실시예들에 따른 스택 형 배터리의 단면을 나타내는 모식도이다.
도 2b는 다양한 실시예들에 따른 와인딩 형 배터리의 단면을 나타내는 모식도이다.
도 2c는 도 2b의 감겨진 구성요소들이 풀려 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 다양한 실시예들에 따른 배터리의 최외각 양극 영역을 나타내는 확대 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 다양한 실시예에 따른 배터리를 나타내는 단면도이다.
도 5는 다양한 실시예에 따른 배터리를 나타내는 단면도이다.In relation to the description of the drawings, identical or similar reference numerals may be used for identical or similar components.
1A schematically shows the structure of a battery according to various embodiments.
Figure 1B schematically shows the structure of a battery according to various embodiments.
Figure 1C schematically shows the structure of a battery according to various embodiments.
FIG. 2A is a schematic diagram showing a cross section of a stack-type battery according to various embodiments.
Figure 2b is a schematic diagram showing a cross section of a winding-type battery according to various embodiments.
FIG. 2C is a diagram showing the wound components of FIG. 2B in an unwound state.
3A to 3C are enlarged cross-sectional views showing the outermost anode area of a battery according to various embodiments.
4A to 4D are cross-sectional views showing batteries according to various embodiments.
Figure 5 is a cross-sectional view showing a battery according to various embodiments.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이들 도면들에 있어서, 예를 들면, 부재들의 크기와 형상은 설명의 편의와 명확성을 위하여 과장될 수 있으며, 실제 구현시, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 된다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In these drawings, for example, the size and shape of members may be exaggerated for convenience and clarity of explanation, and in actual implementation, variations in the depicted shapes may be expected. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as limited to the specific shape of the area shown herein.
도면의 부재들의 참조 부호는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부재를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. Reference signs for elements in the drawings refer to the same elements throughout the drawings. Additionally, as used herein, the term “and/or” includes any one and all combinations of one or more of the corresponding listed items.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is as follows. It is not limited to examples. Rather, these embodiments are provided to make the disclosure more faithful and complete, and to fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수로 기재되어 있다 하더라도, 문맥상 단수를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이란 용어는 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 또한, 당해 기술 분야에서 숙련된 자들에게 있어서, 다른 형상에 "인접하여(adjacent)" 배치된 구조 또는 형상은 상기 인접하는 형상에 중첩되거나 하부에 배치되는 부분을 가질 수도 있다. The terms used herein are used to describe examples and are not intended to limit the scope of the invention. In addition, even if described in the specification as a singular number, plural forms may be included unless the context clearly indicates singularity. Additionally, as used herein, the terms "comprise" and/or "comprising" specify the presence of stated features, numbers, steps, operations, members, elements and/or groups thereof. It does not exclude the presence or addition of other shapes, numbers, movements, members, elements and/or groups. Additionally, for those skilled in the art, a structure or shape disposed “adjacent” to another shape may have a portion that overlaps or is disposed beneath the adjacent shape.
본 명세서에서, "아래로(below)", "위로(above)", "상부의(upper)", "하부의(lower)", "수평의(horizontal)" 또는 "수직의(vertical)"와 같은 상대적 용어들은, 도면들 상에 도시된 바와 같이, 일 구성 부재, 층 또는 영역들이 다른 구성 부재, 층 또는 영역과 갖는 관계를 기술하기 위하여 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면들에 표시된 방향뿐만 아니라 다른 방향들도 포괄하는 것임을 이해하여야 한다.As used herein, “below,” “above,” “upper,” “lower,” “horizontal,” or “vertical.” Relative terms such as may be used to describe the relationship that one component, layer or region has with another component, layer or region, as shown in the drawings. It should be understood that these terms encompass not only the directions indicated in the drawings, but also other directions.
도 1a 내지 도 1c는 다양한 실시예들에 따른 배터리의 구조를 개략적으로 도시한다.1A to 1C schematically show the structure of a battery according to various embodiments.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 배터리(100)(예: 스택 형 배터리(100a), 원통형 배터리(100b) 또는 젤리롤 형 배터리(100c))는 양극(160)(positive electrode), 음극(150)(negative electrode) 및 분리막(170)(separator)을 포함할 수 있다. 양극(160)은 배터리(100)의 방전 시에 캐소드(cathode)로 동작하고 배터리(100)에 포함된 전해질로부터 리튬 이온을 흡수하여 리튬 화합물을 형성하며, 충전 시에는 애노드(anode)로 동작하며 리튬 이온을 방출하는 전극일 수 있다. 양극은 예컨대 알루미늄과 같은 금속 박판을 포함하는 양극 집전체 및 양극 활물질을 포함할 수 있다. 양극 활물질은 리튬 화합물, 예를 들어 리튬 코발트 산화물(LixCoO2), 리튬 니켈 산화물(LixNiO2), 리튬 니켈 코발트 산화물(Lix(NiCo)O2), 리튬 니켈 코발트 망간 산화물(Lix(NiCoMn)O2), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물(Lix(NiCoAl)O2) 스피넬형 리튬망간 산화물(LixMn2O4), 이산화망간(MnO2), 리튬 철 인산염(LixFePO4) 및/또는 리튬 망간 인산염(LixMnPO4)과 같은 올리빈(olivine)형 화합물을 포함할 수 있다. 1A to 1C, the battery 100 (e.g., a stacked
음극(150)은 배터리(100)의 방전 시에 애노드(anode)로 동작하여 배터리(100)에 포함된 전해질에 대하여 리튬 이온을 방출하고, 충전 시에 캐소드(cathode)로 동작하여 환원된 리튬 원자를 보관하는 전극일 수 있다. 음극(150)은 예컨대 구리와 같은 금속 박판을 포함하는 음극 집전체 및 음극 활물질을 포함할 수 있다. 음극 활물질은 예를 들어, 리튬을 인터칼레이션(intercalation)하여 저장하는 인조 및/또는 천연 흑연, 산화규소, 질화규소 및/또는 탄화규소와 같은 다양한 실리콘계 화합물 및/또는 금속상의 리튬을 저장하는 리튬 금속 또는 이의 다양한 합금 내지 금속화합물을 포함할 수 있다. The
분리막(170)은 리튬 이온을 통과시키면서 양극(160)과 음극(150) 전기적 접촉을 방지하는 부재일 수 있다. 일부 실시예에서, 분리막(170)은 리튬 이온의 통과가 가능한 크기의 미세 기공(pore)을 가지는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 고분자 재질을 포함할 수 있다. 음극(150), 양극(160) 및 분리막(170)를 포함하는 배터리(100)의 최소 단위는 전극 조립체(electrode assembly)라고 일컬어질 수 있다.The
배터리 케이스(180)(예: 배터리 케이스(180a), 배터리 케이스(180b) 또는 배터리 케이스(180c))는 음극(150), 양극(160) 및 분리막(170)가 감겨지거나 접혀지거나 또는 적층되어 수용되는 내부공간을 가진 용기일 수 있다. 예를 들어, 전지 케이싱(180)은 금속(예컨대 알루미늄 또는 스테인레스 스틸), 폴리머 재질 및/또는 이들의 복합체 내지 라미네이트(laminate)를 포함할 수 있다. 전지 케이싱(180)에는 유기 전해액(미도시)이 주입되고 밀봉될 수 있다. 예를 들어, 유기 전해액은 리튬 염과 유기 용매를 포함할 수 있다. 리튬 염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2C2F5)2, Li(CF3SO2)2N, LiN(SO3C2F5)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiCl, LiI 및 LiB(C2O4)2또는 이들의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 유기 용매는 에틸렌카보네이트, 부틸렌 카보네이트 또는 비닐렌 카보네이트와 같은 환형 카보네이트, 디메틸카보네이트, 메틸 에틸 카보네이트 또는 디에틸 카보네이트와 같은 선형 카보네이트, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 또는 프로필 아세테이트와 같은 아세테이트계 화합물 및 이들의 적어도 하나의 수소 원자를 불소(fluorine, F)로 치환한 불화 유기 화합물을 포함할 수 있다.The battery case 180 (e.g.,
도 1a를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 배터리(100)는 적어도 하나의 전극 조립체가 적층되어 배터리 케이스(180a)의 내부공간에 위치하는 스택 형(stack type) 배터리(100a)일 수 있다. 배터리 케이스(180a)는 예컨대 각형의 캔(can) 또는 연질의 파우치일 수 있다.Referring to FIG. 1A , the
도 1b를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 배터리(100)는 적어도 하나의 전극 조립체가 감겨져 배터리 케이스(180b)의 내부공간에 위치하는 원통형 배터리(100b)일 수 있다. 배터리 케이스(180b)는 예컨대 원통 또는 이와 유사한 기둥 형상의 캔일 수 있다.Referring to FIG. 1B, the
도 1c를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 배터리(100)는 적어도 하나의 전극 조립체가 스타디움형(stadium shape)의 단면으로 감겨져 배터리 케이스(180c)의 내부공간에 위치하는 젤리롤 형(jelly-roll type) 배터리(100c)일 수 있다. 배터리 케이스(180c)는 예컨대 각형의 캔 또는 연질의 파우치일 수 있다. 원통형 배터리(100b) 및 젤리롤 형 배터리(100c)는 배터리 셀이 감겨져(wound) 전지 케이스(180b, 180c)의 내부에 위치되는 특징을 공유하므로, 이들은 통틀어 '와인딩 형'(winding-type) 배터리(100b, 100c)라고 일컬어질 수 있다. Referring to FIG. 1C, the
도 2a는 다양한 실시예들에 따른 스택 형 배터리(200a)의 단면을 나타내는 모식도이다.FIG. 2A is a schematic diagram showing a cross section of a stacked
도 2b는 다양한 실시예들에 따른 와인딩 형 배터리(200b)의 단면을 나타내는 모식도이다.Figure 2b is a schematic diagram showing a cross section of a winding-
도 2c는 도 2b의 감겨진 구성요소들이 풀려 있는 상태를 나타내는 도면이다. FIG. 2C is a diagram showing the wound components of FIG. 2B in an unwound state.
도 2a의 단면은 예를 들어 도 1a의 A-A' 방향에 대한 절단면일 수 있다.The cross section in FIG. 2A may be, for example, a cross section in the A-A' direction of FIG. 1A.
도 2b의 단면은 예를 들어 도 1b의 B-B' 방향에 대한 절단면일 수 있다.The cross section in FIG. 2B may be, for example, a cross section in the B-B' direction of FIG. 1B.
도 2a를 참조하면, 스택 형 배터리(200a)(예컨대 도 1a의 스택 형 배터리(100a))는 판 형상을 가지고 순차적으로 상호 적층된 적어도 하나의 음극(220), 적어도 하나의 분리막(230) 및 적어도 하나의 양극(210)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 양극(210) 중에서, 스택 형 배터리(200a)의 외부(예컨대 도 2a의 EX로 표시된 방향에 위치한 영역)로부터 가장 가까운 양극(210)의 영역은 '최외각 양극 영역(210a)'이라고 정의될 수 있다. 예를 들어, 스택 형 배터리(200a)에서는, 적층된 판 형상의 양극(210) 중에서 외부와 가장 가까운 것, 예컨대 적층된 양극(210) 중 최상층 및 최하층에 위치한 것이 최외각 양극 영역(210a)이라고 정의될 수 있다. 스택 형 배터리(200a)에서, 최외각 양극 영역(210a)들 사이에 적층된 양극(210)은 내부 양극 영역(210b)이라고 정의될 수 있다. 양극(210)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다. Referring to FIG. 2A, the stacked
도 2b 및 2c를 참조하면, 와인딩 형 배터리(200b)(예컨대 도 1b 또는 1c의 와인딩 형 배터리(100b, 100c))는 판 형상을 가지고 순차적으로 상호 적층된 음극(220), 분리막(230) 및 양극(210)을 포함하고, 음극(220), 분리막(230) 및 양극(210)은 나선형으로 감겨져 중심으로부터 바깥쪽(예컨대 도 2b의 EX로 표시된 방향)으로 겹쳐지는 구조를 이룰 수 있다. 양극(210) 중에서, 배터리의 외부(예컨대 도 2b의 EX로 표시된 방향)에 가장 가까운 양극(210)의 영역은 '최외각 양극 영역(210a)'이라고 정의될 수 있으며, 와인딩 형 배터리(200b)에서는, 가장 바깥쪽에 감겨지는 영역이 최외각 양극 영역(210a)이라고 정의될 수 있다. 와인딩 형 배터리(200b)에서 최외각 양극 영역(210a)의 안쪽에 감겨지는 영역은 내부 양극 영역(210b)이라고 정의될 수 있다. Referring to FIGS. 2B and 2C, the winding-
도 2b 및 2c에는 와인딩 형 배터리(200b) 중에서 원통형인 것(예컨대 도 1b의 원통형 배터리(100b))만 도시되어 있으나, 본 개시의 다양한 실시예들에 따른, 와인딩 형 배터리(200b)에 관한 설명은 원통형 배터리 뿐만 아니라 젤리롤 형 배터리(예컨대 도 1c의 젤리롤 형 배터리(100c)에도 적용 가능함은 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 2B and 2C show only a cylindrical one (for example, the
도 2a 내지 도 2c 참조하면, 양극(210)은 적어도 양극(210)의 최외각 양극 영역(210a)에 배치되는 양극 안전 기능 층(213)을 포함할 수 있다. 양극 안전 기능 층(213)은 외부로부터의 관통 및/또는 가압과 같은 요인에 의한 손상이 발생할 시에, 배터리의 음극(220)이 후술하는 양극 활물질(예: 도 3a의 양극 활물질(212)) 및/또는 양극 집전체(예: 도 3a의 양극 집전체(211))와 직접 접촉됨으로써 화재 기타 불안전 상황이 발생할 위험을 감소시키는 부재일 수 있다. 다양한 실시예에서 양극 안전 기능 층(213)은 최외각 양극 영역(210a)뿐만 아니라 최외각 양극 영역(210a) 및 다른 영역을 포함하는 양극(210)의 영역에 배치될 수 있다. 이에 대해서는 후술한다. 2A to 2C, the
배터리(200)(예: 배터리(200a) 또는 배터리(200b)) 내에서, 관통 및/또는 가압에 의해 손상이 발생할 위험이 상대적으로 높은 영역은 영역은 배터리(200)의 외부와 가까운 영역이므로, 양극 안전 기능 층(213)이 적어도 양극(210)의 최외각 양극 영역(210a)에 배치됨으로써 외부로부터의 손상에 의한 위험을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 내부 양극 영역(210b)에 대해서는 양극 안전 기능 층(213)을 배치하지 않거나, 더 적게 배치함으로써, 양극(210)이 양극 안전 기능 층(213)을 더 포함함으로 인해 발생하는 배터리의 에너지 밀도 및/또는 출력 밀도에 대한 악영향을 감소시킬 수 있다. Within the battery 200 (e.g.,
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 다양한 실시예에서 음극(220)은 양극 안전 기능 층(213)이 배치된 양극(210)의 영역과 상응하는 음극(220)의 영역에 배치되는 음극 안전 기능 층(223)을 포함할 수 있다. 2A to 2C, in various embodiments, the
도 3a 내지 도 3c는 다양한 실시예들에 따른 배터리의 최외각 양극 영역을 나타내는 확대 단면도이다. 3A to 3C are enlarged cross-sectional views showing the outermost anode area of a battery according to various embodiments.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 배터리(예: 배터리(100) 또는 배터리(200))의 양극(210)(예: 도 1a 내지 도 1c의 양극(160))은 양극 집전체(211), 양극 활물질(212) 및 양극 안전 기능 층(213)을 포함할 수 있다. 3A to 3C, the positive electrode 210 (e.g., the
양극 집전체(211)는 양극 활물질(212)에 의해 발생되는 전하를 모아서 배터리의 외부로 전력을 공급하거나, 외부로부터 전력을 받아 배터리를 충전시키기 위한 부재일 수 있다. 다양한 실시예에서 집전체는 판상의 금속, 특히 양극 활물질(212)의 전극 반응 전위 영역에서 높은 전기화학적 안정성을 가지는 알루미늄과 같은 금속을 포함할 수 있다. The positive electrode
양극 활물질(212)은 도 3b와 같이 양극 집전체(211)의 면 상에 적어도 일부 접하여 위치하거나 또는 도 3a와 같이 양극 집전체(211)와 이격되어 위치할 수 있다. 양극 활물질(212)은 방전 시에 음극(220)(예: 도 1a 내지 도 1c의 음극(150))으로부터 전해질을 통해 전달된 리튬 이온을 받아들이는 물질일 수 있다. 양극 활물질(212)은 예컨대 리튬 코발트 산화물(LixCoO2), 리튬 니켈 산화물(LixNiO2), 리튬 니켈 코발트 산화물(Lix(NiCo)O2), 리튬 니켈 코발트 망간 산화물(Lix(NiCoMn)O2), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물(Lix(NiCoAl)O2) 스피넬형 리튬망간 산화물(LixMn2O4), 이산화망간(MnO2), 리튬 철 인산염(LixFePO4) 및/또는 리튬 망간 인산염(LixMnPO4)과 같은 올리빈(olivine)형 화합물일 수 있다. The positive electrode
양극 안전 기능 층(213)은 양극(210)이 음극(예: 도 2의 음극(220))과 접하여 발생하는 단락 전류 및/또는 화학 반응에 의한 화재 기타 불안전 상황이 발생할 위험을 감소시키는 층일 수 있다. The anode
도 3a를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 양극 안전 기능 층(213)은 양극 집전체(211) 및 양극 활물질(212) 사이에 배치되는 제 1 양극 안전 기능 층(213a)일 수 있다. 도 3b를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 양극 안전 기능 층(213)은 양극 집전체(211)와 양극 활물질(212)이 접하는 면과 마주 보는 양극 활물질(212)의 면 상에 위치하는 제 2 양극 안전 기능 층(213b)일 수 있다. 도 3c를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 양극 안전 기능 층(213)은 양극 집전체(211)의 면 상에 위치하는 입자상의 양극활물질(212)의 표면을 코팅하는 제 3 양극 안전 기능 층(213c)일 수 있다. Referring to FIG. 3A , the anode
다양한 실시예의 양극 안전 기능 층(213)(예: 제 1 양극 안전 기능 층(213a), 제 2 양극 안전 기능 층(213b) 또는 제3 양극 안전 기능 층(213c))은 예컨대 LiFePO4 및/또는 LiMnPO4와 같은 올리빈계 인산염(olivine phosphates) 재질을 포함할 수 있다. 올리빈계 인산염 재질을 포함하는 양극 안전 기능 층(213)은 음극(220)을 구성하는 물질과의 접촉 시에 상대적으로 화학적 안정성이 높으므로, 배터리의 외부로부터의 관통과 같은 손상에 있어서 양극(210) 및 음극(220) 간의 접촉에 의한 화학 반응 및 발열을 방지할 수 있다. The anode safety function layer 213 (e.g., the first anode
다양한 실시예에서, 양극 안전 기능 층(213)은 PTC 재질을 포함할 수 있다. PTC 재질은 전기 비저항(resistivity)이 양의 온도 계수(positive thermal coefficient; PTC)를 가지는 재질일 수 있다. 다양한 실시예에서, 양극 안전 기능 층(213)은 PTC 세라믹 또는 PTC 폴리머 복합체 재질을 포함할 수 있다. PTC 세라믹은 예컨대 희토류로 도핑된(rare-arth doped) BaTiO3과 같은 페로브스카이트계 세라믹을 포함할 수 있다. PTC 폴리머 복합체는 예컨대 폴리머 매트릭스 및 폴리머 매트릭스 내에 분산된 카본 블랙과 같은 도전성 입자를 포함하고, 온도에 따른 폴리머 매트릭스의 팽창 또는 수축에 의해 전기 전도성이 감소 또는 증가하는 재질일 수 있다. 폴리머 매트릭스는 예컨대 HDPE(고밀도 폴리에틸렌), PMMA(poly (methyl methacrylate), EVA(ethylene vinyl acetate) 및/또는 PVDF(polyvinylidene fluoride)와 같은 재질을 포함할 수 있다.In various embodiments, anode safety
양극 안전 기능 층(213)이 PTC 재질을 포함함으로써, 외부로부터의 관통이나 가압과 같은 손상에 의해 양극(210) 및 음극(220)이 직접 접촉되어 단락 전류가 흐를 시에, 배터리 내부 온도가 상승되어 PTC 재질의 양의 온도 계수로 인해 PTC 재질의 비저항이 증가될 수 있다. 양극 안전 기능 층(213)의 전기 저항이 증가함으로 인해 단락 전류가 감소되므로 단락 전류에 의한 열 발생에 의해 배터리의 손상 및 단락 전류가 증가하는 연쇄 반응의 위험이 감소될 수 있다. Since the anode
도 4a 및 도 4b는 다양한 실시예에 따른 배터리(200a, 200b)의 단면도이다. 4A and 4B are cross-sectional views of
도 4c는 도 4b의 와인딩 형 배터리(200b)감겨진 구성요소들이 풀려 있는 상태를 나타내는 도면이다. FIG. 4C is a diagram showing a state in which the wound components of the winding
도 4d는 또 다른 실시예에 따른 와인딩 형 배터리(200b)의 감겨진 구성요소들이 풀려 있는 상태를 나타내는 도면이다.FIG. 4D is a diagram showing a state in which the wound components of a winding-
도 4a는, 예컨대 도 1a의 배터리(100a)와 같은, 스택 형 배터리(200a)의 단면을 나타내는 모식도이다. 도 4b 내지 도 4d는, 예컨대 도 1b 내지 도 1c의 배터리(100b, 100c)와 같은, 와인딩 형 배터리(200b)의 단면 및 그 구성요소들이 풀려 있는 상태를 나타내는 도면이다. FIG. 4A is a schematic diagram showing a cross section of a stacked
도 4a의 단면은 도 1a의 A-A' 방향에 대한 절단면이고, 도 4b는 도 1b의 B-B'방향에 대한 절단면이며, 도 4c 및 도 4d는 도 1b의 B-B'방향에 대한 절단면을 펼쳐 놓은 것이다. The cross section in FIG. 4A is a cross section in the A-A' direction of FIG. 1A, FIG. 4B is a cross section in the B-B' direction in FIG. 1B, and FIGS. 4C and 4D are a cross section in the B-B' direction in FIG. 1B. It is unfolded.
도 4a를 참조하면, 양극 안전 기능 층(213)은 배터리의 내부 양극 영역(210b) 중 적어도 일부에 배치될 수 있다. 도 4a를 참조하면, 적층형 배터리의 양극 안전 기능 층(213)은 적층된 복수의 양극(210)들 중에서 최외각 양극 영역(210a) 사이에 배치된 내부 양극 영역(210b) 중의 적어도 일부에 배치될 수 있다. 예컨대, 양극 안전 기능 층(213)은 내부 양극 영역(210b) 중에서, 최외각 양극 영역(210a)에 상대적으로 더 가까운 영역에 배치될 수 있다. 다양한 실시예에서, 양극 안전 기능 층(213)의 두께는, 최외각 양극 영역(210a)으로부터 내부 방향(도 4a의 IN 방향)으로 갈수록 점진적으로 감소할 수 있다. 도 4a에서는 내부 양극 영역(210b) 중에서 가장 내부에 위치한 영역(210c)에는 양극 안전 기능 층(213)이 배치되지 않은 실시예가 도시되어 있으나, 이는 본 발명을 제한하지 않는 예시로서, 본 문서에 개시된 기술적 사상은 양극 안전 기능 층(213)이 내부 양극 영역(210b) 중에서 가장 내부의 영역까지 배치되어 가장 얇은 두께를 가지는 실시예에도 적용 가능함은 자명할 것이다.Referring to FIG. 4A, the anode
도 4b 내지 도 4d를 참조하면, 와인딩 형 배터리(200b)의 양극 안전 기능 층(213)은 최외각 양극 영역(210a)으로부터, 최외각 양극 영역(210a)으로부터 내부 방향에 위치하는 공간에 감겨지는 내부 양극 영역(210b)의 적어도 일부로 연장될 수 있다. 예컨대, 양극 안전 기능 층(213)은 내부 양극 영역(210b) 중에서, 최외각 양극 영역(210a)에 상대적으로 더 가까운 영역에 배치될 수 있다. 다양한 실시예에서, 양극 안전 기능 층(213)의 두께는, 최외각 양극 영역(210a)으로부터 내부 방향(도 4c의 IN 방향)으로 갈수록 점진적으로 감소할 수 있다. 도 4c를 참조하면, 다양한 실시예에서, 양극 안전 기능 층(213)의 두께는 단계적으로 감소할 수 있다. 도 4d를 참조하면, 다양한 실시예에서, 양극 안전 기능 층(213)의 두께는 연속적으로 감소할 수 있다. 4B to 4D, the anode
도 4a 내지 도 4d에서는 내부 양극 영역(210b) 중에서 가장 내부에 위치한 영역에는 양극 안전 기능 층(213)이 배치되지 않은 실시예가 도시되어 있으나, 이는 본 발명을 제한하지 않는 예시로서, 본 문서에 개시된 기술적 사상은 양극 안전 기능 층(213)이 내부 양극 영역(210b) 중에서 가장 내부의 영역까지 배치되어 가장 얇은 두께를 가지는 실시예에도 적용 가능함은 자명할 것이다.4A to 4D show an embodiment in which the anode
양극 안전 기능 층(213)이 배터리의 내부 양극 영역(210b)의 적어도 일부에까지 배치됨으로써, 배터리의 안전성이 향상될 수 있다. 또한, 내부 양극 영역(210b)에 배치된 양극 안전 기능 층(213)이 상대적으로 얇은 두께를 가짐으로써, 내부 양극 영역(210b)에까지 양극 안전 기능 층(213)이 배치됨으로 인해 발생할 수 있는 배터리의 에너지 밀도 및/또는 출력 밀도의 감소는 최소화될 수 있다. 내부 양극 영역(210b)의 양극 안전 기능 층(213)의 두께는 배터리의 안전성과 배터리의 에너지 밀도 및/또는 출력 밀도를 최적화하기 위하여 조절될 수 있다. By disposing the anode
도 5는 다양한 실시예에 따른 배터리를 나타내는 단면도이다. Figure 5 is a cross-sectional view showing a battery according to various embodiments.
도 5를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 배터리(예: 배터리(100) 또는 배터리(200))는 단락 보호 층(240)을 포함할 수 있다. 단락 보호 층(240)은 최외각 양극 영역(210a)의 외주면에 대응되도록 배치되되, 최외각 양극 영역(210a)으로부터 이격되고, 음극(220)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 단락 보호 층(240)은 최외각 양극 영역(210a)으로부터 절연 층(241)에 의해 이격될 수 있다. 단락 보호 층(240)은 도전성 재질, 예컨대 금속 재질을 포함할 수 있다. 단락 보호 층(240)은 단락 보호 층(240)과 대면하는 전극의 반대 전극의 집전체와 동일 내지 유사한 재질을 포함할 수 있다. 예컨대 양극(210)과 대면하는 단락 보호 층(240)은 음극(220) 집전체(예컨대 구리(Cu))와 동일 내지 유사한 재질을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 음극(220) 집전체 및 단락 보호 층(240)은 외부로 전류를 인출하기 위한 부위인 탭을 각각 포함하고, 탭들은 상호 용접으로 연결됨으로써 음극(220)과 단락 보호 층(240)이 전기적으로 연결될 수 있다. Referring to FIG. 5 , a battery (eg,
전자 장치가 외부로부터 관통 또는 가압과 같은 손상을 받을 시에, 양극/음극 활물질이 배치된 양극(210) 및 음극(220)의 영역들에서 단락 전류가 흐르면 화재 위험이 증가할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리가 단락 보호 층(240)을 포함함으로써 외부로부터의 손상이 발생할 시에 양극/음극 활물질이 배치된 영역이 아닌 단락 보호 층(240)에 단락이 먼저 발생하고, 따라서 양극/음극 활물질이 배치된 영역에서 전위차가 감소되어 단락 전류가 제한될 수 있으므로, 화재 및 기타 불안전 상황이 발생할 위험이 감소할 수 있다. When an electronic device receives damage such as penetration or pressure from the outside, the risk of fire may increase if a short-circuit current flows in the areas of the
다양한 실시예에서, 단락 보호 층(240)의 폭(W1)은 최외각 양극 영역(210a)의 폭(W2)보다 좁을 수 있다. 단락 보호 층(240)의 폭(W1)이 최외각 양극 영역(210a)보다 폭이 넓을 경우에, 배터리의 낙하와 같은 외부 충격이 가해질 시에 단락 보호 층(240)이 변형되면서 최외각 양극 영역(210a)에 접촉되어 단락이 발생할 위험이 있으므로, 단락 보호 층(240)의 폭(W1)을 최외각 양극 영역(210a)의 폭(W2)보다 좁게 하여 이러한 위험을 감소시킬 수 있다. In various embodiments, the width W1 of the short-
본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리(200)는, 배터리(200)의 내부 및 외부를 구분하는 배터리 케이스(180), 및 배터리 케이스(180) 내부에 위치하는 적어도 하나의 양극(210), 배터리 케이스(180) 내부에서 양극(210)과 마주보도록 위치하는 적어도 하나의 음극(220) 및 양극(210) 및 음극(220) 사이에 배치되는 적어도 하나의 분리막(230)을 포함하는 전극 조립체를 포함할 수 있다.The
양극(210)은, 양극(210) 중에서 배터리 케이스(180)의 내부로부터 가장 가까운 영역인 최외각 양극 영역(210a)을 포함하는 영역에 배치된 양극 안전 기능 층(213)을 포함할 수 있다. The
다양한 실시예에서, 배터리(200)는 상기 전극 조립체가 상호 겹쳐지도록 감겨진 와인딩 형 배터리(200b)이고, 양극(210), 음극(220) 및 분리막(230)은 최외각 양극 영역(210a)이 배터리(200)의 외부 방향에 위치하도록 감겨질 수 있다. In various embodiments, the
다양한 실시예에서, 양극 안전 기능 층(213)은 양극(210) 중에서 최외각 양극 영역(210a)으로부터 배터리(200)의 내부 방향에 위치하는 공간에 감겨진 영역인 내부 양극 영역(210b)의 적어도 일부로 연장되고, 양극 안전 기능 층(213)은, 양극(210) 중에서 최외각 양극 영역(210a)에 배치된 양극 안전 기능 층(213)의 두께가 내부 양극 영역(210b)으로 연장된 양극 안전 기능 층(213)의 두께보다 두꺼울 수 있다.In various embodiments, the anode
다양한 실시예에서, 양극 안전 기능 층(213)의 두께는 배터리(200)의 내부 방향으로 갈수록 단계적으로 감소될 수 있다. In various embodiments, the thickness of the anode
다양한 실시예에서, 양극 안전 기능 층(213)의 두께는 배터리(200)의 내부 방향으로 갈수록 연속적으로 감소될 수 있다. In various embodiments, the thickness of the anode
다양한 실시예에서, 배터리(200)는 상호 교대로 적층되는 복수의 양극(210), 복수의 음극(220) 및 복수의 분리막(230)을 포함하는 적층형 배터리(200a)이고, 최외각 양극 영역(210a)은 상기 적층된 복수의 양극(210) 중에서 최상층 및 최하층에 위치한 양극(210)들일 수 있다. In various embodiments, the
다양한 실시예에서, 양극 안전 기능 층(213)은 최외각 양극 영역(210a)들 사이에 적층된 양극(210)들인 내부 양극 영역(210b)의 적어도 일부에 더 배치되고, 양극 안전 기능 층(213)은, 양극(210) 중에서 최외각 양극 영역(210a)에 배치된 양극 안전 기능 층(213)의 두께가 내부 양극 영역(210b)에 배치된 양극 안전 기능 층(213)의 두께보다 두꺼울 수 있다. In various embodiments, the anode
다양한 실시예에서, 양극 안전 기능 층(213)의 두께는 배터리(200)의 내부 방향으로 갈수록 점진적으로 감소될 수 있다.In various embodiments, the thickness of the anode
다양한 실시예에서, 양극(210)은 양극 집전체(211) 및 양극 집전체(211)의 면 상에 위치하는 양극 활물질(212)을 포함하고,In various embodiments, the
양극 안전 기능 층(213)은 양극 집전체(211) 및 양극 활물질(212) 사이에 위치할 수 있다. The positive electrode
다양한 실시예에서, 양극(210)은 양극 집전체(211) 및 양극 집전체(211)의 면 상에 위치하는 양극 활물질(212)을 포함하고, 양극 안전 기능 층(213)은 양극 활물질(212)의 표면을 코팅할 수 있다.In various embodiments, the
다양한 실시예에서, 양극 안전 기능 층(213)은 PTC(positive temperature coefficient) 재질을 포함할 수 있다.In various embodiments, the anode safety
다양한 실시예에서, 상기 PTC 재질은 폴리머 복합재(polymer composite)를 포함할 수 있다. In various embodiments, the PTC material may include a polymer composite.
다양한 실시예에서, 양극 안전 기능 층(213)은 인산염계 올리빈 재질을 포함할 수 있다. In various embodiments, the anode
다양한 실시예에서, 배터리(200) 케이싱의 내부에서, 최외각 양극 영역(210a)과 이격되되 최외각 양극 영역(210a)의 외주면의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고, 음극(220)과 전기적으로 연결되며 도전성 재질을 가지는 단락 보호 층(240)을 포함할 수 있다. In various embodiments, the
다양한 실시예에서, 단락 보호 층(240)의 폭은 최외각 양극 영역(210a)의 폭보다 좁을 수 있다. In various embodiments, the width of the short-
다양한 실시예에서, 양극(210)에서 양극 안전 기능 층(213)이 배치된 영역과 상응하는 음극(220)의 영역에 형성된 음극 안전 기능 층(223)을 더 포함할 수 있다.의 배터리(200).In various embodiments, the
본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리(200)는, 배터리(200)의 내부 및 외부를 구분하는 배터리(200) 케이싱, 배터리(200) 케이싱 내부에 위치하는 적어도 하나의 양극(210), 배터리(200) 케이싱 내부에서 양극(210)과 대면하도록 위치하는 적어도 하나의 음극(220), 양극(210) 및 음극(220) 사이에 배치되는 적어도 하나의 분리막(230), 및 양극(210) 또는 음극(220) 중 적어도 하나에 배치되는 안전 기능 층(213, 223)을 포함할 수 있다. 안전 기능 층(213, 223)은, 배터리(200)의 외부에 상대적으로 가까운 위치에 위치할수록 두께가 증가할 수 있다.The
다양한 실시예에서, 안전 기능 층(213, 223)은 양극(210)에 배치되고, PTC(positive temperature coefficient) 재질을 포함할 수 있다. In various embodiments, the safety
다양한 실시예에서, 상기 PTC 재질은 폴리머 복합재(polymer composite)를 포함할 수 있다. In various embodiments, the PTC material may include a polymer composite.
다양한 실시예에서, 안전 기능 층(213, 223)은 양극(210)에 배치되고, 인산염계 올리빈 재질을 포함할 수 있다.In various embodiments, the safety
그리고 본 명세서와 도면에 개시된 본 문서에 개시된 실시예들은 본 문서에 개시된 실시예에 따른 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 문서에 개시된 실시예의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 문서에 개시된 실시예의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 문서에 개시된 다양한 실시예의 범위는 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 문서에 개시된 다양한 실시예의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 문서에 개시된 다양한 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. In addition, the embodiments disclosed in this document and the drawings are merely presented as specific examples to easily explain the technical content according to the embodiments disclosed in this document and to aid understanding of the embodiments disclosed in this document. It is not intended to limit the scope of the examples. Therefore, the scope of the various embodiments disclosed in this document includes all changes or modified forms derived based on the technical idea of the various embodiments disclosed in this document in addition to the embodiments disclosed herein. must be interpreted.
200: 배터리
210: 양극
210a: 최외각 양극 영역
210b: 내부 양극 영역
213: 양극 안전 기능 층
220: 음극
223: 음극 안전 기능 층
230: 분리막
240: 단락 보호 층200: battery
210: anode
210a: outermost anode region
210b: internal anode area
213: anode safety function layer
220: cathode
223: cathode safety function layer
230: Separator
240: short circuit protection layer
Claims (20)
상기 배터리의 내부 및 외부를 구분하는 배터리 케이스; 및
상기 배터리 케이스 내부에 위치하는 적어도 하나의 양극, 상기 배터리 케이스 내부에서 상기 양극과 마주보도록 위치하는 적어도 하나의 음극 및 상기 양극 및 상기 음극 사이에 배치되는 적어도 하나의 분리막을 포함하는 전극 조립체를 포함하고,
상기 양극은, 상기 양극 중에서 상기 배터리 케이스의 내부로부터 가장 가까운 영역인 최외각 양극 영역을 포함하는 영역에 배치된 양극 안전 기능층을 포함하는 배터리. In batteries,
a battery case that separates the inside and outside of the battery; and
An electrode assembly including at least one anode positioned inside the battery case, at least one cathode positioned inside the battery case to face the anode, and at least one separator disposed between the anode and the cathode; ,
The anode is a battery including an anode safety functional layer disposed in an area including an outermost anode area, which is the area closest to the inside of the battery case among the anodes.
상기 배터리는 상기 전극 조립체가 상호 겹쳐지도록 감겨진 와인딩 형 배터리이고,
상기 양극, 상기 음극 및 상기 분리막은 상기 최외각 양극 영역이 상기 배터리의 외부 방향에 위치하도록 감겨진 배터리. According to claim 1,
The battery is a winding type battery in which the electrode assemblies are wound so as to overlap each other,
A battery in which the anode, the cathode, and the separator are wound so that the outermost anode region is located toward the outside of the battery.
상기 양극 안전 기능층은 상기 양극 중에서 상기 최외각 양극 영역으로부터 상기 배터리의 내부 방향에 위치하는 공간에 감겨진 영역인 내부 양극 영역의 적어도 일부로 연장되고,
상기 양극 안전 기능층은,
상기 양극 중에서 상기 최외각 양극 영역에 배치된 상기 양극 안전 기능층의 두께가 상기 내부 양극 영역으로 연장된 상기 양극 안전 기능층의 두께보다 두꺼운 배터리.According to claim 2,
The anode safety functional layer extends from the outermost anode region among the anodes to at least a portion of an inner anode region, which is an area wrapped in a space located in the inner direction of the battery,
The anode safety functional layer is,
A battery in which the thickness of the anode safety functional layer disposed in the outermost anode region among the anodes is thicker than the thickness of the anode safety functional layer extended to the inner anode region.
상기 양극 안전 기능 층의 두께는 상기 배터리의 내부 방향으로 갈수록 단계적으로 감소되는 배터리. According to claim 3,
A battery in which the thickness of the anode safety function layer gradually decreases toward the inside of the battery.
상기 양극 안전 기능 층의 두께는 상기 배터리의 내부 방향으로 갈수록 연속적으로 감소되는 배터리. According to claim 3,
A battery in which the thickness of the anode safety function layer continuously decreases toward the inside of the battery.
상기 배터리는 상호 교대로 적층되는 복수의 상기 양극, 복수의 상기 음극 및 복수의 상기 분리막을 포함하는 적층형 배터리이고,
상기 최외각 양극 영역은 상기 적층된 복수의 양극 중에서 최상층 및 최하층에 위치한 양극들인 배터리. According to claim 1,
The battery is a stacked battery including a plurality of anodes, a plurality of cathodes, and a plurality of separators that are alternately stacked,
The outermost anode region is a battery wherein the anodes are located on the uppermost and lowermost layers among the plurality of stacked anodes.
상기 양극 안전 기능 층은 상기 최외각 양극 영역들 사이에 적층된 양극들인 내부 양극 영역의 적어도 일부에 더 배치되고,
상기 양극 안전 기능 층은,
상기 양극 중에서 상기 최외각 양극 영역에 배치된 상기 양극 안전 기능 층의 두께가 상기 내부 양극 영역에 배치된 상기 양극 안전 기능 층의 두께보다 두꺼운 배터리. According to claim 6,
the anode safety functional layer is further disposed on at least a portion of an inner anode region where the anodes are stacked between the outermost anode regions,
The anode safety function layer is,
A battery in which the thickness of the anode safety function layer disposed in the outermost anode region among the anodes is thicker than the thickness of the anode safety function layer disposed in the inner anode region.
상기 양극 안전 기능 층의 두께는 상기 배터리의 내부 방향으로 갈수록 점진적으로 감소되는 배터리.According to claim 7,
A battery in which the thickness of the anode safety function layer gradually decreases toward the inside of the battery.
상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 면 상에 위치하는 양극 활물질을 포함하고,
상기 양극 안전 기능 층은 상기 양극 집전체 및 상기 양극 활물질 사이에 위치하는 배터리. According to claim 1,
The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material located on a surface of the positive electrode current collector,
The battery wherein the positive electrode safety function layer is located between the positive electrode current collector and the positive electrode active material.
상기 양극은 상기 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 면 상에 위치하는 양극 활물질을 포함하고,
상기 양극 안전 기능 층은 상기 양극 활물질의 표면을 코팅하는 배터리.According to claim 1,
The positive electrode includes the positive electrode current collector and a positive electrode active material located on a surface of the positive electrode current collector,
A battery in which the positive electrode safety function layer coats the surface of the positive electrode active material.
상기 양극 안전 기능 층은 PTC(positive temperature coefficient) 재질을 포함하는 배터리.According to claim 1,
A battery wherein the anode safety function layer includes a positive temperature coefficient (PTC) material.
상기 PTC 재질은 폴리머 복합재(polymer composite)를 포함하는 배터리. According to claim 11,
The PTC material is a battery comprising a polymer composite.
상기 양극 안전 기능 층은 인산염계 올리빈 재질을 포함하는 배터리. According to claim 1,
A battery wherein the anode safety function layer includes a phosphate-based olivine material.
상기 배터리 케이싱의 내부에서, 상기 최외각 양극 영역과 이격되되 상기 최외각 양극 영역의 외주면의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고, 상기 음극과 전기적으로 연결되며 도전성 재질을 가지는 단락 보호 층을 포함하는 배터리. According to claim 1,
A battery comprising a short-circuit protection layer disposed inside the battery casing, spaced apart from the outermost anode region and surrounding at least a portion of an outer peripheral surface of the outermost anode region, electrically connected to the cathode, and having a conductive material.
상기 단락 보호 층의 폭은 상기 최외각 양극 영역의 폭보다 좁은 배터리. According to claim 14,
A battery in which the width of the short-circuit protection layer is narrower than the width of the outermost anode region.
상기 양극에서 상기 양극 안전 기능 층이 배치된 영역과 상응하는 음극의 영역에 형성된 음극 안전 기능 층을 더 포함하는 배터리의 배터리.According to claim 1,
The battery of the battery further comprising a cathode safety function layer formed in an area of the cathode corresponding to an area of the anode where the anode safety function layer is disposed.
상기 배터리의 내부 및 외부를 구분하는 배터리 케이싱;
상기 배터리 케이싱 내부에 위치하는 적어도 하나의 양극;
상기 배터리 케이싱 내부에서 상기 양극과 대면하도록 위치하는 적어도 하나의 음극;
상기 양극 및 상기 음극 사이에 배치되는 적어도 하나의 분리막; 및
양극 또는 음극 중 적어도 하나에 배치되는 안전 기능 층을 포함하고,
상기 안전 기능 층은, 상기 배터리의 외부에 상대적으로 가까운 위치에 위치할수록 두께가 증가하는 배터리.In batteries,
a battery casing that separates the inside and outside of the battery;
At least one anode located inside the battery casing;
at least one cathode positioned to face the anode inside the battery casing;
at least one separator disposed between the anode and the cathode; and
a safety function layer disposed on at least one of the anode or the cathode,
The safety function layer is a battery whose thickness increases as it is located relatively close to the outside of the battery.
상기 안전 기능 층은 상기 양극에 배치되고, PTC(positive temperature coefficient) 재질을 포함하는 배터리. According to claim 17,
The safety function layer is disposed on the anode and includes a positive temperature coefficient (PTC) material.
상기 PTC 재질은 폴리머 복합재(polymer composite)를 포함하는 배터리. According to claim 18,
The PTC material is a battery comprising a polymer composite.
상기 안전 기능 층은 상기 양극에 배치되고, 인산염계 올리빈 재질을 포함하는 배터리.
According to claim 17,
The safety function layer is disposed on the anode, and the battery includes a phosphate-based olivine material.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
PCT/KR2023/010166 WO2024025226A1 (en) | 2022-07-27 | 2023-07-17 | Battery including safety function layer |
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KR1020220093212 | 2022-07-27 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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-
2022
- 2022-10-06 KR KR1020220128065A patent/KR20240015546A/en unknown
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