KR20240058810A - 리튬 배터리의 열 폭주 억제제 및 관련 응용 - Google Patents

리튬 배터리의 열 폭주 억제제 및 관련 응용 Download PDF

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프로로지움 테크놀로지 코., 엘티디.
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Abstract

본 발명은 리튬 배터리의 열 폭주 억제제 및 관련 응용을 제공한다. 열 폭주억제제는 비-리튬 알칼리 금속 이온, 알칼리 토금속 이온 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 금속 이온(A) 및 양쪽성 금속 이온(B)을 방출하기 위한 부동태화 조성물 공급자, 극성 용액 공급자, 및 미리 결정된 온도 내에서 부동태화 조성물 공급자와 극성 용액 공급자를 분리시킬 수 있는 분리 메커니즘을 포함한다. 분리 메커니즘이 손상되면 극성 용액 공급자가 극성 용액을 방출하여 금속 이온(A)과 양쪽성금속 이온(B)을 리튬 배터리로 운반하고 양극 활물질 및 음극 활물질과 반응하여 더 낮은 에너지를 가진 상태로 전이시킨다. 전체 배터리의 전압을 낮추고 전기화학적 반응 경로를 차단하여 열 폭주가 일어나는 것을 방지한다.

Description

리튬 배터리의 열 폭주 억제제 및 관련 응용{THERMAL RUNAWAY SUPPRESSANT OF LITHIUM BATTERIES AND THE RELATED APPLICATIONS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 7월 29일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 63/058,205 및 2020년 10월 5일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 63/087,563의 35 U.S.C.§119(a) 하의 이익을 주장하고, 이들 선출원 문헌은 전체 내용이 모든 목적을 위해 본 명세서에 병합된다.
기술 분야
본 발명은 리튬 배터리의 안전 메커니즘에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리튬 배터리의 열 폭주 억제제 및 관련 응용에 관한 것이다.
리튬 이온 배터리는 자동차, 소비자 및 산업용 웨어러블 제품, 휴대용 디바이스 및 에너지 저장 디바이스 등과 같은 다양한 제품에 널리 사용되기 때문에 이 배터리는 인간의 일상 생활의 모든 영역에 거의 적용되고 있다. 하지만 휴대폰 배터리 및 전기차의 화재나 폭발과 같은 리튬 이온 배터리의 사고 소식이 수시로 들린다. 이는 모두 리튬 이온 배터리가 안전 문제에 대한 포괄적이고 효과적인 솔루션이 아직 부족하기 때문이다.
리튬 배터리의 화재 또는 폭발에 대한 불안전한 사건의 주요 원인은 열 폭주이다. 그리고 리튬 배터리의 열 폭주의 주요 원인은 배터리 내 고체 전해질 인터페이스(solid electrolyte interface: SEI) 막, 전해질, 바인더, 및 양극 및 음극 활물질이 고온으로 인해 야기되는 열적 균열로 인한 발열 반응의 결과인 열이다. 현재 열 폭주를 억제하는 방법은 안전 메커니즘을 활성화하는 위치에 따라 두 가지 유형, 즉 배터리 셀 외부 배치 유형과 배터리 셀 내부 배치 유형으로 분류될 수 있다. 배터리 셀 외부 배치 유형의 경우 디지털 산술 시뮬레이션을 사용하는 모니터링 시스템을 이용한다. 배터리 셀 내부 배치 유형의 경우 방법은 물리적 또는 화학적 방법으로 더 나눌 수 있다. 배터리 셀 외부 디지털 모니터링 시스템에서 배터리 셀 외부에 전용 보호 회로와 전용 관리 시스템을 이용하여 사용 과정 동안 배터리의 안전성 모니터링을 향상시킨다. 열 차단 분리막과 같은 배터리 셀 내부 배치의 물리적 유형의 경우 배터리 셀이 고온인 경우 분리막의 구멍을 폐쇄하여 이온의 통과를 차단한다.
배터리 셀 내부 배치의 화학적 유형의 경우 방법은 스케일 제어형 또는 전기화학적 반응형으로 분류될 수 있다. 스케일 제어형에서는 열 폭주의 스케일을 제어하기 위해 전해질에 난연제를 첨가한다. 전기화학적 반응 유형의 예는 다음과 같다:
a. 단량체 또는 올리고머를 전해질에 첨가한다. 온도가 상승할 때 중합이 발생하여 이온 이동 속도가 줄어든다. 따라서 온도가 상승할 때 이온 전도성이 감소하고 셀의 전기화학 반응 속도가 느려진다;
b. 양극 층 또는 음극 층과 이에 인접한 집전체 층 사이에 양의 온도 계수(positive temperature coefficient: PTC)의 저항 물질이 끼여 있다. 배터리 셀의 온도가 상승하면 전기 절연 능력이 향상된다. 인접한 집전체 층 사이 음극 층 또는 양극 층 사이의 전력 전달 효율이 감소하고 전기화학 반응 속도도 감소한다;
c. 양극 활물질의 표면에 개질 층을 형성한다. 배터리 셀의 온도가 상승하면 개질 층이 치밀한 막으로 변형되어 전하 이동 저항이 증가하여 전기화학 반응 속도가 감소한다.
그러나, 상기 방법은 열 폭주를 유발하는 최대 에너지를 발생시키는 주요 소스와 전체 전기화학 반응의 주요 반응체, 즉 활물질에 대한 것이 아니라, 열 발생을 줄이기 위해 이온/전자 이동 경로를 수동적으로 차단하는 것을 목표로 한다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 완화 또는 제거하기 위해 활물질의 열 폭주로 이어지는 열 에너지를 감소시킴으로써 리튬 배터리의 열 폭주 억제제 및 관련 응용을 제공한다.
본 발명의 목적은 리튬 이온 추출을 통해 양극 활물질을 높은 전위 및 높은 에너지를 갖는 원래 상태로부터 낮은 전위 및 낮은 에너지를 갖는 금속 산화물의 결정질 상태로 전이시킬 수 있고, 리튬 이온 삽입을 통해 음극 활물질을 낮은 전위 및 높은 에너지를 갖는 원래 상태로부터 높은 전위 및 낮은 에너지를 갖는 무기 중합체 상태로 전이시킬 수 있는, 리튬 배터리의 새로운 열 폭주 억제제 및 관련 응용을 제공하는 것이다. 따라서 전체 배터리의 전압이 낮아지고 전기화학적 반응 경로가 차단되어 열 폭주가 일어나는 것을 방지한다.
전술한 바를 구현하기 위해, 본 발명은 부동태화 조성물 공급자, 극성 용액 공급자 및 분리 메커니즘을 포함하는, 리튬 배터리의 열 폭주 억제제를 개시한다. 분리 메커니즘은 미리 결정된 온도 내에서 부동태화 조성물 공급자와 극성 용액 공급자를 분리시킬 수 있다. 부동태화 조성물 공급자는 비-리튬 알칼리 금속 이온, 알칼리 토금속 이온 또는 이들의 조합 중에서 선택된 금속 이온(A), 및 양쪽성 금속 이온(B)을 방출할 수 있다. 미리 결정된 온도에 도달하면 분리 메커니즘이 손상되고 극성 용액 공급자가 금속 이온(A)과 양쪽성 금속 이온(B)을 운반하는 극성 용액을 리튬 배터리로 방출하고 리튬 이온 추출을 통해 양극 활물질과 반응하고 리튬 이온이 삽입을 통해 음극 활물질과 반응하여 낮은 에너지를 가진 상태로 전이시킨다. 따라서 전체 배터리의 전압이 낮아지고 전기화학적 반응 경로가 차단되어 열 폭주가 일어나는 것을 방지한다.
본 발명은 또한 막 형성제와 혼합되거나 구조적 지지 물질에 부착되어 막을 형성하는 열 폭주 억제물을 개시한다.
본 발명은 또한 전기화학적 반응 시스템을 포함하는 열 폭주를 억제할 수 있는 리튬 배터리를 개시한다. 전기화학 반응 시스템은 양극 활물질 층, 음극 활물질 층, 분리막 및 전해질 시스템을 포함한다. 분리막은 양극 활물질 층과 음극 활물질 층 사이에 끼여 있고, 전해질 시스템은 전기화학 반응 시스템에 채워진다. 양극 활물질 층, 음극 활물질 층 또는 분리막 및 전해질 시스템의 표면 중 임의의 것은 전술한 열 폭주 억제제를 포함한다.
또한, 본 발명은 패키지 구성 요소, 상기 패키지 구성 요소 내에 밀봉되어 수용되는 전기화학 반응 시스템, 및 상기 전기화학 반응 시스템 외부에 배치되는 열 폭주 억제물을 포함하는, 열 폭주를 억제할 수 있는 리튬 배터리를 더 개시한다. 열 폭주 억제물은 부동태화 조성물 공급자, 극성 용액 공급자 및 분리 메커니즘을 포함한다. 분리 메커니즘은 미리 결정된 온도 내에서 부동태화 조성물 공급자와 극성 용액 공급자를 분리시킬 수 있다. 부동태화 조성물 공급자는 비-리튬 알칼리 금속 이온, 알칼리 토금속 이온 또는 이들의 조합 중에서 선택된 금속 이온(A), 및 양쪽성 금속 이온(B)을 방출할 수 있다. 미리 결정된 온도에 도달하면 분리 메커니즘이 손상되고 극성 용액 공급자가 금속 이온(A)과 양쪽성 금속 이온(B)을 운반하는 극성 용액을 리튬 배터리로 방출하고 리튬 이온 추출을 통해 양극 활물질과 반응하고 리튬 이온 삽입을 통해 음극 활물질과 반응하여 낮은 에너지를 가진 상태로 전이시킨다. 따라서 전체 배터리의 전압이 낮아지고 전기화학적 반응 경로가 차단되어 열 폭주가 일어나는 것을 방지한다.
본 발명의 추가 적용 범위는 이하에 주어진 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상 및 범위 내에서 본 상세한 설명으로부터 다양한 변경 및 수정을 구현할 수 있을 것이기 때문에, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 특정 실시예는 단지 예시를 위해 제공되는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 아래에서 단지 예시로서 주어진 상세한 설명으로부터 보다 완전히 이해될 것이고, 본 상세한 설명은 본 발명을 제한하려고 의도된 것이 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 열 폭주 억제제의 일 실시예의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열 폭주 억제제의 다른 실시예의 개략도이다.
도 3 내지 도 6c는 본 발명에 따른 열 폭주 억제물의 다양한 실시예의 개략도이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명에 따른 열 폭주 억제물을 갖는 리튬 배터리의 실시예의 개략도이다.
도 7c는 본 발명에 따른 열 폭주 억제제와 혼합된 활물질 층의 일 실시예의 개략도이다.
도 7d는 본 발명에 따른 열 폭주 억제제로 코팅된 분리막의 일 실시예의 개략도이다.
도 7e는 본 발명에 따른 열 폭주 억제제 및 세라믹 분말을 표면에 갖는 분리막의 일 실시예의 개략도이다.
도 7f는 본 발명에 따른 열 폭주 억제제와 혼합된 세라믹 분말의 일 실시예의 개략도이다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명에 따른 열 폭주 억제물과 결합하기 위해 관통 구멍을 갖는 집전체 층을 갖는 리튬 배터리의 실시예의 개략도이다.
도 9는 본 발명에 따른 열 폭주 억제물과 결합하기 위해 관통 구멍을 갖는 집전체 층을 갖는 리튬 배터리의 다른 실시예의 개략도이다.
도 10a는 농도 30% NaOH(aq), 30% NaAl(OH)4(aq), 20% NaCl(aq), 10% LiOH(aq) 및 30% KOH(aq)가 리튬 이온 추출을 통해 양극 활물질과 반응하는 XRD 회절 패턴이다.
도 10b는 리튬 이온 삽입을 통해 음극 활물질이 나트륨/칼륨 이온 및 알루미늄 이온에 노출되기 전과 후의 XRD 회절 패턴이다.
도 11a는 기존 리튬 배터리 셀의 열 폭주를 테스트하기 위한 전압 및 온도 곡선을 나타낸다.
도 11b는 본 발명의 열 폭주를 억제하는 리튬 배터리 셀에 대한 전압 및 온도 곡선을 도시한다.
도 12a 내지 도 12c는 100% SOC(충전 상태)에서 캐소드에 순수 물, NaOH(aq) 및 NaAl(OH)4(aq) 중에서 선택된 서로 다른 용액을 각각 적하한 결과의 이미지이다.
도 13a 내지 도 13c는 100% SOC(충전 상태)에서 애노드에 순수 물, NaOH(aq) 및 NaAl(OH)4(aq) 중에서 선택된 서로 다른 용액을 각각 적하한 결과의 이미지이다.
도 13d는 지그(jig)로 거품(foam)을 클램핑(clamped)한 도 13c의 이미지이다.
도 14a 및 도 14b는 각각 40% SOC 및 100% SOC에서 약 1시간 동안 30% 수산화나트륨을 적하한 캐소드의 SEM 다이아그램이다.
도 15a 및 도 15b는 각각 40% SOC 및 100% SOC에서 약 1시간 동안 30% 수산화나트륨을 적하한 애노드의 SEM 다이아그램이다.
도 16a 및 도 16b는 20% NaAl(OH)4(aq)을 사용한 캐소드 및 애노드에 대한 시차 주사 열량계의 서모그램이다.
본 발명은 특정 실시예와 관련하여 특정 도면을 참조하여 설명될 것이지만, 본 발명은 이 실시예로 제한되는 것이 아니고 청구범위에 의해서만 제한된다. 청구범위에서 임의의 참조 부호는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 설명된 도면은 단지 개략도이며 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 도면에서, 일부 요소의 크기는 예시를 위해 과장되었을 수 있고 축척에 맞게 도시되어 있지 않을 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위해 사용된 것일 뿐, 일반적인 발명의 개념을 제한하려고 의도된 것이 아니다. 본 명세서에 사용된 단수 형태의 요소 및 "상기" 요소는 문맥이 명백히 달리 나타내지 않는 한, 복수의 형태도 포함하는 것으로 의도된다. 달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 용어(기술적 용어 및 과학적 용어를 포함함)는 예시적인 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 나아가 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에 명시적으로 정의되지 않는 한, 이상화되거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안 되는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서 전체에 걸쳐 "일 실시예" 또는 "실시예"라는 언급은 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 위치에서 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"라는 어구의 출현은 반드시 모두 동일한 실시예를 나타내는 것은 아니지만, 동일한 실시예를 나타내는 것일 수도 있다. 또한, 특정 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 본 발명으로부터 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명은 부동태화 조성물 공급자(12), 극성 용액 공급자(14) 및 분리 메커니즘을 포함하는, 리튬 배터리의 열 폭주 억제제(11)에 관한 것이다. 분리 메커니즘은 미리 결정된 온도 내에서 부동태화 조성물 공급자(12)와 극성 용액 공급자(14)를 분리시킬 수 있다. 부동태화 조성물 공급자(12)는 비-리튬 알칼리 금속 이온, 알칼리 토금속 이온 또는 이들의 조합 중에서 선택된 금속 이온(A), 및 양쪽성 금속 이온(B)을 방출할 수 있다. 극성 용액 공급자(14)는 금속 이온(A) 및 양쪽성 금속 이온(B)을 운반하는 극성 용액을 리튬 배터리의 전기화학 반응 시스템으로 방출할 수 있다. 금속 이온(A)이 비-리튬 알칼리 금속 이온 중에서 선택되는 경우, 금속 이온은 바람직하게는 나트륨 이온, 칼륨 이온 또는 이들의 조합 중에서 선택된다. 금속 이온(A)이 알칼리 토금속 이온 중에서 선택되는 경우, 금속 이온은 바람직하게는 베릴륨 이온, 마그네슘 이온 또는 칼슘 이온 중에서 선택된다. 양쪽성 금속 이온(B)은 알루미늄 이온 또는 아연 이온이다. 극성 용액 공급자(14)는 흡열 반응으로 분해되어 물 또는 순수한 물을 방출하는 수분 방출 화합물이다. 부동태화 조성물 공급자(12)는 용액 또는 무수 분말이다. 부동태화 조성물 공급자(12)가 무수물인 경우, 극성 용액 공급자(14)에 의해 방출된 극성 용액은 부동태화 조성물 공급자(12)와 작용하여 금속 이온(A) 및 양쪽성 금속 이온(B)을 해리 및 방출할 수 있다. 위에서 언급한 "운반"이란 극성 용액이 금속 이온(A) 및 양쪽성 금속 이온(B)을 전달하는 매체 역할을 한다는 것을 의미한다.
열 폭주 억제제(11)의 온도가 미리 결정된 온도에 도달하면, 분리 메커니즘은 균열, 실효 또는 파괴로 인해 손상된다. 그리고 극성 용액 공급자(14)는 극성 용액을 방출하여 부동태화 조성물 공급자(12)에 의해 방출된 금속 이온(A) 및 양쪽성 금속 이온(B)을 운반하여 리튬 이온 추출을 통해 양극 활물질과 반응하고 리튬 이온 삽입을 통해 음극 활물질과 반응한다.
양극 활물질에서는 금속 이온(A)이 리튬 이온 추출을 통해 양극 활물질 및 그 증착물로부터 전자를 얻고 나서 더 이동하여 리튬 이온 추출 또는 인터칼레이션을 통해 양극을 점유한다. 리튬 이온이 추출되는 양극 활물질은 높은 전위와 높은 에너지를 가진 원래 상태로부터 낮은 전위와 낮은 에너지를 가진 금속 산화물의 결정질 상태로 전이된다. 또한, 이러한 양극 활물질은 구조가 불안정하고 양극 활물질의 원래 상태에서 리튬 원자의 손실로 인해 산소 물질(O2, O2 -, O-)이 쉽게 방출된다. 나트륨 이온과 같은 전자를 가진 금속 이온(A)으로 형성된 금속 원자는 열 에너지로 구동되어 리튬 이온 추출 또는 인터칼레이션을 통해 양극을 채우고, 격자 재배치로 새로운 안정적인 상태를 형성함과 동시에 열 에너지를 소비한다. 또한, 나트륨과 같은 금속 이온(A)으로 형성된 금속 원자가 양극 물질에 채워지면, 이 새로운 안정적인 상태 구조는 나트륨을 함유하기 때문에 수분 흡수량이 증가하는 것과 같이 일부 나트륨 특성을 나타낸다. 이에 전극의 절연 특성이 증가하고 성능이 저하된다.
음극 활물질에서는 금속 이온(A)과 양쪽성 금속 이온(B)이 리튬 이온의 삽입을 통해 음극 활물질과 반응한다. 리튬 이온의 삽입을 통해 음극 활물질은 낮은 전위와 높은 에너지를 가진 원래 상태로부터 높은 전위와 낮은 에너지를 가진 무기 중합체 상태로 전이된다. 따라서, 본 발명은 추가 금속 이온(A) 및 추가 양쪽성 금속 이온(B)을 적용하여 양극 및 음극 활물질의 에너지 및 전체 배터리의 전압을 낮추어 전기화학 반응 경로를 차단하여 배터리의 열 폭주를 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 양극 활물질이 높은 전위 및 높은 에너지를 가진 상태로부터 낮은 전위 및 낮은 에너지를 가진 결정질 상태로 전이되는 전술한 경우에 대해, 이하에서 상세한 설명을 제공한다. 양극 활물질은 리튬 이온이 추출된 상태이고, 전위가 높다. 또한 불안정한 결정 격자 때문에 결정 격자는 무너지기 쉽고, 산소를 방출하는 능력이 높고, 열 에너지를 격렬히 방출하는 능력이 높다. 따라서, 전술한 내용에서 양극 활물질은 높은 전위와 높은 에너지를 가진 상태에 있는 것으로 정의된다. 금속 이온(A)이 리튬 이온이 추출되거나 인터칼레이션된 위치를 채우면 양극 활물질의 전위가 감소하고 양극 활물질의 결정 격자가 상대적으로 안정적이다. 또한, 양극 활물질의 결정 격자의 안정성이 높아 산소 방출 능력이 저하되어 열 에너지를 격렬히 방출하는 능력이 저하된다. 따라서, 전술한 내용에서 양극 활물질은 금속 이온(A)과 반응한 후 낮은 전위 및 낮은 에너지를 가진 결정질 상태로 정의된 부동태화된 상태에 있는 것으로 정의된다.
음극 활물질이 낮은 전위 및 높은 에너지를 가진 상태로부터 높은 전위 및 낮은 에너지를 가진 상태로 전이되는 전술한 경우에 대해, 이하에서 상세한 설명을 제공한다. 음극 활물질은 리튬 이온이 삽입된 상태에 있고, 전위가 낮다. 또한, 음극 활물질은 양극 활물질로부터 방출된 산소를 받기 때문에 음극 활물질이 격렬히 연소하여 열 에너지를 방출하기 쉽다. 따라서 음극 활물질은 불안정하고 열 에너지를 방출하는 능력이 높다. 따라서, 전술한 내용에서 음극 활물질은 낮은 전위 및 높은 에너지를 가진 상태에 있는 것으로 정의된다. 금속 이온(A)과 양쪽성 금속 이온(B)이 리튬 이온의 삽입을 통해 음극 활물질과 반응하면 리튬 이온이 포획되어 실리콘-탄소와 같이 음극 활물질의 기저 물질과 중합체 화합물을 형성한다. 양극 활물질의 산소 방출 능력이 저하될 뿐만 아니라 열 에너지를 격렬히 방출하는 음극 활물질의 능력도 저하된다. 따라서, 전술한 내용에서, 음극 활물질은 금속 이온(A) 및 양쪽성 금속 이온(B)과 반응한 후 높은 전위 및 낮은 에너지를 가진 중합체 화합물 상태로 정의된 부동태화된 상태에 있는 것으로 정의된다. 이 상태에서 음극 활물질은 친환경 시멘트인 지오중합체로 변환된다.
이 실시예에서, 부동태화 조성물 공급자(12)는 금속 이온(A)과 양쪽성 금속 이온(B)을 해리 및 방출할 수 있는 적어도 하나의 화합물을 포함한다. 예를 들어, 금속 이온(A)을 제공할 수 있는 화합물은 NaOH, KOH, NaCl, NaNO3, KNO3 등일 수 있다. 양쪽성 금속 이온(B)을 제공할 수 있는 화합물은 AlCl3, AlBr3, AlI3, Al(NO3)3, AlClO4, AlF3, AlH3, Zn(OH)2 등일 수 있다. 또한, 부동태화 조성물 공급자(12)는 NaAl(OH)4 등과 같이 금속 이온(A)과 양쪽성 금속 이온(B)을 모두 제공할 수 있는 화합물일 수 있다. 그러나 이들은 단지 예시일 뿐, 본 발명에 사용되는 화합물의 유형과 수량을 제한하려고 의도된 것이 아니다.
흡열 반응으로 분해되어 수분을 방출하는 전술한 수분 방출 화합물은 Al(OH)3, Al(OH)3·H2O, Mg(OH)2, NH4H2PO4, NaHCO3, CH3COONa·3H2O, ZnOB2O3H2O, Na2B4O7·10H2O, 무수 CaCl, CaCl·H2O, CaCl·2H2O, CaCl·4H2O, MgCl·6H2O, KAl(SO4)2·12H2O, Zn(OH)2, Ba(OH)2·8H2O, LiOH 또는 이들의 조합 중에서 선택될 수 있다.
본 발명의 분리 메커니즘은 부동태화 조성물 공급자(12)와 극성 용액 공급자(14) 사이의 서로 다른 물질이 직접 접촉하는 것으로 인한 불안정성을 피할 수 있을 뿐만 아니라 부동태화 조성물 공급자(12)와 극성 용액 공급자(14)가 전기화학 반응 시스템의 구성 요소와 같은 외부 환경으로부터 영향을 받는 것을 차단할 수 있다. 분리 메커니즘은 구멍이 없는 캡슐(26)일 수 있다. 캡슐(26)의 물질은 수용되는 화합물에 의해 결정된다. 예를 들어, 극성 용액 공급자(14)가 수분 방출 물질 중에서 선택될 때, 무수 부동태화 조성물 공급자(12) 및/또는 극성 용액 공급자(14)를 수용하는 데 사용되는 캡슐(26)의 물질은 젤라틴, 아라비아 검, 키토산, 카제인 나트륨, 전분, 락토스, 말토덱스트린, 폴리-l-리신/알긴산염, 폴리에틸렌이민/알긴산염, 알긴산칼슘, 폴리비닐 알코올과 같은, 물에 쉽게 용해되는 물질 중에서 선택된다. 극성 용액 공급자(14)의 물질이 순수 물인 경우, 극성 용액 공급자(14)를 수용하는 데 사용되는 캡슐(26)의 물질은 에틸 셀룰로오스, 폴리에틸렌, 폴리메타크릴레이트, 질산셀룰로오스, 실리콘, 파라핀, 카르나우바 왁스, 스테아르산, 지방 알코올, 스테아릴 알코올, 지방산, 탄화수소 수지, 모노아실 글리세롤, 디아실 글리세롤 및 트리아실 글리세롤과 같은, 물에 쉽게 녹지 않는 물질 중에서 선택된다.
극성 용액 공급자(14)의 물질이 순수한 물인 경우, 물의 휘발 온도를 높이기 위해 극성 용액 공급자(14)에 글리세린 또는 DMSO(디메틸 설폭사이드)와 같은 높은 비등점의 친수성 물질이 첨가될 수 있다. 또한, 부동태화 조성물 공급자(12) 및 극성 용액 공급자(14)가 모두 무수 상태에 있는 경우, 분리 메커니즘은 도 2에 도시된 바와 같이 부동태화 조성물 공급자(12) 또는 극성 용액 공급자(14)를 덮기 위해 관통 구멍(25)을 갖는 중합체 막(23)일 수 있다. 이 실시예에서, 관통 구멍(25)을 갖는 중합체 막(23)은 비-유체 상태의 물질을 덮는 데 사용된다. 극성 용액 공급자(14)가 극성 용액을 방출할 때, 극성 용액은 전달 경로로서의 관통 구멍(25)을 통해 부동태화 조성물 공급자(12)와 접촉한다. 중합체 막(23)은 후술하는 바와 같이 막 형성제를 포함할 수 있다.
캡슐(26)의 입자 크기는 바람직하게는 1 내지 100 마이크론이다. 그리고 캡슐(26)은 물리적 또는 화학적 공정에 의해 코팅될 수 있다. 물리적 과정은 예를 들어, 온도 변화 또는 용매 휘발에 기초한 고체-액체 상 변화일 수 있다. 화학적 공정은 작은 단량체의 중합일 수 있다.
또한, 열 폭주 억제제(11)의 부동태화 조성물 공급자(12) 및/또는 극성 용액 공급자(14)는 막 형성제와 혼합되어 막형 열 폭주 억제물(10)을 형성한다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 부동태화 조성물 공급자(12)와 극성 용액 공급자(14)는 용매를 필요로 하는 막 형성제(16)와 혼합되고, 혼합, 코팅, 건조 및 압착 공정을 통해 막형 열 폭주 억제물(10)을 형성한다. 또한, 부동태화 조성물 공급자(12)와 극성 용액 공급자(14) 중 하나는 캡슐(26)에 의해 캡슐화되어 부동태화 조성물 공급자(12)와 극성 용액 공급자(14)를 분리한다. 전기화학 반응 시스템의 전해질과 같은 외부 환경이 부동태화 조성물 공급자(12) 및 극성 용액 공급자(14)에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해, 도 4를 참조하면, 또 다른 분리 메커니즘으로 작용하는 보호 층이 막형 열 폭주 억제물(10)에 코팅된다. 또한, 용매를 필요로 하지 않는 막 형성제(16)를 사용하여 부동태화 조성물 공급자(12) 및 극성 용액 공급자(14)와 혼합하여 열 압착 공정에 의해 막형 열 폭주 억제물(10)을 형성한다. 따라서 용매를 제거하기 위한 건조 공정이 필요하지 않다. 용매를 필요로 하지 않는 막 형성제(16)는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)일 수 있다. 한편, 용매를 필요로 하는 막 형성제(16)는 바람직하게는 아세톤을 용매로 사용하는 폴리(비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌)(PVDF-HFP), 부타논을 용매로 사용하는 폴리우레탄(PU), 또는 물을 용매로 사용하는 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 카르복실 메틸 셀룰로오스(CMC) 또는 폴리아크릴산(PAA)과 같이 약 80℃에서 용매를 제거하는 물질 중에서 선택된다.
전술한 실시예에서, 부동태화 조성물 공급자(12)와 극성 용액 공급자(14)가 함께 혼합되고, 캡슐(26) 또는 관통 구멍(25)을 갖는 중합체 막(23)이 분리 메커니즘으로서 기능한다. 이하의 실시예에서, 부동태화 조성물 공급자(12)와 극성 용액 공급자(14)는 서로 이격되어 배치된다. 도 5를 참조하면, 열 폭주 억제물(10)의 극성 용액 공급자(14)는 구조적 지지 물질(22)에 부착된다. 부동태화 조성물 공급자(12)는 막 형성제(16)와 혼합되어 막(17)을 형성한다. 부동태화 조성물 공급자(12)와 극성 용액 공급자(14)가 직접 접촉하는 것에 의해 야기되는 불안정성을 피하기 위해, 분리 메커니즘으로 작용하는 보호 층(18)이 구조적 지지 물질(22)의 외부 표면에 코팅된다. 또한, 막(17)의 외부 표면은 보호 층(18)을 포함한다. 구조적 지지 물질(22)은 중합체, 예를 들어, 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴산나트륨(폴리아크릴산나트륨), 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC), 폴리우레탄 중합체, 구아검, 알긴산 나트륨염, 폴리에틸렌이민(PEI), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 및 폴리비닐피롤리돈(PVP)으로 만들어질 수 있다. 구조적 지지 물질(22)이 부직포와 같은 섬유인 경우, 이 물질은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등이거나 또는 유리 섬유일 수 있다. 구조적 지지 물질(22)은 또한 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 및 폴리카보네이트(PC)로 구성될 수 있다. 또한, 구조적 지지 물질(22)은 알긴산나트륨, 폴리아크릴산나트륨과 같이 용액을 흡수할 수 있는 겔 상태의 물질 중에서 선택될 때 용액 상태의 화합물을 직접 흡수할 수 있다. 구조적 지지 물질(22)이 겔 상태의 물질 중에서 선택되는 경우, 부직포 섬유와 같이 구멍이 있는 다른 구조적 지지 물질도 혼합될 수 있다.
보호 층(18)은 파라핀 오일, 미세결정질 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 저밀도 PE(폴리에틸렌), 폴리(트랜스-1,4-부타디엔), 폴리(테트라메틸렌 옥사이드), 이소택틱 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(에틸렌 아디페이트), 이소택틱 폴리(1-부텐), 폴리(에틸렌) 중에서 선택된 감열성 분해 물질로 구성된다. 또한, 감열성 분해 물질은 광물유와 혼합되면 연화점이 낮아진다.
부동태화 조성물 공급자(12) 및 극성 용액 공급자(14)에 대한 전술한 보호 또는 막 형성 방법은 서로 결합될 수 있고, 도면 또는 상세한 설명으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 부동태화 조성물 공급자(12)가 2개의 화합물(121, 122)로 구성된 경우, 화합물(121)은 캡슐(26)로 코팅되고, 혼합, 코팅, 건조 및 압착 공정에 의해 극성 용액 공급자(14) 및 막 형성제(16)와 혼합되어 제1 막(28)을 형성한다. 화합물(122)은 캡슐(26)로 코팅되고, 혼합, 코팅, 건조 및 압착 공정을 통해 막 형성제(16)와 혼합되어 제2 막(29)을 형성한다. 제2 막(29)은 제1 막(28)의 표면에 부착되어 층상 구조를 형성한다. 보호 층(18)은 도 6a에 도시된 바와 같이 제1 막(28) 및 제2 막(29)을 덮어 외부 환경을 차단하는 데 사용된다.
또한, 도 6b 및 도 6c는 막(10)의 다른 실시예이다. 도 6b를 참조하면, 화합물(122)은 용액형이고, 보호 층(18) 캡슐화를 통해 구조적 지지 물질(22)에 부착된다. 화합물(121)은 극성 용액 공급자(14) 및 막 형성제(16)와 혼합되고 캡슐(26)로 캡슐화되어 막을 형성한다. 도 6c를 참조하면, 화합물(121, 122)은 극성 용액 공급자(14) 및 막 형성제(16)와 혼합하고, 캡슐(26)로 캡슐화되어 각각 막을 형성한다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 보호 또는 막 형성 방법을 변경하거나 조합할 수 있다. 이러한 변형은 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나는 것으로 간주되어서는 안 된다.
본 발명에 따른 열 폭주 억제물을 갖는 리튬 배터리 구조인 도 7a 내지 도 7b를 참조한다. 실제로, 전기화학 시스템의 정상 동작에 영향을 미치지 않으면서, 패키지 구성 요소(32)와 전기화학 시스템(34) 사이에 위치된 열 폭주 억제물의, 외부 환경을 차단하는 데 사용되는 분리 메커니즘이 수정될 수 있다. 예를 들어, 도 7b에 도시된 젤리롤형 리튬 배터리 또는 도 7c에 도시된 정사각형 리튬 배터리의 경우, 보호 층(18)으로 코팅된 막형 열 폭주 억제물(10)은 전기화학 시스템과 부동태화 조성물 공급자(12) 또는 극성 용액 공급자(14)가 서로 접촉하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 또한, 알루미늄 플라스틱 막을 갖는 리튬 배터리를 적용할 수 있다.
대안적으로, 부동태화 조성물 공급자(12) 또는 극성 용액 공급자(14)를 캡슐화하기 위한 분리 메커니즘으로서 캡슐(26)을 사용하는 열 폭주 억제제(11)는 도 7c에 도시된 바와 같이 리튬 배터리의 전기화학 반응 시스템의 활성 물질(33)에 혼합되고 또는 도 7d에 도시된 바와 같이 리튬 배터리의 중합체 분리막(37)의 표면에 코팅된다. 또한, 중합체 분리막(37)의 표면은 도 7e에 도시된 바와 같이 세라믹 분말(36)을 포함하는 보강재로 코팅될 수도 있고; 또는 도 7f에 도시된 바와 같이 기재 없이 세라믹 분리막의 세라믹 분말(36)과 혼합될 수 있다. 세라믹 분말(36)은 이온 전도성을 가질 수도 있고 이온 전도성을 갖지 않을 수도 있고, 또는 전해질(액체 또는 고체)에 혼합될 수 있다. 이러한 실시예에서, 캡슐(26)은 미리 결정된 온도에 도달하지 않을 때에는 부동태화 조성물 공급자(12)와 극성 용액 공급자(14)가 서로 반응하는 것을 방지하거나 또는 전기화학 반응 시스템의 구성 요소와 반응하는 것을 방지하는 보호 메커니즘으로서 작용하는 데 사용된다.
또한, 집전체 층이 리튬 배터리의 패키지로 사용되는 경우, 도 8a를 참조하면, 본 발명의 열 폭주 억제물(10)은 리튬 배터리(30)의 제1 집전체 층(302)의 개방측, 즉 외부 표면에 배치된다. 제1 집전체 층(302)은 복수의 작은 관통 구멍(303)을 포함한다. 이러한 구조에서는 열 폭주 억제물(10)이 리튬 배터리(30) 외부에 배치되기 때문에 리튬 배터리(30)의 전기화학적 반응 시스템의 효율이나 조성에 영향을 미치지 않는다. 본 발명의 열 폭주 억제물(10)은 리튬 배터리(30)의 제1 집전체 층(302)의 표면 상에 배치된다. 제1 집전체 층(302)은 양극 집전체 층 또는 음극 집전체 층일 수 있다. 제1 집전체 층(302)의 온도가 70℃ 내지 130℃와 같은 미리 결정된 온도에 도달하면 열이 열 폭주 억제물(10)에 전달되고 열 폭주 억제물(10)은 비-리튬 알칼리 금속 이온, 알칼리 토금속 이온 또는 이들의 조합과 같은 금속 이온(A) 및 양쪽성 금속 이온(B)을 방출한다. 극성 용액은 관통 구멍(303)을 통해 금속 이온(A) 및 양쪽성 금속 이온(B)을 전기화학 반응 시스템으로 운반하여 양극 활물질 및 음극 활물질과 반응을 수행한다.
리튬 배터리(30)는 제1 집전체 층(302), 제2 집전체 층(304), 글루 프레임(306), 전기화학 반응 시스템, 분리막(312) 및 전해질 시스템을 포함한다. 글루 프레임(306)은 제1 집전체 층(302)과 제2 집전체 층(304) 사이에 끼여 있다. 글루 프레임(306)의 일 단부는 제1 집전체 층(302)에 접착되고, 글루 프레임(306)의 타 단부는 제2 집전체 층(304)에 접착된다. 제1 집전체 층(302), 제2 집전체 층(304) 및 글루 프레임(306)은 밀폐된 공간을 형성한다(여기서 관통 구멍(303)은 고려하지 않음). 제1 집전체 층(302)에 인접한 제1 활물질 층(308), 및 제2 집전체 층(304)에 인접한 제2 활물질 층(310)을 포함하는 전기화학 반응 시스템이 밀폐된 공간에 배치된다. 제1 활물질 층(308)과 제2 활물질 층(310)은 각각 양극 활물질과 음극 활물질이다. 분리막(312)은 제1 활물질 층(308)과 제2 활물질 층(310) 사이에 위치하며, 이온 전도 특성 및 전기 절연 특성을 갖는다. 전해질 시스템은 밀폐된 공간에 위치하며, 이온을 전달하는 데 사용하기 위해 제1 활물질 층(308) 및 제2 활물질 층(310)에 함침 또는 혼합된다. 또한, 제1 활물질 층(308) 및 제2 활물질 층(310)은 전기 전도성 물질 및 접착 물질을 더 포함할 수 있다. 이들 부분은 본 발명의 기술적 특징이 아니므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
또한, 리튬 배터리(30)의 분리막(312)의 물질은 고체 전해질로 구성되거나 또는 세라믹 분말이 표면에 코팅된 중합체 물질로 형성된, 구멍을 갖는 전기 절연 층으로 구성된다. 또한, 접착제를 이용하여 세라믹 분말만을 적층하여 분리막(312)을 형성할 수도 있다. 세라믹 분말은 이온 전도성을 갖지 않을 수도 있고, 이온 전도성을 가질 수도 있다. 관통 구멍(303)은 제1 집전체 층(302)을 관통하여 상부 표면 및 하부 표면과 연결된다. 따라서, 관통 구멍(303)의 일 단부는 리튬 배터리(30)의 외부 환경에 노출되고, 타 단부는 리튬 배터리(30)의 전기화학 반응 시스템과 연결된다.
제1 집전체 층(302), 제2 집전체 층(304), 및 글루 프레임(306)은 배터리의 패키징 구성 요소로 사용된다. 글루 프레임(306)은 특정 요구 사항 없이 중합체 물질로 만들어진다. 글루 프레임이 제1 및 제2 집전체 층(302, 304)의 표면에 접착될 수 있는 한, 전해질 시스템에 내구성이 있다. 그러나, 실리콘과 같은 열경화성 수지가 바람직하다. 음극 활물질은 탄소 물질, 실리콘계 물질 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 탄소 물질의 예는 흑연화 탄소 물질 및 비정질 탄소 물질, 예를 들어, 천연 흑연, 개질 흑연, 흑연화 중간상 탄소 입자, 코크스와 같은 연질 탄소 및 일부 경질 탄소를 포함한다. 실리콘계 물질은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘-탄소 복합 물질 및 실리콘 합금을 포함한다.
또한, 공급자(12, 14)가 미리 형성된 관통 구멍을 통해 야기되는 전기화학 반응 시스템과 상호 작용하는 것을 방지하기 위해, 예를 들어, 전해질이 누출되어 공급자(12, 14)에 영향을 미치거나, 공급자(12, 14)가 침투하여 전기화학 반응 시스템에 영향을 미치게 된다. 따라서, 도 8b에 도시된 바와 같이, 제거 가능한 게이트 층(41)이 집전체 층(302)의 관통 구멍(303)의 개구 상에 배치되어 개구를 일시적으로 폐쇄한다. 게이트 층(41)이 파괴되면 관통 구멍의 개구가 노출된다. 예를 들어, 게이트 층(41)은 에칭에 의해 파괴될 수 있는 물질로 만들어지고, 게이트 층(205)을 에칭하기 위한 물질은 부동태화 조성물 공급자(12)로부터 제공되거나 추가 적용될 수 있다. 게이트 층(41)은 또한 파괴 메커니즘으로서 가열에 의해 용융될 수 있는 감열성 물질로 제조될 수 있고, 또는 게이트 층(41)은 극성 용액과 반응하여 제거될 수 있는 물질로 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 열 폭주 억제물(10)은 도 9를 참조하면 2개의 리튬 배터리 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 열 폭주 억제물/억제제는 열 폭주 상황에서 전기화학 반응 시스템이 노출된 리튬 배터리에도 적용될 수 있다. 여기서 언급된 "노출된"은 열 폭주 억제제가 스며들 수 있게 하는 이음새 또는 기공이 있는 상황을 나타낸다. 예를 들어, 본 발명의 열 폭주 억제제는 열 폭주 문제 시 리튬 배터리에 분무되어 전기화학적 반응을 종결시키는 소화기의 충전재로 사용된다. 대안적으로, 본 발명의 열 폭주 억제제는 전기 자동차용 리튬 배터리의 냉각 시스템 내에 혼합된다. 전력 배터리의 전력 관리 시스템이 비정상적인 고온을 검출하면 본 발명의 열 폭주 억제제를 냉각액에 주입할 수 있다. 배터리의 팽창으로 인해 구멍이 노출되면 열 폭주 억제제가 전기화학 반응 시스템에 들어가 반응하여 리튬 배터리의 열 폭주 상태를 억제한다.
계속해서, 본 발명의 열 폭주 억제제가 리튬 이온 추출을 통해 양극 활물질과 작용하고 리튬 이온 삽입을 통해 음극 활물질과 작용하는 데 미치는 영향을 검증한다. 이 실험에서 양극 활물질은 NMC811이고 음극 활물질은 실리콘-탄소이다.
농도 30% NaOH, 30% NaAl(OH)4, 20% NaCl, 10% LiOH, 및 30% KOH가 리튬 이온의 추출을 통해 양극 활물질과 반응하는 XRD 회절 패턴인 도 10a를 참조한다. 도면으로부터 리튬 이온 추출을 통해 NMC811이 나트륨 이온과 반응한 후 NMC811의 특성 피크(화살표가 가리키는 부분)가 더 이상 존재하지 않고 나트륨 이온 또는 칼륨 이온의 삽입으로 인해 격자 구조가 변화되었음을 볼 수 있다. 이는 더 큰 크기, 더 무거운 무게 및 더 높은 위치 에너지를 갖는 나트륨/칼륨 이온이 양극 활물질의 표면에서 전자를 획득하여 나트륨/칼륨 원자를 형성하기 때문일 수 있다. 그리고 열 에너지를 흡수함으로써 양극 활물질은 리튬 이온의 추출 또는 인터칼레이션 위치로 이동하여 보다 안정적이고 낮은 전기화학 위치 에너지를 갖는 구조를 형성한다.
리튬 이온의 삽입을 통해 음극 활물질이 나트륨/칼륨 이온 및 알루미늄 이온과 반응하기 전과 후의 XRD 회절 패턴인 도 10b를 참조한다. Li-Si 합금을 나타내는 특성 피크가 완전히 사라진 것을 분명히 알 수 있다. 이는 Li-Si 합금이 낮은 에너지를 갖는 중합체 화합물이 되었음을 의미한다. 나트륨 이온과 알루미늄 이온이 실리콘과 함께 무기 중합체, 즉 지오중합체를 형성할 것이라고 추측할 수 있다. 이 중합체의 구조는 Mn[-(SiO2)z-AlO2]n·wH2O이며, 여기서 z는 Si/Al 원자의 몰비이고, Z=1, 2, 3 또는 3보다 크거나, M은 칼륨 이온(K+) 또는 나트륨 이온(Na+)과 같은 양이온이고, n은 중합도이고 w는 결정수의 몰량이다. 이 무기 화합물은 제올라이트와 유사한 폐쇄 프레임 구조이어서, 리튬 이온 삽입을 통해 음극 활물질을 높은 전위와 낮은 에너지 상태로 전이시킬 수 있다.
도 11a 및 도 11b를 참조한다. 도 11a는 기존 리튬 배터리 셀의 열 폭주를 테스트하기 위한 전압 및 온도 곡선을 나타낸다. 도 11b는 본 발명의 열 폭주를 억제하는 리튬 배터리 셀에 대한 전압 및 온도 곡선을 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이 열 폭주가 발생하여 열을 발생시키면 온도가 약 500℃에 도달한 후 기존의 리튬 배터리 셀의 전압이 떨어지기 시작한다. 그러나, 본 발명의 열 폭주를 억제하는 리튬 배터리 셀의 경우, 열 폭주를 효과적으로 방지하기 위해 전기화학 반응 경로를 차단함으로써 온도가 약 100℃에 도달한 후 전압이 떨어지기 시작한다.
도 12a 내지 도 12c는 100% SOC(충전 상태)에서 캐소드에 순수 물, NaOH(aq) 및 NaAl(OH)4(aq) 중에서 선택된 서로 다른 용액을 각각 적하한 결과의 이미지이다. 도 12a에서 캐소드가 순수한 물과 반응하지 않는 것을 볼 수 있다. 도 12b 및 도 12c에서, NaOH(aq) 및 NaAl(OH)4(aq)이 캐소드의 표면에 소수성 상태의 액적을 형성하고, 액적에 복수의 미세한 기포가 존재함을 볼 수 있다.
도 13a 내지 도 13c는 100% SOC(충전 상태)에서 애노드에 순수 물, NaOH(aq) 및 NaAl(OH)4(aq) 중에서 선택된 서로 다른 용액을 각각 적하한 결과의 이미지이다. 도 13a에서, 애노드에 남아 있는 리튬이 순수한 물과 강하게 반응하여 애노드에 크랙이 발생한 것을 볼 수 있다. 도 13b 및 도 13c에서, NaOH(aq)와 NaAl(OH)4(aq)은 애노드의 표면에 거품과 같은 기포와 함께 무기 중합체를 형성하는 것을 볼 수 있다. 또한, 무기 중합체의 일부는 도 13d에 도시된 바와 같이 지그에 의해 클램핑될 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 각각 40% SOC 및 100% SOC에서 30% 수산화나트륨을 약 1시간 동안 적하하고 DMC(디메틸 카보네이트) 및 순수 물을 사용하여 표면을 세척하고 나서 60℃에서 8시간 동안 건조시킨 캐소드의 SEM 다이아그램이다. 도면에 도시된 바와 같이, 40% SOC에서 캐소드에 대해 낮은 리튬 이온 추출로 인해 캐소드의 리튬 이온의 추출을 통해 양극에 나트륨 이온이 삽입되는 상황은 상당하지 않다. 그러나 캐소드의 표면의 지형 기복은 상당하다. 100% SOC에서 캐소드에 대해 높은 리튬 이온 추출로 인해 캐소드의 리튬 이온의 추출을 통해 양극에 나트륨 이온이 삽입되는 상황이 매우 상당하다. 100% SOC에서 캐소드에 대해 격자의 재배치와 표면의 지형 기복도 매우 상당하다. 그리고 표면의 일부가 균열된 상태도 가진 것을 관찰할 수 있다.
도 15a 및 도 15b는 각각 40% SOC와 100% SOC에서 30% 수산화나트륨을 약 1시간 동안 적하하고 DMC와 순수 물을 사용하여 표면을 세척하고 나서 60℃에서 8시간 동안 건조시킨 애노드의 SEM 다이아그램이다. 도면에 도시된 바와 같이, 수산화나트륨은 40% SOC에서 애노드의 일부를 무기 중합체(지오중합체)로 만들고, 또한 콜로이드성 실리카산의 침상 구조를 갖는다. 100% SOC에서 애노드의 경우 침상 구조가 보다 분명하다.
또한, 캐소드와 애노드의 전술한 낮은 에너지를 확인하기 위해서는 20% NaAl(OH)4(aq)을 사용하여 캐소드와 애노드에 대한 시차 주사 열량계의 열분석도인 도 16a 및 도 16b를 참조한다. 약 210℃에서 캐소드의 열류 피크가 분명히 사라지고(도 16a 참조), 약 180℃에서 애노드의 열류 피크가 분명히 사라진 것(도 16b 참조)을 명확히 볼 수 있다.
따라서, 본 발명은 리튬 배터리의 열 폭주 억제제 및 관련 응용을 제공한다. 리튬 배터리의 온도가 70℃ 내지 130℃와 같은 미리 결정된 온도에 도달하면 분리 메커니즘이 손상되고, 극성 용액은 비-리튬 알칼리 금속 이온, 알칼리 토금속 이온 또는 이들의 조합과 같은 금속 이온(A)과 양쪽성 금속 이온(B)을 전기화학 반응 시스템으로 운반하고 리튬 이온 추출을 통해 양극 활물질과 반응하고 리튬 이온 삽입을 통해 음극 활물질과 반응하여 낮은 에너지를 가진 상태로 전이시킨다. 전체 배터리의 전압이 낮아져 전기화학 반응 경로가 차단되어 열 폭주가 일어나는 것이 방지된다. 또한, 본 발명의 열 폭주를 억제하는 방법은 종래 기술에 비해, 열 폭주를 유발하는, 전체 전기화학 반응의 주 반응체인 최대 에너지를 발생시키는 활물질에 직접 수행된다. 또한 비-리튬 알칼리 금속 이온, 알칼리 토금속 이온, 또는 이들의 조합과 같은 금속 이온(A)은 획득된 열 에너지에 의해 구동되어 리튬 이온의 추출 또는 인터칼레이션을 통해 양극을 채우고 격자를 재배치하여 새로운 안정적인 상태를 형성함과 동시에 열 에너지를 소비한다. 또한 구조적 불안정으로 야기된 산소의 방출과 이로부터 유도된 제어 가능하지 않은 사슬 반응이 억제된다. 리튬 이온 삽입을 통해 음극 활물질은 비-리튬 알칼리 금속 이온, 알칼리 토금속 이온 또는 이들의 조합과 같은 금속 이온(A) 및 알루미늄 이온과 반응하여 더 낮은 에너지를 가진 중합체 화합물을 형성한다. 따라서 양극 활물질과 음극 활물질은 모두 낮은 에너지에 유지되어 리튬 배터리의 안전성을 높일 수 있고, 리튬 배터리의 열 폭주를 효과적이고 신속히 종료시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명을 설명하였으므로, 본 발명을 많은 방식으로 변경할 수 있음이 명백할 것이다. 이러한 변형은 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나는 것으로 간주되어서는 안 되며, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 모든 변형은 다음 청구범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 막형 열 폭주 억제제로서,
    제1 막; 및
    상기 제1 막의 일면 상에 위치하고 극성 용액 공급자와 상기 극성 용액 공급자를 함유하는 캡슐을 포함하는 제2 막;
    을 포함하되,
    상기 제1 막은,
    용액을 흡수할 수 있는 구조적 지지 물질;
    금속 이온(A) 및 양쪽성 금속 이온(B)을 방출하기 위한 부동태화 조성물 공급자로서, 상기 금속 이온(A)은 비-리튬 알칼리 금속 이온, 알칼리 토금속 이온 또는 이들의 조합 중에서 선택되고, 용액형이며 상기 구조적 지지 물질에 부착되는, 상기 부동태화 조성물 공급자; 및
    상기 구조적 지지물질의 외부 표면 상에 코팅되는 제1 보호 층;
    을 포함하며,
    상기 제1 보호 층과 캡슐은 극성 용액 공급자와 부동태화 조성물 공급자를 분리하고, 상기 제1 보호 층은 감열성 분해물질로 구성되며, 상기 캡슐은 물에 용해되기 쉽거나 감열성 분해물질로 이루어지고,
    상기 열 폭주 억제제의 온도가 미리 결정된 온도에 도달하면 상기 제1 보호 층과 캡슐은 손상되고 상기 극성 용액 공급자는 상기 금속 이온(A)과 상기 양쪽성 금속 이온(B)을 운반하기 위해 극성 용액을 리튬 배터리의 양극 활물질과 음극 활물질에 방출하여 부동태화하고 전기화학 반응을 종료시키는 것을 특징으로 하는 막형 열 폭주 억제제.
  2. 제1항에 있어서, 상기 극성 용액 공급자는 흡열 반응으로 분해되어 수분을 방출하는 수분 방출 화합물인 것을 특징으로 하는 막형 열 폭주 억제제.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 이온(A)은 나트륨 이온, 칼륨 이온 또는 이들의 조합 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 막형 열 폭주 억제제.
  4. 제1항에 있어서, 상기 양쪽성 금속 이온(B)은 알루미늄 이온, 아연 이온 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 막형 열 폭주 억제제.
  5. 제1항에 있어서, 상기 극성 용액 공급자에는 순수보다 더 높은 비등점을 가지는 친수성 물질이 첨가되는 것을 특징으로 하는 막형 열 폭주 억제제.
  6. 제1항에 있어서, 상기 미리 결정된 온도는 70~130℃의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 막형 열 폭주 억제제.
  7. 제1항에 있어서, 상기 캡슐은 물에 쉽게 용해되는 것으로, 상기 캡슐은 젤라틴, 아라비아 검, 키토산, 카제인 나트륨, 전분, 락토스, 말토덱스트린, 폴리-l-리신/알긴산염, 폴리에틸렌이민/알긴산염, 알긴산칼슘, 또는 폴리비닐 알코올로 구성되는 것을 특징으로 하는 막형 열 폭주 억제제.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 막은, 상기 제2 막의 외부 표면 상에 코팅되는 것으로 감열성 분해물질로 이루어진 제2 보호 층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 막형 열 폭주 억제제.
  9. 전기화학 반응 시스템 및, 상기 전기화학 반응 시스템의 외측에 배치되는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 막형 열 폭주 억제제를 밀봉 및 수용하는 패키지 구성 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 배터리.
  10. 제9항에 있어서, 상기 막형 열 폭주 억제제는 상기 전기화학 반응 시스템과 패키지 구성 요소 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 리튬 배터리.
  11. 제9항에 있어서, 상기 패키지 구성 요소는 적어도 하나의 관통 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 배터리.
  12. 제11항에 있어서, 상기 패키지 구성 요소는 제1 집전체 층, 제2 집전체 층 및 글루(glue) 프레임으로 형성되며, 여기서 상기 글루 프레임은 제1 집전체 층과 제2 집전체 층 사이에 개재되고, 제1 집전체 층 또는 제2 집전체 층은 상기 관통 구멍을 포함하며, 상기 막형 열 폭주 억제제는 상기 관통 구멍을 덮도록 제1 집전체 층 또는 제2 집전체 층의 개방 면에 배치되는 것을 특징으로 하는 리튬 배터리.
  13. 제11항에 있어서, 상기 관통 구멍은 제거 가능한 게이트 층에 의해 덮혀지며, 상기 제거 가능한 게이트 층은 상기 관통 구멍의 개구를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 리튬 배터리.
  14. 제13항에 있어서, 상기 게이트 층은 감열 분해 물질, 또는 상기 부동태화 조성물 공급자 또는 극성 용액 제공자와 반응하여 제거되는 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 리튬 배터리.
  15. 제13항에 있어서, 상기 패키지 구성 요소는 제1 집전체 층, 제2 집전체 층 및 글루(glue) 프레임으로 형성되며, 여기서 상기 글루 프레임은 제1 집전체 층과 제2 집전체 층 사이에 개재되고, 제1 집전체 층 또는 제2 집전체 층은 상기 관통 구멍을 포함하며, 상기 막형 열 폭주 억제제는 상기 게이트 층을 덮도록 제1 집전체 층 또는 제2 집전체 층의 개방 면에 배치되는 것을 특징으로 하는 리튬 배터리.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115377572B (zh) * 2022-08-01 2024-04-09 国核电力规划设计研究院有限公司 一种具有防护性能的新能源电池箱

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10270084A (ja) * 1997-03-27 1998-10-09 Seiko Instr Inc 非水電解質二次電池
JPH10340739A (ja) * 1997-06-04 1998-12-22 Toyota Motor Corp リチウムイオン２次電池
KR20070008087A (ko) * 2005-07-13 2007-01-17 주식회사 엘지화학 과충전 방지제를 담지한 열 열화성 캡슐을 포함하고 있는리튬 이차전지
KR101058293B1 (ko) * 2006-10-23 2011-08-22 주식회사 엘지화학 우수한 안전성을 발휘하는 전기화학소자
JP2008153001A (ja) * 2006-12-15 2008-07-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水系二次電池用電極板およびこれを用いた非水系二次電池
JP4786581B2 (ja) 2007-03-29 2011-10-05 Ｔｄｋ株式会社 リチウムイオン二次電池用又は電気化学キャパシタ用電極、及び当該電極を備えるリチウムイオン二次電池又は電気化学キャパシタ
US8277965B2 (en) * 2009-04-22 2012-10-02 Tesla Motors, Inc. Battery pack enclosure with controlled thermal runaway release system
JP2010287492A (ja) 2009-06-12 2010-12-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 二次電池
JP5354740B2 (ja) 2009-12-10 2013-11-27 日本バイリーン株式会社 リチウムイオン二次電池用熱暴走抑制剤及びリチウムイオン二次電池
US20130171484A1 (en) * 2011-06-06 2013-07-04 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Materials and Methods for Autonomous Battery Shutdown
CN103904291B (zh) * 2012-12-28 2016-12-28 华为技术有限公司 水系锂离子电池电极及其制备方法、水系锂离子电池
JP5643996B1 (ja) * 2013-08-22 2014-12-24 株式会社豊田自動織機 正極活物質層上に熱暴走抑制層を具備する正極を有するリチウムイオン二次電池
WO2015046175A1 (ja) * 2013-09-24 2015-04-02 旭硝子株式会社 二次電池用非水電解液及びリチウムイオン二次電池
US9680143B2 (en) * 2013-10-18 2017-06-13 Miltec Uv International Llc Polymer-bound ceramic particle battery separator coating
JP2015088370A (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 凸版印刷株式会社 正極及びリチウムイオン二次電池
CN104979581B (zh) * 2014-04-11 2017-04-05 宁德时代新能源科技股份有限公司 胶囊以及锂离子电池
MX2016015167A (es) * 2014-05-21 2017-03-27 Cadenza Innovation Inc Bateria de ion de litio con proteccion termica contra fugas.
JP2016062872A (ja) * 2014-09-22 2016-04-25 凸版印刷株式会社 リチウムイオン二次電池用正極、及びこれを用いたリチウムイオン二次電池
US20180019476A1 (en) * 2015-01-30 2018-01-18 The Regents Of The University Of California Modified charge collectors and cell cases for enhanced battery-cell robustness
CN106469794B (zh) * 2015-08-20 2019-10-15 江苏海四达电源股份有限公司 一种高比能电池包内部阻燃降温的方法
JP6572149B2 (ja) 2016-02-08 2019-09-04 日立オートモティブシステムズ株式会社 リチウムイオン二次電池および蓄電装置
US11145923B2 (en) * 2016-10-13 2021-10-12 Prologium Technology Co., Ltd. Battery structure
US20190097265A1 (en) * 2017-09-26 2019-03-28 University Of South Florida Phase-change nanoparticles for li-ion battery safety
WO2019181704A1 (ja) * 2018-03-23 2019-09-26 株式会社Adeka 熱暴走の抑制剤
KR102259219B1 (ko) * 2018-07-03 2021-05-31 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지
CN210079131U (zh) * 2019-04-08 2020-02-18 南京工业大学 一种软包锂电池热失控气体过滤收集装置
CN110010830A (zh) * 2019-04-23 2019-07-12 雒乙橙 一种锂电池隔膜
CN110433419B (zh) * 2019-06-28 2021-09-07 浙江南都电源动力股份有限公司 锂电热失控火灾抑制胶囊及锂离子电池

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