WO2015016568A1 - 안전성이 강화된 리튬 이차전지 - Google Patents

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positive electrode
battery
negative electrode
metal
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엄인성
김제영
김경호
권지윤
하회진
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Definitions

  • the present invention relates to a lithium secondary battery with enhanced safety.
  • Secondary batteries have excellent electrical characteristics such as high capacity and high output, so they are not only mobile and wireless electronic devices such as mobile phones, digital cameras, PDAs, laptops, but also electric bicycles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEV). It is also attracting much attention as an energy source for power devices such as).
  • the secondary battery generates heat and gas due to decomposition reaction of active materials and electrolytes, which are battery components, under abnormal operating conditions such as overcharging, overdischarging, exposure to high temperatures, and electrical short circuits.
  • the decomposition reaction may be further promoted to cause the air to ignite or explode.
  • the secondary battery is gradually degraded in the continuous use, that is, the continuous charging and discharging process, such as the generator or the electrical connection member, for example, deterioration of the generator causes gas by decomposition of the electrode material, electrolyte, etc.
  • the battery cells cans, pouch-type cases
  • the expanded secondary battery is further pressurized in a limited case, and the risk of ignition and explosion may be greatly increased under abnormal operating conditions.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
  • the inventors of the present application confirm that the desired effect can be achieved when the electrode terminals of the secondary battery are made of wood's metal, as described later.
  • the present invention has been completed.
  • the secondary battery according to the present invention includes one or more positive electrodes each having positive electrode tabs on which the positive electrode active material is not coated; One or more negative electrodes each having negative electrode tabs not coated with the negative electrode active material; And one or more separators interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the electrode assembly is sealed inside the battery case together with an electrolyte, and the positive electrode tabs and the negative electrode tabs protrude out of the battery case. And at least one electrode terminal selected from the group consisting of the positive electrode tabs, the negative electrode tabs, the positive electrode lead, and the negative electrode lead, each of which is connected to a negative electrode lead.
  • the wood metal is a material in which the melting point is melted at 80 degrees Celsius or more and 400 degrees or less, and in detail, the wood metal may be a material in which the melting point is melted at or below 200 degrees Celsius.
  • the wood metal may be an alloy of one or more metals selected from the group consisting of bismuth (Bi), lead (Pb), tin (Sn), and cadmium (Cd), but is not limited thereto. It is not.
  • the electrode terminal made of wood metal is aluminum (Al) to improve conductivity. It may be plated with copper (Cu) or nickel (Ni).
  • the electrode terminal made of wood metal may be positive electrode tabs and / or positive lead, and the wood metal may be made of an alloy of Bi and Pb or an alloy of Bi and Sn, but is not limited thereto. It is not.
  • the positive electrode tabs and / or the positive electrode lead may be plated with aluminum (Al).
  • the electrode terminal made of wood metal may be negative electrode tabs and / or negative lead, and the wood metal may be an alloy of Bi and Pb, but is not limited thereto.
  • the negative electrode tabs and / or the negative electrode lead may be plated with copper (Cu) or nickel (Ni).
  • the composition of Bi and Pb may be 40: 60 to 60: 40 in molar ratio.
  • the composition of Bi and Sn may be 50: 50 to 30: 70 in a molar ratio. According to the inventors of the present application, when the composition ratio for the alloy of the wood metals deviates, the wood metals are not melted before firing of the secondary battery, and thus the safety of the secondary battery due to overcharge or external short circuit cannot be guaranteed. .
  • the positive electrode active material may include a lithium transition metal oxide represented by the following formula (1) or (2).
  • M is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ni, Co, Fe, Cr, V, Ti, Cu, B, Ca, Zn, Zr, Nb, Mo, Sr, Sb, W, Ti and Bi Is;
  • A is -1 or -divalent one or more anions
  • M is at least one selected from the group consisting of Ni, Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn and bicycle transition metals;
  • A is at least one selected from the group consisting of anions of PO 4 , BO 3 , CO 3 , F and NO 3 ;
  • the negative active material may include a carbonaceous material and / or Si.
  • the battery case may be made of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
  • the secondary battery may be a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, or a lithium polymer battery.
  • the secondary battery may be a secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode and a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte, and the structure and other components of the secondary battery will be described in detail below.
  • FIG. 1 First, a secondary battery according to the present invention is shown in FIG.
  • the secondary battery 100 may include an electrode assembly 110 in which one or more positive electrodes and negative electrodes (not shown) are coated with a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively, and a positive electrode plate of the electrode assembly 110.
  • the electrode leads 112 and 114 which are welded to the electrode tabs 116 and the respective electrode tabs from the cathode plate of the electrode assembly and the cathode electrode tabs 117 extending from the electrode assembly 112, are extended to the outside.
  • the positive electrode tabs 117 and the negative electrode tabs 116 are made of an alloy of Bi and Pb, which are wood metals.
  • the positive electrode tabs 117 and the negative electrode tabs 116 are plated with aluminum (Al) to improve conductivity.
  • the positive electrode tabs and the negative electrode tabs are made of an alloy of Bi and Pb, which are wood metals, but are not limited thereto.
  • the positive electrode tabs and the negative electrode tabs may be wood. It may be made of metal, and the other may be made of other materials such as copper or aluminum, not wood metal, and the electrode lead may also be made of wood metal.
  • the secondary battery according to the present invention when the temperature of the secondary battery increases due to overcharging or an external short circuit or the resistance of the electrode terminal increases rapidly, the temperature increases above the melting point of the wood metal, the electrode The wood metal constituting the terminal may be melted to short-circuit and insulate the secondary battery, thereby fundamentally blocking the secondary battery from being charged or supplying power to the outside, thereby greatly improving the safety of the secondary battery.
  • the positive electrode is prepared by applying an electrode mixture which is a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder on a positive electrode current collector and then dried, and if necessary, a filler may be further added to the mixture.
  • an electrode mixture which is a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder on a positive electrode current collector and then dried, and if necessary, a filler may be further added to the mixture.
  • the positive electrode current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 ⁇ m. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, and the like may be used.
  • the current collector may form fine irregularities on its surface to increase the adhesion of the positive electrode active material, and may be in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.
  • the conductive material is typically added in an amount of 1 to 50% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.
  • the binder is a component that assists in bonding the active material and the conductive material to the current collector, and is generally added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.
  • the filler is optionally used as a component for inhibiting expansion of the positive electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing chemical change in the battery.
  • the filler include olefinic polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials, such as glass fiber and carbon fiber, are used.
  • the negative electrode is prepared by coating, drying, and pressing the negative electrode active material on the negative electrode current collector, and optionally, the conductive material, binder, filler, etc. may be further included as necessary.
  • the negative electrode active material may be, for example, carbon such as hardly graphitized carbon or graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0 ⁇ x ⁇ 1), Li x WO 2 (0 ⁇ x ⁇ 1), Sn x Me 1-x Me ' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, halogen, 0 ⁇ x ⁇ 1; 1 ⁇ y ⁇ 3; 1 ⁇ z ⁇ 8); Lithium metal; Lithium alloys; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , and metal oxides such as Bi 2 O 5
  • the negative electrode current collector is generally made of a thickness of 3 ⁇ 500 ⁇ m.
  • a negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery.
  • the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, and the like, aluminum-cadmium alloy, and the like can be used.
  • fine concavities and convexities may be formed on the surface to enhance the bonding strength of the negative electrode active material, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.
  • the separator is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used.
  • the pore diameter of the separator is generally from 0.01 to 10 ⁇ m ⁇ m, thickness is generally 5 ⁇ 300 ⁇ m.
  • a separator for example, olefin polymers such as chemical resistance and hydrophobic polypropylene; Sheets or non-woven fabrics made of glass fibers or polyethylene are used.
  • a solid electrolyte such as a polymer
  • the solid electrolyte may also serve as a separator.
  • the lithium salt-containing nonaqueous electrolyte is composed of a nonaqueous electrolyte and lithium.
  • a nonaqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte and the like are used as the nonaqueous electrolyte, but are not limited thereto.
  • non-aqueous organic solvent examples include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and gamma Butyl lactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxorone, formamide, dimethylformamide, dioxolon , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxy methane, dioxorone derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbo Aprotic organic solvents such as nate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyroionate and ethyl propionate can be
  • organic solid electrolytes examples include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphate ester polymers, polyedgetion lysine, polyester sulfides, polyvinyl alcohols, polyvinylidene fluorides, Polymerizers containing ionic dissociating groups and the like can be used.
  • Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 has a nitride, halides, sulfates, such as Li, such as S-SiS 2 can be used.
  • the lithium salt is a good material to be dissolved in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide.
  • the lithium salt-containing non-aqueous electrolyte includes, for example, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, and hexa for the purpose of improving charge and discharge characteristics and flame retardancy.
  • a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further included, and carbon dioxide gas may be further included to improve high temperature storage characteristics, and FEC (Fluoro-Ethylene) may be further included. Carbonate), PRS (Propene sultone) may be further included.
  • lithium salts such as LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2, and the like, may be prepared by cyclic carbonate of EC or PC, which is a highly dielectric solvent, and DEC, DMC, or EMC, which are low viscosity solvents.
  • Lithium salt-containing non-aqueous electrolyte can be prepared by adding to a mixed solvent of linear carbonate.
  • the present invention provides a battery module including the secondary battery as a unit cell, a battery pack including the battery module, and a device including the battery pack as a power source.
  • specific examples of the device may include a power tool moving by being driven by an electric motor; Electric vehicles including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), and the like; Electric motorcycles including electric bicycles (E-bikes) and electric scooters (E-scooters); Electric golf carts; Power storage systems and the like, but is not limited thereto.
  • Electric vehicles including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), and the like
  • Electric motorcycles including electric bicycles (E-bikes) and electric scooters (E-scooters); Electric golf carts; Power storage systems and the like, but is not limited thereto.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a secondary battery according to the present invention.
  • a secondary battery was fabricated by embedding an electrode assembly including a positive electrode tab and a negative electrode tab in an alloy having a composition ratio of Bi: Pb of 40:60 in a pouch type secondary battery.
  • a secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode tab and the negative electrode tab were made of an alloy in which Bi and Pb form a molar ratio of 60:40.
  • a secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode tab was made of an alloy in which Bi and Sn had a molar ratio of 50:50.
  • a secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode tab was made of an alloy in which Bi and Sn had a molar ratio of 30:70.
  • a secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode tab and the negative electrode tab were made of an alloy in which Bi and Pb form a composition of 70:30.
  • a secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode tab and the negative electrode tab were made of an alloy in which Bi and Pb form a composition of 30:70.
  • a secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode tab was made of an alloy in which Bi and Sn had a composition of 20:80.
  • a secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode tab was made of an alloy in which Bi and Sn had a composition of 80:20.
  • a secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode tab and the negative electrode tab consist of Bi only.
  • a secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode tab was made of aluminum and the negative electrode tab was made of copper.
  • Example 1 Anode tap disconnection at 121 degrees Celsius
  • Example 2 Disconnection of the positive electrode tap at 81 degrees Celsius
  • Example 3 Anode tap disconnection at 138 degrees Celsius
  • Example 4 Anode tap disconnection at 142 degrees Celsius Comparative Example 1 No positive electrode tab disconnection, cell ignition Comparative Example 2 No positive electrode tab disconnection, cell ignition Comparative Example 3 No positive electrode tab disconnection, cell ignition Comparative Example 4 No positive electrode tab disconnection, cell ignition Comparative Example 5 No positive electrode tab disconnection, cell ignition Comparative Example 6 No positive electrode tab disconnection, cell ignition
  • the positive electrode tab made of wood metal alloy is melted and disconnected at 200 degrees Celsius or less at high risk of cell ignition due to overcharging, and accordingly, It can be seen that the charging is stopped, and as a result, cell firing due to overcharging is prevented.
  • the secondary battery of Comparative Examples 1 to 4 comprising a wood metal alloy having a composition different from Examples 1 to 4, the secondary battery of Comparative Example 5 using only Bi as a wood metal and of Comparative Example 6 not containing wood metal It can be seen that the secondary battery fired the cell without disconnection of the positive electrode tab.
  • Example 1 Anode tap disconnection at 118 degrees Celsius
  • Example 2 Positive tap disconnection at 88 degrees Celsius
  • Example 3 Anode tap disconnection at 130 degrees Celsius
  • Example 4 Anode tap disconnection at 139 degrees Celsius Comparative Example 1 No positive electrode tab disconnection, cell ignition Comparative Example 2 No positive electrode tab disconnection, cell ignition Comparative Example 3 No positive electrode tab disconnection, cell ignition Comparative Example 4 No positive electrode tab disconnection, cell ignition Comparative Example 5 No positive electrode tab disconnection, cell ignition Comparative Example 6 No positive electrode tab disconnection, cell ignition
  • the secondary batteries of Examples 1 to 4 when the external short-circuit, the positive electrode tab made of a wood metal alloy is melted and disconnected at 200 degrees Celsius or less, which has a high risk of cell ignition, thereby causing cell ignition. It can be seen that it can prevent. On the other hand, in the secondary batteries of Comparative Examples 1 to 6 it can be seen that the positive electrode tab or the negative electrode tab is not melted to prevent cell ignition.
  • the electrode terminal is made of wood's metal having a low melting point, and thus, when an abnormal temperature occurs in the secondary battery, the wood metal is melted to lose the power supply function of the electrode terminal. Bar, secondary battery safety can be improved.

Abstract

본 발명은 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 탭들이 각각 형성되어 있는 하나 이상의 양극들; 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 탭들이 각각 형성되어 있는 하나 이상의 음극들; 및 상기 양극과 음극 사이에 각각 개재되어 있는 하나 이상의 분리막들;을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있고, 상기 양극 탭들 및 음극 탭들은 전지케이스의 외부로 돌출된 양극 리드 및 음극 리드에 각각 연결되어 있으며, 상기 양극 탭들, 음극 탭들, 양극 리드, 및 음극 리드로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 전극 단자가 우드메탈(wood's metal)로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.

Description

안전성이 강화된 리튬 이차전지
본 발명은 안전성이 강화된 리튬 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 리튬 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
이차전지는 고용량 및 고출력과 같은 우수한 전기적 특성을 가지고 있어 휴대폰, 디지털 카메라, PDA, 노트북 등의 모바일, 와이어리스 전자기기 뿐만 아니라 전기자전거(E-bike), 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 있다.
그러나, 이차전지는 과충전, 과방전, 고온에의 노출, 전기적 단락 등 비정상적인 작동 상태에서 전지 구성 요소들인 활물질, 전해질 등의 분해반응이 유발되어 열과 가스가 발생하고 이로 인해 초래된 고온 고압의 조건은 상기 분해반응을 더욱 촉진하여 급기야 발화 또는 폭발을 초래할 수 있다.
나아가, 이차전지는 계속적인 사용, 즉, 계속적인 충방전 과정에서 발전소자 또는 전기적 연결부재 등이 서서히 열화되는 바, 예를 들어, 발전소자의 열화는 전극재료, 전해질 등의 분해에 의해 가스를 유발하며 그로 인해 전지셀(캔, 파우치형 케이스)은 서서히 팽창하게 되며, 팽창된 이차전지는 한정된 케이스 내에서 더욱 가압되고, 비정상적인 작동 조건 하에서 발화 및 폭발의 위험성이 크게 높아질 수 있다.
따라서, 상기한 이차전지의 문제점을 효과적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 이차전지의 전극 단자를 우드메탈(wood's metal)로 구성하는 경우, 소망하는 효과를 달성할 수 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지는 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 탭들이 각각 형성되어 있는 하나 이상의 양극들; 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 탭들이 각각 형성되어 있는 하나 이상의 음극들; 및 상기 양극과 음극 사이에 각각 개재되어 있는 하나 이상의 분리막들;을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있고, 상기 양극 탭들 및 음극 탭들은 전지케이스의 외부로 돌출된 양극 리드 및 음극 리드에 각각 연결되어 있으며, 상기 양극 탭들, 음극 탭들, 양극 리드, 및 음극 리드로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 전극 단자가 우드메탈(wood's metal)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 우드메탈은 용융점이 섭씨 80도 이상 내지 400도 이하에서 용융되는 소재로서, 상세하게는 용융점이 섭씨200도 이하에서 용융되는 소재일 수 있다. 이러한 우드메탈은 과충전 또는 외부 단락에 따라 이차전지의 온도가 크게 상승하거나, 전극 단자에 저항이 급격하게 증가하여 우드메탈의 용융점 이상으로 온도가 증가하는 경우, 전극 단자를 이루는 우드메탈이 용융되어 이차전지를 단락 및 절연 시킬 수 있고, 따라서, 이차전지가 충전되거나 외부로의 전력을 공급하는 것을 근본적으로 차단할 수 있다.
하나의 비제한적인 예에서, 상기 우드메탈은 비스무트(Bi), 납(Pb), 주석(Sn), 및 카드뮴(Cd)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속의 합금일 수 있으나 이것으로 한정되는 것은 아니다.
상기 우드메탈로 이루어진 전극 단자는 전도성 향상을 위해 알루미늄(Al). 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)로 도금될 수 있다.
하나의 비제한적인 예에서, 상기 우드메탈로 이루어진 전극 단자는 양극 탭들 및/또는 양극 리드일 수 있으며, 상기 우드메탈은 Bi와 Pb의 합금 또는 Bi와 Sn의 합금으로 이루어질 수 있으나 이것으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 양극 탭들 및/또는 양극 리드는 알루미늄(Al)으로 도금될 수 있다.
또 다른 비제한적인 예에서, 상기 우드메탈로 이루어진 전극 단자는 음극 탭들 및/또는 음극 리드일 수 있으며, 상기 우드메탈은 Bi와 Pb의 합금일 수 있으나 이것으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 음극 탭들 및/또는 음극 리드는 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)로 도금될 수 있다.
하나의 비제한적인 예에서, 상기 Bi와 Pb의 조성은 몰비로 40 : 60 내지 60 : 40일 수 있다. 또한, 상기 Bi와 Sn의 조성은 몰비로 50 : 50 내지 30 : 70일 수 있다. 본 출원의 발명자들이 확인한 바에 따르면, 상기 우드메탈들의 합금을 위한 조성비를 벗어나는 경우, 이차전지의 발화 이전에 우드메탈들이 용융되지 않는 바, 과충전 또는 외부 단락에 따른 이차전지의 안전성을 담보할 수 없다.
한편, 상기 양극 활물질은 하기 화학식 1 또는 2로 표현되는 리튬 전이금속 산화물을 포함할 수 있다.
LixMyMn2-yO4-zAz (1)
상기 식에서,
M은 Al, Mg, Ni, Co, Fe, Cr, V, Ti, Cu, B, Ca, Zn, Zr, Nb, Mo, Sr, Sb, W, Ti 및 Bi로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이며;
A는 -1 또는 -2가의 하나 이상의 음이온이고;
0.9≤x≤1.2, 0<y<2, 0≤z<0.2이다.
(1-x)LiM’O2-yAy -xLi2MnO3-y’Ay’ (2)
상기 식에서,
M’은 MnaMb이고;
M은 Ni, Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn 및 2주기 전이금속들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며;
A는 PO4, BO3, CO3, F 및 NO3의 음이온으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고;
0<x<1, 0<y≤0.02, 0<y’≤0.02, 0.5≤a≤1.0, 0≤b≤0.5, a + b = 1이다.
상기 음극 활물질은 탄소계 물질, 및/또는 Si을 포함할 수 있다.
하나의 비제한적인 예에서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
하나의 비제한적인 예에서, 상기 이차전지는 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지, 또는 리튬 폴리머 전지일 수 있다.
이러한 이차전지는 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극에 개재되는 분리막 및 리튬염 함유 비수 전해질을 포함하는 이차전지 일 수 있고, 상기 이차전지의 구조 및 기타 성분들에 대해 이하에서 자세히 설명한다.
먼저, 도 1에는 본 발명에 따른 이차전지가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 이차전지(100)는, 양극 활물질 및 음극 활물질이 각각 도포되어 있는 하나 이상의 양극 및 음극들(도시하지 않음)이 적층된 전극조립체(110), 전극조립체(110)의 양극판으로부터 연장되어 있는 양극 전극탭들(117)과 전극조립체의 음극판으로부터 음극 전극탭들(116), 각각의 전극탭들에 용접되어있으며 외부로 연장된 전극리드(112, 114), 전극리드(112, 114)의 상하면 일부에는 전지케이스와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위한 절연필름(115), 및 전극조립체를 수용하며 전극조립체의 외면이 완전히 밀착되도록 외주면이 열 융착되어 있는 파우치형 케이스(120)를 포함한다. 여기서, 양극 전극탭들(117) 및 음극 전극탭들(116)은 우드메탈인 Bi와 Pb의 합금으로 이루어 진다. 또한, 양극 전극탭들(117) 및 음극 전극탭들(116)은 전도성 향상을 위해 알루미늄(Al)으로 도금되어 있다.
여기서, 하나의 예로서, 양극 전극탭들 및 음극 전극탭들은 우드메탈인 Bi와 Pb의 합금으로 이루어져 있으나 상기 예로서 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 양극 전극탭 또는 음극 전극탭에서 어느 하나만 우드메탈로 이루어질 수 도 있고, 다른 하나는 우드메탈이 아닌 구리 또는 알루미늄등의 다른 소재로 이루어질 수 있으며, 전극 리드 역시 우드 메탈로 이루어질 수 있음은 물론이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는 과충전 또는 외부 단락에 따라 이차전지의 온도가 크게 상승하거나, 전극 단자에 저항이 급격하게 증가하여 우드메탈의 용융점 이상으로 온도가 증가하는 경우, 전극 단자를 이루는 우드메탈이 용융되어 이차전지를 단락 및 절연 시킬 수 있고, 따라서, 이차전지가 충전되거나 외부로의 전력을 공급하는 것을 근본적으로 차단하여, 이차전지의 안전성을 크게 향상 시킬 수 있다.
한편, 상기 양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물인 전극 합제를 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은, 상기 화학식 1 또는 2로 표현되는 리튬 전이금속 산화물 외에, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; LiNixMn2-xO4로 표현되는 스피넬 구조의 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 포함할 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.
상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료; 티타늄 산화물; 리튬 티타늄 산화물 등을 사용할 수 있고, 상세하게는 탄소계 물질 및/또는 Si을 포함할 수 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 리튬염 함유 비수 전해질은, 비수 전해질과 리튬으로 이루어져 있고, 비수 전해질로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 리튬염 함유 비수 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
본 발명은, 상기 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈, 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩, 및 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공한다.
이 때, 상기 디바이스의 구체적인 예로는, 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(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(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
1은 본 발명에 따른 이차전지의 모식도이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 참조하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
Bi와 Pb가 몰비로 40 : 60의 조성을 이루는 합금을 이루는 양극탭 및 음극탭을 포함하는 전극조립체를 파우치형 이차전지에 내장하여 이차전지를 제조하였다.
<실시예 2>
양극탭 및 음극탭이 Bi와 Pb가 몰비로 60 : 40의 조성을 이루는 합금으로 이루어진 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
<실시예 3>
양극탭이 Bi와 Sn가 몰비로 50 : 50의 조성을 이루는 합금으로 이루어진 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
<실시예 4>
양극탭이 Bi와 Sn가 몰비로 30 : 70의 조성을 이루는 합금으로 이루어진 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
<비교예 1>
양극탭 및 음극탭이 Bi와 Pb가 몰비로 70 : 30의 조성을 이루는 합금으로 이루어진 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
<비교예 2>
양극탭 및 음극탭이 Bi와 Pb가 몰비로 30 : 70의 조성을 이루는 합금으로 이루어진 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
<비교예 3>
양극탭이 Bi와 Sn가 몰비로 20 : 80의 조성을 이루는 합금으로 이루어진 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
<비교예 4>
양극탭이 Bi와 Sn가 몰비로 80 : 20의 조성을 이루는 합금으로 이루어진 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
<비교예 5>
양극탭 및 음극탭이 Bi로만 이루어진 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
<비교예 6>
양극탭이 알루미늄으로 이루어지고, 음극탭이 구리로 이루어진 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
<실험예 1>
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 6에서 제조된 이차전지들의 과충전에 따른 안전성 테스트를 위하여, SOC 0% 및 1C의 조건에서, 각각 6.3V CC/CV로 충전을 진행하여 6.3V의 과충전 상태를 2시간 지속하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
표 1
실시예 1 섭씨 121도에서 양극탭 단선
실시예 2 섭씨 81도에서 양극탭 단선
실시예 3 섭씨 138도에서 양극탭 단선
실시예 4 섭씨 142도에서 양극탭 단선
비교예 1 양극탭 단선 없음, 셀 발화
비교예 2 양극탭 단선 없음, 셀 발화
비교예 3 양극탭 단선 없음, 셀 발화
비교예 4 양극탭 단선 없음, 셀 발화
비교예 5 양극탭 단선 없음, 셀 발화
비교예 6 양극탭 단선 없음, 셀 발화
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 4의 이차전지의 경우, 과충전에 따른 셀 발화의 위험성이 높은 섭씨 200도 이하에서 우드메탈 합금으로 이루어진 양극탭이 용융되어 단선시키고, 그에 따라 이차전지의 충전을 중단하고, 결과적으로 과충전에 따른 셀 발화를 방지함을 알 수 있다. 반면, 실시예 1 내지 4와 다른 조성으로 이루어진 우드메탈 합금을 포함하는 비교예 1 내지 4의 이차전지, Bi만을 우드메탈로 사용한 비교예 5의 이차전지 및 우드메탈이 포함되지 않은 비교예 6의 이차전지는 양극탭의 단선 없이 셀 발화가 진행되었음을 알 수 있다.
<실험예 2>
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 6에서 제조된 이차전지들의 단락(Short Circuit)에 따른 안전성 테스트를 위하여, SOC 100%, 상온에서 1 ohm 이하의 조건으로, 이차전지를 0.1V 이하로 단락시키고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
표 2
실시예 1 섭씨 118도에서 양극탭 단선
실시예 2 섭씨 88도에서 양극탭 단선
실시예 3 섭씨 130도에서 양극탭 단선
실시예 4 섭씨 139도에서 양극탭 단선
비교예 1 양극탭 단선 없음, 셀 발화
비교예 2 양극탭 단선 없음, 셀 발화
비교예 3 양극탭 단선 없음, 셀 발화
비교예 4 양극탭 단선 없음, 셀 발화
비교예 5 양극탭 단선 없음, 셀 발화
비교예 6 양극탭 단선 없음, 셀 발화
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 4의 이차전지는 외부 단락되었을 경우, 셀 발화의 위험성이 높은 섭씨 200도 이하에서 우드메탈 합금으로 이루어진 양극탭이 용융되어 단선시키고, 그에 따라 셀 발화를 방지할 수 있음을 알 수 있다. 반면에, 비교예 1 내지 6의 이차전지는 양극탭 또는 음극탭이 용융되지 않아 셀 발화를 방지할 수 없음을 알 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는, 전극 단자를 용융점이 낮은 우드메탈(wood's metal)로 구성함으로써, 이차전지에 이상 온도 발생시, 우드메탈이 용융되어 전극 단자의 통전 기능을 상실 하는 바, 이차전지 안전성을 향상시킬 수 있다.

Claims (20)

  1. 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 탭들이 각각 형성되어 있는 하나 이상의 양극들; 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 탭들이 각각 형성되어 있는 하나 이상의 음극들; 및 상기 양극과 음극 사이에 각각 개재되어 있는 하나 이상의 분리막들;을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있고,
    상기 양극 탭들 및 음극 탭들은 전지케이스의 외부로 돌출된 양극 리드 및 음극 리드에 각각 연결되어 있으며,
    상기 양극 탭들, 음극 탭들, 양극 리드, 및 음극 리드로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 전극 단자가 우드메탈(wood's metal)로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 우드메탈은 용융점이 섭씨 80도 이상 내지 400도 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 우드메탈은 비스무트(Bi), 납(Pb), 주석(Sn), 및 카드뮴(Cd)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속의 합금인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 우드메탈로 이루어진 전극 단자는 알루미늄(Al). 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)로 도금된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 우드메탈로 이루어진 전극 단자는 양극 탭들 및/또는 양극 리드인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 우드메탈은 Bi와 Pb의 합금 또는 Bi와 Sn의 합금인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 양극 탭들 및/또는 양극 리드는 알루미늄(Al)으로 도금된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 우드메탈로 이루어진 전극 단자는 음극 탭들 및/또는 음극 리드인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 우드메탈은 Bi와 Pb의 합금인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 음극 탭들 및/또는 음극 리드는 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)로 도금된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제 6 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 Bi와 Pb의 조성은 몰비로 40 : 60 내지 60 : 40인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 Bi와 Sn의 조성은 몰비로 50 : 50 내지 30 : 70인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 활물질은 하기 화학식 1 또는 2로 표현되는 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지:
    LixMyMn2-yO4-zAz (1)
    상기 식에서,
    M은 Al, Mg, Ni, Co, Fe, Cr, V, Ti, Cu, B, Ca, Zn, Zr, Nb, Mo, Sr, Sb, W, Ti 및 Bi로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이며;
    A는 -1 또는 -2가의 하나 이상의 음이온이고;
    0.9≤x≤1.2, 0<y<2, 0≤z<0.2이다.
    (1-x)LiM’O2-yAy -xLi2MnO3-y’Ay’ (2)
    상기 식에서,
    M’은 MnaMb이고;
    M은 Ni, Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn 및 2주기 전이금속들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이며;
    A는 PO4, BO3, CO3, F 및 NO3의 음이온으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고;
    0<x<1, 0<y≤0.02, 0<y’≤0.02, 0.5≤a≤1.0, 0≤b≤0.5, a + b = 1이다.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 음극 활물질은 탄소계 물질, 및/또는 Si을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 이차전지는 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지, 또는 리튬 폴리머 전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 하나에 따른 이차전지를 단위전지로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  18. 제 17 항에 따른 전지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 18 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장용 시스템인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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