WO2019139272A1 - 가스 흡착층을 포함하는 전지케이스 - Google Patents

가스 흡착층을 포함하는 전지케이스 Download PDF

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WO2019139272A1
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battery
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정희석
이은주
김현민
최종환
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주식회사 엘지화학
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery case including a gas absorption layer and a battery including the same, and more particularly, to a gas absorption layer formed on an inner side surface of a battery case opposite to an electrode assembly, And a barrier layer formed on an outer surface of the gas-absorbing material layer to prevent the gas-absorbing material layer from being exposed to the outside under a predetermined condition.
  • the rechargeable secondary battery is a high-capacity high-capacity battery including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a plug-in hybrid electric vehicle (Plug-In HEV), which are proposed alternatives to conventional gasoline and diesel vehicles. Is attracting attention as a power source of the transportation means required.
  • EV electric vehicle
  • HEV hybrid electric vehicle
  • Plug-In HEV plug-in hybrid electric vehicle
  • the secondary battery can be classified into a cylindrical shape, a square shape, and a pouch type according to the shape.
  • a pouch type which can be stacked with a high degree of integration, has a high energy density per weight, and is inexpensive and easy to deform is attracting much attention.
  • a pouch-type battery using an aluminum laminate sheet as an exterior member has attracted a great deal of attention recently due to its light weight, low manufacturing cost, and ease of shape deformation.
  • the internal electrolyte may be decomposed and high pressure gas may be generated.
  • the high-pressure gas generated at this time causes deformation of the battery case, shortening the life of the battery, and seriously causing ignition or explosion of the battery.
  • a superheated battery generates gas and a gas pressurized in the pouch case further accelerates the decomposition reaction of the battery element, causing continuous overheating and gas generation, and when the process reaches a certain threshold or more, Or explosion.
  • a gas pressurized in the pouch case further accelerates the decomposition reaction of the battery element, causing continuous overheating and gas generation, and when the process reaches a certain threshold or more, Or explosion.
  • a large accident can be caused.
  • Patent Document 1 discloses a laminate sheet including a gas-absorbing polymer layer containing a gas-absorbing polymer, but there is no constitution capable of protecting the gas-absorbing polymer layer. Accordingly, since the gas in the air can be adsorbed to the gas-absorbing polymer layer during the cell assembly process, the effect of adsorbing only the gas generated inside the cell is rapidly reduced.
  • Patent Document 2 discloses that when the sealant layer is removed due to external impact or heat or pressure generated inside the battery, the gas absorption layer is exposed to the inside of the battery when the sealant layer is removed between the metal layer and the sealant layer of the laminate sheet.
  • the gas absorption layer is exposed to the inside of the battery when the sealant layer is removed between the metal layer and the sealant layer of the laminate sheet.
  • Patent Document 3 discloses a laminate sheet including a gas-absorbing polymer layer for adsorbing gas generated inside a battery. However, since there is no structure capable of protecting the gas-absorbing polymer layer, The effect of adsorbing the gas inside the cell adsorbed on the gas-absorbing polymer layer may be lowered.
  • Patent Document 1 Korean Patent Laid-Open Publication No. 2017-0082328
  • Patent Document 2 Korean Patent Laid-Open Publication No. 2016-0037473
  • Patent Document 3 Korean Patent Laid-Open Publication No. 2017-0064796
  • the present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a gas-absorbing material layer and a barrier layer formed on the inner surface of a battery case so that only gas generated in the battery can be effectively adsorbed, And an object of the present invention is to provide a battery case including an adsorption layer.
  • a battery case in which an electrode assembly having an anode, a cathode, and a separator interposed between an anode and a cathode is accommodated together with an electrolyte,
  • the gas absorption layer is formed on a side surface of the gas absorption layer, the gas absorption layer including a gas adsorption material layer for adsorbing gas generated in an inner portion of the cell, and a barrier layer formed on an outer surface of the gas adsorption material layer, Layer. ≪ / RTI >
  • the gas absorption layer may be formed on at least a part or the whole area of the inner surface of the battery case of the battery case in contact with the electrolyte solution.
  • the barrier layer may be formed of a material dissolved or dispersed in the electrolyte solution.
  • the barrier layer may be dissolved or dispersed by an electrolyte injected into the battery case, and then the gas absorbing material layer may be exposed to the inner surface of the battery case do.
  • the barrier layer is not limited in its kind as long as it is a substance that can not permeate a gas and can be dissolved or dispersed in an electrolytic solution.
  • the barrier layer may be a polymer film.
  • the barrier layer is formed in a film shape that at least partly melts by contact with the electrolyte solution.
  • the film may be a film in which at least part of the film melts when the carbonate-based solvent penetrates between the molecules and the molecules in the electrolyte when the film is in contact with the electrolyte while the air can not permeate.
  • the film may be a polymer film selected from the group consisting of polystyrene (PS), polyamide, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, polycarbonate, polyethylene vinyl acetate, and OPS.
  • the barrier layer can be formed of a solid or gel electrolyte, the electrolyte can be replenished when the gas is generated, so that the life of the barrier layer can be improved.
  • the gas-adsorbing material layer includes at least one gas-absorbing material selected from the group consisting of an organic compound having gas-adsorbing ability or a metal.
  • the type of the gas adsorbing material is not limited as long as it is a material capable of easily adsorbing a gas generated in a large proportion within the battery cell and exhibiting a desired effect.
  • the gas adsorbing material is not limited to a gas- a molecular sieve, and a metal component.
  • the gas-adsorbing molecular sieve may be at least one selected from the group consisting of silica gel, carbon fiber, porous carbon material, porous metal oxide, and porous gel.
  • the porous carbon material may be at least one selected from the group consisting of a molecular sieve and activated carbon
  • the porous metal oxide may be at least one selected from the group consisting of zeolite, silica gel and alumina have.
  • the metal component may be at least one selected from the group consisting of Ni, Pt, Pd, Ca, Sr, Ba, Th, Zr, , Vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), and tungsten (W).
  • sodium hydroxide (NaOH), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) and potassium hydroxide (KOH) can be used.
  • the specific gas adsorbing material capable of adsorbing a gas having a large amount of generated gas is included so that selective gas removal can be performed.
  • the battery case may be made of a laminate pouch or a can-type metal including an outer coating layer, a metal layer, and an inner resin layer.
  • the outer coating layer forms the outer surface of the pouch-shaped battery case, it is required to have high tensile strength and weather resistance in order to protect the electrode assembly stably against the external environment.
  • the outer covering layer is made of polyethylene terephthalate (PET) or stretched nylon The coating layer can satisfy the above requirements. When the battery case is can-like, the same strength as that of the laminate sheet is not required.
  • the metal layer is a layer which shields gas, moisture, etc., including air, and is excellent in moldability, capable of imparting a predetermined strength, capable of blocking moisture and air, and is preferably made of aluminum, an aluminum alloy, copper, stainless steel And the like can be used.
  • the gas-absorbing material may be included in the inner resin layer.
  • the thickness of the battery can be reduced, and the unnecessary space inside the battery can be reduced, thereby improving the energy density.
  • the gas-absorbing material may be contained in an amount of 40% by weight to 90% by weight based on the total weight of the internal resin layer, more specifically 50% by weight to 90% by weight, To 80% by weight.
  • the gas adsorbing material When the gas adsorbing material is contained in an amount of less than 40% by weight based on the total weight of the internal resin layer, swelling may occur in a short period of time because the amount of gas adsorbed during the use of a general battery is reduced, If it is more than 10% by weight, there is a problem that the sealing ability may be lowered.
  • the gas adsorbing material may be formed as a separate layer in addition to the outer resin layer of the laminate sheet.
  • the layer containing the gas adsorbing material must be provided with a substance that imparts a different adhesive force.
  • the present invention also provides a battery including the battery case.
  • the battery may be a primary battery or a secondary battery.
  • the secondary battery may be a cylindrical battery or a prismatic battery in which an electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can according to the shape of the battery case, and a pouch type battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch case of an aluminum laminate sheet have.
  • the secondary battery may be a lithium secondary battery having a structure in which a nonaqueous electrolyte solution containing a lithium salt is impregnated into an electrode assembly having a separator interposed between an anode and a cathode.
  • the positive electrode is prepared, for example, by applying a positive electrode mixture containing a positive electrode active material on a positive electrode collector and then drying the positive electrode mixture.
  • the cathode current collector generally has a thickness of 3 to 500 mu m.
  • a positive electrode collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples thereof include stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon or aluminum, Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like may be used.
  • the positive electrode current collector may have fine unevenness formed on the surface thereof to increase the adhesive force of the positive electrode active material as in the case of the negative electrode current collector.
  • the positive electrode current collector may have various properties such as a film, sheet, foil, net, porous body, Form is possible.
  • the cathode active material is a material capable of causing an electrochemical reaction.
  • a lithium nickel-based oxide represented by the following formula: Li 1 + z Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2, Li 1 + z Ni 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 , such as Li 1 + z Ni b Mn c Co 1- (b + c + d ) M d O (2-e ) A e ( where, -0.5 ⁇ z ⁇ 0.5, 0.1 ⁇ b ⁇ 0.8
  • the conductive material is usually added in an amount of 1 wt% to 30 wt% based on the total weight of the mixture including the cathode active material.
  • a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey 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 of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30 wt% based on the total weight of the mixture containing the cathode active material.
  • binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber (SBR), fluorine rubber, and various copolymers.
  • the filler is optionally used as a component for suppressing expansion of the electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery.
  • an olefin-based polymer such as polyethylene or polypropylene
  • Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.
  • the negative electrode is prepared, for example, by applying a negative electrode mixture containing a negative electrode active material on a negative electrode collector and then drying the same.
  • the negative electrode mixture may contain a conductive material, a binder, a filler, May be included.
  • the negative electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m.
  • the negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery.
  • Examples of the negative electrode current collector include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, copper or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, aluminum-cadmium alloy, or the like can be used.
  • fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.
  • the negative electrode active material includes, for example, carbon such as non-graphitized carbon and graphite carbon including the above-described silicon-based compound; 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 is Mn, Fe, Pb, Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, and Group 3 elements of the periodic table, halogen, and 0 ⁇ x? 1; 1? Y?
  • carbon such as non-graphitized carbon and graphite carbon including the above-described silicon-based compound
  • 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 is Mn, Fe, Pb, Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, and Group 3 elements of the periodic table, halogen, and 0 ⁇ x? 1;
  • Lithium metal Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; 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, Bi 2 O 5 and the like; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.
  • the components of the binder, the conductive material and the filler may be applied as described in the anode.
  • any one of other components such as a viscosity adjusting agent, an adhesion promoter and the like may be optionally included or a combination of two or more components may be further included.
  • the viscosity modifier may be added up to 30% by weight based on the total weight of the negative electrode mixture as a component for adjusting the viscosity of the electrode mixture so that the mixing process of the electrode mixture and the coating process on the current collector may be easy.
  • examples of such viscosity modifiers include carboxymethylcellulose, polyvinylidene fluoride and the like, but are not limited thereto.
  • the above-described solvent may play a role as a viscosity adjusting agent.
  • the adhesion promoter may be added in an amount of 10% by weight or less based on the binder, for example, oxalic acid, adipic acid, Formic acid, acrylic acid derivatives, itaconic acid derivatives, and the like.
  • the lithium salt-containing nonaqueous electrolyte solution is composed of an electrolyte solution and a lithium salt.
  • a nonaqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, and an inorganic solid electrolyte may be used.
  • non-aqueous organic solvent examples include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate
  • Nonionic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl propionate and ethyl propionate can be used.
  • organic solid electrolyte examples include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, A polymer containing an ionic dissociation group and the like may be used.
  • a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, A polymer containing an ionic dissociation group and the like may 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 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.
  • the lithium salt is a material that is readily soluble 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 electrolytic solution may contain at least one selected from the group consisting of pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, .
  • halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability.
  • carbon dioxide gas may be further added.
  • FEC Fluoro-Ethylene Carbonate
  • PRS Propene sultone
  • LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiN (SO 2 CF 3) 2 such as a lithium salt, a highly dielectric solvent of DEC, DMC or EMC Fig solvent cyclic carbonate and a low viscosity of the EC or PC of And then adding it to a mixed solvent of linear carbonate to prepare a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte.
  • the present invention can also provide a battery pack including the battery.
  • the battery pack may be used as a power source for devices requiring high-temperature safety, long cycle characteristics, and high rate characteristics.
  • devices include a mobile device, a wearable device A power tool powered by an electric motor; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); An electric golf cart; And an energy storage system, but the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 1 is a vertical sectional view of a pouch-shaped battery case according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a vertical sectional view of a pouch-shaped battery case according to another embodiment.
  • FIG 3 is a vertical cross-sectional view of a can-type battery case according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a vertical sectional view of a part of a pouch-shaped secondary battery in which an electrode assembly and an electrolyte are inserted into the battery case of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a vertical sectional view of a part of a pouch-shaped secondary battery in which an electrode assembly and an electrolyte are inserted into the battery case of FIG. 1.
  • FIG. 1 is a vertical sectional view of a pouch-shaped battery case 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the pouch-shaped battery case 100 of FIG. 1 has a gas absorption layer 120 interposed between a laminate sheet 110 in which an outer coating layer 111, a metal layer 112, and an inner resin layer 113 are sequentially laminated from the outside have.
  • the gas absorption layer 120 includes a gas absorption material layer 121 for adsorbing gas generated inside the cell and a barrier layer 121 formed on the outer surface of the gas absorption material layer to prevent the gas absorption material layer 121 from being exposed to the outside. (122).
  • FIG. 2 is a vertical sectional view of a pouch-shaped battery case 200 according to another embodiment.
  • the pouch-shaped battery case 200 includes a laminate sheet 210 on which an outer cover layer 211, a metal layer 212, and an inner resin layer 213 are sequentially laminated from the outside, 222 are located.
  • the pouch-shaped battery case 200 does not include a gas absorbing material layer, and the gas absorbing material 223 is contained in the inner resin layer 213.
  • FIG 3 is a vertical cross-sectional view of a can-type battery case according to one embodiment of the present invention.
  • a gas adsorption layer 320 including a gas adsorption material layer 321 and a barrier layer 322 is formed in the can-type battery case 300.
  • FIG. 4 is a vertical sectional view of a part of a pouch type secondary battery in which an electrode assembly 140 and an electrolyte 130 are inserted into a pouch-type battery case 100.
  • the blocking layer is dissolved or dispersed by the electrolyte 130, The layer 121 is exposed on the inner surface of the pouch-shaped battery case 100.
  • the gas absorbing material layer 121 exposed on the surface adsorbs gas generated inside the cell. 4, only the gas adsorption layer 120 is described, but the gas adsorption material layer 121 is dissolved or dispersed by the electrolyte solution.
  • the present invention has a special configuration not presented until now, Respectively.
  • the barrier layer is disposed on the outer surface of the gas adsorbent material layer, the gas in the air is not adsorbed during the electrode assembly process. After the final sealing, the barrier layer is dissolved Therefore, it is possible to effectively adsorb only the gas generated inside the battery, thereby increasing the thickness due to the gas inside the battery and preventing the increase of the internal pressure of the battery. As a result, the safety of the battery can be greatly improved.
  • the energy density of the cell can be improved by reducing the unnecessary space inside the cell.
  • the barrier layer can be made of a solid or gel electrolyte, the consumed electrolyte can be replenished during the charging and discharging of the battery, thereby providing improved lifetime characteristics.

Abstract

본원 발명은 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 수납되는 전지케이스에 있어서, 상기 전지케이스 내측면에 가스 흡착층이 형성되고, 상기 가스 흡착층은 전지 내부에서 발생된 가스를 흡착하는 가스 흡착물질층과 상기 가스 흡착물질층이 외부에 노출되지 않도록 가스 흡착물질층의 외면에 형성되는 차단층을 포함하는 전지케이스에 관한 것이다.

Description

가스 흡착층을 포함하는 전지케이스
본원 발명은 가스 흡착층을 포함하는 전지케이스 및 이를 포함하는 전지에 관한 것으로서, 구체적으로 전극조립체에 대향하는 전지케이스 내측면에 가스 흡착층이 형성되고, 상기 가스 흡착층은 전지 내부에서 발생된 가스를 흡착하는 가스 흡착물질층과 상기 가스 흡착물질층이 일정한 조건 이전에는 외부에 노출되지 않도록 가스 흡착물질층의 외면에 형성되는 차단층을 포함하는 전지케이스에 관한 것이다.
충방전이 가능한 이차전지는 기존의 가솔린 및 디젤 차량 등의 대안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등을 포함한 고출력 대용량이 요구되는 운송 수단의 동력원으로서 주목 받고 있다.
이차전지는 형상에 따라 원통형, 각형, 파우치형 등으로 구분할 수 있다. 그 중에서도 높은 집적도로 적층 될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 변형이 용이한 파우치형이 많은 관심을 모으고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트를 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 가볍고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
그러나 최종 실링 후, 내부 단락, 과충전, 고온 노출 등의 비정상적인 작동상태에 이르게 될 경우, 내부 전해액이 분해되면서 고압의 가스가 발생할 수 있다. 이때 발생된 고압 가스는 전지케이스의 변형을 유발하고 전지의 수명을 단축시킬 수 있으며, 심각하게는 전지의 발화 내지 폭발을 초래한다.
예를 들어, 과열된 전지는 가스를 발생시키고 파우치 케이스에서 가압된 가스는 전지요소의 분해반응을 더욱 촉진시켜 계속적인 과열 및 가스 발생을 유발하고, 이러한 과정이 어떠한 임계점 이상에 도달하면 전지의 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 더욱이, 전지 모듈과 같이 다수의 단위전지들이 한정된 공간에 밀집되어 있는 경우에는 대형 사고를 유발할 수 있다.
종래에는 전지의 안전성을 향상시키기 위하여, PTC(Positive Temperature Coefficient), 퓨즈, 또는 감압 보호 회로 등의 방법을 사용하거나, 전해액 혹은 전극에 안전성을 향상시키는 첨가제를 부가하는 방법 등을 이용하였으나, 상기와 같은 수단들을 구비하고 있어도, 비정상적인 조건 하에서 전지 내부의 이상 반응으로 인해 가스가 발생하거나, 상기 물질의 첨가로 인해 전지의 성능이 저하되는 문제점이 여전히 존재한다.
최근에는 더 높은 에너지 밀도에 대한 요구가 증가하면서 기존 가스포켓 기능을 하던 부분들이 점차 사라져 가는 추세이므로, 전지의 제반 성능을 저하시키지 않으면서도, 한정된 공간 내에서 전지셀 내부에서 가스 발생시 전지의 발화 내지 폭발을 방지하고 효율적으로 가스를 제거할 수 있는 새로운 방법이 필요하다.
특허문헌 1은 가스 흡착성 고분자를 포함하는 가스 흡착성 고분자층을 포함하는 라미네이트 시트를 개시하고 있으나, 상기 가스 흡착성 고분자층을 보호할 수 있는 구성이 없다. 따라서 전지 조립과정에서 공기중의 가스가 상기 가스 흡착성 고분자층에 흡착될 수 있는 바, 전지 내부에서 발생하는 가스만 흡착하고자 하는 효과가 급속히 감소된다.
특허문헌 2는 라미네이트 시트의 금속층 및 실란트층 사이에 가스 흡착층을 포함하고, 외부 충격 또는 전지 내부에서 발생하는 열 또는 압력으로 인하여 상기 실란트층이 제거되면 상기 가스 흡착층이 노출되어 전지 내부에서 발생하는 가스를 흡착할 수 있는 이차전지를 개시하고 있으나, 상기 이차전지의 가스 흡착은 상당한 비정상 상태에서만 이루어져 이미 과열된 전지를 제어하는데는 문제가 있다.
특허문헌 3은 전지 내부에서 발생하는 가스를 흡착하기 위한 가스 흡착성 고분자층을 포함하는 라미네이트 시트를 개시하고 있으나, 상기 가스 흡착성 고분자층을 보호할 수 있는 구성이 없어 전지 조립과정에서 공기중의 가스가 상기 가스 흡착성 고분자층에 흡착되는 바 전지 내부 가스를 흡착하는 효과가 낮아질 수 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제2017-0082328호
(특허문헌 2) 대한민국 공개특허공보 제2016-0037473호
(특허문헌 3) 대한민국 공개특허공보 제2017-0064796호
본원 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전지 조립 과정 중 외부 공기에는 노출되지 않고, 전지 내부에서 생성되는 가스만 효과적으로 흡착할 수 있도록 전지케이스 내면에 가스 흡착물질층과 차단층으로 이루어진 가스 흡착층을 포함하는 전지케이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본원 발명에 따른 전지케이스는, 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 수납되는 전지케이스에 있어서, 상기 전지케이스 내측면에 가스 흡착층이 형성되고, 상기 가스 흡착층은 전지 내 부에서 발생된 가스를 흡착하는 가스 흡착물질층과 상기 가스 흡착물질층이 외부에 노출되지 않도록 가스 흡착물질층의 외면에 형성되는 차단층을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 가스 흡착층은 전해액이 접촉하는 상기 전지케이스의 수납부 내면 중의 적어도 일부 또는 전체 면적에 형성될 수 있다.
상기 차단층은 상기 전해액에 용해 또는 분산되는 물질로 이루어 질 수 있는 바, 상기 차단층은 전지케이스 내부로 주액되는 전해액에 의해 용해 또는 분산되고 이후 상기 가스 흡착물질층이 전지케이스의 내측 표면에 노출된다.
상기 차단층은 기체를 투과시키지 못하고, 전해액에 용해 또는 분산될 수 있는 물질이라면, 그 종류가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 고분자 필름일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 차단층은 전해액과의 접촉에 의해 적어도 일부가 녹는 필름 형상으로 이루어진다. 상기 필름은 공기는 투과시키지 못하면서, 전해액과의 접촉시 전해액 중 카보네이트계 용매가 분자와 분자 사이에 침투하여 필름의 적어도 일부가 녹는 필름일 수 있다. 또한, 상기 필름은 폴리스틸렌(PS), 폴리아미드, 폴리아크릴로 나이트릴, 폴리비닐알코올, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌비닐아세테이트, OPS 중에서 선택되는 고분자 필름일 수 있다.
또한, 차단층은 고체 또는 겔 형태의 전해질로 이루어질 수 있는 바, 가스 발생 시 소모된 전해액을 보충할 수 있어 향상된 수명 특성을 갖게 된다.
상기 가스 흡착물질층은 가스 흡착성을 갖는 유무기화합물 또는 금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 가스 흡착물질을 포함한다.
상기 가스 흡착물질은 전지셀의 내부에서 많은 비율로 발생하는 가스를 용이하게 흡착해 소망하는 효과를 발휘할 수 있는 물질이라면, 그 종류가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 가스 흡착성을 갖는 분자체(molecular sieve) 및 금속 성분으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 가스 흡착성을 갖는 분자체는 실리카겔, 탄소섬유, 다공질성 탄소재료, 다공질성 금속산화물 및 다공성 겔로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
여기서, 상기 다공질성 탄소재료는 카본 분자체(molecular sieve) 및 활성탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 상기 다공질성 금속산화물은 제올라이트, 실리카겔 및 알루미나로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 금속 성분은 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 탈륨(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
또한 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화칼륨(KOH)을 사용할 수 있다.
또한, 사용되는 전극 활물질 및 전해액 등의 종류를 고려하여, 발생량이 많은 가스를 흡착할 수 있는 특정 가스 흡착물질을 포함하도록 함으로써, 선택적인 가스 제거가 이루어지도록 설계할 수 있다.
상기 전지케이스는 외부 피복층, 금속층 및 내부 수지층을 포함하는 라미네이트 파우치 또는 캔형 금속으로 이루어 질 수 있다.
상기 외부 피복층은 파우치형 전지케이스의 외면을 형성하므로, 외부 환경에 대해 안정적으로 전극조립체를 보호하기 위하여 높은 인장강도와 내후성이 요구되며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 연신 나일론(ONy)으로 이루어진 외부 피복층이 상기와 같은 요건을 만족시킬 수 있다. 전지케이스가 캔형일 경우 라미네이트 시트와 같은 강도는 요구되지 않는다.
상기 금속층은 공기를 포함한 가스, 습기 등을 차단하는 층으로서, 성형성이 우수하고, 소정의 강도를 부여할 수 있으며 수분이나 공기를 차단할 수 있는 것이 바람직하며, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 스테인레스 스틸과 같은 철 합금 등을 사용할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 내부 수지층에 가스 흡착물질이 포함될 수 있다.
가스 흡착물질이 내부 수지층에 포함되는 경우, 전지 두께를 줄일 수 있고, 전지 내부의 불필요한 공간을 줄임으로써 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
이때 상기 가스 흡착성 물질은 내부 수지층의 전체 중량을 기준으로 40 중량% 내지 90 중량%로 포함될 수 있으며, 상세하게는, 50 중량% 내지 90 중량%로 포함될 수 있으며, 더욱 상세하게는 50 중랑% 내지 80 중량%로 포함될 수 있다.
상기 가스 흡착물질이 내부 수지층의 전체 중량을 기준으로 40 중량% 보다 적게 포함되는 경우에는, 일반적인 전지의 사용과정에서 흡착되는 가스의 양이 적어지기 때문에 단시간에 스웰링 현상이 발생할 수 있으며, 90 중량% 이상이라면, 밀봉력이 저하될 수 있는 문제가 있으므로 적절하지 않다.
또한 상기 가스 흡착물질은 라미네이트 시트의 외부 수지층 외에 별도의 층으로도 형성될 수 있으나, 이 때는 가스 흡착물질을 포함하는 층 자체에도 별도의 접착력을 부여하는 물질이 부여되어야 한다.
본원 발명은 또한, 상기 전지케이스를 포함하는 전지를 제공한다.
상기 전지는 일차전지 또는 이차전지일 수 있다.
상기 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 또는 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지일 수 있다.
상기 이차전지는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체에 리튬염 함유 비수계 전해액이 함침되어 있는 구조로 이루어진 리튬 이차전지일 수 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질을 포함하고 있는 양극 합제를 도포한 후 건조하여 제조되며, 상기 양극 합제에는, 필요에 따라, 바인더, 도전재, 충진재 등이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나, 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체는, 상기 음극 집전체에서와 마찬가지로, 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga 이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 등과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1 임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 30 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 중량% 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌부티렌고무(SBR), 불소고무, 다양한 공중합제 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 전극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 중합제; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은, 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질을 포함하고 있는 음극 합제를 도포한 후 건조하여 제조되며, 상기 음극 합제에는, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등의 성분들이 포함될 수 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3㎛ 내지 500㎛의 두께로 만든다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 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 음극 활물질은, 예를 들어, 앞서 설명한 규소계 화합물을 포함하여, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me는 Mn, Fe, Pb, Ge; Me'는 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, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 바인더, 도전재 및 충진제의 성분들은 양극에서의 설명과 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 점도 조절제, 접착 촉진제 등의 기타의 성분들 중 어느 하나가 선택적으로 포함되거나 또는 2종 이상의 성분들이 조합되어 더 포함될 수 있다.
상기 점도 조절제는 전극 합제의 혼합 공정과 그것의 집전체 상의 도포 공정이 용이할 수 있도록 전극 합제의 점도를 조절하는 성분으로서, 음극 합제 전체 중량을 기준으로 30 중량%까지 첨가될 수 있다. 이러한 점도 조절제의 예로는, 카르복시메틸셀룰로우즈, 폴리비닐리덴플로라이드 등이 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라서는, 앞서 설명한 용매가 점도 조절제로서의 역할을 병행할 수 있다.
상기 접착 촉진제는 집전체에 대한 활물질의 접착력을 향상시키기 위해 첨가되는 보조성분으로서, 바인더 대비 10 중량% 이하로 첨가될 수 있으며, 예를 들어 옥살산 (oxalic acid), 아디프산(adipic acid), 포름산(formic acid), 아크릴산(acrylic acid) 유도체, 이타콘산(itaconic acid) 유도체 등을 들 수 있다.
상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
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, 프로피온산 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, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌글리콜디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화알루미늄 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 바람직한 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 또한, 상기 전지를 포함하는 전지팩을 제공할 수 있다.
구체적으로, 상기 전지팩은 고온 안전성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 이러한 디바이스의 상세한 예로는, 모바일 전자기기(mobile device), 웨어러블 전자기기(wearable device), 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); 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 1은 본원 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 수직 단면도이다.
도 2는 다른 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 수직 단면도이다.
도 3은 본원 발명의 하나의 실시예에 따른 캔형 전지케이스의 수직 단면도이다.
도 4는 도 1의 전지케이스에 전극조립체와 전해액을 삽입한 파우치형 이차전지 일부의 수직 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 1은 본원 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스(100)의 수직 단면도이다.
도 1의 파우치형 전지케이스(100)는 외측으로부터 외부 피복층(111), 금속층(112), 내부 수지층(113)이 순차적으로 적층된 라미네이트 시트(110)에 가스 흡착층(120)이 개재되어 있다.
상기 가스 흡착층(120)은 전지 내부에서 발생된 가스를 흡착하는 가스 흡착물질층(121)과 상기 가스 흡착물질층(121)이 외부에 노출되지 않도록 가스 흡착물질층의 외면에 형성되는 차단층(122)이 포함된다.
도 2는 다른 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스(200)의 수직 단면도이다.
도 2를 참조하면, 파우치형 전지케이스(200)는 외측으로부터 외부 피복층(211), 금속층(212), 내부 수지층(213)이 순차적으로 적층된 라미네이트 시트(210)의 내측면에 차단층(222)이 위치하고 있다.
상기 파우치형 전지케이스(200)는 가스 흡착물질층을 별도로 구비하지 않고, 내부 수지층(213)에 가스 흡착 물질(223)이 포함되어 있다.
도 3은 본원 발명의 하나의 실시예에 따른 캔형 전지케이스의 수직 단면도이다.
도 3을 참조하면, 캔형 전지케이스(300) 내부에 가스 흡착물질층(321)과 차단층(322)을 포함하는 가스 흡착층(320)이 형성된다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 특히 도 4는 파우치형 전지케이스(100)에 전극조립체(140)와 전해액(130)을 삽입한 파우치형 이차전지 일부의 수직 단면도이다.
상기 파우치형 전지케이스(100)에 전극조립체(140)를 수납하고 전해액(130)을 주입한 후 최종 실링 과정을 거치면, 상기 차단층은 전해액(130)에 의해 용해 또는 분산되어, 상기 가스 흡착물질층(121)이 파우치형 전지케이스(100)의 내측 표면에 노출된다.
표면에 노출된 가스 흡착물질층(121)은 전지 내부에서 발생한 가스를 흡착한다. 도 4에는 가스흡착층(120)만 기재되어 있으나, 이 중에서 가스흡착물질층(121)은 전해액에 의해서 용해 또는 분산된 것이다.
상기와 같은 구성을 통하여, 전지의 비정상적인 사용에 의한 경우 뿐만 아니라, 전지의 일상적인 사용에 의하여 필연적으로 발생할 수 밖에 없는 가스들이 가스 흡착층을 구성하는 가스 흡착물질과 직접적인 반응에 의하여 보다 빠르게 제거됨으로써, 스웰링 현상을 감소시켜 전지의 폭발 및 발화를 억제하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다. 특히 전지의 조립과정에서 발생할 수 있는 비이상적인 가스의 흡착을 미연에 방지하고 전지의 실제 활용 상태에서만 작동할 수 있는 이러한 구성은 현재까지 제시되지 않은 특별한 구성으로 본원 발명은 매우 단순한 구성을 통해서 강력한 효과를 나타내고 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
(부호의 설명)
100, 200: 파우치형 전지케이스
300: 캔형 전지케이스
110, 210: 라미네이트 시트
111, 211: 외부 피복층
112, 212: 금속층
113, 213: 내부 수지층
120, 320: 가스 흡착층
121, 321: 가스 흡착물질층
122, 222, 322: 차단층
223: 가스 흡착물질
130: 전해액
140: 전극조립체
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 전지케이스는 가스 흡착물질층 외면에 차단층이 개재되어 있어, 전극 조립 과정에서 공기중의 가스가 흡착되지 않고, 최종 밀봉 후 상기 차단층은 전해액에 의해 용해되기 때문에 전지 내부에서 발생하는 가스만 효과적으로 흡착할 수 있는 바, 전지 내부의 가스로 인한 두께 증가 및 전지 내압 증가를 방지하여 결과적으로 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 전지 내부의 불필요한 공간을 줄임으로써 셀의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 차단층이 고체 또는 겔 형태의 전해질로 이루어질 수 있는 바, 전지의 충방전 과정에서 소모된 전해액을 보충할 수 있어 향상된 수명 특성을 갖게 된다.

Claims (8)

  1. 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 수납되는 전지케이스에 있어서,
    상기 전지케이스 내측면에 가스 흡착층이 형성되고,
    상기 가스 흡착층은 전지 내부에서 발생된 가스를 흡착하는 가스 흡착물질층과 상기 가스 흡착물질층이 외부에 노출되지 않도록 가스 흡착물질층의 외면에 형성되는 차단층을 포함하는 전지케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 흡착층은 전해액이 접촉하는 상기 전지케이스의 수납부 내면 중의 적어도 일부에 형성되는 전지케이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차단층은 상기 전해액에 용해되는 물질로 이루어지는 파우치형 전지케이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 차단층은 전지케이스 내부로 주액되는 전해액에 의해 용해되어 상기 가스 흡착물질층이 전지케이스의 내측 표면에 노출되는 전지케이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가스 흡착물질층은 가스 흡착성을 갖는 유기화합물 또는 금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 가스 흡착물질을 포함하는 것인 전지케이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전지케이스는 외부 피복층, 금속층 및 내부 수지층을 포함하는 라미네이트 파우치 또는 캔형 금속으로 이루어진 전지케이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 내부 수지층에 가스 흡착물질이 포함되어 있는 전지케이스.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 전지케이스를 포함하는 전지셀.
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