WO2022220626A1 - 이차전지 - Google Patents

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WO2022220626A1
WO2022220626A1 PCT/KR2022/005440 KR2022005440W WO2022220626A1 WO 2022220626 A1 WO2022220626 A1 WO 2022220626A1 KR 2022005440 W KR2022005440 W KR 2022005440W WO 2022220626 A1 WO2022220626 A1 WO 2022220626A1
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WO
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secondary battery
vent member
density polyethylene
vent
linear low
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PCT/KR2022/005440
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English (en)
French (fr)
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김상훈
황수지
강민형
송대웅
유형균
임훈희
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a secondary battery having a vent member.
  • Secondary batteries can be applied to various products and have excellent electrical characteristics such as high energy density. Secondary batteries are widely used not only in portable devices, but also in electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs) powered by electricity. Secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving environmental friendliness and energy efficiency in that they can significantly reduce the use of fossil fuels and do not generate by-products in the process of energy consumption.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid electric vehicles
  • водород batteries include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and the like.
  • an electrode assembly including at least one unit cell having a cathode/separator/cathode structure is generally housed in a case of a laminate sheet in which an outer layer, a metal barrier layer, and a sealant layer are sequentially stacked, and the sealant of the sealant layer The electrode assembly is sealed by fusion of resin.
  • the battery may be ignited due to various causes, such as a short circuit inside the secondary battery, overcharge or overdischarge, and temperature control. At this time, the temperature inside the secondary battery rapidly rises, and at the same time, thermal propagation in which heat is transferred to adjacent cells may occur, which may further increase the fire.
  • an object of the present invention is to provide a secondary battery with improved safety by inducing gas discharge in a specific direction.
  • an object of the present invention is to provide a secondary battery with improved safety because it is possible to induce gas discharge in a specific direction when gas is generated while ensuring sealing properties during normal operation of the battery.
  • a lead film formed to surround a portion of an outer surface of the electrode lead and interposed between the electrode lead and the case;
  • vent member inserted into the vent region and comprising a linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms;
  • vent member has a thickness of 50 ⁇ m or more and less than 200 ⁇ m.
  • the vent member may have a thickness of 50 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • a third embodiment according to the first or second embodiment,
  • the vent member may include linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 to 8 carbon atoms.
  • a fourth embodiment according to any one of the first to third embodiments,
  • the case may include a sealing part formed to seal the electrode assembly, the sealing part may include a sealant resin, and the linear low-density polyethylene of the vent member may have a lower melting point than the sealant resin.
  • a fifth embodiment according to any one of the first to fourth embodiments,
  • the vent member may be melted at 100° C. to 120° C. to vent the gas.
  • the vent member may be vented at a pressure of 1.5 atm or more.
  • a seventh embodiment according to any one of the first to sixth embodiments,
  • the vent member may have a maximum sealing strength at 100° C. or higher of less than 6 kgf/15 mm.
  • the vent member may have an average sealing strength of less than 4.5 kgf/15 mm at 100° C. or higher.
  • a ninth embodiment according to any one of the first to eighth embodiments,
  • the vent member may have a maximum sealing strength of 6 kgf/15 mm or more at room temperature to 60°C.
  • the vent member may have an average sealing strength of 4.5 kgf/15 mm or more at room temperature to 60°C.
  • the linear low-density polyethylene may be polymerized in the presence of a metallocene catalyst.
  • the content of the comonomer having 6 or more carbon atoms may be 15 wt% or less.
  • the linear low density polyethylene may have a Poly Dispersity Index (PDI) of 4 or less.
  • PDI Poly Dispersity Index
  • a fourteenth embodiment according to any one of the fourth to thirteenth embodiments,
  • a difference between the crystallization temperature of the sealant resin and the crystallization temperature of the linear low-density polyethylene may be 10° C. or less.
  • the crystallization temperature of the linear low-density polyethylene may be in the range of 90 °C to 115 °C.
  • the linear low-density polyethylene may have a melting point of 100°C to 130°C.
  • the weight average molecular weight of the linear low-density polyethylene may be 100,000 g/mol to 400,000 g/mol.
  • a width of the vent member may be narrowed in a protruding direction of the electrode lead.
  • the vent member may have any one of a circular shape, an oval shape, a step shape, a triangle shape, and a trapezoid shape.
  • the vent area may be located in the sealing part.
  • the vent area may be located in a corner-side sealing portion of the case.
  • the secondary battery may be a pouch-type secondary battery.
  • a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms, and includes a vent member having a thickness of 50 ⁇ m or more and less than 200 ⁇ m, so that sealing property during normal operation of the battery It is possible to secure the gas and induce the gas to be discharged to the vent area when gas is generated. Accordingly, the safety of the battery is improved.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing a state in which a vent is generated in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a partially enlarged plan view of a lead film and a vent member of a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partially enlarged plan view of a lead film and a vent member of a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a partially enlarged plan view of a lead film and a vent member of a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing the maximum sealing strength according to temperature of the vent member in the secondary batteries prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3;
  • a secondary battery includes an electrode assembly to which an electrode lead is attached; a case accommodating the electrode assembly therein; a lead film formed to surround a portion of an outer surface of the electrode lead and interposed between the electrode lead and the case; a vent area formed in at least a portion of the case; and a vent member inserted into the vent region and comprising a linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms.
  • the thickness of the vent member is 50 ⁇ m or more and less than 200 ⁇ m.
  • FIG. 1 and 2 show a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 10 includes an electrode assembly 12 to which an electrode lead 11 is attached, and a case 13 .
  • the electrode assembly 12 includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator.
  • a positive electrode plate and a negative electrode plate may be sequentially stacked with a separator interposed therebetween.
  • the positive electrode plate may include a metal thin plate having excellent conductivity, for example, a positive electrode current collector made of aluminum (Al) foil, and a positive electrode active material layer coated on at least one surface thereof.
  • the positive electrode plate may include a positive electrode tab made of a metal material, for example, an aluminum (Al) material, at one end thereof. The positive electrode tab may protrude from one end of the positive electrode plate. The positive electrode tab may be welded to one end of the positive electrode plate or bonded using a conductive adhesive.
  • the negative electrode plate may include a conductive metal thin plate, for example, a negative electrode current collector made of copper (Cu) foil, and a negative electrode active material layer coated on at least one surface thereof.
  • the negative electrode plate may include a negative electrode tab formed of a metal material, for example, a nickel (Ni) material at one end. The negative electrode tab may protrude from one end of the negative electrode plate. The negative electrode tab may be welded to one end of the negative electrode plate or may be bonded using a conductive adhesive.
  • the separator is positioned between the positive and negative plates to electrically insulate the positive and negative plates from each other.
  • the separator may be a porous membrane between the positive and negative plates to allow lithium ions to pass through each other.
  • the separator may include, for example, a porous membrane using polyethylene (PE), polypropylene (PP), or a composite film thereof.
  • An inorganic coating layer may be provided on the surface of the separator.
  • the inorganic coating layer may have a structure in which inorganic particles are bonded to each other by a binder to form an interstitial volume between the particles.
  • the electrode assembly 12 is a jelly-roll (winding type) electrode assembly having a structure in which long sheet-shaped positive electrodes and negative electrodes are wound in a state in which a separator is interposed, and a plurality of positive and negative electrodes cut in units of a predetermined size are interposed with a separator.
  • a stack type (stacked type) electrode assembly that is sequentially stacked in one state, a stack of bi-cells or full-dells in which positive and negative electrodes of a predetermined unit are stacked with a separator interposed therebetween / It may be a folding type electrode assembly.
  • the case 13 serves to accommodate the electrode assembly 12 .
  • the case 13 is, as shown in FIG. 1 , a receiving part 13a for accommodating the electrode assembly 12 , and a sealing part formed to seal the electrode assembly 12 ( 13b) may be provided.
  • the sealing part 13b may include a sealant resin, and the sealant resin may be fused along an outer circumferential surface of the accommodation part 13a to seal the electrode assembly 12 .
  • the case 13 may be provided in the form of a film having a multilayer structure including an outer layer for external impact protection, a metal barrier layer for blocking moisture, and a sealant layer for sealing the case.
  • the outer layer is polyester-based using poly(ethylene terephthalate) (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, co-polyester, polycarbonate, nylon, etc. It may include a film, and may consist of a single layer or multiple layers.
  • PET poly(ethylene terephthalate)
  • PET polybutylene terephthalate
  • polyethylene naphthalate polybutylene naphthalate
  • co-polyester polycarbonate
  • nylon nylon
  • It may include a film, and may consist of a single layer or multiple layers.
  • the metal barrier layer may include aluminum, copper, or the like.
  • the sealant layer may include a sealant resin, and may be configured as a single layer or multiple layers.
  • the sealant resin may include polypropylene (PP), acid modified polypropylene (PPa), random polypropylene, ethylene propylene copolymer, or two or more of these.
  • the ethylene-propylene copolymer may include, but is not limited to, an ethylene-propylene rubber, an ethylene-propylene block copolymer, and the like.
  • the case 13 may be in the form of a pouch.
  • the pouch-shaped battery case 13 may include an upper pouch and a lower pouch.
  • the upper pouch and the lower pouch are arranged so that the sealant resin faces each other, and then the opposite sealant resin is fused to each other by heat and pressure to seal the battery.
  • the fusion of the sealing part 13b may be thermal fusion or ultrasonic fusion, but is not particularly limited as long as the sealing part 13b can be fused.
  • the sealing portion 13b may be four-sided sealed or three-sided sealed at the edge of the case 13 in some embodiments.
  • the interface between the upper pouch and the lower pouch is bent so that the receiving portions 13a formed in the upper pouch and the lower pouch are overlapped. The edges of the remaining three sides are sealed.
  • the electrode lead 11 may be accommodated in the case 13 so that a portion of the electrode lead 11 is exposed to the outside of the case 13 .
  • the secondary battery 10 includes a lead film 14 .
  • the lead film 14 surrounds a portion of the outer surface of the electrode lead 11 , and is interposed between the electrode lead 11 and the case 13 .
  • the lead film 14 is interposed between the electrode lead 11 and the sealing portion 13b of the case 13 at which the electrode lead 11 protrudes or extends from the case 13 , ) and the case 13 may help binding.
  • the secondary battery 10 includes a vent region (not shown) formed in at least a portion of the case 13, and a vent member ( 15) can be inserted.
  • a vent region not shown
  • the vent member 15 induces gas to be discharged in a specific direction, thereby improving battery safety.
  • the vent member 15 and the case 13 may be overlapped by thermal fusion. In another example, the vent member 15 and the case 13 may be overlapped through an adhesive such as glue. In another example, the vent member 15 and the case 13 may be physically coupled to each other through a clip or the like. In another example, at least a portion of the vent member 15 may be embedded in a film constituting the case 13 , for example, a sealant resin.
  • the vent member 15 includes linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms.
  • the sealing property of the case 13 is excellent in a normal temperature range, for example, 60° C. at room temperature, and at a high temperature, such as 100° C. or more.
  • the sealing strength of the case in which the vent member 15 is inserted may be reduced to realize or induce venting.
  • FIG. 3 is a view showing a state in which a vent is generated in a secondary battery according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a vent member in a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the vent member serves to seal the case from the outside. If the temperature of the battery is excessively increased due to abnormal operation of the battery, the vent member is melted and the sealing strength of the portion into which the vent member is inserted is reduced. Therefore, gas can be discharged into this part. For example, as the pressure of the gas inside the battery is applied to the interface between the vent member and the battery case, a gap may be formed between the vent member and the battery case, and the gas may be discharged thereto.
  • the vent member 15 may include a linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 to 8 carbon atoms.
  • the linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms may have a lower melting point than the sealant resin.
  • the linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms may be melted faster than the sealant resin at a high temperature.
  • the sealing strength of the portion into which the vent member 15 is inserted is lower than the sealing strength of the case portion including the sealant resin, the vent characteristics may be more easily realized.
  • the linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms may have a melting point of 100°C to 130°C, or 105°C to 125°C, or 110°C to 120°C.
  • the sealing strength of the case 13 in which the vent member 15 is inserted is lowered at a high temperature, for example, 100° C. or higher, so that the vent characteristics are realized. It may be easier to become
  • the melting point of the linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms may be measured using a differential scanning calorimeter (DSC). For example, the temperature of the sample is increased from 30°C to 280°C at 10°C/min, maintained at 280°C for 10 minutes, cooled to 30°C at 10°C/min, and then maintained at 30°C for 10 minutes. Thereafter, the melting point can be measured by increasing the temperature of the sample from 30° C. to 280° C. at 10° C./min and maintaining the temperature at 280° C. for 10 minutes.
  • DSC differential scanning calorimeter
  • the linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms may be polymerized in the presence of a metallocene catalyst.
  • a metallocene catalyst it may be more advantageous in terms of sealing strength and physical properties than when polymerized in the presence of a Ziegler-Natta catalyst.
  • the content of the comonomer having 6 or more carbon atoms in the linear low density polyethylene having the comonomer having 6 or more carbon atoms is 15% by weight or less compared to 100% by weight of the linear low density polyethylene having the comonomer having 6 or more carbon atoms, or 12 wt% or less, or 11.8 wt% or less, or 10 wt% or less, or 9 wt% or less, or 8 wt% or less, or 7.6 wt% or less.
  • the content of the comonomer having 6 or more carbon atoms is 5% by weight or more, or 7.6% by weight or more, or 8% by weight or more, or 9.0% by weight or more, or 10 wt% or more, or 11.8 wt% or more, or 12 wt% or more.
  • the packing density between molecules is reduced, and it may be easy to prevent a problem in which the sealing strength is lowered during normal operation of the battery.
  • the content of the comonomer having 6 or more carbon atoms may be measured by H-NMR. For example, after completely dissolving about 10 mg of a sample in about 0.6 mL of a trichlorethylene solvent using a heater gun (heat gun), it can be sampled in an NMR tube, and measured using 1 H-NMR.
  • a heater gun heat gun
  • the weight average molecular weight of the linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms is 100,000 g/mol to 400,000 g/mol, or 200,000 g/mol to 350,000 g/mol, or It may be 230,000 g/mol to 300,000 g/mol.
  • sealing strength may be further improved during normal operation of the battery.
  • the polydispersity index (PDI) of the linear low density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms is 4 or less, or 3.8 or less, or 3.796 or less, or 3.5 or less, or 3.023 or less, or 3 or less, or 2.7 or less, or 2.674 or less.
  • the polydispersity index (PDI) may be 1.0 or more.
  • the weight average molecular weight and polydispersity index of the linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms may be measured by gel permeation chromatography (GPC) under the following conditions.
  • the crystallization temperature of the sealant resin and the crystallization temperature of the linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms may be similar.
  • the difference between the crystallization temperature of the sealant resin and the crystallization temperature of the linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms may be 10°C or less or 5°C or less.
  • a difference between the crystallization temperature of the sealant resin and the crystallization temperature of the linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms may be 0.1° C. or more.
  • the battery of the linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms with the sealant resin is normal.
  • the fusion property during operation may be better.
  • the crystallization temperature of the linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms is 90°C to 115°C, or 95°C to 110°C, or 100°C to 110°C, or 105°C to 110°C.
  • the crystallization temperature of the linear low-density polyethylene having the comonomer having 6 or more carbon atoms satisfies the above range, the fusion properties of the sealant resin and the linear low-density polyethylene having the comonomer having 6 or more carbon atoms may be more excellent.
  • the difference between the crystallization temperature of the sealant resin and the crystallization temperature of the linear low-density polyethylene having the comonomer having 6 or more carbon atoms is 10° C. or less, and the crystallization of the linear low-density polyethylene having the comonomer having 6 or more carbon atoms
  • the temperature may be between 90°C and 115°C.
  • the crystallization temperature may be measured using a differential scanning calorimeter (DSC). For example, after increasing the temperature of the sample from 30°C to 280°C at 10°C/min, holding at 280°C for 10 minutes, cooling to 30°C at 10°C/min, and then maintaining at 30°C for 10 minutes . Thereafter, the crystallization temperature can be measured by increasing the temperature of the sample from 30° C. to 280° C. at 10° C./min and maintaining the temperature at 280° C. for 10 minutes.
  • DSC differential scanning calorimeter
  • the thickness of the vent member 15 is 50 ⁇ m or more and less than 200 ⁇ m.
  • sealing properties of the battery may be secured during normal operation of the battery, for example, at room temperature to 60°C.
  • sealing properties of the battery can be ensured at 60°C.
  • the thickness of the vent member 15 is 200 ⁇ m or more, it is difficult to secure sealing properties of the battery during normal operation of the battery. In particular, it is difficult to secure the sealing property of the battery at 60°C.
  • the thickness of the vent member 15 is 200 ⁇ m or more, than when the thickness of the vent member 15 is 50 ⁇ m or more and less than 200 ⁇ m, during normal operation of the battery, for example, the vent member at room temperature to 60 ° C.
  • the sealing strength can be significantly lower. In particular, the sealing strength of the case portion into which the vent member is inserted at 60° C. is remarkably low, which may make it difficult to secure the sealing property of the battery.
  • the thickness of the vent member 15 is less than 50 ⁇ m, there is a risk that the vent member 15 is deformed in the process of fusing the vent member 15 and the case 13 . Accordingly, the processing characteristics of the vent member 15 are remarkably deteriorated.
  • the vent member 15 may have a thickness of 50 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the thickness of the vent member 15 satisfies the above-described range, it may be easier to secure sealing properties of the battery during normal operation of the battery. In particular, it may be easy to secure the sealing property of the battery at 60°C.
  • the vent member 15 may have a structure that is narrowed along the protruding direction of the electrode lead 11 .
  • the width of the vent member 15 may be continuously or discontinuously narrowed along the protruding direction of the electrode lead 11 .
  • FIGS. 4 to 6 are partially enlarged views of the lead film 14 and the vent member 15 in the secondary battery 10 according to another embodiment of the present invention.
  • the vent member 15 may have, for example, an elliptical or stepped shape.
  • the shape of the vent member 15 may have other shapes such as a circle, a triangle, a trapezoid, and the like.
  • the vent member 15 may have an asymmetric step-type structure.
  • an offset may be formed between the steps so that direct contact between the vented gas and the electrode lead 11 can be minimized.
  • the size (exhaust angle of the vented gas) and the position (distance from the electrode lead 11) of the exhaust end of the vent member 15 are the vented gas and the electrode lead, as best shown in FIG. 6 .
  • the discharge direction of the vented gas may be further spaced apart from the side surface of the electrode lead 11 as shown in FIG. 6 .
  • the vent member 15 may be vented at 100° C. to 120° C. to discharge or exhaust gas from the housing to the outside of the battery.
  • the vent member 15 may be vented at a pressure of 1.5 atm or more at 100°C to 120°C.
  • the vent member 15 is vented in the aforementioned temperature range and/or the aforementioned pressure condition, it is possible to seal the battery when the battery operates normally and to induce gas discharge only when the battery operates abnormally.
  • the vent member 15 may have a maximum sealing strength at 100° C. or higher of less than 6 kgf/15 mm, or less than 5 kgf/15 mm, or less than 4.5 kgf/15 mm. In one embodiment of the present invention, the vent member 15 may have a maximum sealing strength between 100° C. and 120° C. of less than 6 kgf/15 mm, or less than 5 kgf/15 mm, or less than 4.5 kgf/15 mm. . In one embodiment of the present invention, the vent member 15 has a maximum sealing strength at 120° C. or higher of less than 3 kgf/15 mm, or less than 2 kgf/15 mm, or less than 1 kgf/15 mm, or 0.5 kgf It may be less than /15 mm.
  • the sealing strength of the portion of the case 13 into which the vent member 15 is inserted at a high temperature for example, 100° C. or higher, is lowered, so that the vent characteristics are reduced. It may be easier to implement.
  • the vent member 15 has a maximum sealing strength of 6 kgf/15 mm or more, or 7 kgf/15 mm or more, or 8 kgf/15 mm or more at room temperature to 60° C., or 9 kgf/15 mm or more, or 10 kgf/15 mm or more.
  • the vent member 15 satisfies the above-described sealing strength in the above-described temperature range, even if the vent member 15 is inserted, the portion of the case 13 into which the vent member 15 is inserted during normal operation of the battery Having this excellent sealing strength, it may be easy to secure the sealing property of the battery.
  • the vent member 15 has a maximum sealing strength of less than 6 kgf/15 mm at 100° C. or higher, and the vent member 15 has a maximum sealing strength at room temperature to 60° C. of 6 kgf/15 mm or more.
  • the sealing strength of the case 13 in which the vent member 15 is inserted is lowered at a high temperature, for example, 100° C. or higher, so that the vent characteristic can be easily implemented. have.
  • the case 13 has excellent sealing strength, so it may be easy to secure the sealing property of the battery.
  • the vent member 15 may have an average sealing strength at 100° C. or higher of less than 4.5 kgf/15 mm, or less than 3 kgf/15 mm. In one embodiment of the present invention, the vent member 15 may have an average sealing strength at 100°C to 120°C of less than 4.5 kgf/15 mm, or less than 3 kgf/15 mm. In an embodiment of the present invention, the vent member 15 may have an average sealing strength at 120° C. or higher of less than 2 kgf/15 mm, or less than 1 kgf/15 mm, or less than 0.5 kgf/15 mm.
  • the sealing strength of the portion of the case 13 into which the vent member 15 is inserted at a high temperature for example, 100° C. or higher, is lowered, so that the vent characteristics are reduced. It may be easier to implement.
  • the vent member 15 has an average sealing strength at room temperature to 60° C. of 4.5 kgf/15 mm or more, or 5 kgf/15 mm or more, or 6 kgf/15 mm or more, or 7 kgf/15 mm or more.
  • the vent member 15 satisfies the above-described sealing strength in the above-described temperature range, even if the vent member 15 is inserted, the portion of the case 13 into which the vent member 15 is inserted during normal operation of the battery Having this excellent sealing strength, it may be easy to secure the sealing property of the battery.
  • the vent member 15 may have an average sealing strength of less than 4.5 kgf/15 mm at 100° C. or higher, and an average sealing strength of 4.5 kgf/15 mm or more at room temperature to 60° C. .
  • the vent member 15 has the above-described sealing strength in the above-described temperature range, the sealing strength of the portion of the case 13 into which the vent member 15 is inserted is lowered at a high temperature, for example, 100° C. or higher, so that the vent characteristic is realized. It can be easy to be In addition, since the case 13 has excellent sealing strength during normal operation of the battery, it may be easy to secure sealability of the battery.
  • the sealing strength of the vent member 15 according to the temperature is determined by cutting the case 13 where the vent member 15 is inserted to a width of 15 mm and a length of 5 cm, then spread the ends at 180° and bite the UTM jig, It can be measured by performing a tensile test at a rate of 5 mm/min.
  • the maximum sealing strength means the maximum value when the case 13 is ruptured, and the average sealing strength is 4.5 kgf/15 mm when the maximum sealing strength is 4.5 kgf/15 mm or more and the case 13 is 8 It means an average value when stretched by mm, and when the maximum sealing strength is less than 4.5 kgf/15 mm, it means an average value when the case 13 is stretched by 8 mm at the maximum sealing strength.
  • the vent member 15 may be located in the sealing portion.
  • the vent member 15 may be located at a corner-side sealing portion of the case.
  • the vent member 15 may be located at a corner side of the sealing part to which the electrode lead 11 is exposed to the outside.
  • the vent member 15 may be located in a sealing portion next to the electrode leads 11 except for the area between the electrode leads 11 .
  • the sealing portion (13b) when the sealing portion (13b) is sealed on three sides, the bent side of the case and one end of the vent member 15 may be in close contact.
  • the vent member 15 may be inserted into the case 13 so that the insertion length can be changed or the venting pressure and position can be controlled according to the design.
  • the insertion length of the vent member means the maximum value of the distance between one end and the other end of the vent member based on the protruding direction of the electrode lead.
  • the insertion length of the vent member 15 may be smaller than the width of the sealing portion (13b).
  • the insertion length of the vent member 15 may be less than about 50% of the width of the sealing portion 13b.
  • the width of the sealing part 13b means the maximum value of the distance between one end and the other end of the sealing part 13b based on the protruding direction of the electrode lead 11 .
  • the insertion length of the vent member 15 may be greater than the width of the sealing portion (13b).
  • the vent member 15 may be inserted from the accommodating part 13a through the sealing part 13b to be exposed to the outside of the case 13 .
  • the vent member 15 may further include an adhesive layer for smoother placement.
  • the vent member 15 may be located in a sealing portion other than the sealing portion to which the electrode lead 11 is exposed to the outside.
  • the vent member 15 may be located in a sealing portion to which the electrode lead 11 is exposed to the outside.
  • the vent member 15 may be located in a sealing portion between the electrode lead 11 and the electrode lead 11 .
  • the vent member 15 may have a film shape.
  • the secondary battery may be a cylindrical, prismatic, or pouch-type secondary battery.
  • the secondary battery may be a pouch-type secondary battery.
  • the upper and lower pouches in which poly(ethylene terephthalate)/aluminum foil/polypropylene resin are sequentially stacked are placed so that the polypropylene resin faces each other, and then stacked in the order of anode/separator/cathode
  • the electrode assembly was housed.
  • a vent member comprising a linear low-density polyethylene (LG Chem, Lucene TM , SP311) having a comonomer having 6 carbon atoms polymerized in the presence of a metallocene catalyst having a thickness of 50 ⁇ m is inserted between the polypropylene resin. After that, a secondary battery was manufactured by thermal fusion.
  • LG Chem, Lucene TM , SP311 linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 carbon atoms polymerized in the presence of a metallocene catalyst having a thickness of 50 ⁇ m
  • the thickness of the vent member comprising a linear low-density polyethylene (LG Chem, Lucene TM , SP311) having a comonomer having 6 carbon atoms polymerized in the presence of a metallocene catalyst was 100 ⁇ m A secondary battery was manufactured.
  • the upper pouch and the lower pouch in which polyethylene terephthalate (poly(ethylene terephthalate))/aluminum foil/polypropylene resin are sequentially stacked are arranged so that the polypropylene resin faces each other, and then the anode/separator/cathode electrode assembly is stacked in that order. was received.
  • the polypropylene resin was heat-sealed to prepare a secondary battery.
  • the thickness of the vent member comprising a linear low-density polyethylene (LG Chem, Lucene TM , SP311) having a comonomer having 6 carbon atoms polymerized in the presence of a metallocene catalyst was 200 ⁇ m
  • a secondary battery was manufactured.
  • the thickness of the vent member comprising a linear low-density polyethylene (LG Chem, Lucene TM , SP311) having a comonomer having 6 carbon atoms polymerized in the presence of a metallocene catalyst was 300 ⁇ m A secondary battery was manufactured.
  • the sealing part was cut to a width of 15 mm and a length of 5 cm at the following temperature, spread both ends at 180°, bit into a UTM jig, and then a tensile test was performed at a rate of 5 mm/min. did.
  • the sealing strength of the case at this time is shown in Table 1 and FIGS. 7 to 8 below.
  • the maximum sealing strength means the maximum value when the case is ruptured, and the average sealing strength is when the case is elongated by 8 mm at 4.5 kgf/15 mm when the maximum sealing strength is 4.5 kgf/15 mm or more. It means an average value, and when the maximum strength is less than 4.5 kgf/15 mm, it means an average value when the case is stretched by 8 mm at the maximum sealing strength.
  • the secondary batteries prepared in Examples 1 and 2 had the maximum sealing strength and average sealing strength at room temperature to 60° C. It was confirmed that the maximum sealing strength and average sealing strength at room temperature to 60° C. of the case of the manufactured secondary battery were similar to those of the case.
  • the maximum sealing strength and the average sealing strength at 100° C. or higher of the case portion into which the vent member is inserted were at 100° C. or higher of the case of the secondary battery prepared in Comparative Example 1. It was confirmed that the level was significantly lower than the maximum sealing strength and the average sealing strength.
  • the secondary battery having the vent member manufactured in Examples 1 and 2 can ensure adequate sealing strength when the battery is operating normally, and the vent member with reduced sealing strength when the battery becomes high temperature due to an abnormal phenomenon gas can be released through
  • the secondary battery prepared in Comparative Example 1 can secure adequate sealing strength when the battery operates normally, but when the battery becomes high due to an abnormal phenomenon, the gas is discharged in an unspecified direction to cause a chain ignition of the battery.
  • the maximum sealing strength and average sealing strength at room temperature to 60° C. of the case portion into which the vent member is inserted in particular, the maximum sealing strength and average sealing strength at 60° C. It was confirmed that the maximum sealing strength and the average sealing strength at room temperature to 60° C. of the vent member of the secondary battery manufactured in Steps 2 to 2 were significantly lower than that of the case part. From this, it was confirmed that the secondary batteries prepared in Comparative Examples 2 and 3 could not secure adequate sealing strength when the batteries were operating normally.

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Abstract

본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체에 부착된 전극 리드; 내부에 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스; 상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸도록 형성되고, 상기 전극 리드와 상기 케이스 사이에 개재되는 리드 필름; 상기 케이스의 적어도 일부에 형성된 벤트 영역; 및 상기 벤트 영역에 삽입되고, 탄소수 6 이상의 코모노머(comonomer)를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 벤트 부재;를 포함하고, 상기 벤트 부재의 두께가 50 ㎛ 이상 200 ㎛ 미만이다.

Description

이차전지
본 출원은 2021년 4월 14일에 출원된 한국특허출원 제10-2021-0048823호에 기초한 우선권을 주장한다.
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 벤트 부재를 구비한 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 다양한 제품에 적용이 가능하며 높은 에너지 밀도 등 전기적 특성이 우수하다. 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전력으로 구동되는 전기자동차(EV)나 하이브리드 전기자동차(HEV)에도 많이 사용된다. 이차전지는 화석연료의 사용을 크게 줄일 수 있고 에너지 소비 과정에서 부산물이 발생하지 않는다는 점에서 환경 친화성 및 에너지 효율 향상을 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지로는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다.
이차전지는 일반적으로 양극/분리막/음극 구조를 갖는 적어도 하나의 단위 셀을 포함하는 전극 조립체가 외층, 금속 배리어층, 실란트층이 순차적으로 적층된 라미네이트 시트의 케이스에 수납되고, 상기 실란트층의 실란트 수지를 융착하여 전극 조립체가 밀봉된 구조를 갖는다.
종래의 이차전지에서는 이차전지 내부의 단락, 과충전 또는 과방전, 온도 조절 등 다양한 원인에 의해 전지가 발화될 수 있다. 이때, 이차전지 내부의 온도가 급격히 상승함과 동시에 인접 셀로 열이 전달되는 열 폭주 현상(Thermal Propagation)이 발생하여 화재가 더욱 커질 수 있다.
열 폭주 현상 발생 시, 즉 이차전지 내부 온도가 상승할 때, 가스에 의한 전극의 손상을 최소화하기 위해, 가스를 한 방향으로 배출하는 디렉셔널 벤팅(Directional Venting) 특성이 요구된다. 그러나, 종래의 이차전지는 특정 방향으로 가스 배출을 유도하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 특정 방향으로 가스 배출을 유도하여 안전성이 향상된 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전지의 정상 작동 시에는 밀봉성을 확보할 수 있으면서 가스 발생 시 특정 방향으로 가스 배출을 유도할 수 있어 안전성이 향상된 이차전지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예들의 이차전지가 제공된다.
제1 구현예는,
전극 조립체;
상기 전극 조립체에 부착된 전극 리드;
내부에 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스;
상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸도록 형성되고, 상기 전극 리드와 상기 케이스 사이에 개재되는 리드 필름;
상기 케이스의 적어도 일부에 형성된 벤트 영역; 및
상기 벤트 영역에 삽입되고, 탄소수 6 이상의 코모노머(comonomer)를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 벤트 부재;를 포함하고,
상기 벤트 부재의 두께가 50 ㎛ 이상 200 ㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지에 관한 것이다.
제2 구현예는, 제1 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재의 두께가 50 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다.
제3 구현예는, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재가 탄소수 6 내지 8의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있다.
제4 구현예는, 제1 구현예 내지 제3 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 케이스는 상기 전극 조립체를 밀봉하기 위해 형성된 실링부를 구비할 수 있고, 상기 실링부는 실란트 수지를 포함할 수 있고, 상기 벤트 부재의 선형 저밀도 폴리에틸렌은 상기 실란트 수지보다 융점이 낮을 수 있다.
제5 구현예는, 제1 구현예 내지 제4 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재가 100℃ 내지 120℃에서 용융되어 가스를 벤트하는 것일 수 있다.
제6 구현예는, 제5 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재가 1.5 atm 이상의 압력에서 벤팅되는 것일 수 있다.
제7 구현예는, 제1 구현예 내지 제6 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 100℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만일 수 있다.
제8 구현예는, 제1 구현예 내지 제7 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 100℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만일 수 있다.
제9 구현예는, 제1 구현예 내지 제8 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 상온 내지 60℃에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 이상일 수 있다.
제10 구현예는, 제1 구현예 내지 제9 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 상온 내지 60℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 이상일 수 있다.
제11 구현예는, 제1 구현예 내지 제10 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 선형 저밀도 폴리에틸렌이 메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 것일 수 있다.
제12 구현예는, 제1 구현예 내지 제11 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 100 중량%을 기준으로 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량이 15 중량% 이하일 수 있다.
제13 구현예는, 제1 구현예 내지 제12 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 선형 저밀도 폴리에틸렌이 4 이하의 다분산성 지수(Poly Dispersity Index; PDI)를 가질 수 있다.
제14 구현예는, 제4 구현예 내지 제13 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 실란트 수지의 결정화 온도와 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌의 결정화 온도의 차이가 10℃ 이하일 수 있다.
제15 구현예는, 제14 구현예에 있어서,
상기 선형 저밀도 폴리에틸렌의 결정화 온도가 90℃ 내지 115℃일 수 있다.
제16 구현예는, 제1 구현예 내지 제15 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 선형 저밀도 폴리에틸렌이 100℃ 내지 130℃의 융점을 가질 수 있다.
제17 구현예는, 제1 구현예 내지 제16 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 선형 저밀도 폴리에틸렌의 중량평균분자량이 10만 g/mol 내지 40만 g/mol일 수 있다.
제18 구현예는, 제1 구현예 내지 제17 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재의 폭이 전극 리드의 돌출 방향을 따라 좁아질 수 있다.
제19 구현예는, 제1 구현예 내지 제18 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재가 원형, 타원형, 스텝형, 삼각형, 및 사다리꼴 형상 중 어느 하나를 가지는 것일 수 있다.
제20 구현예는, 제4 구현예 내지 제19 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 영역이 상기 실링부에 위치할 수 있다.
제21 구현예는, 제20 구현예에 있어서,
상기 벤트 영역이 상기 케이스의 코너 측 실링부에 위치할 수 있다.
제22 구현예는, 제1 구현예 내지 제21 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 이차전지는 파우치형 이차전지일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지는 탄소수 6 이상의 코모노머(comonomer)를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함하고, 두께가 50 ㎛ 이상 200 ㎛ 미만인 벤트 부재를 구비하여, 전지의 정상 작동 시에는 밀봉성을 확보할 수 있으면서 가스 발생 시 벤트 영역으로 가스 배출을 유도할 수 있다. 이에 따라, 전지의 안전성이 향상된다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지의 분해 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지를 나타내는 평면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지에서 벤트가 발생하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지의 리드 필름 및 벤트 부재를 부분적으로 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지의 리드 필름 및 벤트 부재를 부분적으로 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지의 리드 필름 및 벤트 부재를 부분적으로 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 7은, 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 이차전지에서 벤트 부재의 온도별 최대 실링 강도를 나타낸 도이다.
도 8은, 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 이차전지에서 벤트 부재의 온도별 평균 실링 강도를 나타낸 도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 이차전지는, 전극 리드가 부착된 전극 조립체; 내부에 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스; 상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸도록 형성되고, 상기 전극 리드와 상기 케이스 사이에 개재되는 리드 필름; 상기 케이스의 적어도 일부에 형성된 벤트 영역; 및 상기 벤트 영역에 삽입되고, 탄소수 6 이상의 코모노머(comonomer)를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 벤트 부재;를 포함한다. 이 때, 상기 벤트 부재의 두께가 50 ㎛ 이상 200 ㎛ 미만이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지를 나타낸 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이차전지(10)는 전극 리드(11)가 부착된 전극 조립체(12), 및 케이스(13)를 구비한다.
상기 전극 조립체(12)는 양극판, 음극판 및 분리막을 포함한다. 전극 조립체(12)는 분리막을 사이에 두고 양극판과 음극판이 순차적으로 적층될 수 있다.
양극판은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체와 이의 적어도 일면에 코팅된 양극 활물질층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 양극판은 일측 단부에 금속 재질, 이를테면 알루미늄(Al) 재질로 이루어진 양극탭을 포함할 수 있다. 상기 양극탭은 양극판의 일측 단부로부터 돌출될 수 있다. 상기 양극탭은 양극판의 일측 단부에 용접되거나 도전성 접착제를 이용하여 접합될 수 있다.
음극판은 도전성 금속 박판, 예를 들면 구리(Cu) 호일로 이루어진 음극 집전체와, 이의 적어도 일면에 코팅된 음극 활물질층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 음극판은 일측 단부에 금속 재질, 이를테면 니켈(Ni) 재질로 형성된 음극탭을 포함할 수 있다. 상기 음극탭은 음극판의 일측 단부로부터 돌출될 수 있다. 상기 음극탭은 음극판의 일측 단부에 용접되거나 도전성 접착제를 이용하여 접합될 수 있다.
분리막은 양극판과 음극판 사이에 위치하여, 양극판과 음극판을 서로 전기적으로 절연시킨다. 상기 분리막은 양극판과 음극판 사이에서 리튬 이온이 서로 통과할 수 있도록 다공성 막일 수 있다. 상기 분리막은, 예를 들어 폴리에틸렌(PE), 또는 폴리프로필렌(PP), 또는 이들의 복합필름을 사용한 다공성 막을 포함할 수 있다.
분리막의 표면에는 무기물 코팅층이 구비될 수 있다. 무기물 코팅층은 무기물 입자들이 바인더에 의해 서로 결합되어 입자들 사이에 기공 구조(interstitial volume)를 형성한 구조를 가질 수 있다.
전극 조립체(12)는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀 셀(Full dell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체 등일 수 있다.
상기 케이스(13)는 전극 조립체(12)를 수납하는 역할을 한다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 케이스(13)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(12)를 수납하는 수납부(13a), 및 전극 조립체(12)를 밀봉하기 위해 형성된 실링부(13b)를 구비할 수 있다.
상기 실링부(13b)는 실란트 수지를 포함할 수 있고, 상기 실란트 수지가 상기 수납부(13a)의 외주면을 따라 융착하여 전극 조립체(12)를 밀봉할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 케이스(13)는 외부 충격 보호를 위한 외층, 수분을 차단하는 금속 배리어층, 및 케이스를 밀봉하는 실란트층의 다층 구조의 필름 형태로 구비될 수 있다.
상기 외층은, 폴리(에틸렌테레프탈레이트)(Poly(ethylene terephthalate); PET), 폴리부틸렌테레프타레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트, 공중합 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 나일론 등을 사용한 폴리에스터계 필름을 포함할 수 있고, 단일층 또는 다층으로 구성될 수 있다.
상기 금속 배리어층은, 알루미늄, 구리 등을 포함할 수 있다.
상기 실란트층은 실란트 수지를 포함할 수 있고, 단일층 또는 다층으로 구성될 수 있다.
상기 실란트 수지는 폴리프로필렌(PP), 산 변성 폴리프로필렌(Acid modified polypropylene; PPa), 랜덤 폴리프로필렌(random polypropylene), 에틸렌 프로필렌 공중합체, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다. 상기 에틸렌 프로필렌 공중합체는 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene-propylene rubber), 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 케이스(13)는 파우치 형태일 수 있다.
파우치 형태의 전지 케이스(13)는 상부 파우치와 하부 파우치를 포함할 수 있다. 케이스(13)가 상부 파우치와 하부 파우치를 포함하는 경우, 실란트 수지가 서로 대향하도록 상부 파우치와 하부 파우치를 배치한 후, 대향하는 실란트 수지가 열과 압력에 의해 상호 융착됨으로써 전지를 밀봉하는 구조를 가질 수 있다.
실링부(13b)의 융착은 열융착, 초음파에 의한 융착 등일 수 있으나, 실링부(13b)를 융착시킬 수 있다면 특별히 제한되지는 않는다.
실링부(13b)는 일부 실시양태에서 케이스(13)의 테두리에서 4면 실링 또는 3면 실링될 수 있다. 3면 실링 구조에서, 상부 파우치와 하부 파우치가 하나의 파우치 시트에 형성된 후 상부 파우치 및 하부 파우치의 경계면을 절곡시켜 상부 파우치 및 하부 파우치에 형성된 수납부(13a)들이 포개지도록 한 상태에서 절곡부를 제외한 나머지 3면의 테두리가 실링된다.
상기 전극 리드(11)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 리드(11)의 일부가 상기 케이스(13)의 외부로 노출되도록 케이스(13)에 수납될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지(10)는 리드 필름(14)을 구비한다.
상기 리드 필름(14)은 상기 전극 리드(11)의 외면의 일부를 감싸고, 전극 리드(11)와 케이스(13) 사이에 개재된다. 예컨대, 리드 필름(14)이 전극 리드(11)와, 전극 리드(11)가 케이스(13)로부터 돌출되거나 연장되는 부분의 케이스(13)의 실링부(13b) 사이에 개재되어 전극 리드(11)와 상기 케이스(13)의 결착을 도울 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지(10)는 상기 케이스(13)의 적어도 일부에 형성된 벤트 영역(미도시)을 구비하고, 상기 벤트 영역에 벤트 부재(15)가 삽입될 수 있다. 열 폭주 현상 발생 시, 상기 벤트 부재(15)는 특정한 방향으로 가스의 배출을 유도하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 벤트 부재(15)와 케이스(13)는 열융착을 통해 중첩될 수 있다. 다른 예에서, 상기 벤트 부재(15)와 케이스(13)는 글루 등의 접착제를 통해 중첩될 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 벤트 부재(15)와 케이스(13)는 클립 등을 통해 물리적으로 상호 결합될 수 있다. 또 다른 예에서, 케이스(13)를 구성하는 필름, 예컨대, 실란트 수지 내에 벤트 부재(15)의 적어도 일부가 매립(embedding)될 수 있다.
상기 벤트 부재(15)는 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함한다. 상기 벤트 부재(15)가 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함함에 따라, 정상 온도 범위, 예컨대 상온에서 60℃에서는 케이스(13)의 밀봉성이 우수하면서, 고온, 예컨대 100℃ 이상에서 벤트 부재(15)가 삽입된 케이스의 실링 강도가 저하되어 벤팅을 실현하거나 유발할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지에서 벤트가 발생하는 상태를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 3은 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지에서 벤트 부재를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 전지가 정상적으로 작동하는 온도에서, 벤트 부재는 케이스를 외부로부터 밀봉하는 역할을 한다. 전지의 비정상적인 작동으로 인해 전지의 온도가 과도하게 상승하면 벤트 부재가 용융되면서 벤트 부재가 삽입된 부분의 실링 강도가 저하된다. 따라서, 이 부분으로 가스가 배출될 수 있다. 예를 들어, 전지 내부 가스의 압력이 벤트 부재와 전지 케이스 사이의 계면에 가해짐에 따라 벤트 부재와 전지 케이스 사이에 갭이 형성되어 그곳으로 가스가 배출될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)가 탄소수 6 내지 8의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌은 상기 실란트 수지보다 융점이 낮을 수 있다. 상기 탄소수 6 이상의 코노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌이 실란트 수지보다 융점이 낮은 경우, 고온에서 선형 저밀도 폴리에틸렌이 실란트 수지보다 더 빨리 용융될 수 있다. 벤트 부재(15)가 삽입된 부분의 실링 강도가 실란트 수지를 포함하는 케이스 부분의 실링 강도보다 더 저하됨에 따라 벤트 특성이 구현되기 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌이 100℃ 내지 130℃, 또는 105℃ 내지 125℃, 또는 110℃ 내지 120℃의 융점을 가질 수 있다. 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌이 전술한 범위를 만족하는 경우, 고온, 예컨대 100℃ 이상에서 벤트 부재(15)가 삽입된 케이스(13) 부분의 실링 강도가 저하되어 벤트 특성이 구현되기 더욱 용이할 수 있다.
상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 융점은 시차 주사 열량계(Differential scanning calorimeter; DSC)를 이용하여 측정할 수 있다. 예컨대, 시료의 온도를 30℃로부터 10℃/min으로 280℃까지 증가시킨 후, 280℃에서 10분 간 유지하고, 10℃/min으로 30℃까지 냉각한 후, 30℃에서 10분간 유지한다. 이후, 시료의 온도를 30℃로부터 10℃/min으로 280℃까지 증가시킨 후 280℃에서 10분간 온도를 유지하여 융점을 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌이 메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 것일 수 있다. 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌이 메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 것인 경우, 지글러-나타 촉매의 존재 하에 중합된 경우보다 실링 강도 및 물성 측면에서 더욱 유리할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌에서의 상기 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량이 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌 100 중량% 대비 15 중량% 이하, 또는 12 중량% 이하, 또는 11.8 중량% 이하, 또는 10 중량% 이하, 또는 9 중량% 이하, 또는 8 중량% 이하, 또는 7.6 중량% 이하일 수 있다. 동시에, 상기 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량이 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌 100 중량% 대비 5 중량% 이상, 또는 7.6 중량% 이상, 또는 8 중량% 이상, 또는 9.0 중량% 이상, 또는 10 중량% 이상, 또는 11.8 중량% 이상, 또는 12 중량% 이상일 수 있다. 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 분자 간 패킹 밀도가 감소하여, 전지의 정상 작동 시에 실링 강도가 낮아지는 문제를 방지하기 용이할 수 있다.
상기 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량은 H-NMR로 측정할 수 있다. 예컨대, 시료 약 10 mg을 트리클로로에틸렌 용매 약 0.6 mL에 히터 건(heat gun)을 사용하여 완전히 녹인 후, NMR 튜브에 샘플링하고, 1H-NMR을 이용하여 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 중량평균분자량이 10만 g/mol 내지 40만 g/mol, 또는 20만 g/mol 내지 35만 g/mol, 또는 23만 g/mol 내지 30만 g/mol일 수 있다. 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 중량평균분자량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지의 정상 작동 시에 실링 강도가 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 다분산성 지수(Poly Dispersity Index; PDI)가 4 이하, 또는 3.8 이하, 또는 3.796 이하, 또는 3.5 이하, 또는 3.023 이하, 또는 3 이하, 또는 2.7 이하, 또는 2.674 이하일 수 있다. 또한, 다분산성 지수(Poly Dispersity Index; PDI)가 1.0 이상일 수 있다. 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 다분산성 지수가 전술한 범위를 만족하는 경우, 분자량 분포가 좁아 전지의 정상 작동 시에 실링 강도 및 물성이 더욱 우수할 수 있다.
탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 중량평균분자량 및 다분산성 지수는 겔 투과 크로마토그래피(GPC: gel permeation chromatography)로 하기의 조건에서 측정한 것일 수 있다.
- 컬럼: Tosoh社 HLC-8321 GPC/HT
- 용매: TCB(Trichlorobenzene) + 0.04% BHT(after drying with 0.1% CaCl2)
- 유속: 1.0 ml/min
- 시료농도: 1.5 mg/ml
- 주입량: 300 ㎕
- 컬럼온도: 160℃
- Detector: RI detector
- Standard: Polystyrene (3차 함수로 보정)
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란트 수지의 결정화 온도와 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 결정화 온도가 비슷할 수 있다. 예컨대, 상기 실란트 수지의 결정화 온도와 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 결정화 온도의 차이가 10℃ 이하, 또는 5℃ 이하일 수 있다. 또한, 상기 실란트 수지의 결정화 온도와 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 결정화 온도의 차이가 0.1℃ 이상일 수 있다. 상기 실란트 수지의 결정화 온도와 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 결정화 온도의 차이가 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 실란트 수지와 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 전지의 정상 작동 시의 융착 특성이 더욱 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 결정화 온도가 90℃ 내지 115℃, 또는 95℃ 내지 110℃, 또는 100℃ 내지 110℃, 또는 105℃ 내지 110℃일 수 있다. 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 결정화 온도가 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 실란트 수지와 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 융착 특성이 더욱 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란트 수지의 결정화 온도와 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 결정화 온도의 차이가 10℃ 이하이고, 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 결정화 온도가 90℃ 내지 115℃일 수 있다.
상기 결정화 온도는 시차 주사 열량계(Differential scanning calorimeter; DSC)를 이용하여 측정할 수 있다. 예컨대, 시료의 온도를 30℃로부터 10℃/min으로 280℃까지 증가시킨 후, 280℃에서 10분 간 유지하고, 10℃/min으로 30℃까지 냉각한 후, 30℃에서 10분간 유지할 수 있다. 이후, 시료의 온도를 30℃로부터 10℃/min으로 280℃까지 증가시킨 후 온도를 280℃에서 10분간 유지하여 결정화 온도를 측정할 수 있다.
상기 벤트 부재(15)의 두께는 50 ㎛ 이상 200 ㎛ 미만이다. 상기 벤트 부재(15)의 두께가 전술한 범위를 만족함에 따라 전지의 정상 작동 시, 예컨대 상온 내지 60℃에서의 전지의 밀봉성을 확보할 수 있다. 예컨대, 전지의 정상 작동 시에 종래의 이차전지 수준의 실링 강도를 확보할 수 있다. 특히, 60℃에서 전지의 밀봉성을 확보할 수 있다.
벤트 부재(15)의 두께가 200 ㎛ 이상인 경우, 전지의 정상 작동 시에 전지의 밀봉성을 확보하기 어렵다. 특히, 60℃에서 전지의 밀봉성을 확보하기 어렵다. 벤트 부재(15)의 두께가 200 ㎛ 이상인 경우, 벤트 부재(15)의 두께가 50 ㎛ 이상 200 ㎛ 미만인 경우보다 전지의 정상 작동 시, 예컨대 상온 내지 60℃에서의 벤트 부재가 삽입된 케이스 부분의 실링 강도가 현저히 낮을 수 있다. 특히, 60℃에서 벤트 부재가 삽입된 케이스 부분의 실링 강도가 현저히 낮아 전지의 밀봉성을 확보하기 어려운 수준일 수 있다.
벤트 부재(15)의 두께가 50 ㎛ 미만인 경우, 벤트 부재(15)를 케이스(13)와 융착시키는 과정에서 벤트 부재(15)가 변형되는 위험이 있다. 이에 따라, 벤트 부재(15)의 가공 특성이 현저히 떨어진다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)의 두께가 50 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다. 벤트 부재(15)의 두께가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지의 정상 작동 시에 전지의 밀봉성을 확보하기 더욱 용이할 수 있다. 특히, 60℃에서 전지의 밀봉성을 확보하기 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)는 전극 리드(11)의 돌출 방향을 따라 좁아지는 구조를 가질 수 있다. 벤트 부재(15)의 폭은 전극 리드(11)의 돌출 방향을 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 좁아질 수 있다. 벤트 부재(15)가 전극 리드(11)의 돌출방향을 따라 좁아지는 구조를 가지는 경우, 벤트되는 가스의 배출 각을 줄여 전극 리드(11)의 측면으로 벤트되는 가스의 양을 최소화함으로써, 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시양태에 따른 이차전지(10)에서 리드 필름(14) 및 벤트 부재(15)를 부분적으로 확대하여 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 벤트 부재(15)는 예를 들어, 타원형 또는 스텝형의 형상을 가질 수 있다. 그러나, 벤트 부재(15)의 형상은 원형, 삼각형, 사다리꼴 등과 같은 다른 형상을 가질 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 벤트 부재(15)는 비대칭 스텝형 구조를 가질 수 있다. 비대칭 스텝형 구조에서, 벤트되는 가스와 전극 리드(11) 사이의 직접적인 접촉이 최소화될 수 있도록 스텝 사이에 오프셋(offset)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 벤트 부재(15)의 배출 단부의 크기(벤트된 가스의 배기 각도) 및 위치(전극 리드(11)로부터의 거리)는 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이 벤트된 가스와 전극 리드의 접촉을 최소화하도록 구성될 수 있다. 따라서, 전극 리드(11)로부터 멀리 가스를 유도하기 위해 벤트 부재의 배출 단부의 크기를 줄이고 전극 리드로부터 멀리 배출 단부를 위치시키는 것은 벤트된 가스와 전극 리드 사이의 접촉을 최소화할 것이다. 이 경우, 벤트되는 가스의 배출 방향은 도 6에 도시된 바와 같이 전극 리드(11)의 측면으로부터 더 이격될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)는 100℃ 내지 120℃에서 벤팅될 수 있어 수납부에서 전지 외부로 가스를 배출 또는 배기할 수 있다. 특히, 상기 벤트 부재(15)는 100℃ 내지 120℃에서 1.5 atm 이상의 압력에서 벤팅될 수 있다. 상기 벤트 부재(15)가 전술한 온도 범위 및/또는 전술한 압력 조건에서 벤팅됨에 따라, 전지가 정상 작동할 때에는 전지의 밀봉이 가능하면서 전지의 이상 작동 시에만 가스 배출을 유도할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)는 100℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만, 또는 5 kgf/15 mm 미만, 또는 4.5 kgf/15 mm 미만일 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)는 100℃ 내지 120℃에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만, 또는 5 kgf/15 mm 미만, 또는 4.5 kgf/15 mm 미만일 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)는 120℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 3 kgf/15 mm 미만, 또는 2 kgf/15 mm 미만, 또는 1 kgf/15 mm 미만, 또는 0.5 kgf/15 mm 미만일 수 있다. 상기 벤트 부재(15)가 전술한 온도 범위에서 전술한 실링 강도를 만족하는 경우, 고온, 예컨대 100℃ 이상에서 벤트 부재(15)가 삽입된 케이스(13) 부분의 실링 강도가 저하되어 벤트 특성이 구현되기 더욱 용이할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)는 상온 내지 60℃에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 이상, 또는 7 kgf/15 mm 이상, 또는 8 kgf/15 mm 이상, 또는 9 kgf/15 mm 이상, 또는 10 kgf/15 mm 이상일 수 있다. 상기 벤트 부재(15)가 전술한 온도 범위에서 전술한 실링 강도를 만족하는 경우, 벤트 부재(15)가 삽입되어 있더라도, 전지의 정상 작동 시에 벤트 부재(15)가 삽입된 케이스(13) 부분이 우수한 실링 강도를 가져 전지의 밀봉성을 확보하기 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)는 100℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만이고, 상기 벤트 부재(15)는 상온 내지 60℃에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 이상일 수 있다. 상기 벤트 부재(15)가 전술한 실링 강도를 만족하는 경우, 고온, 예컨대 100℃ 이상에서 벤트 부재(15)가 삽입된 케이스(13) 부분의 실링 강도가 저하되어 벤트 특성이 구현되기 용이할 수 있다. 또한, 전지의 정상적 작동 시에는 케이스(13)가 우수한 실링 강도를 가져 전지의 밀봉성을 확보하기 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)는 100℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만, 또는 3 kgf/15 mm 미만일 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)는 100℃ 내지 120℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만, 또는 3 kgf/15 mm 미만일 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)는 120℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 2 kgf/15 mm 미만, 또는 1 kgf/15 mm 미만, 또는 0.5 kgf/15 mm 미만일 수 있다. 상기 벤트 부재(15)가 전술한 온도 범위에서 전술한 실링 강도를 만족하는 경우, 고온, 예컨대 100℃ 이상에서 벤트 부재(15)가 삽입된 케이스(13) 부분의 실링 강도가 저하되어 벤트 특성이 구현되기 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)는 상온 내지 60℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 이상, 또는 5 kgf/15 mm 이상, 또는 6 kgf/15 mm 이상, 또는 7 kgf/15 mm 이상일 수 있다. 상기 벤트 부재(15)가 전술한 온도 범위에서 전술한 실링 강도를 만족하는 경우, 벤트 부재(15)가 삽입되어 있더라도, 전지의 정상 작동 시에 벤트 부재(15)가 삽입된 케이스(13) 부분이 우수한 실링 강도를 가져 전지의 밀봉성을 확보하기 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)가 100℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만이고, 상온 내지 60℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 이상일 수 있다. 상기 벤트 부재(15)가 전술한 온도 범위에서 전술한 실링 강도를 가지는 경우, 고온, 예컨대 100℃ 이상에서 벤트 부재(15)가 삽입된 케이스(13) 부분의 실링 강도가 저하되어 벤트 특성이 구현되기 용이할 수 있다. 또한, 케이스(13)가 전지의 정상 작동 시에 우수한 실링 강도를 가져 전지의 밀봉성을 확보하기 용이할 수 있다.
온도에 따른 벤트 부재(15)의 실링 강도는 벤트 부재(15)가 삽입된 부분의 케이스(13)를 폭 15mm, 길이 5cm로 재단한 뒤, 양 끝을 180°로 벌려 UTM 지그에 물린 뒤, 5 mm/min의 속도로 인장 테스트를 실시하여 측정할 수 있다.
이 때, 최대 실링 강도는 케이스(13)가 파단될 때의 최대값을 의미하며, 평균 실링 강도는 최대 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 이상인 경우에는 4.5 kgf/15 mm에서 케이스(13)가 8 mm 만큼 연신되었을 때의 평균값을 의미하고, 최대 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만인 경우에는 최대 실링 강도에서 케이스(13)가 8 mm 만큼 연신되었을 때의 평균값을 의미한다.
본 발명의 일 실시양태에서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 벤트 부재(15)가 실링부에 위치할 수 있다.
도 2를 참조하면, 벤트 부재(15)는 케이스의 코너 측 실링부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 벤트 부재(15)는 전극 리드(11)가 외부로 노출되는 실링부의 코너 측에 위치할 수 있다. 구체적으로, 벤트 부재(15)는 전극 리드(11) 사이의 영역을 제외한, 전극 리드(11) 옆의 실링부에 위치할 수 있다. 벤트 부재(15)가 전극 리드(11)가 외부로 노출되는 실링부의 코너 측에 위치하는 경우, 전극 리드(11)를 향하여 배출되는 가스의 양을 최소화할 수 있어 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 실링부(13b)가 3면에서 밀봉되는 경우, 케이스의 절곡된 측면과 벤트 부재(15)의 일단이 밀착될 수 있다.
또한, 벤트 부재(15)는 설계에 따라, 삽입길이를 다르게 하거나 벤팅 압력 및 위치 제어가 가능할 수 있게 케이스(13)에 삽입될 수 있다. 여기서, 벤트 부재의 삽입 길이는 전극 리드의 돌출 방향을 기준으로 벤트 부재의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다.
본 발명의 일 실시양태에서, 벤트 부재(15)의 삽입 길이는 실링부(13b)의 폭보다 작을 수 있다. 예를 들어, 벤트 부재(15)의 삽입 길이는 실링부(13b)의 폭의 약 50% 미만일 수 있다. 여기서, 실링부(13b)의 폭은 전극 리드(11)의 돌출 방향을 기준으로 실링부(13b)의 일단과 타단 사이의 거리의 최대값을 의미한다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 벤트 부재(15)의 삽입 길이는 실링부(13b)의 폭보다 클 수 있다. 예를 들어, 벤트 부재(15)는 수납부(13a)에서부터 실링부(13b)를 거쳐 케이스(13) 외부로 노출되도록 삽입될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 벤트 부재(15)는 더 원활한 배치를 위해 접착층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 벤트 부재(15)는 전극 리드(11)가 외부로 노출되는 실링부를 제외한 실링부에 위치할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 벤트 부재(15)는 전극 리드(11)가 외부로 노출되는 실링부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 벤트 부재(15)는 전극 리드(11)와 전극 리드(11) 사이의 실링부에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)는 필름 형상을 가지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 이차전지는 원통형, 각형, 또는 파우치형 이차전지일 수 있다. 그 중에서도, 상기 이차전지가 파우치형 이차전지일 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1
폴리(에틸렌테레프탈레이트)(poly(ethylene terephthalate))/알루미늄 호일/폴리프로필렌 수지가 차례대로 적층된 상부 파우치와 하부 파우치를 폴리프로필렌 수지가 서로 대향하도록 배치한 후, 양극/분리막/음극 순서대로 적층된 전극 조립체를 수납하였다.
그 다음, 상기 폴리프로필렌 수지 사이에 50 ㎛의 두께를 가지는 메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 탄소수 6의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LG화학, LuceneTM, SP311)을 포함하는 벤트 부재를 삽입한 후, 열융착하여 이차전지를 제조하였다.
실시예 2
메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 탄소수 6의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LG화학, LuceneTM, SP311)을 포함하는 벤트 부재의 두께가 100 ㎛인 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
비교예 1
폴리에틸렌테레프탈레이트(poly(ethylene terephthalate))/알루미늄 호일/폴리프로필렌 수지가 차례대로 적층된 상부 파우치와 하부 파우치를 폴리프로필렌 수지가 서로 대향하도록 배치한 후, 양극/분리막/음극 순서대로 적층된 전극 조립체를 수납하였다.
그 다음, 상기 폴리프로필렌 수지를 열융착하여 이차전지를 제조하였다.
비교예 2
메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 탄소수 6의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LG화학, LuceneTM, SP311)을 포함하는 벤트 부재의 두께가 200 ㎛인 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
비교예 3
메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 탄소수 6의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LG화학, LuceneTM, SP311)을 포함하는 벤트 부재의 두께가 300 ㎛인 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
평가예 1: 온도에 따른 실링 강도 측정
실시예 1 내지 3 및 비교예 2 내지 3에서 제조한 이차전지에서 하기 온도에서 벤트 부재가 삽입된 부분의 케이스를 폭 15mm, 길이 5cm로 재단한 뒤, 양 끝을 180°로 벌려 UTM 지그에 물린 뒤, 5 mm/min의 속도로 인장 테스트를 실시하였다. 이 때의 케이스의 실링 강도를 하기 표 1 및 도 7 내지 8에 나타내었다.
비교예 1에서 제조한 이차전지에서 실링부의 케이스를 하기 온도에서 폭 15mm, 길이 5cm로 재단한 뒤, 양 끝을 180°로 벌려 UTM 지그에 물린 뒤, 5 mm/min의 속도로 인장 테스트를 실시하였다. 이 때의 케이스의 실링 강도를 하기 표 1 및 도 7 내지 8에 나타내었다.
이 때, 최대 실링 강도는 케이스가 파단될 때의 최대값을 의미하며, 평균 실링 강도는 최대 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 이상인 경우에는 4.5 kgf/15 mm에서 케이스가 8 mm 만큼 연신되었을 때의 평균값을 의미하고, 최대 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만인 경우에는 최대 실링 강도에서 케이스가 8 mm 만큼 연신되었을 때의 평균값을 의미한다.
Figure PCTKR2022005440-appb-img-000001
상기 표 1 및 도 7 내지 8에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1 및 2에서 제조한 이차전지는 벤트 부재가 삽입된 케이스 부분의 상온 내지 60℃에서의 최대 실링 강도 및 평균 실링 강도가 비교예 1에서 제조한 이차전지의 케이스의 상온 내지 60℃에서의 최대 실링 강도 및 평균 실링 강도와 비슷한 수준임을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1 내지 2에서 제조한 이차전지는 벤트 부재가 삽입된 케이스 부분의 100℃ 이상에서의 최대 실링 강도 및 평균 실링 강도가 비교예 1에서 제조한 이차전지의 케이스의 100℃ 이상에서의 최대 실링 강도 및 평균 실링 강도에 비해 현저히 낮은 수준임을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 실시예 1 내지 2에서 제조한 벤트 부재를 구비한 이차전지는 전지가 정상적으로 작동할 때에는 적절한 실링 강도를 확보할 수 있으면서, 이상 현상으로 전지가 고온이 되는 경우에는 실링 강도가 약해진 벤트 부재를 통해 가스를 배출할 수 있다. 반면, 비교예 1에서 제조한 이차전지는 전지가 정상적으로 작동할 때에는 적절한 실링 강도를 확보할 수 있지만, 이상 현상으로 전지가 고온이 되는 경우에 가스가 불특정한 방향으로 배출되어 전지의 연쇄발화가 일어날 수 있다.
비교예 2 및 3에서 제조한 이차전지는 벤트 부재가 삽입된 케이스 부분의 상온 내지 60℃에서의 최대 실링 강도 및 평균 실링 강도, 특히, 60℃에서의 최대 실링 강도 및 평균 실링 강도가 실시예 1 내지 2에서 제조한 이차전지의 벤트 부재가 삽입된 케이스 부분의 상온 내지 60℃에서의 최대 실링 강도 및 평균 실링 강도보다 현저히 낮음을 확인할 수 있었다. 이로부터 비교예 2 및 3에서 제조한 이차전지는 전지가 정상적으로 작동할 때에 적절한 실링 강도를 확보할 수 없음을 확인할 수 있었다.

Claims (22)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체에 부착된 전극 리드;
    내부에 상기 전극 조립체를 수납하는 케이스;
    상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸도록 형성되고, 상기 전극 리드와 상기 케이스 사이에 개재되는 리드 필름;
    상기 케이스의 적어도 일부에 형성된 벤트 영역; 및
    상기 벤트 영역에 삽입되고, 탄소수 6 이상의 코모노머(comonomer)를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 벤트 부재;를 포함하고,
    상기 벤트 부재의 두께가 50 ㎛ 이상 200 ㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재의 두께가 50 ㎛ 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재가 탄소수 6 내지 8의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 전극 조립체를 밀봉하기 위해 형성된 실링부를 구비하고,
    상기 실링부는 실란트 수지를 포함하고,
    상기 벤트 부재의 선형 저밀도 폴리에틸렌은 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재가 100℃ 내지 120℃에서 용융되어 가스를 벤트하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 벤트 부재가 1.5 atm 이상의 압력에서 벤팅되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 100℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 100℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 상온 내지 60℃에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 상온 내지 60℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 선형 저밀도 폴리에틸렌이 메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 100 중량%을 기준으로 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량이 15 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 선형 저밀도 폴리에틸렌이 4 이하의 다분산성 지수(Poly Dispersity Index; PDI)를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 실란트 수지의 결정화 온도와 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌의 결정화 온도의 차이가 10℃ 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 선형 저밀도 폴리에틸렌의 결정화 온도가 90℃ 내지 115℃인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 선형 저밀도 폴리에틸렌이 100℃ 내지 130℃의 융점을 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 선형 저밀도 폴리에틸렌의 중량평균분자량이 10만 g/mol 내지 40만 g/mol인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재의 폭이 전극 리드의 돌출 방향을 따라 좁아지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재가 원형, 타원형, 스텝형, 삼각형, 및 사다리꼴 형상 중 어느 하나를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  20. 제4항에 있어서,
    상기 벤트 영역이 상기 실링부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 벤트 영역이 상기 케이스의 코너 측 실링부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지는 파우치형 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
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