WO2022220627A1 - 이차전지 - Google Patents

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WO2022220627A1
WO2022220627A1 PCT/KR2022/005441 KR2022005441W WO2022220627A1 WO 2022220627 A1 WO2022220627 A1 WO 2022220627A1 KR 2022005441 W KR2022005441 W KR 2022005441W WO 2022220627 A1 WO2022220627 A1 WO 2022220627A1
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secondary battery
vent member
vent
resin
kgf
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PCT/KR2022/005441
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French (fr)
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임훈희
김상훈
강민형
송대웅
유형균
황수지
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Priority to EP22788482.2A priority patent/EP4231430A1/en
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • 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 by inducing gas emission in a specific direction.
  • a battery case including a housing portion accommodating the electrode assembly therein so that a portion of the electrode lead is exposed to the outside of the battery case, and a sealing portion including a sealant resin and formed to seal at least a portion of the electrode assembly;
  • a third embodiment according to the first or second embodiment,
  • vent member may be located in the sealing part and may extend to the accommodation part, in the sealing part, the vent member may be spaced apart from the lead film, and in the accommodation part, the vent member may be connected to the lead film and At least some of them may overlap or contact.
  • a fourth embodiment according to any one of the first to third embodiments,
  • the vent member may form an L-shape.
  • a seventh embodiment according to any one of the fourth to sixth embodiments,
  • At least a portion of the first part may overlap or contact the lead film.
  • An outer end of the first part may be spaced apart from an inner end of the sealing part adjacent to a region in which the electrode lead extends in a direction away from the battery case, and the first part may be located in the receiving part.
  • a ninth embodiment according to any one of the fourth to eighth embodiments,
  • a width of the second part may be narrowed along the Y-axis.
  • the second part may have any one of a circular shape, an oval shape, a step shape, a triangular shape, and a trapezoid shape.
  • a thickness of the second part may decrease along the Y-axis.
  • An area in which the vent member overlaps or contacts the lead film may be 1% to 30% of an area in which the lead film does not overlap the electrode lead.
  • a fourteenth embodiment according to any one of the first to thirteenth embodiments,
  • the vent resin may include linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms.
  • the vent member may be melted at 100° C. to 120° C. to vent the gas from the storage unit to the outside of the secondary battery.
  • the vent member may be vented at a pressure of 1.5 atm or more.
  • 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.
  • 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 having a comonomer having 6 or more carbon atoms may be polymerized in the presence of a metallocene catalyst.
  • the vent resin may have a Poly Dispersity Index (PDI) of 4 or less.
  • PDI Poly Dispersity Index
  • a difference between a crystallization temperature of the sealant resin and a crystallization temperature of the vent resin may be 10° C. or less.
  • the vent resin may have a weight average molecular weight of 100,000 g/mol to 400,000 g/mol.
  • the secondary battery may be a pouch-type secondary battery.
  • the vent member may have a maximum sealing strength at 100° C. to 120° C. of less than 6 kgf/15 mm.
  • the vent member may have an average sealing strength at 100° C. to 120° C. of less than 4.5 kgf/15 mm.
  • the content of the comonomer having 6 or more carbon atoms may be 5 wt% to 15 wt% based on 100 wt% of the linear low-density polyethylene.
  • the vent resin may have a Poly Dispersity Index (PDI) of 1 to 4.
  • PDI Poly Dispersity Index
  • the vent member may have a maximum sealing strength at 120° C. or higher of less than 3 kgf/15 mm.
  • the vent member may have an average sealing strength at 120° C. or higher of less than 2 kgf/15 mm.
  • the secondary battery according to an embodiment of the present invention may include a vent member including a vent resin having a lower melting point than the sealant resin of the battery case, and gas may be discharged toward the vent member. Accordingly, the safety of the battery may be improved.
  • the secondary battery according to an embodiment of the present invention can further improve the safety of the battery by minimizing the amount of gas vented to directly contact the electrode lead.
  • the secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a vent member having a region that can partially overlap or come into contact with the lead film, the vent member can be conveniently and accurately positioned in the secondary battery.
  • FIG. 1 is a plan view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partially enlarged plan view of a portion A of the secondary battery of FIG. 1 .
  • FIG 3 is a schematic diagram showing the formation of a vent 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 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. 8A is a cross-sectional view of a vent member taken along axis B-B of FIG. 2 in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view of a vent member taken along axis B-B of FIG. 2 according to another embodiment of the present invention.
  • a secondary battery includes an electrode assembly to which an electrode lead is attached; a battery case including a housing part accommodating the electrode assembly so that a portion of the electrode lead is exposed to the outside, and a sealing part including a sealant resin and formed to seal the electrode assembly; a lead film formed to surround a portion of an outer surface of the electrode lead and interposed between the electrode lead and a sealing portion of the battery case; and a resin having a lower melting point than the sealant resin, and a vent member at least partially overlapping or in contact with the lead film.
  • the secondary battery 10 includes an electrode assembly 12 to which an electrode lead 11 is attached, and a battery 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 copper (Cu) or 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 or the like.
  • the battery case 13 includes an accommodating part 13a accommodating the electrode assembly 12 , and a sealing part 13b including a sealant resin and formed to seal the electrode assembly 12 . can be provided.
  • the battery 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 battery 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.
  • the metal barrier layer may include aluminum, copper, or the like.
  • the sealant layer may be composed of 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 battery 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, thereby sealing the battery. .
  • the sealing portion 13b refers to a portion for sealing the electrode assembly 12 by being fused along the outer circumferential surface of the receiving portion 13a.
  • the fusion may be thermal fusion or ultrasonic fusion, but is not particularly limited as long as the sealing part 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 battery case 13 so that a portion of the electrode lead 11 is exposed to the outside of the battery case 13 .
  • the secondary battery 10 includes a lead film 14 .
  • the lead film 14 covers a portion of the outer surface of the electrode lead 11 .
  • the lead film 14 is interposed between the electrode lead 11 and the sealing portion 13b of the battery case 13 at the portion where the electrode lead 11 protrudes or extends from the battery case 13 to form the electrode lead 11 .
  • ) and the sealing part 13b of the battery case 13 help the binding.
  • a secondary battery 10 includes a vent member 15 having a region at least partially overlapping with or in contact with a lead film 14 .
  • the vent member 15 induces gas to be discharged in a specific direction, thereby improving battery safety.
  • the vent member 15 includes a vent resin having a lower melting point than the sealant resin.
  • the vent member includes the vent resin having a lower melting point than the sealant resin of the battery case, the vent member 15 melts earlier 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, so that the venting characteristic may be easily implemented.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the formation of a vent 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 13 from the outside.
  • the vent member 15 is melted and the sealing strength of the portion into which the vent member 15 is inserted is reduced. Accordingly, as the sealing strength of the portion into which the vent member 15 is inserted is lowered, a vent may be formed at this position.
  • a gap or vent is formed between the vent member and the case, so that the gas may be discharged from the secondary battery.
  • 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 is positioned to have a region that at least partially overlaps with or contacts the lead film 14 . Since the vent member 15 has a region in which at least a portion overlaps or contacts the lead film 14 , it is easy to constantly fix the position of the vent member 15 . For example, when the vent member 15 is inserted and then fused, since a portion of the vent member 15 overlaps or contacts the lead film 14, the vent member 15 may be inserted and fused at a predetermined position. .
  • the vent member 15 may be located in the sealing portion of the electrode lead 11 is exposed to the outside as shown in FIG. 1 .
  • the vent member 15 may be located inside the sealing part 13b.
  • the vent member 15 may be partially located inside the sealing part 13b and may extend to the receiving part 13a.
  • the vent member 15 may extend to the outside of the case 13 from the accommodating part 13a through the sealing part 13b.
  • the vent member 15 may be spaced apart from the electrode lead 11 by a predetermined distance. Therefore, it is easy to minimize the amount of gas vented to the side of the electrode lead 11 in a direct contact with the electrode lead 11, that is, the safety of the battery can be further improved. As indicated by the arrow indicating the gas discharge direction in FIG. 2 , the gas discharge is induced in a direction away from the electrode lead 11 . The electrode lead 11 temperature may rise rapidly in abnormal situations such as overcharging or internal short circuit. Therefore, if the direct contact between the vented gas and the electrode lead 11 is minimized, the safety of the secondary battery may be improved.
  • the vent member 15 may be located in the sealing portion 13b of the corner of the battery case 13 adjacent to the electrode lead 11 . As the vent member 15 is positioned at the above-described portion, the amount of gas vented to the side of the electrode lead 11 may be minimized, thereby further improving the safety of the battery.
  • the vent member 15 may be spaced apart from the lead film 14 in the sealing portion 13b, and may at least partially overlap or contact the lead film 14 in the receiving portion 13a. . As the vent member 15 overlaps or does not contact the lead film 14 in the sealing portion 13b, that is, as the vent member 15 is positioned away from the electrode lead 11, the electrode lead 11 sideways Since the amount of vented gas can be minimized, the safety of the battery can be further improved.
  • the vent member 15 is a first member such as a bridge portion extending in the X axis direction. It may include a portion 15b and a second portion 15a such as a body portion extending in the Y-axis direction.
  • the vent member 15 may have an L-shape as shown in FIG. 2 .
  • the vent member 15 may be configured such that the inner end of the second portion 15a is cut to form a tapering section as shown in FIG. 4 .
  • the second part 15a may be cut in a direction not perpendicular to the Y-axis.
  • the vent may be substantially generated in the second part 15a, and the vent may not be substantially generated in the first part 15b.
  • the first portion 15b may have a rectangular shape.
  • the long side of the first part may be positioned in the X-axis direction, and the short side of the first part may be positioned in the Y-axis direction.
  • the second portion 15a may have a rectangular shape.
  • the short side of the second part may be positioned in the X-axis direction
  • the long side of the second part may be positioned in the Y-axis direction.
  • the first part 15b may at least partially overlap or contact the lead film 14 .
  • a portion of the first portion 15b and a portion of the lead film 14 may overlap or contact each other by thermal fusion.
  • a portion of the first portion 15b and a portion of the lead film 14 may overlap or contact each other through an adhesive such as glue.
  • a portion of the first portion 15b and a portion of the lead film 14 may be physically coupled through a clip or the like.
  • a portion of the first portion 15b may be embedded in a film constituting the lead film 14 .
  • the second portion 15a of the vent member 15 and the lead film 14 may overlap or not contact each other.
  • the second part 15a and the lead film 14 may not overlap or contact each other in the sealing part 13b.
  • the second part 15a of the vent member 15 and the lead film 14 do not overlap or contact, the amount of gas vented to the side of the electrode lead 11 is minimized, so that the safety of the battery can be further improved. have.
  • the area in which the vent member overlaps or contacts the lead film is 1% to 30%, or 1.3% to 23%, or 1.5% of the area in which the lead film does not overlap or contact the electrode lead to 12%, or 2% to 9%.
  • the region in which the lead film does not overlap the electrode lead means the sum of both regions of the lead film in which the electrode lead and the lead film do not overlap.
  • the outer end of the first portion 15b may be spaced apart from the inner end of the sealing portion 13b in the region where the electrode lead 11 protrudes.
  • the outer end of the first part of the vent member means the end of the first part 15b close to the sealing part 13b.
  • the inner end of the sealing portion means the end of the sealing portion close to the receiving portion 13a.
  • the second portion 15a may have a structure that is narrowed along the protruding direction of the electrode lead 11 .
  • the width of the second portion 15a may be continuously or discontinuously narrowed along the protruding direction of the electrode lead 11 .
  • 5 to 7 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 second part 15a may have, for example, an oval or step shape.
  • the shape of the second portion 15a may have other shapes such as a circle, a triangle, a trapezoid, and the like.
  • the second part 15a 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 location (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. 7 .
  • 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. 7 .
  • the thickness of the second portion 15a may be continuously or discontinuously decreased along the protruding direction of the electrode lead 11 as shown in FIGS. 8A and 8B .
  • 8A and 8B are cross-sectional views of the vent member 15 along the axis B-B of FIG. 2 .
  • the thickness of the second part 15a may be discontinuously reduced along the step.
  • 8B shows another embodiment of the vent member 15 in which the thickness of the second portion 15a is continuously reduced.
  • the vent resin having a lower melting point than the sealant resin may include a linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms.
  • the vent resin includes linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms
  • the sealing part 13b of the battery case into which the vent member 15 is inserted at a high temperature has excellent sealing properties with the sealant resin in the normal temperature range. ) may be reduced to realize or cause venting.
  • the vent resin having a lower melting point than the sealant resin may include a linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 to 8 carbon atoms.
  • the vent resin having a lower melting point than the sealant resin may have a melting point of 100°C to 130°C, or 105°C to 125°C, or 110°C to 120°C.
  • the melting point of the vent resin satisfies the above-mentioned range, the sealing strength of the sealing part 13b of the battery case 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 more easily realized can do.
  • the melting point of the vent resin having a lower melting point than the sealant resin 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 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. As the vent member 15 is vented in the aforementioned temperature range and/or the aforementioned pressure condition, it may be easier to induce gas discharge only during abnormal operation of the battery while the battery is sealed when the battery operates normally.
  • 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 sealing portion 13b of the battery case into which the vent member 15 is inserted is lowered at a high temperature, for example, 100° C. or higher.
  • the vent characteristic may be easier to implement.
  • the vent member 15 may have a maximum sealing strength of 6 kgf/15 mm or more, or 8 kgf/15 mm or more, or 10 kgf/15 mm or more at room temperature to 60° C. have.
  • the vent member 15 may have excellent sealing strength during normal operation of the battery, thereby making it easy to secure sealing properties 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 vent member 15 satisfies the above-described sealing strength, the sealing strength of the sealing portion 13b of the battery case in which the vent member 15 is inserted at a high temperature is reduced, so that the vent characteristic may be easily realized.
  • it may have excellent sealing strength during normal operation of the battery, and thus 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 sealing portion 13b of the battery case in which the vent member 15 is inserted at a high temperature is lowered to realize the vent characteristics. It could be easier.
  • 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 may have excellent sealing strength during normal operation of the battery, thereby making it easy to secure sealing properties 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 sealing portion 13b of the battery case into which the vent member 15 is inserted at a high temperature is lowered, so that the vent characteristic is easily implemented. can do.
  • it may have excellent sealing strength during normal operation of the battery, and thus it may be easy to secure the sealing property of the battery.
  • the sealing strength of the vent member 15 according to the temperature is determined by cutting a part of the battery case of the sealing part into which the vent member 15 is inserted to a width of 15 mm and a length of 5 cm, 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 battery case is ruptured, and the average sealing strength is when the battery case is stretched by 8 mm at 4.5 kgf/15 mm when the maximum sealing strength is 4.5 kgf/15 mm or more.
  • the maximum sealing strength is less than 4.5 kgf/15 mm, it means an average value when the battery case is stretched by 8 mm at the maximum sealing strength.
  • 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 polydispersity index (PDI) of the vent resin having a lower melting point than the sealant resin 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 vent resin having a lower melting point than the sealant resin may be measured by gel permeation chromatography (GPC) under the following conditions.
  • the vent member 15 may further include an adhesive layer for sealing and smoother arrangement between the sealant resin and the vent resin having a lower melting point than the sealant resin.

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Abstract

본 발명은 벤트 부재를 가지는 이차전지를 개시한다. 상기 이차전지는 전극 리드가 부착된 전극 조립체; 상기 전극 리드의 일부가 전지 케이스의 외부로 노출되도록 내부에 상기 전극 조립체를 수납하는 수납부를 포함하는 전지 케이스, 상기 전극 리드의 외면에 위치하는 리드 필름, 및 벤트 부재를 포함할 수 있다. 상기 전지 케이스는 실란트 수지를 포함하고 상기 전극 조립체의 적어도 일부를 밀봉하기 위해 형성된 실링부를 포함할 수 있다. 상기 리드 필름은 상기 전극 리드와 상기 실링부 사이에 개재될 수 있다. 상기 벤트 부재는 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지를 포함할 수 있다. 상기 벤트 부재는 상기 리드 필름과 적어도 일부가 중첩되거나 접촉할 수 있다.

Description

이차전지
본 출원은 2021년 4월 14일에 출원된 한국특허출원 제10-2021-0048824호 및 2021년 11월 22일에 출원된 한국특허출원 제10-2021-0161761호에 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 전지 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. 이 때, 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, 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;
상기 전극 리드의 일부가 전지 케이스의 외부로 노출되도록 내부에 상기 전극 조립체를 수납하는 수납부, 및 실란트 수지를 포함하고 상기 전극 조립체의 적어도 일부를 밀봉하기 위해 형성된 실링부를 포함하는 전지 케이스;
상기 전극 리드의 외면에 위치하고, 상기 전극 리드와 상기 실링부 사이에 개재되는 리드 필름; 및
상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지(이하 '벤트 수지'라 함)를 포함하고, 상기 리드 필름과 적어도 일부가 중첩되거나 접촉하는 벤트 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지에 관한 것이다.
제2 구현예는, 제1 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 상기 전극 리드와 소정 거리 이격되어 있을 수 있다.
제3 구현예는, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재가 적어도 일부가 상기 실링부 내에 위치하고 상기 수납부로 연장될 수 있고, 상기 실링부에서는 상기 벤트 부재가 상기 리드 필름과 이격될 수 있고, 상기 수납부에서는 상기 벤트 부재가 상기 리드 필름과 적어도 일부가 중첩되거나 접촉할 수 있다.
제4 구현예는, 제1 구현예 내지 제3 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 전극 리드는 상기 전지 케이스로부터 Y축을 따라 연장될 수 있으며, 상기 벤트 부재는 제1부와 제2부를 포함할 수 있고, 상기 제1부는 상기 리드 필름과 상기 제2부 사이에서 상기 Y축에 직교하는 X축을 따라 연장될 수 있고, 상기 제2부는 상기 Y축을 따라 연장될 수 있다.
제5 구현예는, 제4 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재가 L자 형상을 이룰 수 있다.
제6 구현예는, 제4 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 상기 제1부와 상기 제2부의 교차점에 테이퍼부(tapering section)를 포함할 수 있고, 상기 테이퍼부는 상기 수납부로 연장될 수 있다.
제7 구현예는, 제4 구현예 내지 제6 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 제1부는 적어도 일부가 상기 리드 필름과 중첩되거나 접촉할 수 있다.
제8 구현예는, 제4 구현예 내지 제7 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 제1부의 외측 단부는 상기 전극 리드가 상기 전지 케이스로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 영역에 인접한 상기 실링부의 내측 단부로부터 이격될 수 있고, 상기 제1부는 상기 수납부에 위치할 수 있다.
제9 구현예는, 제4 구현예 내지 제8 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 제2부는 상기 리드 필름과 중첩되거나 접촉하지 않을 수 있다.
제10 구현예는, 제4 구현예 내지 제9 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 제2부의 폭은 상기 Y축을 따라 좁아질 수 있다.
제11 구현예는, 제4 구현예 내지 제10 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 제2부는 원형, 타원형, 스텝형, 삼각형, 및 사다리꼴 형상 중 어느 하나를 가질 수 있다.
제12 구현예는, 제4 구현예 내지 제11 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 제2부의 두께는 상기 Y축을 따라 감소할 수 있다.
제13 구현예는, 제1 구현예 내지 제12 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재가 상기 리드 필름과 중첩되거나 접촉하는 면적이 상기 리드 필름이 상기 전극 리드와 중첩되지 않는 영역의 1% 내지 30%일 수 있다.
제14 구현예는, 제1 구현예 내지 제13 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 수지가 탄소수 6 이상의 코모노머(comonomer)를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있다.
제15 구현예는, 제1 구현예 내지 제14 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재가 100℃ 내지 120℃에서 용융되어 상기 수납부에서 상기 이차전지의 외부로 가스를 벤트할 수 있다.
제16 구현예는, 제15 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재가 1.5 atm 이상의 압력에서 벤트될 수 있다.
제17 구현예는, 제1 구현예 내지 제16 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 100℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만일 수 있다.
제18 구현예는, 제1 구현예 내지 제17 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 100℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만일 수 있다.
제19 구현예는, 제1 구현예 내지 제18 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 상온 내지 60℃에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 이상일 수 있다.
제20 구현예는, 제1 구현예 내지 제19 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 상온 내지 60℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 이상일 수 있다.
제21 구현예는, 제14 구현예 내지 제20 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌이 메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 것일 수 있다.
제22 구현예는, 제14 구현예 내지 제21 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 100 중량%을 기준으로 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량이 15 중량% 이하일 수 있다.
제23 구현예는, 제1 구현예 내지 제22 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 수지가 4 이하의 다분산성 지수(Poly Dispersity Index; PDI)를 가질 수 있다.
제24 구현예는, 제1 구현예 내지 제23 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 실란트 수지의 결정화 온도와 상기 벤트 수지의 결정화 온도의 차이가 10℃ 이하일 수 있다.
제25 구현예는, 제1 구현예 내지 제24 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 수지가 100℃ 내지 130℃의 융점을 가질 수 있다.
제26 구현예는, 제1 구현예 내지 제25 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 수지는 중량평균분자량이 10만 g/mol 내지 40만 g/mol일 수 있다.
제27 구현예는, 제1 구현예 내지 제26 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 이차전지는 파우치형 이차전지일 수 있다.
제28 구현예는, 제1 구현예 내지 제27 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 100℃ 내지 120℃에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만일 수 있다.
제29 구현예는, 제1 구현예 내지 제28 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 100℃ 내지 120℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만일 수 있다.
제30 구현예는, 제14 구현예 내지 제29 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 100 중량%을 기준으로 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량이 5 중량% 내지 15 중량%일 수 있다.
제31 구현예는, 제1 구현예 내지 제30 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 수지가 1 내지 4의 다분산성 지수(Poly Dispersity Index; PDI)를 가질 수 있다.
제32 구현예는, 제1 구현예 내지 제31 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 120℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 3 kgf/15 mm 미만일 수 있다.
제33 구현예는, 제1 구현예 내지 제32 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 120℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 2 kgf/15 mm 미만일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지는 상기 전지 케이스의 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지를 포함하는 벤트 부재를 포함하여, 상기 벤트 부재를 향하여 가스가 배출될 수 있다. 이에 따라 전지의 안전성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지는 전극 리드와 직접 접촉하도록 벤트되는 가스의 양을 최소화함으로써 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지가 리드 필름과 부분적으로 중첩되거나 접촉할 수 있는 영역을 갖는 벤트 부재를 포함함으로써, 벤트 부재를 이차전지에 편리하고 정확하게 위치시킬 수 있다.
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 평면도이다.
도 2는, 도 1의 이차전지의 A 부분을 부분적으로 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지에서 벤트 형성을 나타내는 개략도이다.
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, 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지의 리드 필름 및 벤트 부재를 부분적으로 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 8a는, 본 발명의 일 실시양태에 따른 도 2의 B-B 축에 따른 벤트 부재의 단면도이다.
도 8b는, 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 도 2의 B-B 축에 따른 벤트 부재의 단면도이다.
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 실시양태에 따른 이차전지는, 전극 리드가 부착된 전극 조립체; 상기 전극 리드의 일부가 외부로 노출되도록 상기 전극 조립체를 수납하는 수납부, 및 실란트 수지를 포함하고 상기 전극 조립체를 밀봉하기 위해 형성된 실링부를 포함하는 전지 케이스; 상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸도록 형성되고, 상기 전극 리드와 상기 전지 케이스의 실링부 사이에 개재되는 리드 필름; 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지를 포함하고, 상기 리드 필름과 적어도 일부가 중첩되거나 접촉하는 벤트 부재를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지를 나타낸 것이다. 이차전지(10)는 전극 리드(11)가 부착된 전극 조립체(12), 및 전지 케이스(13)를 포함한다.
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 구리(Cu)나 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 전지 케이스(13)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(12)를 수납하는 수납부(13a), 및 실란트 수지를 포함하고 전극 조립체(12)를 밀봉하기 위해 형성된 실링부(13b)를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 전지 케이스(13)는 외부 충격 보호를 위한 외층, 수분을 차단하는 금속 배리어층, 및 전지 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 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 전지 케이스(13)는 파우치 형태일 수 있다. 파우치 형태의 전지 케이스(13)는 상부 파우치와 하부 파우치를 포함할 수 있다. 전지 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 밀봉할 수 있다.
상기 실링부(13b)는 수납부(13a)의 외주면을 따라 융착되어 전극 조립체(12)를 밀봉하는 부분을 의미한다. 융착은 열융착, 초음파에 의한 융착 등일 수 있으나, 실링부를 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 전지 케이스(13)의 외부로 노출되도록 전지 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 감싼다. 상기 리드 필름(14)은 전극 리드(11)와 전극 리드(11)가 전지 케이스(13)로부터 돌출되거나 연장되는 부분의 전지 케이스(13)의 실링부(13b) 사이에 개재되어 전극 리드(11)와 상기 전지 케이스(13)의 실링부(13b)의 결착을 돕는다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지(10)는 리드 필름(14)과 적어도 부분적으로 중첩되거나 접촉하는 영역을 갖는 벤트 부재(15)를 포함한다. 열 폭주 현상 발생 시, 상기 벤트 부재(15)는 특정한 방향으로 가스의 배출을 유도하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서, 벤트 부재(15)는 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지를 포함한다. 벤트 부재가 전지 케이스의 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지를 포함함에 따라, 고온에서 벤트 부재(15)가 실란트 수지보다 먼저 녹는다. 고온에서 벤트 부재(15)가 삽입된 부분의 실링 강도는 실란트 수지를 포함하는 케이스 부분의 실링 강도보다 낮아서 벤팅 특성을 용이하게 구현할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지에서 벤트 형성을 나타내는 개략도이다. 구체적으로, 도 3은 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지에서 벤트 부재를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 전지가 정상적으로 작동하는 온도에서, 벤트 부재는 케이스(13)를 외부로부터 밀봉하는 역할을 한다. 전지의 비정상적인 작동으로 인해 전지의 온도가 상승하면 벤트 부재(15)가 용융되면서 벤트 부재(15)가 삽입된 부분의 실링 강도가 저하된다. 따라서, 벤트 부재(15)가 삽입된 부분의 실링 강도가 낮아짐에 따라 이 위치에 벤트가 형성될 수 있다. 예를 들어, 전지 내부 가스의 압력이 벤트 부재(15)와 케이스(13) 사이의 계면에 가해짐에 따라 벤트 부재와 케이스 사이에 갭 또는 벤트가 형성되어 이차전지로부터 가스가 배출될 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.
도 1을 참조하면, 벤트 부재(15)는 리드 필름(14)과 적어도 부분적으로 중첩되거나 접촉하는 영역을 갖도록 위치된다. 벤트 부재(15)가 리드 필름(14)과 적어도 일부가 중첩되거나 접촉하는 영역을 구비하므로, 벤트 부재(15)의 위치를 일정하게 고정하기 쉽다. 예컨대, 벤트 부재(15)를 삽입한 후 융착하는 경우, 벤트 부재(15)의 일부가 리드 필름(14)과 중첩되거나 접촉하므로, 벤트 부재(15)가 소정의 위치에 삽입되고 융착될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 벤트 부재(15)는 도 1에 도시된 바와 같이 전극 리드(11)가 외부로 노출되는 측의 실링부에 위치할 수 있다. 벤트 부재(15)는 실링부(13b)의 내부에 위치할 수 있다. 또는, 벤트 부재(15)는 부분적으로 실링부(13b)의 내부에 위치하고 수납부(13a)로 연장될 수 있다. 또는, 벤트 부재(15)는 수납부(13a)에서부터 실링부(13b)를 거쳐 케이스(13) 외부로 연장될 수 있다.
벤트 부재(15)는 전극 리드(11)와 소정 거리 이격되어 위치할 수 있다. 따라서, 전극 리드(11)와 직접 접촉할 수 있는 방향, 즉 전극 리드(11)의 측면으로 벤트되는 가스의 양을 최소화하기 용이하여 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다. 도 2에서 가스 배출방향을 나타내는 화살표로 나타낸 바와 같이, 가스 배출은 전극 리드(11)로부터 먼 방향으로 유도된다. 전극 리드(11) 온도는 과충전 또는 내부 단락과 같은 비정상적인 상황에서 급격히 상승할 수 있다. 따라서, 벤트되는 가스와 전극 리드(11)의 직접적인 접촉을 최소화하면 이차전지의 안전성이 향상될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 벤트 부재(15)는 전극 리드(11)와 인접한 전지 케이스(13)의 코너의 실링부(13b)에 위치할 수 있다. 벤트 부재(15)가 전술한 부분에 위치함에 따라, 전극 리드(11)의 측면으로 가스가 벤트되는 양을 최소화하여 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 벤트 부재(15)는 실링부(13b)에서 리드 필름(14)과 이격되고, 수납부(13a)에서 리드 필름(14)과 적어도 부분적으로 중첩 또는 접촉할 수 있다. 벤트 부재(15)가 실링부(13b)에서 리드 필름(14)과 중첩되거나 접촉하지 않음으로써, 즉 벤트 부재(15)가 전극 리드(11)로부터 떨어져 위치함에 따라, 전극 리드(11) 측면으로 벤트되는 가스의 양이 최소화될 수 있어, 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 전극 리드(11)의 돌출 방향을 Y축으로 하고, Y축과 직교하는 방향을 X축으로 하면, 벤트 부재(15)는 X축 방향으로 연장되는 브릿지부와 같은 제1부(15b)와, Y축 방향으로 연장되는 몸체부와 같은 제2부(15a)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 벤트 부재(15)는 도 2에 도시된 바와 같이 L자 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 벤트 부재(15)는 도 4에 도시된 바와 같이 제2부(15a)의 내측 단부가 절단되어 테이퍼부(tapering section)를 형성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2부(15a)는 Y축과 직교하지 않는 방향으로 절단될 수 있다. 벤트 부재(15)가 전술한 바와 같은 형상을 가지는 경우, 수납부(13a) 내부에서 전극 조립체(12)가 제2부(15a)의 내측 단부, 즉 테이퍼부와 접촉하는 것을 방지하기 더욱 용이할 수 있다.
여기서, 제2부(15a)에서는 실질적으로 벤트가 발생하고, 제1부(15b)에서는 실질적으로 벤트가 발생하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제1부(15b)는 직사각형 형상일 수 있다. 예컨대, X축 방향으로 상기 제1부의 장변이 위치하고, Y축 방향으로 상기 제1부의 단변이 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제2부(15a)는 직사각형 형상일 수 있다. 예컨대, X축 방향으로 상기 제2부의 단변이 위치하고, Y축 방향으로 상기 제2 부의 장변이 위치할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1부(15b)는 리드 필름(14)과 적어도 부분적으로 중첩되거나 접촉될 수 있다.
제1부(15b)의 일부와 리드 필름(14)의 일부는 열융착에 의해 중첩되거나 접촉될 수 있다. 다른 예로, 제1부(15b)의 일부와 리드 필름(14)의 일부가 글루와 같은 접착제를 통해 중첩되거나 서로 접촉될 수 있다. 다른 예로, 제1부(15b)의 일부와 리드 필름(14)의 일부가 클립 등을 통해 물리적으로 결합될 수 있다. 다른 예에서, 제1부(15b)의 일부는 리드 필름(14)을 구성하는 필름에 매립될 수 있다.
도 2를 참조하면, 벤트 부재(15)의 제2부(15a)와 리드 필름(14)은 서로 중첩되거나 접촉되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제2부(15a)와 리드 필름(14)은 실링부(13b)에서 서로 중첩되거나 접촉되지 않을 수 있다. 벤트 부재(15)의 제2부(15a)와 리드 필름(14)이 중첩되거나 접촉하지 않는 경우, 전극 리드(11)의 측면으로 벤트되는 가스의 양이 최소화되어 전지의 안전성이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 벤트 부재가 리드 필름과 중첩 또는 접촉하는 영역이 리드 필름이 전극 리드와 중첩 또는 접촉하지 않는 영역의 1% 내지 30%, 또는 1.3% 내지 23%, 또는 1.5% 내지 12%, 또는 2% 내지 9%일 수 있다. 여기서, 리드 필름이 전극 리드와 중첩되지 않는 영역은 전극 리드와 리드 필름이 중첩되지 않는 리드 필름의 양 영역의 합을 의미한다.
도 2를 참조하면, 제1부(15b)의 외측 단부는 전극 리드(11)가 돌출된 영역에서 실링부(13b)의 내측 단부와 이격될 수 있다. 여기서, "벤트 부재의 제1부의 외측 단부"는 실링부(13b)에 가까운 제1부(15b)의 단부를 의미한다. "실링부의 내측 단부"는 수납부(13a)에 가까운 실링부의 단부를 의미한다. 전극 리드(11)가 돌출된 영역에서 제1부(15b)의 외측 단부가 실링부(13b)의 내측 단부와 이격되면, 제1부(15b) 전체가 수납부(13a)에 위치된다. 따라서, 제1부(15b)와 실링부(13b) 사이의 갭 또는 공간이 수납부(13a)로 노출되고, 결과적으로 이 갭 또는 공간에 가스 압력이 집중되어 비정상적인 상황에서 보다 빠른 벤팅이 가능하게 된다.
본 발명의 일 실시양태에서, 제2부(15a)는 전극 리드(11)의 돌출 방향을 따라 좁아지는 구조를 가질 수 있다. 제2부(15a)의 폭은 전극 리드(11)의 돌출 방향을 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 좁아질 수 있다. 제2부(15a)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 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시양태에 따른 이차전지(10)에서 리드 필름(14) 및 벤트 부재(15)를 부분적으로 확대하여 나타낸 것이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제2부(15a)는 예를 들어, 타원형 또는 스텝형의 형상을 가질 수 있다. 그러나, 제2부(15a)의 형상은 원형, 삼각형, 사다리꼴 등과 같은 다른 형상을 가질 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제2부(15a)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 7에 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 7에 도시된 바와 같이 전극 리드(11)의 측면으로부터 더 이격될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제2부(15a)의 두께는 도 8A 및 도 8B에 도시된 바와 같이 전극 리드(11)의 돌출 방향을 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 감소할 수 있다.
도 8A 및 도 8B는 도 2의 B-B 축에 따른 벤트 부재(15)의 단면도이다.
도 8A에 도시된 바와 같이, 제2부(15a)의 두께는 단차를 따라 불연속적으로 감소될 수 있다. 도 8B는 제2부(15a)의 두께가 연속적으로 감소되는 벤트 부재(15)의 또 다른 실시양태를 도시한다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지는 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있다. 상기 벤트 수지가 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함함에 따라, 정상 온도 범위에서는 실란트 수지와의 밀봉성이 우수하면서, 고온에서 벤트 부재(15)가 삽입된 전지 케이스의 실링부(13b)의 실링 강도가 저하되어 벤팅을 실현하거나 유발할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지가 탄소수 6 내지 8의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지는 100℃ 내지 130℃, 또는 105℃ 내지 125℃, 또는 110℃ 내지 120℃의 융점을 가질 수 있다. 상기 벤트 수지의 융점이 전술한 범위를 만족하는 경우, 고온, 예컨대 100℃ 이상에서 벤트 부재(15)가 삽입된 전지 케이스의 실링부(13b)의 실링 강도가 저하되어 벤트 특성이 구현되기 더욱 용이할 수 있다.
상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지의 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 벤트 부재(15)는 100℃ 내지 120℃에서 벤트될 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 벤트될 수 있다. 상기 벤트 부재(15)가 전술한 온도 범위 및/또는 전술한 압력 조건에서 벤트됨에 따라, 전지가 정상 작동할 때에는 전지가 밀봉되면서 전지의 이상 작동 시에만 가스 배출을 유도하기 더욱 용이할 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 전지 케이스의 실링부(13b)의 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 8 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, 전지의 정상 작동 시에 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, 고온에서 벤트 부재(15)가 삽입된 전지 케이스의 실링부(13b)의 실링 강도가 저하되어 벤트 특성이 구현되기 용이할 수 있다. 또한, 전지의 정상적 작동 시에는 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, 고온에서 벤트 부재(15)가 삽입된 전지 케이스의 실링부(13b)의 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, 전지의 정상 작동 시에 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, 고온에서 벤트 부재(15)가 삽입된 전지 케이스의 실링부(13b)의 실링 강도가 저하되어 벤트 특성이 구현되기 용이할 수 있다. 또한, 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 실링부의 전지 케이스의 일부를 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 전지 케이스가 파단될 때의 최대값을 의미하며, 평균 실링 강도는 최대 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 이상인 경우에는 4.5 kgf/15 mm에서 전지 케이스가 8 mm 만큼 연신되었을 때의 평균값을 의미하고, 최대 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만인 경우에는 최대 실링 강도에서 전지 케이스가 8 mm 만큼 연신되었을 때의 평균값을 의미한다.
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-NMR 또는 13C-NMR을 이용하여 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지의 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 벤트 수지의 중량평균분자량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지의 정상 작동 시에 실란트 수지와의 실링 강도가 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지의 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 벤트 수지의 다분산성 지수가 전술한 범위를 만족하는 경우, 분자량 분포가 좁아 전지의 정상 작동 시에 실란트 수지와의 실링 강도 및 물성이 더욱 우수할 수 있다.
상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지의 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, 실란트 수지의 결정화 온도와 실란트 수지보다 낮은 융점을 가지는 벤트 수지의 결정화 온도가 비슷할 수 있다. 예컨대, 실란트 수지의 결정화 온도와 실란트 수지보다 낮은 융점을 가지는 벤트 수지의 결정화 온도의 차이가 10℃ 이하, 또는 5℃ 이하일 수 있다. 또한, 실란트 수지의 결정화 온도와 벤트 수지의 결정화 온도의 차이가 0.1℃ 이상일 수 있다. 상기 실란트 수지의 결정화 온도와 벤트 수지의 결정화 온도의 차이가 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 실란트 수지와 벤트 수지의 전지의 정상 작동 시의 융착 특성이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 실란트 수지보다 낮은 융점을 가지는 벤트 수지의 결정화 온도가 90℃ 내지 115℃, 또는 95℃ 내지 110℃, 또는 100℃ 내지 110℃, 또는 105℃ 내지 110℃일 수 있다. 상기 벤트 수지의 결정화 온도가 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 실란트 수지와 벤트 수지의 융착 특성이 더욱 향상될 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.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)는 필름 형상을 가질 수 있다.
상기 벤트 부재(15)는 기 설정된 크기의 소정의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 설계에 따라, 삽입길이를 다르게 하거나 벤팅 압력 및 위치 제어가 가능할 수 있게 케이스(13)에 삽입될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 벤트 부재(15)는 실란트 수지와 상기 실란트 수지보다 더 낮은 융점을 가지는 벤트 수지 사이의 실링과 더 원활한 배치를 위해 접착층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 이차전지는 원통형, 각형, 또는 파우치형 이차전지일 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 요지를 벗어나지 않고 다양하게 변형될 수 있다. 본 발명은 특허청구범위에 정의되어 있으며, 이러한 변형은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 된다.

Claims (33)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체에 부착된 전극 리드;
    상기 전극 리드의 일부가 전지 케이스의 외부로 노출되도록 내부에 상기 전극 조립체를 수납하는 수납부, 및 실란트 수지를 포함하고 상기 전극 조립체의 적어도 일부를 밀봉하기 위해 형성된 실링부를 포함하는 전지 케이스;
    상기 전극 리드의 외면에 위치하고, 상기 전극 리드와 상기 실링부 사이에 개재되는 리드 필름; 및
    상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지를 포함하고, 상기 리드 필름과 적어도 일부가 중첩되거나 접촉하는 벤트 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 상기 전극 리드와 소정 거리 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재가 적어도 일부가 상기 실링부 내에 위치하고 상기 수납부로 연장되며,
    상기 실링부에서는 상기 벤트 부재가 상기 리드 필름과 이격되고,
    상기 수납부에서는 상기 벤트 부재가 상기 리드 필름과 적어도 일부가 중첩되거나 접촉하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극 리드는 상기 전지 케이스로부터 Y축을 따라 연장되며,
    상기 벤트 부재는 제1부와 제2부를 포함하고,
    상기 제1부는 상기 리드 필름과 상기 제2부 사이에서 상기 Y축에 직교하는 X축을 따라 연장되고,
    상기 제2부는 상기 Y축을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 벤트 부재가 L자 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 상기 제1부와 상기 제2부의 교차점에 테이퍼부(tapering section)를 포함하고,
    상기 테이퍼부는 상기 수납부로 연장되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1부는 적어도 일부가 상기 리드 필름과 중첩되거나 접촉하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제1부의 외측 단부는 상기 전극 리드가 상기 전지 케이스로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 영역에 인접한 상기 실링부의 내측 단부로부터 이격되고,
    상기 제1부는 상기 수납부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제2부는 상기 리드 필름과 중첩되거나 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 제2부의 폭은 상기 Y축을 따라 좁아지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 제2부는 원형, 타원형, 스텝형, 삼각형, 및 사다리꼴 형상 중 어느 하나를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 제2부의 두께는 상기 Y축을 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재가 상기 리드 필름과 중첩되거나 접촉하는 면적이 상기 리드 필름이 상기 전극 리드와 중첩되지 않는 영역의 1% 내지 30%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 수지가 탄소수 6 이상의 코모노머(comonomer)를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재가 100℃ 내지 120℃에서 용융되어 상기 수납부에서 상기 이차전지의 외부로 가스를 벤트하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 벤트 부재가 1.5 atm 이상의 압력에서 벤트되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 100℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 100℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 상온 내지 60℃에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 상온 내지 60℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌이 메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  22. 제14항에 있어서,
    상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 100 중량%을 기준으로 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량이 15 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 수지가 4 이하의 다분산성 지수(Poly Dispersity Index; PDI)를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 실란트 수지의 결정화 온도와 상기 벤트 수지의 결정화 온도의 차이가 10℃ 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 수지가 100℃ 내지 130℃의 융점을 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 수지는 중량평균분자량이 10만 g/mol 내지 40만 g/mol인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지는 파우치형 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  28. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 100℃ 내지 120℃에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 100℃ 내지 120℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  30. 제14항에 있어서,
    상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 100 중량%을 기준으로 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량이 5 중량% 내지 15 중량%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  31. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 수지가 1 내지 4의 다분산성 지수(Poly Dispersity Index; PDI)를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  32. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 120℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 3 kgf/15 mm 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  33. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 120℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 2 kgf/15 mm 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지.
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