WO2023132504A1 - 이차전지 - Google Patents

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WO2023132504A1
WO2023132504A1 PCT/KR2022/020282 KR2022020282W WO2023132504A1 WO 2023132504 A1 WO2023132504 A1 WO 2023132504A1 KR 2022020282 W KR2022020282 W KR 2022020282W WO 2023132504 A1 WO2023132504 A1 WO 2023132504A1
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WO
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secondary battery
vent member
comonomer
carbon atoms
case
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PCT/KR2022/020282
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English (en)
French (fr)
Inventor
김상훈
송대웅
강민형
유형균
임훈희
황수지
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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Priority to CN202280011639.2A priority patent/CN116868431A/zh
Priority to US18/280,622 priority patent/US20240088493A1/en
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    • 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 which are highly applicable to each product group and have electrical characteristics such as high energy density, are used not only in portable devices but also in electric vehicles (EVs) or hybrid electric vehicles (HEVs) driven by an electrical drive source. It is universally applied. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving energy efficiency and eco-friendliness in that they do not generate any by-products due to the use of energy as well as the primary advantage of dramatically reducing the use of fossil fuels.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid electric vehicles
  • Types of secondary batteries that are currently widely used include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, nickel zinc batteries, and the like.
  • Such a secondary battery has a structure in which an electrode assembly including at least one unit cell having an anode/separator/cathode structure is accommodated in a case, and a sealant resin inside the case is fused to seal the electrode assembly.
  • ignition of the battery may occur due to various causes such as a short circuit inside the secondary battery, overcharging or overdischarging, and temperature control. At this time, the temperature inside the secondary battery rises rapidly, and at the same time, a thermal propagation phenomenon in which heat is transferred to an adjacent cell occurs, and a fire may further increase.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a secondary battery with improved safety by inducing gas discharge in a specific direction.
  • a case including a housing portion accommodating the electrode assembly, and a sealing portion including a sealant resin and formed to seal the electrode assembly;
  • a vent member including a first layer including a resin having a lower melting point than the sealant resin, and a second layer positioned on at least one surface of the first layer and including an adhesive material, and inserted into the vent area,
  • It relates to a secondary battery characterized in that the thickness of the second layer is 5 ⁇ m or less.
  • the vent area may be located in the sealing part.
  • the vent member may be formed to be longer than the sealing portion, so that the vent member is exposed from inside and outside of the case, respectively.
  • the second layer may be located on at least one surface of the first layer exposed to the outside of the case.
  • the resin having a lower melting point than the sealant resin may include linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms.
  • the resin having a lower melting point than the sealant resin may include 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 be polymerized in the presence of a metallocene catalyst.
  • the content of the comonomer having 6 or more carbon atoms may be 15% by weight or less relative to 100% by weight of the linear low-density polyethylene having a comonomer of 6 or more carbon atoms.
  • the polydispersity index (PDI) of the linear low-density polyethylene having the comonomer having 6 or more carbon atoms may be 4 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 10°C or less.
  • a crystallization temperature of the linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms may be 90°C to 115°C.
  • the weight average molecular weight of the linear low density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms may be 100,000 g/mol to 400,000 g/mol.
  • the vent member may be vented at 100°C to 120°C.
  • the vent member may be vented at a pressure of 1.5 atm or more.
  • the maximum sealing strength of the vent member at 100° C. or higher may be less than 6 kgf/15 mm.
  • An average sealing strength of the vent member at 100° C. or higher may be less than 4.5 kgf/15 mm.
  • the maximum sealing strength of the vent member at room temperature to 60° C. may be 6 kgf/15 mm or more.
  • An average sealing strength of the vent member at room temperature to 60° C. may be 4.5 kgf/15 mm or more.
  • a resin having a lower melting point than the sealant resin may have a melting point of 100°C to 130°C.
  • the adhesive material may include acrylic polymer, polyurethane, epoxy resin, silicone, butyl rubber, polyisobutylene, or two or more of these.
  • 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 exemplary embodiment of the present invention includes a vent member containing a resin having a lower melting point than a sealant resin of a case, so that gas can be discharged in a direction in which the vent member is positioned. Accordingly, the safety of the battery may be improved.
  • the secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a second layer including an adhesive material on at least one surface of the first layer, the position of the vent member can be fixed, thereby improving the dimensional stability of the battery. .
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a secondary battery when a vent member does not include a layer containing an adhesive material.
  • FIG. 2 shows a secondary battery according to an embodiment of the present invention, including a layer containing an adhesive material on a vent member.
  • FIG 3 is an enlarged view of a vent member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a cross-section of a vent member portion after the sealing portion of the secondary battery of FIG. 4 is sealed.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a vent member portion of a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an enlarged view of a vent member portion of a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an enlarged view of a vent member portion of a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the BB′ axis of FIG. 2 .
  • a secondary battery includes an electrode assembly to which an electrode lead is attached; a case including a housing portion accommodating the electrode assembly, and a sealing portion including a sealant resin and formed to seal the electrode assembly; a lead film covering a portion of an outer surface of the electrode lead and interposed between the electrode lead and the case; a vent area formed on at least a portion of the case; and a vent member including a first layer including a resin having a lower melting point than the sealant resin, and a second layer positioned on at least one surface of the first layer and including an adhesive material, and inserted into the vent area.
  • the thickness of the second layer is 5 ⁇ m or less.
  • the secondary battery 10 includes an electrode assembly 12 to which an electrode lead 11 is attached and a case 13 .
  • the case 13 includes an accommodating part 13a accommodating the electrode assembly 12 and a sealing part 13b formed to seal the electrode assembly 12 .
  • the secondary battery 10 includes a lead film 14 .
  • the lead film 14 covers a part of the outer surface of the electrode lead 11 and is interposed between the electrode lead 11 and the sealing portion 13b.
  • the lead film 14 is interposed between the electrode lead 11 and the sealing portion 13b to help binding of the electrode lead 11 and the sealing portion 13b.
  • vent member 15 for inducing gas discharge in a specific direction does not include a layer containing an adhesive material
  • the vent member 15 is simply inserted into the case 13 and then the battery is discharged. Sealing.
  • the vent member 15 is not properly fixed until the case 13 is sealed, resulting in poor dimensional stability.
  • the inventors of the present invention have completed the present invention by finding that the vent member can be properly fixed even before sealing the case to ensure dimensional stability, since a layer containing an adhesive material is positioned on at least one surface of the vent member.
  • FIG. 2 shows a secondary battery according to an embodiment of the present invention including a layer containing an adhesive material on a vent member.
  • a 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 positive electrode current collector made of a thin metal plate having excellent conductivity, for example, 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. The positive electrode tab may extend and protrude from one end of the positive electrode plate, or may be welded to one end of the positive electrode plate or bonded using a conductive adhesive.
  • the negative electrode plate may include a negative electrode current collector made of a conductive metal thin plate, for example, 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, such as copper (Cu) or nickel (Ni), at one end. The negative electrode tab may extend and protrude from one end of the negative electrode plate, or may be welded to one end of the positive electrode plate or bonded using a conductive adhesive.
  • the separator may be interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate to electrically insulate the positive electrode plate and the negative electrode plate from each other, and may be formed in a porous film form so that lithium ions or the like may pass between the positive electrode plate and the negative electrode plate.
  • a 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 includes a jelly-roll (wound type) electrode assembly having a structure in which long sheet-shaped positive electrodes and negative electrodes are wound with a separator interposed therebetween, and a plurality of positive electrodes and negative electrodes cut in units of a predetermined size through a separator.
  • a stacked (stacked) electrode assembly sequentially stacked in one state, a bi-cell in which positive and negative electrodes in a predetermined unit are stacked with a separator interposed therebetween, or a stack structure in which full cells are wound /folding type electrode assemblies; and the like.
  • the case 13 includes an accommodating portion 13a accommodating the electrode assembly 12 and a sealing portion 13b formed to seal the electrode assembly 12 .
  • the sealing portion 13b includes a sealant resin, and the sealant resin may be fused along the outer circumferential surface of the housing portion 13a to seal the electrode assembly 12 .
  • the case 13 may be provided in the form of a film having a multi-layer structure of 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 other polyester-based films such as poly(ethylene terephthalate) (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, co-polyester, polycarbonate, nylon, etc. It may include, and may be composed of a single layer or multiple layers.
  • PET poly(ethylene terephthalate)
  • PET polybutylene terephthalate
  • polyethylene naphthalate polybutylene naphthalate
  • co-polyester polycarbonate
  • nylon nylon
  • the metal barrier layer may include aluminum, copper, or the like.
  • the sealant layer may include a sealant resin and 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 ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene block copolymer, etc., but is not limited thereto.
  • the case 13 may be in the form of a pouch.
  • the case 13 when the case 13 is in the form of a pouch, it may include an upper pouch and a lower pouch.
  • the case 13 when the case 13 includes an upper pouch and a lower pouch, the upper pouch and the lower pouch are disposed so that the sealant resins face each other, and then the opposing sealant resins are fused to each other by heat and pressure to seal the battery.
  • the sealing portion 13b may be fused by thermal fusion or ultrasonic waves, but is not particularly limited as long as the sealing portion 13b can be fused.
  • the sealing part 13b may be sealed on four sides or three sides at the edge of the case 13 .
  • the boundary surface of the upper pouch and the lower pouch is bent so that the electrode assembly accommodating parts 13a formed in the upper pouch and the lower pouch are overlapped. It means a structure in which the edges of the remaining three sides are sealed except for the bent part in
  • the electrode lead 11 may be accommodated in the battery case 13 such that a portion thereof is exposed to the outside of the battery case 13 .
  • a secondary battery 10 according to an embodiment of the present invention includes a lead film 14 .
  • the lead film 14 covers a part of the outer surface of the electrode lead 11 and is interposed between the electrode lead 11 and the sealing portion 13b.
  • the lead film 14 is interposed between the electrode lead 11 and the sealing portion 13b to help binding of the electrode lead 11 and the sealing portion 13b.
  • the secondary battery 10 includes a vent area (not shown) formed on at least a part of the case 13, and a vent member 15 is provided in the vent area. can be inserted.
  • the vent member 15 may improve the safety of the battery by inducing gas discharge in a specific direction when a thermal runaway phenomenon occurs.
  • the vent area may be located in the sealing portion 13b.
  • the vent area may be located in a sealing portion of a side surface except for a sealing portion of a side where the electrode lead 11 is exposed to the outside.
  • the vent area may be located in the sealing part on the side where the electrode lead 11 is exposed to the outside.
  • the vent area may be located in the corner-side sealing portion of the case 13 .
  • the vent area When the vent area is located in the corner-side sealing portion of the case 13, the amount of gas vented in a direction directly contacting the electrode lead 11, that is, toward the side portion of the electrode lead 11, is minimized. This can further improve battery safety.
  • FIG 3 is an enlarged view of a vent member according to an embodiment of the present invention.
  • the vent member 15 includes a first layer 15a containing a resin having a lower melting point than the sealant resin, and a first layer 15a located on at least one surface of the first layer 15a and containing an adhesive material. It includes the second layer (15b).
  • the vent member 15 includes a resin having a lower melting point than the sealant resin of the sealing portion 13b, the sealing strength of the portion where the vent member 15 is inserted at a high temperature is higher than that of the portion of the case 13 containing the sealant resin. As the sealing strength is lowered, the venting property may be more easily implemented. Accordingly, when a thermal runaway phenomenon occurs, the safety of the battery may be improved by inducing gas discharge in a specific direction.
  • the vent member 15 since the vent member 15 includes a second layer 15b including an adhesive material on at least one surface of the first layer 15a including a resin having a lower melting point than the sealant resin, the vent member 15 It is easy to fix the position of the constant. That is, the positional deviation of the vent member 15 can be reduced. For example, the positional deviation of the vent member 15 may be within 0.5 mm.
  • vent member 15 may be located in the sealing portion 13b.
  • vent member 15 may be exposed to the outside of the case 13 .
  • FIG. 4 shows a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • the vent member 15 may be formed to be longer than the sealing portion 13b so that the vent member 15 may be exposed inside and outside the case 13 . That is, one end of the vent member 15 is located inside the battery from the battery inner end of the sealing part 13b, and the other end of the vent member 15 is located outside the battery from the battery outer end of the sealing part 13b. can be located When the vent member 15 has the above structure, the venting effect can be further improved.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a cross-section of a vent member portion after the sealing portion of the secondary battery of FIG. 4 is sealed.
  • the second layer 15b when a part of the vent member 15 is exposed to the outside of the case 13, the second layer 15b is the portion of the first layer 15a exposed to the outside of the case 13. It may be located on at least one side. In the process of sealing the vent member including the second layer 15b after being inserted into the case 13 , the second layer 15b may be pushed out of the case 13 . Accordingly, the second layer 15b may exist only outside the case 13 without existing inside the case 13 . That is, it may be located only on at least one surface of the first layer 15a exposed to the outside of the case 13 .
  • the adhesive material of the second layer 15b can accurately fix the vent member 15 to a desired position, but when the sealing portion 13b and the first layer 15a overlap, the adhesive material rather than seals the sealing portion 13b. ) and the first layer 15a may be hindered, thereby reducing the sealing strength between the sealing portion 13b and the first layer 15a.
  • the second layer 15b is located on at least one surface of the first layer 15a exposed to the outside of the case 13, a problem in which the sealing strength between the sealing portion 13b and the first layer 15a is lowered is prevented. It may be easier to do.
  • vent member 15 and the case 13 may be overlapped through 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 thickness of the second layer 15b is 5 ⁇ m or less.
  • the thickness of the second layer 15b may be 100 nm to 5 ⁇ m, or 1 to 5 ⁇ m.
  • the battery can be sealed during normal operation and gas can be discharged only when the battery operates abnormally.
  • the thickness of the second layer 15b exceeds 5 ⁇ m, the thickness of the second layer 15b including the adhesive material is too thick when the sealing portion 13b and the first layer 15a overlap, resulting in sealing The sealing strength between the portion 13b and the first layer 15a is lowered. Accordingly, it is difficult to secure a desired sealing strength during normal operation of the battery.
  • the maximum sealing strength during normal operation of the battery is 6 kgf/15 mm may be below.
  • the resin having a lower melting point than the sealant resin may include linear low density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms.
  • the resin having a lower melting point than the sealant resin includes linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms, the sealability of the case 13 is excellent, and the case 13 into which the vent member 15 is inserted is sealed at a high temperature. Since the strength is lowered, it may be easy to implement venting characteristics.
  • the resin having a lower melting point than the sealant resin may include linear low density polyethylene having a comonomer having 6 to 8 carbon atoms.
  • the resin having a lower melting point than the sealant resin may have a melting point of 100 °C to 130 °C, 105 °C to 125 °C, or 110 °C to 120 °C.
  • the resin having a lower melting point than the sealant resin includes linear low-density polyethylene having a comonomer of 6 or more carbon atoms
  • the linear low-density polyethylene having a comonomer of 6 or more carbon atoms has a temperature of 100 ° C to 130 ° C, or 105 ° C to 125 ° C, or It may have a melting point of 110 °C to 120 °C.
  • the sealing strength of the case 13 portion into which the vent member 15 is inserted is lowered at a high temperature, for example, 100° C. or higher, so that the venting characteristics are more realized. It can be easy.
  • the melting point of a resin having a lower melting point than that of 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 maintained at 30°C for 10 minutes. Thereafter, the melting point may be measured by increasing the temperature from 30° C. to 280° C. at 10° C./min and then 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.
  • the vent member 15 may be vented at a pressure of 1.5 atm or more.
  • the vent member 15 may be vented at a pressure of 100°C to 120°C and 1.5 atm or more.
  • vent member 15 As the vent member 15 is vented in the above-described temperature range and/or the above-mentioned pressure condition, it is easier to induce gas discharge only when the battery is abnormally operating while sealing the battery when the battery is operating normally. can
  • the maximum sealing strength of the vent member 15 at 100° C. or higher may be less than 6 kgf/15 mm.
  • the vent member 15 satisfies the above-described sealing strength in the above-mentioned temperature range, the sealing strength of the case 13 portion into which the vent member 15 is inserted is reduced at a high temperature, for example, 100 ° C. or higher, and the vent property is deteriorated. It may be easier to implement.
  • the maximum sealing strength of the vent member 15 at room temperature to 60° C. may be 6 kgf/15 mm or more.
  • the vent member 15 satisfies the above-mentioned sealing strength in the above-described temperature range, even when the vent member 15 is inserted, it has excellent sealing strength during normal operation of the battery, so that it is easy to secure the sealing property of the battery. can do.
  • the maximum sealing strength of the vent member 15 at 100 ° C. or higher is less than 6 kgf / 15 mm, and the maximum sealing strength of the vent member 15 at room temperature to 60 ° C. is 6 It may be kgf/15 mm or more.
  • the sealing strength of the portion of the case 13 into which the vent member 15 is inserted is reduced at high temperatures, so that the venting characteristics are easily realized, and during normal operation of the battery. It may be easy to secure the sealing property of the battery by having excellent sealing strength.
  • the average sealing strength of the vent member 15 at 100° C. or higher may be less than 4.5 kgf/15 mm.
  • the vent member 15 satisfies 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 high temperatures, so that it is easier to realize the venting characteristics.
  • the average sealing strength of the vent member 15 at room temperature to 60° C. may be 4.5 kgf/15 mm or more.
  • the vent member 15 satisfies the above-mentioned sealing strength in the above-mentioned temperature range, it is easy to secure the sealing property of the battery by having excellent sealing strength during normal operation of the battery.
  • the average sealing strength of the vent member 15 at 100 ° C. or higher is less than 4.5 kgf / 15 mm, and the average sealing strength of the vent member 15 at room temperature to 60 ° C. is 4.5 It may be kgf/15 mm or more.
  • the sealing strength of the portion of the case 13 into which the vent member 15 is inserted is lowered at high temperatures, so that the venting characteristics are easily implemented, and during normal operation of the battery It may be easy to secure the sealing property of the battery by having excellent sealing strength.
  • the sealing strength of the vent member 15 according to the temperature is measured by cutting the case 13 to a width of 15 mm and a length of 5 cm at the portion where the vent member 15 is inserted, then opening both ends at 180 ° and biting into a UTM jig, It can be measured by performing a tensile test at a speed of 5 mm/min.
  • the maximum sealing strength means the maximum value when the case 13 is broken, and the average sealing strength is the case 13 under the condition of 4.5 kgf/15 mm or more when the maximum sealing strength is 4.5 kgf/15 mm or more.
  • 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 a comonomer of 6 or more carbon atoms is 15% by weight or less relative to 100% by weight of the linear low-density polyethylene having a comonomer of 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 content of the comonomer having 6 or more carbon atoms satisfies the above-described range, it may be easy to prevent a problem in which sealing strength is lowered during normal operation of the battery due to a decrease in intermolecular packing density.
  • the content of the comonomer having 6 or more carbon atoms can be measured by H-NMR. For example, after completely dissolving about 10 mg of the sample in about 0.6 mL of trichlorethylene solvent using a heater gun, the sample is sampled in an NMR tube and measured using 1 H-NMR.
  • 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 230,000 g/mol to 300,000 g/mol.
  • sealing strength may be more excellent 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 linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 or more carbon atoms may be similar to each other.
  • 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 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 sealant resin and the linear low-density polyethylene having a comonomer of 6 or more carbon atoms is normal.
  • the fusing properties during operation may be better.
  • the crystallization temperature of the linear low density polyethylene having a comonomer of 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 can
  • the sealant resin and the linear low-density polyethylene having the comonomer having 6 or more carbon atoms may have more excellent fusion properties.
  • the crystallization temperature 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 maintained at 30°C for 10 minutes. Thereafter, the crystallization temperature may be measured by increasing the temperature from 30° C. to 280° C. at 10° C./min and then maintaining the temperature at 280° C. for 10 minutes.
  • DSC differential scanning calorimeter
  • the vent member 15 may have a film shape.
  • the vent member 15 may be formed to have a predetermined size and a predetermined thickness. In addition, the vent member 15 may be inserted into the case 13 to have a different insertion length or to control the venting pressure and position according to the design.
  • the insertion length of the vent member 15 may be 5 to 20 mm.
  • the bent surface of the case and one end of the vent member 15 may be in close contact with each other.
  • the shape of the vent member 15 may have a structure in which the width becomes narrower toward the outside of the case 13 .
  • the safety of the battery can be further improved while the injection angle of the vented gas is reduced.
  • the vent member 15 is located in the sealing portion on the side where the electrode lead 11 is exposed to the outside or the sealing portion on the corner side of the case, the vent member 15 is vented in a direction toward the side portion of the electrode lead 11. Since the amount of gas can be minimized, the safety of the battery can be further improved.
  • FIG. 6 to 8 are enlarged views of a vent member in a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • the shape of the vent member 15 may be elliptical or stepped, for example. However, the shape of the vent member 15 may be modified into a circular shape, a triangular shape, or a trapezoidal shape.
  • the vent member 15 may have an asymmetric step structure.
  • the vent member 15 When the vent member 15 is located in the sealing part on the side where the electrode lead 11 is exposed to the outside or the sealing part on the corner side of the case, the step difference between the steps is formed to correspond to the side part of the electrode lead 11. It can be. In this case, the ejection direction of the vented gas may be separated from the side portion of the electrode lead 11 as much as possible.
  • the thickness of the vent member 15 may decrease continuously or discontinuously along the direction in which the electrode lead 11 protrudes.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the BB′ axis of FIG. 2 .
  • the thickness reduction of the vent member 15 may be performed discontinuously in a step shape as shown in FIG. 9 (a) or continuously as shown in FIG. 9 (b).
  • the secondary battery may be a cylindrical, prismatic, or pouch-type secondary battery.
  • the secondary battery may be a pouch type secondary battery.
  • An upper pouch and a lower pouch in which 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 are stacked in order.
  • the electrode assembly was stored.
  • linear low-density polyethylene (ExxonMobile, Exceed TM , 1018, melting point: 119 ° C., comonomer content relative to total resin content: 7.6% by weight, weight Average molecular weight: 289,053 g/mol, polydispersity index: 3.023, crystallization temperature: 106° C.)
  • PSA pressure sensitive adhesive
  • LG Chem, BPSA Barrier Pressure-Sensitive Adhesives
  • Linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 carbon atoms polymerized in the presence of a metallocene catalyst instead of the linear low-density polyethylene having a comonomer having 6 carbon atoms used in Example 1 (LG Chemical, Lucene TM , SP311, melting point: 119 ° C, resin Content of comonomer relative to total content: 9.0% by weight, weight average molecular weight: 270, 756 g/mol, polydispersity index: 2.674, crystallization temperature: 107° C.), except for using the secondary battery in the same manner as in Example 1. was manufactured.
  • linear low-density polyethylene having a comonomer of 6 carbon atoms used in Example 1
  • linear low-density polyethylene having a comonomer of 8 carbon atoms polymerized in the presence of a metallocene catalyst (Dow, Elite TM , 5401GT, melting point: 120 ° C., total resin
  • a metallocene catalyst Dow, Elite TM , 5401GT, melting point: 120 ° C.
  • total resin A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that comonomer content: 11.8% by weight, weight average molecular weight: 251,521 g/mol, polydispersity index: 3.796, crystallization temperature: 105 ° C).
  • An upper pouch and a lower pouch in which 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 are stacked in order.
  • the electrode assembly was stored.
  • An upper pouch and a lower pouch in which 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 are stacked in order.
  • the electrode assembly was stored.
  • linear low-density polyethylene (ExxonMobile, Exceed TM , 1018, melting point: 119 ° C., comonomer content relative to total resin content: 7.6% by weight, weight Average molecular weight: 289,053 g/mol, polydispersity index: 3.023, crystallization temperature: 106° C.)
  • PSA pressure sensitive adhesive
  • LG Chem, Barrier Pressure-Sensitive Adhesives was applied on both sides of the film to a thickness of 20 ⁇ m, respectively.
  • a vent member was prepared by coating to a thickness.
  • the maximum sealing strength is obtained by cutting the case where the vent member is inserted into a width of 15 mm and a length of 5 cm, opening both ends at 180 °, biting into a UTM jig, and performing a tensile test at a speed of 5 mm/min at 25 ° C. When carried out, the maximum value when the case was broken was measured.
  • the maximum sealing strength at room temperature between the vent member of Comparative Example 2 in which the thickness of the second layer exceeds 5 ⁇ m and the sealing portion of the secondary battery is Example in which the thickness of the second layer is 5 ⁇ m or less It was confirmed that the maximum sealing strength at room temperature between the sealing portion and the vent member of the secondary battery prepared in 1 was much lower than the maximum sealing strength.
  • the positional deviation of the vent member was indicated by drawing a line on the secondary battery sealant layer and the outer layer, respectively, to insert the vent member, and then attaching the vent member prepared in Example 1 and Comparative Example 1 to the sealant layer, respectively, and sealing. After sealing, how far the vent member deviated from the line drawn on the outer layer was measured and calculated.

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Abstract

본 발명은 전극 리드가 부착된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 수납부, 및 실란트 수지를 포함하고 상기 전극 조립체를 밀봉하기 위해 형성된 실링부를 포함하는 케이스; 상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드와 상기 케이스 사이에 개재된 리드 필름; 상기 케이스의 적어도 일부에 형성된 벤트 영역; 및 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지를 포함하는 제1층, 및 상기 제1층의 적어도 일면에 위치하고 점착성 물질을 포함하는 제2층을 포함하고, 상기 벤트 영역에 삽입되는 벤트 부재;를 포함하고, 상기 제2층의 두께가 5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지에 관한 것이다.

Description

이차전지
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 벤트 부재를 구비한 이차전지에 관한 것이다.
본 출원은 2022년 01월 04일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2022-0001217호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다.
이러한 이차전지는 케이스에 양극/분리막/음극 구조의 단위 셀을 적어도 하나 이상 포함하는 전극 조립체가 수납되고, 전극 조립체를 밀봉하기 위해 케이스 내측의 실란트 수지가 융착하는 구조를 가지는 형태가 널리 사용되고 있다.
이러한 종래의 이차전지의 경우, 이차전지 내부의 단락이나 과충전이나 과방전, 온도 제어 등 다양한 원인들에 의해 전지의 발화가 발생할 수 있다. 이 때, 이차전지 내부의 온도가 급격히 올라감과 동시에 인접 셀까지 열이 전달되는 열 폭주 현상(Thermal Propagation)이 발생되어 화재가 더욱 커질 수 있다.
열 폭주 현상 발생 시, 가스로 인한 전극 손상을 최소화하기 위해 이차전지의 내부 온도가 상승할 때, 한 쪽 방향으로 가스를 배출하는 디렉셔널 벤팅(Directional Venting) 특성이 요구된다. 그러나, 종래 이차전지에서는 특정 방향으로 가스 배출을 유도하기 어려운 문제가 있다.
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 리드가 부착된 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수납하는 수납부, 및 실란트 수지를 포함하고 상기 전극 조립체를 밀봉하기 위해 형성된 실링부를 포함하는 케이스;
상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드와 상기 케이스 사이에 개재된 리드 필름;
상기 케이스의 적어도 일부에 형성된 벤트 영역; 및
상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지를 포함하는 제1층, 및 상기 제1층의 적어도 일면에 위치하고 점착성 물질을 포함하는 제2층을 포함하고, 상기 벤트 영역에 삽입되는 벤트 부재;를 포함하고,
상기 제2층의 두께가 5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지에 관한 것이다.
제2 구현예는, 제1 구현예에 있어서,
상기 벤트 영역이 상기 실링부에 위치할 수 있다.
제3 구현예는, 제2 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재가 상기 실링부보다 길게 형성되어 상기 케이스의 내부와 외부 각각에서 상기 벤트 부재가 노출되는 것일 수 있다.
제4 구현예는, 제3 구현예에 있어서,
상기 제2층이 상기 케이스 외부에 노출된 제1층의 적어도 일면에 위치할 수 있다.
제5 구현예는, 제1 구현예 내지 제4 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지가 탄소수 6 이상의 코모노머(comonomer)를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있다.
제6 구현예는, 제5 구현예에 있어서,
상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지가 탄소수 6 내지 8의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있다.
제7 구현예는, 제5 구현예 또는 제6 구현예에 있어서,
상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌이 메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 것일 수 있다.
제8 구현예는, 제5 구현예 내지 제7 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌에서 상기 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량이 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌 100 중량% 대비 15 중량% 이하일 수 있다.
제9 구현예는, 제5 구현예 내지 제8 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 다분산성 지수(Poly Dispersity Index; PDI)가 4 이하일 수 있다.
제10 구현예는, 제5 구현예 내지 제9 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 실란트 수지의 결정화 온도와 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 결정화 온도의 차이가 10℃ 이하일 수 있다.
제11 구현예는, 제5 구현예 내지 제10 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 결정화 온도가 90℃ 내지 115℃일 수 있다.
제12 구현예는, 제5 구현예 내지 제11 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 중량평균분자량이 10만 g/mol 내지 40만 g/mol일 수 있다.
제13 구현예는, 제1 구현예 내지 제12 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재가 100℃ 내지 120℃에서 벤팅될 수 있다.
제14 구현예는, 제1 구현예 내지 제13 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재가 1.5 atm 이상의 압력에서 벤팅될 수 있다.
제15 구현예는, 제1 구현예 내지 제14 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재의 100℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만일 수 있다.
제16 구현예는, 제1 구현예 내지 제15 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재의 100℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만일 수 있다.
제17 구현예는, 제1 구현예 내지 제16 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재의 상온 내지 60℃에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 이상일 수 있다.
제18 구현예는, 제1 구현예 내지 제17 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재의 상온 내지 60℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 이상일 수 있다.
제19 구현예는, 제1 구현예 내지 제18 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지가 100℃ 내지 130℃의 융점을 가질 수 있다.
제20 구현예는, 제1 구현예 내지 제19 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 점착성 물질이 아크릴계 고분자, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 실리콘, 부틸 고무, 폴리이소부틸렌, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.
제21 구현예는, 제1 구현예 내지 제20 구현예 중 어느 한 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 케이스의 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지를 포함하는 벤트 부재를 구비하여, 상기 벤트 부재가 위치한 방향으로 가스 배출을 유도할 수 있다. 이에 따라, 전지의 안전성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지는 제1층의 적어도 일면에 점착성 물질을 포함하는 제2층을 포함함에 따라, 벤트 부재의 위치를 고정시킬 수 있어, 전지의 치수 안정성을 향상시킬 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, 벤트 부재에 점착성 물질을 포함하는 층을 포함하지 않는 경우의 이차전지를 나타낸 도이다.
도 2는, 벤트 부재에 점착성 물질을 포함하는 층을 포함하는, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지를 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시양태에 따른 벤트 부재를 확대하여 나타낸 도이다.
도 4는, 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지를 나타낸 것이다.
도 5는 도 4의 이차전지의 실링부가 실링된 이후의 벤트 부재 부분의 단면을 확대하여 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지에서 벤트 부재 부분을 확대하여 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지에서 벤트 부재 부분을 확대하여 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지에서 벤트 부재 부분을 확대하여 나타낸 도이다.
도 9는 도 2의 B-B` 축을 따라 자른 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 측면에 따른 이차전지는, 전극 리드가 부착된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 수납부, 및 실란트 수지를 포함하고 상기 전극 조립체를 밀봉하기 위해 형성된 실링부를 포함하는 케이스; 상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드와 상기 케이스 사이에 개재된 리드 필름; 상기 케이스의 적어도 일부에 형성된 벤트 영역; 및 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지를 포함하는 제1층, 및 상기 제1층의 적어도 일면에 위치하고 점착성 물질을 포함하는 제2층을 포함하고, 상기 벤트 영역에 삽입되는 벤트 부재;를 포함하고, 상기 제2층의 두께가 5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
도 1은 벤트 부재에 점착성 물질을 포함하는 층을 포함하지 않는 경우의 이차전지를 나타낸 것이다. 상기 이차전지(10)는 전극 리드(11)가 부착된 전극 조립체(12) 및 케이스(13)를 구비한다. 상기 케이스(13)는 전극 조립체(12)를 수납하는 수납부(13a), 및 전극 조립체(12)를 밀봉하기 위해 형성된 실링부(13b)를 구비한다. 이차전지(10)는 리드 필름(14)을 구비한다. 상기 리드 필름(14)은 상기 전극 리드(11)의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드(11)와 실링부(13b) 사이에 개재된다. 상기 리드 필름(14)은 상기 전극 리드(11)와 실링부(13b) 사이에 개재되어 전극 리드(11)와 실링부(13b)의 결착을 돕는다.
도 1을 참조하면, 특정 방향으로 가스 배출을 유도하기 위한 벤트 부재(15)가 점착성 물질을 포함하는 층을 포함하지 않는 경우, 벤트 부재(15)를 케이스(13)에 단순 삽입한 뒤 전지를 실링한다. 그러나, 벤트 부재(15)를 케이스(13)에 단순 삽입하는 경우, 케이스(13)의 실링 전까지 벤트 부재(15)가 제대로 고정되지 않아 치수 안정성이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명의 발명자들은 벤트 부재의 적어도 일면에 점착성 물질을 포함하는 층이 위치함에 따라 케이스의 실링 전에도 벤트 부재가 제대로 고정되어 치수 안정성을 확보할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
도 2는 벤트 부재에 점착성 물질을 포함하는 층을 포함하는, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에 따른 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 분리막이 개재된 상태에서 양극판과 음극판이 순차적으로 적층될 수 있다.
양극판은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체와 그 적어도 일면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 양극판은 일측단에 금속 재질, 이를테면 알루미늄(Al) 재질로 이루어진 양극탭을 포함할 수 있다. 양극탭은 양극판의 일측단으로부터 연장되어 돌출되거나 양극판의 일측단에 용접되거나 도전성 접착제를 이용하여 접합될 수 있다.
음극판은 전도성 금속 박판, 예를 들면 구리(Cu) 호일로 이루어진 음극 집전체와, 그 적어도 일면에 코팅된 음극 활물질층을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 음극판은 일측단에 금속 재질, 이를테면 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 형성되는 음극탭을 포함할 수 있다. 음극탭은 음극판의 일측단으로부터 연장되어 돌출되거나 양극판의 일측단에 용접되거나 도전성 접착제를 이용하여 접합될 수 있다.
분리막은 양극판과 음극판 사이에 개재되어, 양극판과 음극판을 서로 전기적으로 절연시키며, 양극판과 음극판 사이에서 리튬 이온 등이 서로 통과될 수 있도록 다공성 막 형태로 형성될 수 있다. 이러한 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)을 형성한 구조를 가질 수 있다.
전극 조립체(12)로는 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 등을 들 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 케이스(13)는 전극 조립체(12)를 수납하는 수납부(13a), 및 전극 조립체(12)를 밀봉하기 위해 형성된 실링부(13b)를 구비한다.
상기 실링부(13b)는 실란트 수지를 포함하고, 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 실링하는 실란트층의 다층 구조의 필름 형태로 구비될 수 있다.
상기 외층은, 폴리(에틸렌테레프탈레이트)(Poly(ethylene terephthalate); PET), 폴리부틸렌테레프타레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트, 공중합 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 나일론 등 기타 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.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 케이스(13)가 파우치 형태인 경우, 상부 파우치와 하부 파우치를 포함할 수 있다. 상기 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.
상기 실링부(13b)의 융착은 열융착, 초음파에 의한 융착 등일 수 있으나, 실링부(13b)를 융착시킬 수 있다면 크게 제한되지는 않는다.
상기 실링부(13b)는 케이스(13)의 테두리에서 4면 실링 또는 3면 실링될 수 있다. 3면 실링 구조는, 상부 파우치와 하부 파우치가 하나의 파우치 시트에 포밍된 후 상부 파우치 및 하부 파우치의 경계면을 절곡시켜 상부 파우치 및 하부 파우치에 형성된 상기 전극 조립체 수납부(13a)들이 포개지도록 한 상태에서 절곡부를 제외한 나머지 3면의 테두리를 실링한 구조를 의미한다.
도 2를 참조하면, 상기 전극 리드(11)는 일부가 상기 전지 케이스(13)의 외부로 노출되도록 전지 케이스(13) 내에 수납될 수 있다.
도 2를 참조하면, 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, 상기 전극 리드(11)와 실링부(13b) 사이에 개재된다. 상기 리드 필름(14)은 상기 전극 리드(11)와 실링부(13b) 사이에 개재되어 전극 리드(11)와 실링부(13b)의 결착을 돕는다.
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. 상기 벤트 부재(15)는 열 폭주 현상 발생 시, 특정한 방향으로 가스의 배출을 유도하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 영역이 상기 실링부(13b)에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 영역이 전극 리드(11)가 외부로 노출되는 측의 실링부를 제외한 측면의 실링부에 위치할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 상기 벤트 영역이 전극 리드(11)가 외부로 노출되는 측의 실링부에 위치할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 상기 벤트 영역이 상기 케이스(13)의 코너 측 실링부에 위치할 수 있다. 상기 벤트 영역이 케이스(13)의 코너 측 실링부에 위치하는 경우, 전극 리드(11)와 직접적으로 접촉되는 방향, 즉 전극 리드(11)의 사이드 부분을 향하는 방향으로 벤트되는 가스의 양을 최소화할 수 있어 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시양태에 따른 벤트 부재를 확대하여 나타낸 도이다.
도 3을 참조하면, 상기 벤트 부재(15)는 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지를 포함하는 제1층(15a), 및 상기 제1층(15a)의 적어도 일면에 위치하고 점착성 물질을 포함하는 제2층(15b)을 포함한다.
상기 벤트 부재(15)는 실링부(13b)의 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지를 포함함으로써, 고온에서 벤트 부재(15)가 삽입된 부분의 밀봉 강도가 실란트 수지를 포함하는 케이스(13) 부분의 밀봉 강도보다 더 저하됨에 따라 벤트 특성이 구현되기 더욱 용이할 수 있다. 이에 따라, 열 폭주 현상 발생 시, 특정한 방향으로 가스의 배출을 유도하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 벤트 부재(15)는 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지를 포함하는 제1층(15a)의 적어도 일면에 점착성 물질을 포함하는 제2층(15b)을 포함함에 따라, 벤트 부재(15)의 위치를 일정하게 고정시키는 것이 용이하다. 즉, 상기 벤트 부재(15)의 위치 편차를 감소시킬 수 있다. 예컨대, 상기 벤트 부재(15)의 위치 편차가 0.5 mm 이내일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)의 적어도 일부가 상기 실링부(13b)에 위치할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)의 적어도 일부가 상기 케이스(13)의 외부로 노출될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지를 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 벤트 부재(15)가 상기 실링부(13b)보다 길게 형성되어 상기 케이스(13)의 내부와 외부 각각에서 상기 벤트 부재(15)가 노출될 수 있다. 즉, 상기 벤트 부재(15)의 일단이 상기 실링부(13b)의 전지 내측 단부보다 전지 내측에 위치하고, 상기 벤트 부재(15)의 타단이 상기 실링부(13b)의 전지 외측 단부보다 전지 외측에 위치할 수 있다. 상기 벤트 부재(15)가 전술한 구조를 가지는 경우, 벤트 효과가 더욱 향상될 수 있다.
도 5는 도 4의 이차전지의 실링부가 실링된 이후의 벤트 부재 부분의 단면을 확대하여 나타낸 도이다.
도 5를 참조하면, 상기 벤트 부재(15)의 일부가 상기 케이스(13) 외부로 노출되는 경우, 상기 제2층(15b)이 상기 케이스(13) 외부로 노출된 제1층(15a)의 적어도 일면에 위치할 수 있다. 상기 제2층(15b)을 포함하는 벤트 부재를 케이스(13)에 삽입한 후 실링하는 과정에서, 제2층(15b)이 케이스(13) 외부로 밀려날 수 있다. 이에 따라, 제2층(15b)이 케이스(13) 내부에는 존재하지 않으면서 케이스(13) 외부에만 존재할 수 있다. 즉, 케이스(13) 외부로 노출된 제1층(15a)의 적어도 일면에만 위치할 수 있다. 제2층(15b)의 점착성 물질은 벤트 부재(15)를 원하는 위치에 정확하게 고정할 수 있으나, 실링부(13b)와 제1층(15a)이 중첩될 때에 점착성 물질에 의해 오히려 실링부(13b)와 제1층(15a) 간의 중첩이 방해되어 실링부(13b)와 제1층(15a) 간의 실링 강도가 저하되는 경우가 있을 수 있다. 제2층(15b)이 케이스(13) 외부로 노출된 제1층(15a)의 적어도 일면에 위치하는 경우, 실링부(13b)와 제1층(15a) 간의 실링 강도가 저하하는 문제를 방지하기 더욱 용이할 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.
본 발명에 있어서, 상기 제2층(15b)의 두께가 5 ㎛ 이하이다. 예컨대, 상기 제2층(15b)의 두께가 100 nm 내지 5 ㎛, 또는 1 내지 5 ㎛일 수 있다. 상기 제2층(15b)의 두께가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지의 정상 작동 시에는 전지의 밀봉이 가능하면서 전지의 이상 작동 시에만 가스 배출을 유도할 수 있다.
상기 제2층(15b)의 두께가 5 ㎛를 초과하는 경우, 실링부(13b)와 제1층(15a)이 중첩될 때에 점착성 물질을 포함하는 제2층(15b)의 두께가 너무 두꺼워 실링부(13b)와 제1층(15a) 간의 실링 강도가 저하된다. 이에 따라, 전지의 정상 작동 시에 원하는 실링 강도의 확보가 어렵다. 예컨대, 전지의 정상 작동 시에 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지가 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있다. 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지가 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함함에 따라, 케이스(13)의 밀봉성은 우수하면서, 고온에서 벤트 부재(15)가 삽입된 케이스(13)의 실링 강도가 저하되어 벤트 특성이 구현되기 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지가 탄소수 6 내지 8의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지가 100℃ 내지 130℃, 또는 105℃ 내지 125℃, 또는 110℃ 내지 120℃의 융점을 가지는 것일 수 있다. 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지가 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 경우, 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌이 100℃ 내지 130℃, 또는 105℃ 내지 125℃, 또는 110℃ 내지 120℃의 융점을 가지는 것일 수 있다. 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지가 전술한 범위의 융점을 가지는 경우, 고온, 예컨대 100℃ 이상에서 벤트 부재(15)가 삽입된 케이스(13) 부분의 실링 강도가 저하되어 벤트 특성이 구현되기 더욱 용이할 수 있다.
상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 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, 30℃로부터 10℃/min으로 280℃까지 증가시킨 후 280℃에서 10분간 유지하여 융점을 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)는 100℃ 내지 120℃에서 벤팅되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)는 1.5 atm 이상의 압력에서 벤팅되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)는 100℃ 내지 120℃, 1.5 atm 이상의 압력에서 벤팅되는 것일 수 있다.
상기 벤트 부재(15)는 전술한 온도 범위 및/또는 전술한 압력 조건에서 벤팅됨에 따라, 전지가 정상 작동할 때에는 전지의 밀봉이 가능하면서 전지의 이상 작동 시에만 가스 배출을 유도하는 것이 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)의 100℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 6 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)의 상온 내지 60℃에서의 최대 실링 강도가 6 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 우수한 실링 강도를 가져 전지의 밀봉성을 확보하기 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)의 100℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만이고, 상기 벤트 부재(15)의 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 케이스(13) 부분의 실링 강도가 저하되어 벤트 특성이 구현되기 용이하면서, 전지의 정상적 작동 시에는 우수한 실링 강도를 가져 전지의 밀봉성을 확보하기 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)의 100℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 4.5 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 케이스(13) 부분의 실링 강도가 저하되어 벤트 특성이 구현되기 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)의 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 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, 상기 벤트 부재(15)의 상온 내지 60℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 이상일 수 있다. 상기 벤트 부재(15)가 전술한 온도 범위를 가지는 경우, 고온에서 벤트 부재(15)가 삽입된 케이스(13) 부분의 실링 강도가 저하되어 벤트 특성이 구현되기 용이하면서, 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 mm 이상의 조건에서 케이스(13)가 8 mm 만큼 연신되었을 때의 평균값을 의미하고, 최대 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 이하인 경우에는 최대 실링 강도에서 케이스(13)가 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-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 우수할 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.
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 유지한다. 이후, 30℃로부터 10℃/min으로 280℃까지 증가시킨 후 280℃에서 10분간 유지하여 결정화 온도를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)는 필름 형상을 가지는 것일 수 있다.
상기 벤트 부재(15)는 기 설정된 크기의 소정의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 아울러, 상기 벤트 부재(15)는 설계에 따라, 삽입 길이를 다르게 하거나 또는 벤팅 압력 및 위치 제어가 가능할 수 있게 상기 케이스(13)에 삽입될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)의 삽입 길이는 5 내지 20 mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 실링부(13b)가 3면 실링되는 경우, 케이스가 절곡된 면과 상기 벤트 부재(15)의 일단이 밀착될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)의 형상이 상기 케이스(13) 외부 방향으로 갈수록 폭이 좁아지는 구조를 가질 수 있다. 상기 벤트 부재(15)의 형상이 상기 케이스 외부 방향으로 갈수록 폭이 좁아지는 구조를 갖는 경우, 벤트되는 가스의 분사각이 감소되면서 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 벤트 부재(15)가 전극 리드(11)가 외부로 노출되는 측의 실링부, 또는 케이스의 코너 측 실링부에 위치하는 경우, 전극 리드(11)의 사이드 부분을 향하는 방향으로 벤트되는 가스의 양을 최소화할 수 있어 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지에서 벤트 부재 부분을 확대하여 나타낸 것이다.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 상기 벤트 부재(15)의 형상은 예컨대 타원형 또는 스텝형일 수 있다. 하지만, 상기 벤트 부재(15)의 형상은 원형, 삼각형, 또는 사다리꼴 등의 형상으로 변형이 가능하다.
또한, 도 8을 참조하면, 상기 벤트 부재(15)의 형상이 비대칭 스텝 구조일 수 있다. 상기 벤트 부재(15)가 전극 리드(11)가 외부로 노출되는 측의 실링부, 또는 케이스의 코너 측 실링부에 위치하는 경우, 스텝들의 단차는 전극 리드(11)의 사이드 부분과 대응하도록 형성될 수 있다. 이 경우, 벤트되는 가스의 분사 방향을 전극 리드(11)의 사이드 부분과 최대한 이격시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(15)의 두께는 전극 리드(11)가 돌출되는 방향을 따라 연속적 또는 불연속적으로 감소할 수 있다.
도 9는 도 2의 B-B` 축을 따라 자른 단면도이다.
도 9를 참조하면, 상기 벤트 부재(15)의 두께 감소는 도 9의 (a)와 같이 스텝 형상으로 불연속적으로 이루어지거나, 도 9의 (b)와 같이 연속적으로 이루어질 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))/알루미늄박/폴리프로필렌 수지가 차례대로 적층된 상부 파우치와 하부 파우치를 폴리프로필렌 수지가 서로 대향하도록 배치한 후, 양극/분리막/음극 순서대로 적층된 전극 조립체를 수납하였다.
그 다음, 메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 탄소수 6의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌(ExxonMobile社, ExceedTM, 1018, 융점: 119℃, 수지 전체 함량 대비 코모노머의 함량: 7.6 중량%, 중량평균분자량: 289,053 g/mol, 다분산성 지수: 3.023, 결정화 온도: 106℃) 필름의 양면에 감압 접착제(pressure sensitive adhesive, PSA)(LG chem社, BPSA(Barrier Pressure-Sensitive Adhesives)를 각각 5 ㎛ 두께로 코팅하여 벤트 부재를 제조하였다.
상기 폴리프로필렌 수지 사이에 상기 제조한 벤트 부재를 삽입한 후, 열융착하여 이차전지를 제조하였다.
실시예 2
실시예 1에서 사용한 탄소수 6의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌 대신 메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 탄소수 6의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LG화학, LuceneTM, SP311, 융점: 119℃, 수지 전체 함량 대비 코모노머의 함량: 9.0 중량%, 중량평균분자량: 270, 756 g/mol, 다분산성 지수: 2.674, 결정화 온도: 107℃)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
실시예 3
실시예 1에서 사용한 탄소수 6의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌 대신 메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 탄소수 8의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌(Dow, EliteTM, 5401GT, 융점: 120℃, 수지 전체 함량 대비 코모노머의 함량: 11.8 중량%, 중량평균분자량: 251,521 g/mol, 다분산성 지수: 3.796, 결정화 온도: 105℃)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
비교예 1
폴리(에틸렌테레프탈레이트)(poly(ethylene terephthalate))/알루미늄박/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 메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 탄소수 6의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌(ExxonMobile社, ExceedTM, 1018)을 삽입한 후, 열융착하여 이차전지를 제조하였다.
비교예 2
폴리(에틸렌테레프탈레이트)(poly(ethylene terephthalate))/알루미늄박/폴리프로필렌 수지가 차례대로 적층된 상부 파우치와 하부 파우치를 폴리프로필렌 수지가 서로 대향하도록 배치한 후, 양극/분리막/음극 순서대로 적층된 전극 조립체를 수납하였다.
그 다음, 메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 탄소수 6의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌(ExxonMobile社, ExceedTM, 1018, 융점: 119℃, 수지 전체 함량 대비 코모노머의 함량: 7.6 중량%, 중량평균분자량: 289,053 g/mol, 다분산성 지수: 3.023, 결정화 온도: 106℃) 필름의 양면에 감압 접착제(pressure sensitive adhesive, PSA)(LG chem社, BPSA(Barrier Pressure-Sensitive Adhesives)를 각각 20 ㎛ 두께로 코팅하여 벤트 부재를 제조하였다.
상기 폴리프로필렌 수지 사이에 상기 제조한 벤트 부재를 삽입한 후, 열융착하여 이차전지를 제조하였다.
평가예 1: 이차전지의 실링 강도 측정
실시예 1 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 이차전지의 실링부와 벤트 부재 간의 상온에서의 최대 실링 강도를 측정하여 하기 표 1에서 나타내었다.
상기 최대 실링 강도는 벤트 부재가 삽입된 부분의 케이스를 폭 15mm, 길이 5cm로 재단한 뒤, 양 끝을 180°로 벌려 UTM 지그에 물린 뒤, 25℃에서 5 mm/min의 속도로 인장 테스트를 실시하였을 때, 케이스가 파단될 때의 최대값을 측정하였다.
실시예 1 비교예1 비교예2
25℃에서의 실링 강도
(kgf/15mm)		 10.6 11.1 1.5
상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 제2층의 두께가 5 ㎛를 초과하는 비교예 2의 벤트 부재와 이차전지의 실링부 간의 상온에서의 최대 실링 강도는 제2층의 두께가 5 ㎛ 이하인 실시예 1에서 제조한 이차전지의 실링부와 벤트 부재 간의 상온에서의 최대 실링 강도보다 훨씬 낮음을 확인할 수 있었다.
평가예 2: 벤트 부재의 위치 편차 측정
실시예 1에서 제조한 벤트 부재 및 비교예 1에서 제조한 벤트 부재의 위치 편차를 측정하였다.
벤트 부재의 위치 편차는 벤트 부재를 삽입할 위치를 이차전지 실란트층과 외층에 각각 선을 그어 표기한 다음, 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 벤트 부재를 각각 실란트층에 부착하고 실링하였다. 실링 후 외층에 그어진 선에서부터 벤트 부재가 얼마나 벗어나있는지 간격을 측정하여 계산하였다.
실시예 1의 벤트 부재의 위치 편차는 ± 0.5 mm인 반면, 비교예 1의 벤트 부재의 위치 편차는 ± 2 mm임을 확인할 수 있었다.

Claims (22)

  1. 전극 리드가 부착된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수납하는 수납부, 및 실란트 수지를 포함하고 상기 전극 조립체를 밀봉하기 위해 형성된 실링부를 포함하는 케이스;
    상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드와 상기 케이스 사이에 개재된 리드 필름;
    상기 케이스의 적어도 일부에 형성된 벤트 영역; 및
    상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지를 포함하는 제1층, 및 상기 제1층의 적어도 일면에 위치하고 점착성 물질을 포함하는 제2층을 포함하고, 상기 벤트 영역에 삽입되는 벤트 부재;를 포함하고,
    상기 제2층의 두께가 5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 영역이 상기 실링부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 벤트 부재가 상기 실링부보다 길게 형성되어 상기 케이스의 내부와 외부 각각에서 상기 벤트 부재가 노출되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2층이 상기 케이스 외부에 노출된 제1층의 적어도 일면에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지가 탄소수 6 이상의 코모노머(comonomer)를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지가 탄소수 6 내지 8의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌이 메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌에서 상기 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량이 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌 100 중량% 대비 15 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 다분산성 지수(Poly Dispersity Index; PDI)가 4 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 실란트 수지의 결정화 온도와 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 결정화 온도의 차이가 10℃ 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 결정화 온도가 90℃ 내지 115℃인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 중량평균분자량이 10만 g/mol 내지 40만 g/mol인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재가 100℃ 내지 120℃에서 벤팅되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재가 1.5 atm 이상의 압력에서 벤팅되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재의 100℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재의 100℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재의 상온 내지 60℃에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재의 상온 내지 60℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지가 100℃ 내지 130℃의 융점을 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 점착성 물질이 아크릴계 고분자, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 실리콘, 부틸 고무, 폴리이소부틸렌, 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  21. 제1항에 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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