KR101335372B1 - 마이크로 캡슐화된 소화 조성물을 갖는 리튬 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로 캡슐화된 소화 조성물 및 그를 갖는 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 표면이 열가소성 수지층으로 코팅된 형태로 제공됨으로써 내부에 존재하는 소화 조성물의 방출 온도를 조절할 수 있는 효과가 있고, 크기가 마이크로 사이즈로 매우 작아서 소화 작용이 필요한 리튬 이차 전지를 포함하는 여러 분야에 다양하게 적용될 수 있도록 하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물은 소화 조성물 및, 소화 조성물의 외부에 형성되는 열가소성 수지층을 포함하며, 열가소성 수지층은, 열가소성의 단독중합체 또는 공중합체로 형성되며, 단독중합체는 하나의 단량체의 중합에 의해 형성되며, 공중합체는 적어도 두 개 이상의 단량체의 중합에 의해 형성되며, 단량체는 에틸렌기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로 캡슐화된 소화 조성물을 갖는 리튬 이차 전지{Lithium Secondary Battery having Micro Encapsulated Fire Extinguishing Compositions}
본 발명은 소화 조성물 및 그를 갖는 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마이크로 캡슐화된 소화 조성물의 내부에 존재하는 소화 조성물의 방출 온도를 조절할 수 있고, 나아가 리튬 이차 전지의 과충전 및 오작동 등으로 인한 발열시 전지의 동작을 정지시키거나 내부 물질의 활성을 줄여 발화 또는 폭발에 대한 위험성을 낮추어주는 마이크로 캡슐화된 소화 조성물 및 그를 갖는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
다양한 여러 소화제(消火劑) 및 소화 방법들이 알려져 있으며, 이들은 화재의 규모 및 장소, 연관된 가연성 물질의 유형 등에 따라 특정 화재에 대해 선택할 수 있다.
전통적으로 할로겐화 탄화수소 소화제는 고정된 구내(예컨대 컴퓨터실, 창고 저장실, 전기통신 스위치 기어실, 도서관, 문서 보관소, 석유 파이프라인 및 펌프장 등)를 보호하는 플러딩 용도(flooding application) 또는 신속한 소화를 필요로 하는 스트리밍 용도(streaming application)(예컨대 군용 비행 대기선, 시판용 핸드헬드(hand-held) 소화기 또는 고정된 시스템 국소 적용 용도)로 사용되어 왔다.
전술한 소화제는 효율적일 뿐만 아니라 물과 달리 구역 내 또는 그 내용물에 거의 손상을 주지 않는 청결 소화제(clean extinguishing agent)이다.
가장 통상적으로 사용되는 할로겐화 탄화수소 소화제는 브롬 함유 화합물, 예컨대 브로모트리플루오로메탄(CF3Br,Halon™ 1301) 및 브로모클로로디플루오로메탄(CF2ClBr,Halon™ 1211)이다. 이와 같이 브롬을 함유하는 할로겐화 탄소화합물들은 소화에 매우 효과적이며 휴대용 스트리밍 장치, 또는 수동이나 일정한 화재 감지 방법에 의해 작동되는 자동 실내 플러딩 시스템으로 살포할 수 있다.
그러나 이 화합물들은 오존층 파괴와 관련되어 있다. 몬트리올 의정서 및 이에 수반하는 수정 조항들은 Halon™ 1211 및 1301의 생산을 중지하도록 명령한 바 있고, 이에 대응하여, 통상적으로 사용되는 브롬을 함유한 소화제의 대용물 또는 대체물에 대한 요구가 커지고 있는 실정이다.
한편, 최근 정보 통신 산업의 발전에 따라 전자 기기가 소형화, 경량화, 박형화 및 휴대화됨에 따라, 이러한 전자 기기의 전원으로 사용되는 전지의 고에너지 밀도화에 대한 요구가 높아지고 있다. 리튬 이차 전지는 이러한 요구를 가장 잘 충족시킬 수 있는 전지로서, 현재 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극 구조체에 리튬염 및 유기용매를 포함하는 비수 전해액을 주입하여 제조하는데, 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입, 탈리될 때의 산화환원 반응에 의해 전기 에너지를 생성하는 이차 전지이다.
이러한 리튬 이온 전지는 수용액으로 전해액을 사용하는 Ni-MH 전지, Ni-Cd 전지, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 높다는 등의 장점으로 인해 현재 각광을 받고 있다. 그러나 리튬 이온 전지는 유기 전해액을 사용하기 때문에, 발화 및 폭발의 위험이 있고 제조가 까다롭다는 단점이 있다.
따라서 이러한 리튬 이온 전지에서 가장 선결되어야 하는 문제는 안전성이라 할 수 있고, 특히 과충전, 관통, 열오븐 등 오용에 따른 발화 및 폭발 위험이 가장 시급히 해결해야 할 과제이다.
예컨대 리튬 이온 전지가 과충전되면, 리튬 이온이 계속해서 양극에서 음극으로 이동하게 되고, 이동한 리튬 이온이 음극 표면에서 성장하여 수지(樹枝)상 구조인 덴드라이트(dendrite)를 형성하게 된다. 이러한 덴드라이트는 전지 단락에 의한 과전류 및 과열을 유발하고, 심한 경우 폭발이나 화재의 원인이 된다.
또한, 리튬 이온 전지가 정격 전압 이상으로 과충전되면 전해액은 분해되기 시작하고 온도가 상승하여 발화점(flash point)까지 도달할 수 있다. 한편, 양극 활물질로서 LiCoO2를 사용하는 경우, 고온이 되면 LiCoO2가 보다 안정된 구조인 스피넬(spinel) 구조로 변화하면서 여분의 산소가 생기고, 이 여분의 산소가 발화점에 도달한 전해액으로 이동하여 발화함으로써 연소나 폭발이 일어나게 된다.
이러한 과충전에 따른 발열을 막기 위해, 보호 회로를 장착하는 방법, 증가하는 전지의 내압을 이용하여 전류를 차단하는 방법, 전해액에 첨가제를 첨가하는 방법 등 다양한 방법이 제시되어 왔다.
그러나 보호 회로나 내압을 이용한 전류 차단 기구는 부가적인 공간과 비용을 초래하여 전지의 고용량화에 반하는 문제점을 안고 있다. 또한 전해액에 첨가제를 첨가하는 방법은 충전시의 전류 값이나 전지의 내부 저항에 따라서 주울 발열이 변동하고 발열 억제 기구의 동작 타이밍이 고르지 못하며, 공정상의 문제점을 드러내거나 정상 동작시의 전지 성능의 저하를 수반하는 등의 문제점을 안고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 새로운 소화 시스템으로서 표면이 열가소성 수지층으로 코팅되어 있어, 원하는 온도에서 내부에 존재하는 소화 조성물이 방출되어 소화기능을 발휘하는 마이크로 캡슐화된 소화 조성물을 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 목적은 평상시에는 전지의 작동에 전혀 영향을 주지 않으면서 과충전 또는 오작동으로 의한 이상 발열시 전지의 동작을 정지시키거나 내부 물질의 활성을 줄여 줄 수 있는 마이크로 캡슐화된 소화 조성물을 갖는 리튬 이차 전지를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 소화 조성물 및, 상기 소화 조성물의 외부에 형성되는 열가소성 수지층을 포함하며, 상기 열가소성 수지층은, 열가소성의 단독중합체 또는 공중합체로 형성되며, 상기 단독중합체는 하나의 단량체의 중합에 의해 형성되며, 상기 공중합체는 적어도 두 개 이상의 단량체의 중합에 의해 형성되며, 상기 단량체는 에틸렌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 캡슐화된 소화 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물에 있어서, 상기 단량체는, 에틸렌계 단량체, 비닐계 단량체, 아크릴계 단량체 및 메타크릴계 단량체를 포함하는 군에서 선택되며, 상기 에틸렌계 단량체는 에틸렌, 프로필렌, 1,3-부타디엔, 이소부틸렌, 이소프렌, 스타이렌 및 알파메틸스타이렌으로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 비닐계 단량체는 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 테트라플루오로에틸렌, 비닐 C1~C10 알킬레이트(CH2CH-OC(O)R, R은 C1~C10 알킬), 비닐 C1~C10 알킬 에터(CH2CH-OR, R은 C1~C10 알킬), 비닐 피롤리돈, 비닐 카바졸로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물에 있어서, 상기 아크릴계 단량체는 아크릴산, 아크릴로나이트릴, 아크릴아마이드 및 C1~C10 알킬 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 메타크릴계 단량체는 메타크릴산, 메타크릴로나이트릴, 메타크릴아마이드 및 C1~C10 알킬 메타크릴레이트로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물에 있어서, 상기 소화 조성물은, 하나 또는 두 개의 수소 원자를 함유하고, 비등점이 0 내지 150℃인 불화 케톤 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물에 있어서, 상기 불화 케톤 화합물은, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 두 개의 원자를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물에 있어서, 상기 불화 케톤 화합물은, CF3CF2C(O)CF(CF3)2, (CF3)2CFC(O)CF(CF3)2, CF3(CF2)2C(O)CF(CF3)2, CF3(CF2)3C(O)CF(CF3)2, CF3(CF2)5C(O)CF3, CF3CF2C(O)CF2CF2CF3, CF3C(O)CF(CF3)2 및 퍼플루오로 시클로헥사논으로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상 선택될 수 있다.
본 발명은 또한, 소화 조성물 및, 상기 소화 조성물의 외부에 형성되는 열가소성 수지층을 포함하며, 상기 열가소성 수지층은 열가소성의 단독중합체 또는 공중합체로 형성되며, 상기 단독중합체는 하나의 단량체의 중합에 의해 형성되며, 상기 공중합체는 적어도 두 개 이상의 단량체의 중합에 의해 형성되며, 상기 단량체는 에틸렌기를 포함하는 마이크로 캡슐화된 소화 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
그리고 본 발명에 따른 리튬 이차 전지에 있어서, 상기 마이크로 캡슐화된 소화 조성물은, 음극, 양극, 세퍼레이터, 전해질, 음극 활물질 또는 양극 활물질 중 적어도 어느 하나에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물은 표면이 열가소성 수지층으로 코팅된 형태로 제공됨으로써 내부에 존재하는 소화 조성물의 방출 온도를 조절할 수 있는 효과가 있고, 크기가 마이크로 사이즈로 매우 작아서 소화 작용이 필요한 소형의 전지 등 여러 분야에 다양하게 적용될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물을 포함하는 리튬 이차 전지는 평상시에는 전지의 작동에 전혀 영향을 주지 않지만 과충전 또는 오작동에 의한 이상 발열시 소화 조성물이 배출되어 전지의 동작을 정지시키고 내부 물질의 활성을 줄여 리튬 이차 전지에 발화 또는 폭발이 발생하는 것을 억제한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물을 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물을 포함하는 리튬 이차 전지를 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 2의 마이크로 캡슐화된 소화 조성물을 포함하는 리튬 이차 전지의 음극을 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 1의 마이크로 캡슐화된 소화 조성물을 포함하는 리튬 이차 전지의 세퍼레이터의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 1의 마이크로 캡슐화된 소화 조성물을 포함하는 리튬 이차 전지의 세퍼레이터의 다른 예를 보여주는 단면도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 바람직한 하나의 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.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)을 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)은 일정한 온도 이상이 되면 소화 조성물(14)의 외부에 형성되는 열가소성 수지층(12)의 외부로 소화 조성물(14)이 배출되어 소화작용을 통해 주위의 온도를 낮춰주는 용도로 사용된다. 이러한 본 실시예에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)은 소화 조성물(14) 및, 소화 조성물(14)의 외부에 형성되는 열가소성 수지층(12)을 포함하며, 열가소성 수지층(12)은 열가소성의 단독중합체 또는 공중합체로 형성되며, 단독중합체는 하나의 단량체의 중합에 의해 형성되며, 공중합체는 적어도 두 개 이상의 단량체의 중합에 의해 형성되고, 단량체는 에틸렌기를 포함한다.
열가소성 수지층(12)은 외부 환경의 이상 발열시 녹을 수 있도록, 예컨대 녹는점이 70 내지 200℃인 열가소성 수지로 형성할 수 있으나, 이에만 한정하는 것은 아니다. 열가소성 수지층(12)은 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)의 외형을 형성하며, 구형으로 형성될 수 있다.
여기서 열가소성 수지층(12)을 형성하는 열가소성의 단독중합체 또는 공중합체의 중합에 사용되는 단량체는, 에틸렌계 단량체, 비닐계 단량체, 아크릴계 단량체 및 메타크릴계 단량체를 포함하는 군에서 선택될 수 있으나 이에만 한정하는 것은 아니다.
여기서 에틸렌계 단량체는 에틸렌, 프로필렌, 1,3-부타디엔, 이소부틸렌, 이소프렌, 스타이렌 및 알파메틸스타이렌으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 비닐계 단량체는 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 테트라플루오로에틸렌, 비닐 C1~C10 알킬레이트(CH2CH-OC(O)R, R은 C1~C10 알킬), 비닐 C1~C10 알킬 에터(CH2CH-OR, R은 C1~C10 알킬), 비닐 피롤리돈, 비닐 카바졸로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 아크릴계 단량체는 아크릴산, 아크릴로나이트릴, 아크릴아마이드 및 C1~C10 알킬 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 메타크릴계 단량체는 메타크릴산, 메타크릴로나이트릴, 메타크릴아마이드 및 C1~C10 알킬 메타크릴레이트로 이루어지는 군에서 선택될 수 있으나 이에만 한정하는 것은 아니다.
그리고 소화 조성물(14)은 하나 또는 두 개의 수소 원자를 함유하고, 비등점이 0 내지 150℃인 불화 케톤 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 여기서 불화 케톤 화합물은 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 두 개의 원자를 포함할 수 있으며, 여기서 불화 케톤 화합물은 예컨대, CF3CF2C(O)CF(CF3)2, (CF3)2CFC(O)CF(CF3)2, CF3(CF2)2C(O)CF(CF3)2, CF3(CF2)3C(O)CF(CF3)2, CF3(CF2)5C(O)CF3, CF3CF2C(O)CF2CF2CF3, CF3C(O)CF(CF3)2 및 퍼플루오로 시클로헥사논으로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상 선택될 수 있으나 이에만 한정하는 것은 아니다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)은 일반적인 마이크로 캡슐을 제조하는 방법에 의하여 제조될 수 있다. 대표적으로 마이크로 캡슐의 제조 방법은 고분자를 후처리하여 제조하는 것이다. 이는 물에 녹지 않는 고분자와 유기용제, 그리고 마이크로 캡슐 내부에 포함시킬 물질을 모두 섞은 후, 충분히 교반함으로써 균일하게 혼합하는 절차를 거친 다음, 유기용제를 제거하는 방법이다. 그 밖에도, 수용 분산액을 가열하거나 진공에 의하여 제거하는 방법, 마이크로 캡슐의 외벽을 형성하는 물질을 계면중합을 통하여 제조하는 방법, 이종(異種)의 고분자 1 내지 30 중량부를 내부에 포함시키는 미니이멀젼 중합방법 등 마이크로 캡슐을 제조하기 위해 사용되는 다양한 방법이 모두 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)을 포함하는 리튬 이차 전지(100)를 보여주는 단면도이다. 열가소성 수지층(12)은 리튬 이차 전지(100)를 구성하는 요소, 예컨대 음극(20), 양극(30) 또는 세퍼레이터(40)에 포함되더라도 리튬 이차 전지(100)의 성능 또는 용량 저하를 최소화할 수 있고, 리튬 이차 전지(100)의 내부 발화를 효과적으로 억제할 수 있도록, 20㎛ 이하의 직경을 갖도록 형성될 수 있으나 이에만 한정하는 것은 아니고, 바람직하게는 열가소성 수지층(12)은 4㎛ 이하의 직경을 갖도록 형성될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)은 열가소성 수지층(12) 내에 소화 조성물(14)이 내장된 구조를 갖기 때문에, 이러한 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)을 이용하여 리튬 이차 전지(100)를 제조할 경우, 평상시에는 리튬 이차 전지(100)의 작동에 전혀 영향을 주지 않으면서 과충전 또는 오작동에 의한 이상 발열시 열가소성 수지층(12)이 녹으면서 소화 조성물(14)이 열가소성 수지층(12) 밖으로 배출되어 리튬 이차 전지(100)의 동작을 정지시키거나 내부 물질의 활성을 줄여 리튬 이차 전지(100)에 발화 또는 폭발이 발생하는 것을 억제한다.
이와 같은 본 실시예에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)을 이용한 리튬 이차 전지(100)에 대해서 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 3은 도 2의 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)을 포함하는 리튬 이차 전지(100)의 음극(20)을 보여주는 단면도이다.
본 실시예에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)을 이용한 리튬 이차 전지(100)는 세퍼레이터(40)를 기준으로 양쪽에 마련된 음극(20)과 양극(30)을 포함한다. 도시하진 않았지만 음극(20), 양극(30) 및 세퍼레이터(40)로 이루어진 전극 구조체에 비수 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지(100)를 제조한다.
음극(20)은 음극 집전체(22)의 양면에 음극 활물질(24)이 형성된 구조를 가질 수 있다. 여기서 음극 집전체(22)로는 철, 구리, 알루미늄, 니켈 등의 금속 소재가 사용될 수 있다. 음극 활물질(24)로는 흑연 등이 사용될 수 있으며, 바인더(26)에 의해 음극 집전체(22)에 부착될 수 있다. 음극 활물질(24)에는 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)이 포함되어 있다.
양극(30)은 양극 집전체(32)의 양면에 양극 활물질(34)이 형성된 구조를 가질 수 있다. 여기서 양극 집전체(32)로는 철, 구리, 알루미늄, 니켈 등의 금속 소재가 사용될 수 있다. 양극 활물질(34)로는 리튬 전이금속 산화물 등이 사용될 수 있다. 음극 활물질(34)에는 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)이 포함되어 있다.
그리고 세퍼레이터(40)로는 다공성 기재가 사용될 수 있으며, 다공성 기재로는 폴리프로필렌계, 폴리에틸렌계 또는 폴리올레핀계 등이 사용될 수 있으나 이에만 한정하는 것은 아니다.
이와 같이 본 실시예에 따른 리튬 이차 전지(100)는 음극(20)의 음극 활물질(24) 및 양극(30)의 양극 활물질(34)에 각각 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)이 포함되어 있기 때문에, 음극(20) 및 양극(30)의 이상 발열시 열가소성 수지층(12)이 녹으면서 소화 조성물(14)이 열가소성 수지층(12) 밖으로 배출되어 리튬 이차 전지(100)의 동작을 정지시키거나 음극 활물질(24) 또는 양극 활물질(34)의 활성을 줄여 리튬 이차 전지(100)에 발화 또는 폭발이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
한편 본 실시예에서는 음극 활물질(24) 및 양극 활물질(34)에 각각 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)이 포함된 예를 개시하였지만 이것에만 한정되는 것은 아니다. 예컨대 음극 활물질(24) 또는 양극 활물질(34) 중 어느 한쪽에만 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)이 포함될 수 있다.
또한 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 세퍼레이터(40)에 포함될 수 있다. 여기서 도 4는 도 1의 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)을 포함하는 리튬 이차 전지(100)의 세퍼레이터(40)의 일 예를 보여주는 단면도이다. 도 5는 도 1의 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)을 포함하는 리튬 이차 전지(100)의 세퍼레이터(40)의 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 세퍼레이터(40)는 다수의 기공을 갖는 다공성 기재(42)와, 다공성 기재(42)의 적어도 일면에 코팅된 코팅층을 포함할 수 있다. 코팅층은 다수의 무기물 입자(46)와 바인더(44)를 포함할 수 있다. 예컨대 코팅층의 무기물 입자(46)로는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3(PLZT), PB(Mg3Nb2 /3)O3-PbTiO3(PMN-PT), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, SiO2, Y2O3, Al2O3, SiC 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 무기물 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 그리고 그 코팅층에 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)이 포함된 예를 개시하였다.
도 5를 참조하면, 세퍼레이터(40)는 다공성 기재(42)를 포함하며, 다공성 기재(42) 내에 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)이 포함될 수 있다. 이때 다공성 기재(42)의 적어도 일면에 도 4에 도시된 바와 같은 코팅층이 형성될 수도 있다.
그 외 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)은 리튬 이차 전지(100)의 전해질에 포함될 수도 있다. 이 경우 전해질에는 20 중량% 이내의 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)이 포함될 수 있으나 이에만 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 본 실시예에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)은 그 크기가 마이크로 단위이기 때문에, 리튬 이차 전지(100)를 구성하는 요소, 예컨대 음극(20), 양극(30) 또는 세퍼레이터(40)에 포함되더라도 리튬 이차 전지(100)의 성능 또는 용량 저하를 최소화할 수 있다.
또한 본 실시예에 따른 마이크로 캡슐화된 소화 조성물(10)은 음극(20), 양극(30) 또는 세퍼레이터(40)를 구성하는 물질에 포함시켜 제조할 수 있기 때문에, 발화 및 폭발을 방지하기 위한 부가적인 부재나 공간을 필요로 하지 않는다. 따라서 본 실시예에 따른 리튬 이차 전지(100)는 기존의 리튬 이차 전지의 형태를 유지하면서 발화 또는 폭발이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10 : 마이크로 캡슐화된 소화 조성물
12 : 열가소성 수지층
14 : 소화 조성물
20 : 음극
30 : 양극
40 : 세퍼레이터
100 : 리튬 이차 전지

Claims (8)

  1. 소화 조성물 및,
    상기 소화 조성물의 외부에 형성되는 열가소성 수지층을 포함하며,
    상기 열가소성 수지층은,
    열가소성의 단독중합체 또는 공중합체로 형성되며,
    상기 단독중합체는 하나의 단량체의 중합에 의해 형성되며, 상기 공중합체는 적어도 두 개 이상의 단량체의 중합에 의해 형성되며,
    상기 단량체는 에틸렌기를 포함하는 마이크로 캡슐화된 소화 조성물을 포함하고,
    상기 열가소성 수지층은 4㎛ 이하의 직경을 갖도록 형성되고,
    상기 마이크로 캡슐화된 소화 조성물은 음극 활물질 또는 양극 활물질 중 적어도 하나에 포함되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단량체는,
    에틸렌계 단량체, 비닐계 단량체, 아크릴계 단량체 및 메타크릴계 단량체를 포함하는 군에서 선택되며,
    상기 에틸렌계 단량체는 에틸렌, 프로필렌, 1,3-부타디엔, 이소부틸렌, 이소프렌, 스타이렌 및 알파메틸스타이렌으로 이루어진 군에서 선택되며,
    상기 비닐계 단량체는 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 테트라플루오로에틸렌, 비닐 C1~C10 알킬레이트(CH2CH-OC(O)R, R은 C1~C10 알킬), 비닐 C1~C10 알킬 에터(CH2CH-OR, R은 C1~C10 알킬), 비닐 피롤리돈, 비닐 카바졸로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 아크릴계 단량체는 아크릴산, 아크릴로나이트릴, 아크릴아마이드 및 C1~C10 알킬 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되며,
    상기 메타크릴계 단량체는 메타크릴산, 메타크릴로나이트릴, 메타크릴아마이드 및 C1~C10 알킬 메타크릴레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 소화 조성물은,
    하나 또는 두 개의 수소 원자를 함유하고, 비등점이 0 내지 150℃인 불화 케톤 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  5. 제4항에 있어서, 상기 불화 케톤 화합물은,
    염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 두 개의 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  6. 제4항에 있어서, 상기 불화 케톤 화합물은,
    CF3CF2C(O)CF(CF3)2, (CF3)2CFC(O)CF(CF3)2, CF3(CF2)2C(O)CF(CF3)2, CF3(CF2)3C(O)CF(CF3)2, CF3(CF2)5C(O)CF3, CF3CF2C(O)CF2CF2CF3, CF3C(O)CF(CF3)2 및 퍼플루오로 시클로헥사논으로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  7. 삭제
  8. 삭제
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