KR101580698B1 - Lithium secondary battery electrodes and cells comprising thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬이차전지용 전극 및 이를 포함하는 전지셀에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 집전판 및 전극활물질을 포함하는 리튬이차전지용 전극에 있어서, 상기 집전판으로 미연신 포일을 사용함을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전극 및 이러한 구성의 양극, 음극과 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전지셀에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 외력에 의해 리튬이차전지의 양극 포일과 음극 포일이 직접 접촉하여 단락되는 현상을 근본적으로 방지할 수 있다.The present invention relates to an electrode for a lithium secondary battery and a battery cell including the electrode. More particularly, the present invention relates to an electrode for a lithium secondary battery including a current collector plate and an electrode active material, wherein an unstretched foil is used as the current collector plate An electrode for a secondary battery, and a separator interposed between the anode and the cathode, and between the anode and the cathode.
According to the present invention, it is possible to fundamentally prevent a short circuit between the anode foil and the cathode foil of the lithium secondary battery due to external force.

Description

리튬이차전지용 전극 및 이를 포함하는 전지셀{LITHIUM SECONDARY BATTERY ELECTRODES AND CELLS COMPRISING THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an electrode for a lithium secondary battery and a battery cell comprising the same. BACKGROUND ART [0002]

본 발명은 리튬이차전지의 네일(nail) 안전성 평가 시 외부로부터 관통하는 네일에 의해 전극판 포일(foil) 간의 전기적 단락 및 접촉이 방지된 리튬이차전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬이차전지용 전지셀에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrode for a lithium secondary battery in which electrical shorting and contact between electrode plate foils are prevented by nails penetrating from the outside in evaluating nail safety of a lithium secondary battery, and a battery cell for a lithium secondary battery comprising the electrode will be.

리튬이차전지는 통상적으로 음극에 카본계 소재, 양극에 리튬계 산화물, 전해질에 유기용매에 리튬염이 용해된 전해액 등을 사용하게 되는데, 전지가 과충전 될 경우에는 양극에서 전해액의 분해가 일어나고, 음극에서는 금속이 석출되어 전지 특성이 열화되며, 발열이나 발화의 우려도 존재한다.The lithium secondary battery usually uses a carbonaceous material as a negative electrode, a lithium oxide as a positive electrode, and an electrolyte solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent as an electrolyte. When the battery is overcharged, the electrolyte is decomposed at the positive electrode, The metal is precipitated, deteriorating the battery characteristics, and there is a fear of generation of heat or ignition.

또한, 충방전 시 국부적으로 과열이 되기 때문에 열에 약한 고분자 전해질은 부분적으로 용해되거나 연화되어 전류와 전위의 불균일을 초래할 수 있고, 이에 따라 단락, 화재 및 폭발의 위험성이 존재하게 된다.In addition, since the polymer electrolyte is locally overheated during charging and discharging, the polymer electrolyte which is weak in heat may be partially dissolved or softened, resulting in non-uniformity of electric current and electric potential, resulting in a risk of short circuit, fire and explosion.

따라서, 리튬이차전지에서는 안전성의 확보가 무엇보다 중요하다.
Therefore, securing the safety of the lithium secondary battery is important.

이를 위하여 리튬이차전지는 다양한 형태의 안전성 테스트를 행하고 있는데, 그 중 대표적인 것이 네일 테스트(nail test)이다. 네일 테스트는 네일을 전지셀 외부로부터 관통시키는 것으로, 외력에 의하여 심각한 내부 단락이 일어나는 경우를 대비하기 위해 수행된다. 내부 단락이 발생하는 경우 단락이 발생한 특정 점에 순간적으로 모든 에너지가 몰리게 되며, 이에 따라 순간적인 열 및 부대반응으로 인한 열 폭주를 겪게 되어 전지가 발화, 파열 및 폭발할 수도 있기 때문이다.
For this purpose, lithium secondary batteries are subjected to various types of safety tests, of which nail tests are representative. The nail test is performed to penetrate the nail from the outside of the battery cell and to prepare for a case where a serious internal short circuit occurs due to an external force. If an internal short occurs, all the energy instantaneously rushes to a specific point where a short occurs, which can lead to thermal runaway due to instant thermal and sub reaction, which may cause the battery to ignite, rupture and explode.

그러나, 이러한 네일 테스트에 있어서 네일이 관통 시 전극 포일(양극의 경우 Al, 음극의 경우 Cu 등) 및 분리막의 연신이 발생하게 되고, 이에 따라 반대전극 포일이 직접 접촉할 수 있어 발화로 이어질 확률이 높다.
However, in such a nail test, when the nail passes through, the electrode foil (Al in the case of the anode and Cu in the case of the cathode) and the separation membrane are elongated, so that the foil of the opposite electrode can be in direct contact, high.

그 결과, 네일 테스트에 안전한 전지를 제공하기 위한 다양한 전지 구조가 제시되고 있는 상황이다. As a result, various battery structures have been proposed to provide a safe battery for nail testing.

예를 들어, 대한민국 공개특허 제2000-0066879호에서는 전극판의 적어도 일면에 유기용매에 소정량의 고분자 소재를 교반하여 제조되는 슬러리를 도포하여 코팅층을 형성하고, 이를 별도의 용매에 담궈 전해질이 함침될 공간을 확보하는 방법을 개시하고 있다. 또한, 대한민국 공개특허 제2008-0105853호에서는 양극 또는 음극의 극판면들 중 적어도 한 면에 세라믹층을 코팅한 양극 또는 음극을 포함하는 리튬이차전지를 제시하고 있다. 상기 특허들은 공통적으로 극판에 코팅층을 형성함으로써 전기적 단락의 위험을 줄이고자 하는 것이다.For example, in Korean Patent Publication No. 2000-0066879, a slurry prepared by stirring a predetermined amount of a polymer material in an organic solvent is applied to at least one surface of an electrode plate to form a coating layer, which is immersed in a separate solvent, And a method for securing a space to be used. Korean Patent Laid-Open Publication No. 2008-0105853 discloses a lithium secondary battery including a positive electrode or a negative electrode coated with a ceramic layer on at least one of the electrode plate surfaces of the positive electrode or the negative electrode. These patents commonly attempt to reduce the risk of electrical shorts by forming a coating layer on the electrode plate.

그러나, 상기 방법으로는 전기적 단락을 완벽하게 막을 수 없고, 또한 극판의 코팅이 벗겨지는 경우가 발생하여 또 다른 문제를 야기하게 된다.
However, this method can not completely prevent the electrical short circuit, and the coating of the electrode plate may be peeled off, causing another problem.

이에, 리튬이차전지의 네일 안전성 평가 시 외부 관통 네일에 의한 발열, 발화를 확실하게 방지할 수 있는 리튬이차전이용 전극 및 전지셀의 개발이 요구되고 있었다.
Accordingly, development of a lithium secondary battery-use electrode and a battery cell that can reliably prevent the generation of heat and ignition due to the external nail during the evaluation of the safety of the nail of the lithium secondary battery has been required.

본 발명은 리튬이차전지의 안전성을 향상시키기 위한 것으로, 특히 네일 안전성 평가 시 외부 관통 네일에 의해 발생할 수 있는 전기적 단락, 발열 및 발화를 방지하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to improve the safety of a lithium secondary battery, and in particular, it is an object of the present invention to prevent electric short-circuit, heat generation, and ignition that may be caused by external nails during nail safety evaluation.

본 발명은 상기 목적을 달성함에 있어서 전지의 성능상 열화를 가져오지 않는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to prevent deterioration in performance of a battery in achieving the above object.

본 발명은 리튬이차전지의 안전성을 확보하기 위하여 구조가 개선된 리튬이차전지용 전극 및 전지셀을 제공함을 목적으로 한다.
Disclosure of the Invention An object of the present invention is to provide an electrode and a battery cell for a lithium secondary battery having an improved structure for securing the safety of a lithium secondary battery.

본 발명은 집전판 및 전극활물질을 포함하는 리튬이차전지용 전극에 있어서, 상기 집전판으로 미연신 포일을 사용함을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전극에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrode for a lithium secondary battery including a current collecting plate and an electrode active material, wherein an unstretched foil is used as the current collecting plate.

또한, 상기 미연신 포일은 5% 이하의 연신율을 가지는 것일 수 있다.
In addition, the non-drawn foil may have an elongation of 5% or less.

그리고, 상기 미연신 포일의 재질은 Al, Cu, Ni, 및 S.S로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종인 것일 수 있다.
The material of the unstretched foil may be one selected from the group consisting of Al, Cu, Ni, and SS.

아울러, 상기 미연신 포일 위에 절연성 테잎이 부착된 것일 수 있다.In addition, an insulating tape may be attached on the non-drawn foil.

여기에서, 상기 전극은 음극이고, 상기 미연신 포일은 Cu 재질인 것이거나 상기 전극은 양극이고, 상기 미연신 포일은 Al 재질인 것일 수 있다.
Here, the electrode may be a cathode, the non-drawn foil may be made of Cu, the electrode may be a cathode, and the non-drawn foil may be made of Al.

더불어, 상기 절연성 테잎의 재질은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 및 OPP 중에서 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.
In addition, the material of the insulating tape may be at least one material selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and OPP.

한편, 본 발명은 상기와 같은 양극 및 음극, 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전지셀에 관한 것이다.
The present invention also relates to a battery cell for a rechargeable lithium battery, which comprises the separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and between the positive electrode and the negative electrode.

본 발명의 리튬이차전지에 의하면 외력에 의해 양극과 음극의 포일이 직접 접촉하여 내부 단락이 발생하는 현상을 방지할 수 있다. According to the lithium secondary battery of the present invention, it is possible to prevent the internal short circuit from occurring due to direct contact between the foil of the anode and the cathode due to external force.

특히, 네일 안전성 테스트 시 외부로부터 관통하는 네일에 의한 금속 포간의 접촉이 방지되는 효과가 있다. Particularly, in the nail safety test, the contact of the metal blanks caused by the nail penetrating from the outside is prevented.

또한, 본 발명에 따른 전지셀은 전지의 성능상 열화를 가져오지 않으면서 안전한 네일 테스트를 가능하게 하는 장점을 가진다.
Further, the battery cell according to the present invention has an advantage of enabling safe nail testing without deteriorating the performance of the battery.

도 1은 통상의 전지셀에서 네일 테스트 시 발생하는 현상을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 전지셀에서 네일 테스트 시 발생하는 현상을 도시한 것이다.1 shows a phenomenon that occurs during a nail test in a conventional battery cell.
2 shows the phenomenon that occurs during the nail test in the battery cell of the present invention.

본 발명은 리튬이차전지에서의 네일(10) 안전성 평가 시 외부 관통 네일(10)에 의한 전극판의 접촉 및 단락과 이에 따른 발열 및 발화 가능성을 배제하고자 안출된 것으로서, 집전판 및 전극활물질을 포함하는 리튬이차전지용 전극에 있어서, 상기 집전판으로 미연신 포일(20, 30)을 사용함을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전극에 관한 것이다.
The present invention has been made to eliminate the possibility of contact and short-circuit of the electrode plate by the outer penetrating nail (10) during the safety evaluation of the nail (10) in the lithium secondary battery, Wherein the non-stretch foil (20, 30) is used as the current collecting plate in the electrode for a lithium secondary battery.

본 발명에서 제공하는 전극(양극 또는 음극)은 통상의 리튬이차전지용 전극과 동일한 구조를 가지는 것이다. 즉, 집전판으로 사용되는 포일(20, 30)의 일면 또는 양면에 전극활물질 슬러리를 도포한 뒤 건조시키는 것으로 제조된다.The electrode (anode or cathode) provided in the present invention has the same structure as a conventional electrode for a lithium secondary battery. That is, the electrode active material slurry is coated on one side or both sides of the foils 20 and 30 used as current collectors and then dried.

여기서 상기 포일(20, 30)의 연신율(elongation)이 큰 경우 전지의 네일(10) 테스트에서 외부로부터 관통하는 네일(10)에 의해 포일(20, 30)이 쉽게 연신되면서 분리막(50)을 사이에 두고 배치된 반대 전극의 집전판 포일과 직접 접촉되어 전기적 단락(통전)이 일어나는 경우가 있다.(도 1 참조) When the elongation of the foils 20 and 30 is large, the foils 20 and 30 are easily stretched by the nail 10 passing through from the outside in the test of the nail 10 of the battery, There is a case where an electrical short circuit (energization) occurs directly in contact with the current collecting foil of the opposite electrode disposed in the lower electrode (see Fig. 1)

본 발명에서는 이러한 현상을 막기 위하여 상기 집전판 포일(20, 30)로 미연신의 재질을 사용하는 것을 일 특징으로 한다.In the present invention, the current collector foil (20, 30) is made of an unstretched material to prevent such a phenomenon.

본 발명에 있어서 "미연신 포일"이란 외부로부터 관통하는 네일(10)에 의해 포일(20, 30) 간의 직접 접촉을 유발하지 않을 정도로 낮은 연신율을 가진 재료로 구성된 포일(20, 30)을 말한다. In the present invention, the term "non-drawn foil" refers to foils 20 and 30 made of a material having a low elongation so as not to cause direct contact between the foils 20 and 30 by nails 10 penetrating from the outside.

구체적으로, 전극 포일(20, 30)로 사용되는 재질의 일반적인 연신율이 10 ~ 15%인 것을 감안할 때, 이보다 낮은 연신율을 가지는 것으로서 바람직하게는 5% 이하의 아주 낮은 연신율을 갖는 전극 포일(20, 30)을 사용한다. Specifically, considering that the general elongation of the materials used for the electrode foils 20 and 30 is 10 to 15%, the electrode foils 20, 20 having a very low elongation such as 5% or less, 30) is used.

이러한 낮은 연신율은 통상 전극 포일(20, 30)로 사용되는 구리 또는 알루미늄 포일 제작 시 열처리 온도 및 시간을 조절하는 방법으로 구현할 수 있다. Such a low elongation can be realized by a method of controlling the heat treatment temperature and time in the production of the copper or aluminum foil used as the electrode foils 20 and 30.

상기 미연신 포일(20, 30)의 재질로는 Al, Cu, Ni, 및 S.S로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종인 것을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 통상의 전극 포일(20, 30) 재료로 사용되는 금속들을 채택할 수 있다.
The non-drawn foils 20 and 30 may be made of one selected from the group consisting of Al, Cu, Ni, and SS, but the present invention is not limited thereto. Metals used as materials can be adopted.

또한, 본 발명은 상기와 같은 연신율이 매우 낮은 포일(20, 30)을 채택하여 반대 전극 포일 간의 직접 접촉을 예방함과 더불어, 추가적으로 상기 포일(20, 30) 위에 절연성 테잎(40)을 부착함으로써, 반대 전극 포일 간의 직접 접촉을 완벽하게 차단할 수 있는 리튬이차전지용 전극을 제공한다. 즉, 본 발명은 미연신 포일(20, 30) 위에 절연성 테잎(40)을 부착함을 또 다른 특징으로 한다.
Further, the present invention adopts the foil 20, 30 having a very low elongation as described above to prevent the direct contact between the opposite electrode foils and further to attach the insulating tape 40 on the foil 20, The electrode for a lithium secondary battery can completely block the direct contact between the counter electrode foil. That is, the present invention is characterized in that the insulating tape 40 is attached on the non-stretch foil 20, 30.

바람직하게는, Cu 재질의 미연신 음극 포일(20)의 일면에 절연성 테잎(40)을 부착한다. 더욱 바람직하게는, 미연신 음극 포일(20) 외에 Al 등의 재질을 갖는 미연신 양극 포일(30) 위에도 절연성 테잎(40)을 부착하여 단락 방지 효과를 극대화 할 수 있다. 한편, 포일(20, 30) 위에 절연성 테잎(40)을 부착시키는 것은 접착층 적용의 방법으로 수행할 수 있다.
Preferably, the insulating tape 40 is attached to one surface of the non-oriented cathode foil 20 made of Cu. More preferably, the insulating tape 40 may be adhered to the unstretched anode foil 30 having a material such as Al in addition to the non-drawn cathode foil 20 to maximize the short-circuiting prevention effect. On the other hand, it is possible to attach the insulating tape 40 on the foils 20 and 30 by a method of applying an adhesive layer.

또한, 상기 절연성 테잎(40)의 재질로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 및 OPP 중에서 선택되는 1종 이상을 사용함이 절연 효과 면에서 바람직하다.It is preferable that at least one material selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and OPP is used as the material of the insulating tape 40 in terms of insulation effect.

한편, 본 발명은 상기와 같은 양극 및 음극, 이러한 양극과 음극 사이에 개재된 분리막(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전지셀에 관한 것이다.
The present invention also relates to a battery cell for a rechargeable lithium battery, including the above-described positive electrode and negative electrode, and a separator 50 interposed between the positive electrode and the negative electrode.

본 발명에서 리튬이차전지용 전지셀은 통상의 경우와 동일한 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이 제조되어 포일(20, 30) 간의 접촉을 방지할 수 있는 양극, 음극 각각을 분리막(50)을 사이에 두고 배치한 후 전해질을 주입함으로써 리튬이차전지용 전지셀을 완성할 수 있다.
In the present invention, a battery cell for a lithium secondary battery can be manufactured by the same method as in a usual case. That is, the battery cell for a lithium secondary battery can be completed by arranging the positive electrode and the negative electrode, which are manufactured as described above and can prevent contact between the foils 20 and 30, with the separator 50 interposed therebetween, have.

상술한 기술적 구성을 가지는 본 발명의 전극 또는 전지셀은 전지의 성능 변화 없이도 도 2에서 보는 바와 같이 네일(10) 테스트 중 네일(10) 관통의 경우에도 전극 포일(20, 30) 간의 접촉이 발생하지 않는 장점을 지닌다.
The electrode or the battery cell according to the present invention having the above-described technical structure can cause contact between the electrode foils 20 and 30 even when the nail 10 passes through the nail 10 during the test of the nail 10, It has the advantage of not doing.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to explain the scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas Should be construed as being included in the scope of the present invention.

10: 네일
20: 음극 포일
30: 양극 포일
40: 절연성 테잎
50: 분리막10: Nail
20: cathode foil
30: anode foil
40: Insulation tape
50: membrane

Claims (8)

집전판 및 전극활물질을 포함하는 리튬이차전지용 전극에 있어서,
상기 전극은 양극과 음극, 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하며,
상기 집전판으로 미연신 포일을 사용함에 따라 상기 양극은 미연신 양극 포일이 형성되고, 상기 음극은 미연신 음극 포일이 형성되며,
상기 미연신 포일은 5%의 연신율을 가지고,
상기 미연신 포일의 일면에는 절연성 테잎이 부착되어 반대 전극 포일 간의 직접 접촉을 차단하며,
상기 미연신 음극 포일은 Cu 재질로 마련하고, 일면에 절연성 테잎을 부착하며,
상기 미연신 양극 포일은 Al 재질로 마련하고, 일면에 절연성 테잎을 부착하며,
상기 절연성 테잎의 재질은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 및 OPP 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지용 전극.1. An electrode for a lithium secondary battery comprising a collector plate and an electrode active material,
Wherein the electrode includes a positive electrode and a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode,
As the current collector uses the unstretched foil, the positive electrode forms an unstretched anode foil, the negative electrode forms an unstretched cathode foil,
The non-drawn foil has an elongation of 5%
An insulating tape is attached to one surface of the non-drawn foil to prevent direct contact between the foils of the opposite electrode,
The non-drawn cathode foil is made of a Cu material, an insulating tape is attached to one surface,
The unstretched anode foil is made of Al material, an insulating tape is attached to one surface,
Wherein the insulating tape is made of at least one material selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and OPP. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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