KR102022582B1 - 안전성이 향상된 전극 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안전성이 향상된 전극 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 양극의 연신율을 0.6 내지 1.5%로 조절함으로써 네일 관통에 의한 양극 집전체와 음극 집전체 간의 내부 단락 및 양극 집전체와 음극 활물질층 간의 내부 단락을 방지하거나 혹은 현저하게 감소시킬 수 있다.

Description

안전성이 향상된 전극 및 이를 포함하는 이차전지 {Electrode with improved safety and secondary battery comprising the same}
본 발명은 안전성이 향상된 전극 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 네일(nail)에 대한 양극의 관통 저항을 증가시킴으로써 이차전지의 내부단락 안전성을 확보한 발명이다.
전지에너지는 에너지 밀도에 비례하여 증가하며, 이차전지의 고에너지화가 진행될수록 전지의 안전성은 위협을 받게 된다. 평상시 양극과 음극에 저장된 전기에너지는 세퍼레이터에 의해 분리되어 안전하게 유지되지만, 각종 원인에 의해 양극과 음극 사이에서 단락이 유발되어 저장된 전기에너지가 짧은 시간동안에 방출되게 되면서 발열/발화 혹은 열폭주(thermal runaway) 현상을 일으키게 된다. 특히, 리튬 이차전지는 네일 관통에 의한 내부단락으로 짧은 시간 내에 전지 내부에 큰 전류가 흐르게 될 경우, 발열에 의해 전지가 가열되면서 발화/폭발할 위험성이 있다.
이에, 네일 관통에 대한 안전성을 확보하기 위한 노력의 일환으로서, 셀 바깥쪽에 소자를 장착하여 사용하는 방법과, 셀 내부의 물질을 이용하는 방법이 주로 연구, 적용되어 왔다. 온도의 변화를 이용한 PTC 소자, 전압의 변화를 이용하는 보호회로, 전지 내압의 변화를 이용하는 안전 벤트(Safety vent) 등이 전자에 해당하고, 전지 내부의 온도나 전압 변화에 따라 물리적, 화학적, 전기화학적으로 변화할 수 있는 물질을 첨가하는 것이 후자에 속한다.
셀 바깥쪽에 장착하는 소자들은 온도나 전압 그리고 내압을 이용하기 때문에 확실한 차단을 가져올 수 있는 반면에, 추가적인 설치 공정 및 설치 공간이 요구되며, 또한, 내부 단락, 네일 관통, 국부적 손상 등과 같이 빠른 응답시간이 요구되는 경우에는 제대로 보호역할을 하지 못하는 것으로 알려져 있다.
셀 내부의 물질을 이용하는 방법으로는 전해액이나 전극에 안전성을 향상시키는 첨가제를 부가하는 화학적 안전장치를 추가하는 연구가 진행되고 있는데, 공간을 필요로 하지 않으며 모든 종류의 전지에 적용이 가능하다는 장점을 가지고 있으나 전극에 부동막을 형성하는 물질을 만들거나 온도 상승시 부피 팽창이 이루어지면서 전극의 저항을 증가시키는 상황 등이 보고되고 있다. 그러나, 이들 각각은 부동막 형성시 부산물이 발생하여 전지의 성능을 저하시키거나, 전지 내부에서 차지하는 부피가 커서 전지의 용량감소를 가져오는 문제점을 안고 있다.
따라서, 네일 관통에 의한 발열, 발화를 방지하기 위한 기술 개발이 여전히 필요한 실정이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 일 과제는, 양극(cathode)의 기계적 특성(mechanical properties)을 조절함으로써 네일 관통에 내부단락 저항을 조절하여 쇼트에 의한 발열/발화 문제점을 해결할 수 있는 전극 및 이를 포함하는 이차전지를 제공하는 것이다.
전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양태에 따르면, 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 구비되어 있는 양극 활물질 층을 포함하는 양극으로서, 0.6 내지 1.5%의 연신율을 갖는 이차전지용 양극이 제공된다.
상기 양극 집전체는 6 ㎛ 내지 20 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 양극 집전체는 알루미늄 호일일 수 있다.
상기 양극 활물질은 4 ㎛ 내지 12 ㎛의 평균입경을 가질 수 있다.
상기 양극 활물질 층은 압연후 23 % 내지 35 % 공극도(porosity)를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 전술한 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 이차전지가 제공된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 양극의 연신율을 최적 범위로 조절함으로써 네일 관통에 의한 네일을 통한 간접단락과 네일을 통하지 않은 직접단락에 의한 양극 집전체와 음극 집전체 간의 내부 단락 및 양극 집전체와 음극 활물질층 간의 내부 단락을 방지하거나 혹은 현저하게 감소시킬 수 있다.
따라서, 내부 단락에 의한 이차전지의 발열 및 발화 현상이 방지될 수 있어, 이차전지의 안전성이 크게 향상될 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 구비되어 있는 양극 활물질층을 포함하는 양극으로서, 상기 양극이 0.6 내지 1.5%의 연신율을 갖는 양극이 제공된다.
본원 명세서에서 '연신율'은 하기 수학식 1과 같이 정의된다:
[수학식 1]
Figure 112015091642978-pat00001
상기 연신율은 종방향 연신율, 횡방향 연신율을 모두 포함하는 개념의 것이다. 상기 연신율은 종방향 연신율과 횡방향 연신율이 다를 수 있는데, 이 경우 종방향 연신율과 횡방향 연신율을 산술평균한 값을 연신율로 정의한다. 예를 들어, 양극의 종방향 연신율이 50%, 횡방향 연신율이 100%인 경우, 양극의 연신율은 75%이다.
네일 관통에 대한 안전성을 확보하기 위해서는 양극과 음극의 연신율이 작고, 세퍼레이터의 연신율이 큰 것이 바람직하다. 그러나, 음극 집전체로 일반적으로 사용되는 구리 호일(Cu foil)은 상당히 큰 연신율을 갖기 때문에 가공에 의하더라도 목적하는 수준의 연신율을 갖도록 하는 것이 매우 곤란하다. 세퍼레이터의 경우에는 전극 집전체보다 낮은 연신율을 가지면 네일 관통시에 양극과 음극이 접촉할 가능성이 커지는 문제가 발생한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 양극이 0.6 내지 1.5% 범위의 연신율을 갖는 경우에는 네일(nail) 관통시에 네일에 대한 양극의 관통 저항에 의해 내부 단락이 발생할 가능성이 낮아지게 된다. 양극이 상기 수치범위의 연신율을 가짐으로써 내부 단락이 방지/감소되는 효과는 음극 집전체가 높은 연신율, 예컨대, 15% 정도의 연신율을 갖는 경우 및/또는 세퍼레이터가 낮은 연신율, 예컨대, 6% 정도의 연신율을 갖는 경우에도 얻어질 수 있다. 만약, 상기 양극의 연신율이 0.6%보다 낮은 경우에는 압연 공정에서 양극이 파단될 수 있고, 1.5%보다 높은 경우에는 네일 관통시에 양극이 관통 방향으로 함께 연신되어 음극 집전체 혹은 음극 활물질과 접촉되어서 내부 단락을 유발시킬 수 있고, 또는 네일과 계속 직접 닿아 있어 네일을 통해 음극 집전체 혹은 음극 활물질과 접촉되어서 내부 단락을 유발시킬 수 있는 문제점이 있다.
양극은 양극 집전체의 적어도 일면에 양극 활물질층 형성을 위한 슬러리를 코팅, 건조, 압연하는 공정을 거치고 난 후에 결정되므로, 양극의 연신율은 양극 집전체 및 양극 활물질층의 조합에 의해 결정된다.
양극 집전체의 연신율은 양극 집전체의 소재, 두께 및 강도에 따라 달라질 수 있으며, 그 밖에도 양극 집전체의 제조방법 및 가공처리 방법 등에 의해서도 달라질 수 있다.
양극 집전체의 소재로는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 알루미늄이 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 집전체는 6 ㎛ 내지 20 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 양극 집전체가 상기 하한치보다 얇게 제작되는 경우에는 셀 저항 저하 및 압연 공정시 파단을 야기할 수 있으며, 동시에 목적하는 하한치 연신율보다 낮아질 수 있으며, 상기 상한치보다 두껍게 제작되는 경우에는 목적하는 연신율을 확보할 수 없으며 전극의 체적이 불필요하게 증가하게 된다.
상기 양극 활물질층은 양극 집전체의 일면 또는 양면에 구비될 수 있으며, 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하여 이루어질 수 있다.
양극 활물질층을 구성하는 활물질 입자의 입경이 작을수록 양극 활물질층의 연신율이 작아지는 경향이 있다. 그 이유는 응력집중 현상인데, 입경이 작은 입자의 경우 압연공정시 집전체에 defect를 남기고 연신시 defect에 힘이 몰려 파단이 이루어지게 되므로 연신율이 작아지게 된다. 활물질 입자는 4 ㎛ 내지 12 ㎛의 평균 입경을 가질 수 있으며 혼합하여 사용 가능하다. 혼합 사용시에 활물질 입자의 평균 입경은 산술 평균으로 기재한다. 활물질 입자의 평균 입경이 상기 상한치보다 큰 경우에는 활물질층의 연신율이 실질적으로 상기 언급한 상한치를 벗어나게 되며, 활물질 입자의 평균 입경이 상기 하한치보다 작은 경우에는 슬러리 제조 공정시 균일한 분산의 어려움이 있고, 압연이 어려워 압연 공정시 원하는 압연 두께를 달성하는데 어려움이 발생하게 된다.
또한, 양극 활물질층의 공극도와 관련하여서는, 양극 활물질층의 공극도가 작을수록 양극 활물질층의 연신율이 작아지는 경향이 있다. 본 발명의 일 양태에서 양극 활물질층의 공극도는 23 % 내지 35% 또는 23 % 내지 31 %인 것이 바람직하다. 공극도가 상기 하한치보다 작은 경우에는 전해액 및/또는 리튬 이온의 원활한 이동이 확보되지 못해 전지 성능이 저하될 수 있고, 상기 공극도가 상기 상한치보다 큰 경우에는 목적하는 연신율의 확보가 곤란하게 되며, 전극의 체적이 불필요하게 증가하게 된다.
상기 양극 활물질로는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + xMn2 - xO4(여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 화학식 LixNiaMnbCocO2 (여기서, 0<a≤0.9, 0<b≤0.9, 0<c≤0.5, 0.85≤a+b+c≤1.05, 0.95≤x≤1.15 임) 등의 3성분계 리튬 복합 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x =0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2 - xMxO2(여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8(여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등이 사용될 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질층 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 바인더로서 상기 고분자량 폴리아크릴로니트릴-아크릴산 공중합체를 이용할 수 있으나, 이것만으로 한정되는 것은 아니다. 다른 예로는, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것으로서, 양극 활물질층의 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 50 중량%로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소나노튜브(Carbon nanotube: CNT); 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화 아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 양극과 함께, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 이차전지가 제공된다.
상기 음극은 음극 활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 혼합물을 음극 집전체에 도포한 후 용제를 건조시켜 얻을 수 있다.
상기 음극 활물질로는, 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 탄소섬유, 난흑연화성탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 플러렌, 활성탄 등의 탄소 및 흑연재료; 리튬과 합금이 가능한 Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt, Ti 등의 금속 및 이러한 원소를 포함하는 화합물; 금속 및 그 화합물과 탄소 및 흑연재료의 복합화합물; 리튬 함유 질화물 등을 들 수 있다.
음극 활물질의 도전성을 향상시키기 위한 성분으로서 도전재가 더 포함될 수 있다. 상기 도전재는 앞서 양극과 관련하여 설명된 내용과 동일하다.
음극 집전체는 통상적으로 약 3 내지 30 ㎛의 두께로 만들어질 수 있다. 이러한 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 세퍼레이터는 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 세퍼레이터의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 50 ㎛이다. 이러한 세퍼레이터로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 세퍼레이터를 겸할 수도 있다.
리튬 이차전지는 양극, 음극 및 세퍼레이터 이외에 통상적으로 리튬염 함유 비수 전해질을 더 포함한다.
상기 리튬염 함유 비수계 전해질은, 비수 전해질과 리튬으로 이루어져 있다. 비수 전해질로는 비수 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 다이메틸 카보네이트, 다이에틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-다이메톡시 에탄, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 다이메틸설폭사이드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 다이메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-다이메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양성자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해질에는 충·방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄소 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
이하 실시예를 들어 본 발명을 더 상세히 설명한다. 본 명세서 상의 실시예는 발명의 상세한 설명을 위한 것일뿐 권리 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
실시예 1-1: 양극의 제조
두께 12 ㎛이고 연신율이 2.4%인 알루미늄 호일을 양극 집전체로 준비하였다.
또한, 양극 활물질 LiNi0 . 6Mn0 . 2Co0 . 2O2 (평균 입경: 6 ㎛), 바인더인 PVDF 및 도전재인 덴카 블랙(Denka black)를 93:4:3 조성비로 용매 N-메틸 피롤리돈(NMP)에 투입하여 양극 활물질층 형성을 위한 슬러리를 준비하였다.
상기 양극 활물질층 형성을 위한 슬러리를 알루미늄 호일의 양면에 코팅하고, 건조 및 압연시켜 두께 120 ㎛의 양극 활물질층을 형성시켰다. 상기 양극 활물질층의 압연 공극도는 27 % 이었다.
최종 제작된 양극은 1.17%의 연신율을 가졌다.
실시예 1-2: 이차전지의 제조
음극 집전체로 두께가 10 ㎛인 구리 호일을 준비하였다.
음극 활물질로 천연 흑연, 바인더로 SBR과 CMC 및 도전재로 덴카 블랙을 97:2:1 조성비로 용매인 물에 첨가하여, 음극 활물질층 형성을 위한 슬러리를 준비하였다.
상기 음극 활물질층 형성을 위한 슬러리를 음극 집전체의 양면에 코팅하고, 건조 및 압연시켜 음극을 제조하였다.
폴리에틸렌으로 제조된 세퍼레이터를 음극과 양극 사이에 개재시켜 전극조립체를 제작하고, 상기 전극조립체를 파우치에 수납시킨 후에 에틸렌 카보네이트(EC):디메틸 카보네이트(DMC):에틸메틸 카보네이트(EMC)=3:4:3, LiPF6 1M로 이루어진 전해액을 주입하여 파우치형 모노셀을 제작하였다.
실시예 2-1: 양극의 제조
공극률이 31%인 것을 제외하고 실시예 1-1와 동일한 방법으로 양극을 제작하였다. 최종 제작된 양극은 1.35%의 연신율을 가졌다.
실시예 2-2: 이차전지의 제조
실시예 2-1의 양극을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-2와 동일한 방법으로 이차전지를 제작하였다.
실시예 3-1: 양극의 제조
활물질 평균 입경이 10 ㎛인 것을 제외하고 실시예 1-1와 동일한 방법으로 양극을 제작하였다. 최종 제작된 양극의 연신율은 1.48% 이었다.
실시예 3-2: 이차전지의 제조
실시예 3-1의 양극을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-2와 동일한 방법으로 이차전지를 제작하였다.
비교예 1-1: 양극의 제조
두께 15 ㎛ 이고 연신율이 2.9% 인 알루미늄 호일을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-1와 동일한 방법으로 양극을 제작하였다. 최종 제작된 양극은 1.73%의 연신율을 가졌다.
비교예 1-2: 이차전지의 제조
비교예 1-1의 양극을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-2와 동일한 방법으로 이차전지를 제작하였다.
비교예 2-1: 양극의 제조
활물질 평균입경이 14 ㎛인 것을 제외하고 실시예 1-1와 동일한 방법으로 양극을 제작하였다. 제작된 양극은 1.95%의 연신율을 가졌다.
비교예 2-2: 이차전지의 제조
비교예 2-1의 양극을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1-2와 동일한 방법으로 이차전지를 제작하였다.
평가예 : 네일 관통 실험
상기 제작된 실시예 1-2 내지 3-2 및 비교예 1-2 및 2-2의 이차전지를 25 ℃에서 4.15V 전압하에 만충전하고 직경 3 mm 네일(nail)을 사용하여 전지의 중앙을 관통시킨 후 발화여부를 관찰하였다. 이때 못 관통속도는 80 ㎜/sec로 하였다.
그 결과는 하기 표 1과 같았다.
연신율
(%)		 네일 관통 실험결과
(네일 직경 3 ㎜, 네일 tip 각도 30 도, 관통속도 80 ㎜/s)
실시예 1-2 1.17 Hazard level 2, 변화없음 (No event)
실시예 2-2 1.35 Hazard level 2, 변화없음 (No event)
실시예 3-2 1.48 Hazard level 2, 변화없음 (No event)
비교예 1-2 1.73 Hazard level 5, 발화(Fire)
비교예 2-2 1.95 Hazard level 5, 발화(Fire)
-Hazard level 0: 변화없음.
-Hazard level 1: 소극적 방호 활성화됨 (No defect, no leakage; no venting, fire or flame; no rupture; no explosion; no exothermic reaction or thermal runaway. Cell reversibly damaged. Repair of protetion device needed)
-Hazard level 2: 결함/훼손 (No leakage; no venting, fire, or flame; no rupture; no explosion; no exothermic reaction of thermal runaway. Cell irreversibly damaged. Repair needed)
-Hazard level 3: 누액△질량 < 50% (No venting, fire or flame; no rupture; no explosion. Weight loss < 50% of electrolyte(solvent+salt) weight)
-Hazard level 4: 벤팅△질량 ≥ 50% (No fire or flame; no rupture; no explosion. Weight loss ≥ 50% of electrolyte weight)
-Hazard level 5: 발화 또는 화염 (No rupture; no explosion)
-Hazard level 6: 파열 (rupture) (No explosion, but flying parts of the active mass)
-Hazard level 7: 폭발 (Explosion)

Claims (6)

  1. 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 구비되어 있는 양극 활물질 층을 포함하는 양극을 포함하는 파우치형 이차전지에 있어서,
    상기 양극 집전체는 6 ㎛ 내지 20 ㎛의 두께를 갖는 알루미늄 호일이고,
    상기 양극 활물질 층을 구성하는 양극 활물질이 4 ㎛ 내지 12 ㎛의 평균입경을 가지며,
    상기 양극 활물질 층이 압연후 23 % 내지 35 %의 공극도(porosity)를 갖고,
    상기 양극이 0.6 내지 1.5%의 연신율을 가져서,
    네일 직경 3.0 mm, 네일 팁 각도 30도 및 관통 속도 80 mm/s 조건에서 네일 관통 실험시 Hazard level 2 의 결과를 갖는 것인 파우치형 이차전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
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  6. 삭제
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