KR20100071814A - Pouch for secondary battery and secondary battery using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 파우치형 이차전지에서 수분이 침투하여 전지의 성능이 저하되는 것을 방지하기 위하여 파우치의 실링부에 절연성 고분자 수지를 박막으로 코팅하여 전지의 국부적인 절연저항 파괴에 의한 누설전류를 막고 연결된 다른 셀과의 간섭을 최소화할 수 있는 파우치형 이차전지에 관한 것이다.The present invention is to prevent the leakage of the current caused by the breakdown of the local insulation resistance of the battery by coating a thin film of insulating polymer resin to the sealing portion of the pouch in order to prevent the penetration of water in the pouch-type secondary battery performance degradation The present invention relates to a pouch type secondary battery capable of minimizing interference with a cell.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로서 주로 사용되는 이차전지에 대한 중요성이 증가되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 기존의 납 축전지와, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연전지 등 다른 이차전지와 비교하여 단위 중량 당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하기 때문에 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있다.As the use of portable electric products such as video cameras, portable telephones, and portable PCs is activated, the importance of secondary batteries mainly used as driving power thereof is increasing. In particular, lithium secondary batteries have higher energy density per unit weight and can be rapidly charged compared to other lead-acid batteries and other secondary batteries such as nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, and nickel-zinc batteries. It is actively going on.
통상적으로 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이 드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬이차전지 등을 들 수 있다. 이 중에서, 리튬이차전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수 개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.Unlike primary batteries that are not normally rechargeable, rechargeable batteries that are capable of charging and discharging are being actively researched due to the development of advanced fields such as digital cameras, cellular phones, notebook computers, and hybrid cars. Examples of secondary batteries include nickel-cadmium batteries, nickel-metal high dry batteries, nickel-hydrogen batteries, and lithium secondary batteries. Among these, lithium secondary battery is used as a power source for portable electronic devices with operating voltage of 3.6V or more, or used in high-power hybrid vehicles by connecting several in series, compared to nickel-cadmium battery or nickel-metal hydride battery. The operating voltage is three times higher and the energy density per unit weight is also excellent and is being used rapidly.
리튬 이차전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 그리고, 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전고체형 리튬 이온 폴리머 전지와 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.The lithium secondary battery may be classified into a lithium ion battery using a liquid electrolyte and a lithium ion polymer battery using a polymer solid electrolyte according to the type of electrolyte. Lithium ion polymer batteries can be classified into fully solid lithium ion polymer batteries containing no electrolyte solution and lithium ion polymer batteries using gel polymer electrolyte containing electrolyte solution, depending on the type of polymer solid electrolyte.
액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지의 경우 대개 원통이나 각형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉시킨 형태로 사용된다. 이런 금속캔을 용기로 사용하는 캔형 이차전지는 형태가 고정되므로 이를 전원으로 사용하는 전기 제품의 디자인을 제약하는 단점이 있고, 부피를 줄이는 데 어려움이 있다. 따라서, 두 전극과 세퍼레이터, 전해질을 필름으로 만든 파우치에 넣고 밀봉하여 사용하는 파우치형 이차전지가 개발되어 사용되고 있다.In the case of a lithium ion battery using a liquid electrolyte, a cylindrical or rectangular metal can is used as a container by welding sealing. Since the can-type secondary battery using the metal can as a container has a fixed shape, there is a disadvantage in restricting the design of an electrical product using the same as a power source, and it is difficult to reduce the volume. Accordingly, a pouch type secondary battery using two electrodes, a separator, and an electrolyte in a pouch made of a film and being sealed is developed and used.
통상적으로 사용되는 리튬 이온 폴리머 전지의 파우치는 다음 도 1에서와 같이, 순차적으로 열접착성을 가져 실링재 역할을 하는 내부층(15)인 폴리올레핀계 수지층(Polyolepin Layer), 기계적 강도를 유지하는 기재 및 수분과 산소의 배리어층으로서 역할을 하는 금속층(13)인 알미늄층(AL/Aluminum Layer), 기재 및 보호층으로 작용하는 외부층(11)(통상 나일론층)이 적층된 다층막구조로 구성되어 있다. 폴리올레핀계 수지층으로 흔히 사용되는 것으로는 CPP(Casted Polypropylene)가 있다.A pouch of a conventionally used lithium ion polymer battery, as shown in FIG. 1, is a polyolefin-based resin layer (Polyolepin Layer), which is an
파우치는 수용부(21)가 형성된 하부(20)와 이를 덮는 상부(10)로 크게 구분되고, 상기 수용부(21)에 내장되는 전극조립체(30)는 양극(31) 및 음극(35)과 세퍼레이터(33)가 적층 권취되어 이루어진다. 각 전극에서는 탭(37, 38)이 인출되고, 탭(37, 38)에는 실링부(23)와 겹치는 부분에 테이프(39)가 부착된다.The pouch is largely divided into a
파우치형 이차전지는 형태에 융통성을 가질 수 있고 보다 작은 부피 및 질량으로 같은 용량의 이차전지를 구현할 수 있는 장점이 있다. 그러나 캔형과 달리 파우치형은 연질의 파우치를 용기로 사용하므로 기계적 강도가 약하고 밀봉의 신뢰성이 낮아질 수 있다. 따라서 누액의 문제를 큰 전해액 사용 리튬 이온 이차전지에서 보다는 주로 겔형이나 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지에 사용된다.Pouch type secondary battery has the advantage that can be flexible in form and to implement a secondary battery of the same capacity with a smaller volume and mass. However, unlike the can type, the pouch type uses a soft pouch as a container, so that the mechanical strength may be weak and the reliability of the sealing may be low. Therefore, the problem of leakage is mainly used in a gel type or an all solid lithium ion polymer battery, rather than in a large electrolyte lithium ion secondary battery.
그런데, 파우치형 전지에서도 이차전지의 고용량과 요구에 맞추어 보다 높은 용량의 전지를 형성하기 위해 상대적으로 작은 크기의 파우치에 보다 많은 용량을 가지도록 전극과 전해질을 포함시켜야 한다. 또한, 전지 용량이나 수용기능과 직접However, even in a pouch type battery, an electrode and an electrolyte must be included to have a larger capacity in a relatively small sized pouch in order to form a higher capacity battery according to the high capacity and demand of the secondary battery. In addition, the battery capacity and capacity
관계가 없는 파우치의 주변 실링부를 점차 줄이도록 하는 요구가 발생한다.There is a need to gradually reduce the perimeter sealing of irrelevant pouches.
파우치의 실링부 폭을 줄이면 내부에 보다 큰 용량의 전극 조립체를 수용할 수 있고, 용량과 직접 관계없는 실링부 자체는 줄일 수 있다. 그러므로, 동일한 파우치로 보다 높은 용량의 이차전지를 형성할 수 있다. 그러나, 실링부 폭의 감소로 절대적 실링 면적이 줄어들면서 파우치의 밀봉 신뢰성은 줄어들어 문제가 된다.Reducing the width of the sealing portion of the pouch can accommodate a larger capacity electrode assembly therein and reduce the sealing portion itself, which is not directly related to the capacitance. Therefore, a higher capacity secondary battery can be formed with the same pouch. However, the reduction of the sealing width reduces the absolute sealing area and reduces the sealing reliability of the pouch, which is a problem.
현재의 리튬 이온 폴리머 전지는 폴딩된 셀의 외곽을 알루미늄 파우치로 패키징하 여 제조한다. 전지 제조시 Degasing 공정시 파우치의 re-seaing 대상부위 내부 벽면에 묻어있는 전해액이 같이 실링되면서 혹은 진공 흡입과 동시에 실링시 전해액의 기상분자들의 확산에 의해 실링부위에 마이크로크랙(microcrack) 혹은 결함(defect)을 통해 외부와의 전류 통로(path)가 생기게 되어 국부적인 절연파괴가 발생한다. 또한 국부적인 절연파괴 부위가 셀을 보호하는 알루미늄 셀 커버에 접지시 전압강하 및 연결된 다른 셀의 성능저하를 유발하게 된다.Current lithium ion polymer batteries are manufactured by packaging the outer shell of a folded cell into an aluminum pouch. In the manufacturing process of the battery, microcrack or defects on the sealing part are caused by the electrolyte solution on the inner wall of the re-seaing part of the pouch during the degasing process or by diffusion of gaseous molecules of the electrolyte during sealing with vacuum suction. ) Creates a current path to the outside, causing local breakdown. In addition, a local breakdown site causes a voltage drop when grounding the aluminum cell cover that protects the cell and degradation of the performance of other connected cells.
따라서, 전지의 사용시간이 길어질수록 전지의 성능을 장기적으로 저하시키는 요인이 되고 있어, 이에 대한 대책이 시급한 실정이다.Therefore, as the use time of the battery becomes longer, it becomes a factor of deteriorating the battery performance in the long term, and the countermeasure is urgently needed.
따라서, 본 발명에서는 상기와 같이 파우치의 실링부에서 절연 저항이 파괴됨으로 인해 발생되는 저전압 문제 등 종래 파우치형 이차 전지의 여러 가지 문제들을 해결하여 전지의 성능을 향상시키기 위한 것이다.Accordingly, the present invention is to improve the performance of the battery by solving various problems of the conventional pouch-type secondary battery, such as a low voltage problem caused by the breakdown of the insulation resistance in the sealing portion of the pouch as described above.
이에, 본 발명은 실링부를 포함하는 파우치에서, 상기 실링부의 주변을 절연 특성이 우수한 고분자 수지로 도포시킴으로써 절연저항이 파괴된 셀이 외부 도전성 물체와의 혹은 인접 셀과의 통전으로 인한 문제를 해결하게 되었다. Accordingly, the present invention is to solve the problem caused by the application of a polymer resin with excellent insulating properties in the pouch including a sealing portion of the cell having a breakdown resistance due to the energization of an external conductive object or an adjacent cell. It became.
따라서, 본 발명의 목적은 외부로부터의 수분 침투를 저하시킬 수 있는 이차전지의 파우치를 제공하는 데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a pouch of a secondary battery that can reduce the moisture penetration from the outside.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기와 같이 외부로부터 수분침투를 막을 수 있는 파우치를 이용함으로써 전지 성능이 향상된 파우치형 이차전지를 제공하는 데도 있다. Another object of the present invention is to provide a pouch type secondary battery having improved battery performance by using a pouch capable of preventing moisture penetration from the outside as described above.
본 발명과 같이 파우치 전지의 실링부 주변에 절연성 고분자 수지로 도포시킴으로써 외부로부터 수분이 침투되는 것을 효과적으로 막을 수 있기 때문에 절연파괴를 최종단계에서 예방하고 연결된 다른 셀과의 간섭을 최소화시킬 수 있어 장기적으로 전지의 성능을 향상시킬 수 있다. As the present invention can effectively prevent the penetration of moisture from the outside by applying an insulating polymer resin around the sealing portion of the pouch battery, it is possible to prevent insulation breakdown at the final stage and to minimize interference with other connected cells. The performance of the battery can be improved.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지용 파우치는 상부시트와 하부시트로 구성되고, 상기 상부시트와 하부시트의 외곽 영역의 일부 또는 전체가 상호 실링되며, 상기 실링된 상부시트와 하부시트의 사이에 전극 조립체를 수납하는 이차전지의 파우치에 있어서, 상기 상부시트와 하부시트의 실링부는 절연성 고분자 수지로 도포된 절연층이 형성된 것을 그 특징으로 한다. The secondary battery pouch of the present invention for achieving the above object is composed of a top sheet and a lower sheet, a part or the whole of the outer region of the top sheet and the lower sheet is mutually sealed, the sealed top sheet and the lower sheet In the pouch of the secondary battery for accommodating the electrode assembly in between, the sealing portion of the upper sheet and the lower sheet is characterized in that the insulating layer coated with an insulating polymer resin is formed.
또한, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 파우치형 이차전지는 상기와 같은 구조를 가지는 파우치 외장재에 두 개의 서로 다른 극성의 전극이 세퍼레이터로 분리된 상태로 적층되어 이루어지는 전극 조립체를 수납하여 이루어진 것을 그 특징으로 한다. In addition, the pouch-type secondary battery for achieving another object of the present invention is formed by storing an electrode assembly formed by stacking two different polarity electrodes separated by a separator in a pouch case having the structure described above. It features.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
다음 도도2은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치(200)로서, 전극조립체가 수용되는 파우치 하부면(20)의 수용부와 함께 플랜지형 실링부(23)에 절연수지로 도포된 절연층(24)이 형성된 상태를 나타낸다. 전극조립체가 수용될 공간인 상기 수용부는 파우치를 형성하는 다층막의 일부를 프레싱(PRESSING) 등의 가공을 통해 형성한다. Figure 2 is a
상기 실링부(23)에 형성된 절연층(24)은 에폭시 수지, 불소수지 및 폴리이 미드수지 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 절연성이 우수한 고분자 수지로 도포시키는 것이 바람직하다.The
상기 절연층은 상기 재료들을 용매에 용해시킨 후 그 용액을 상기 실링부에 도포시켜 필름 형태로 형성시키거나, 또는 별도의 필름을 만들어 상기 실링부에 라미네이팅시켜 형성시킬 수도 있다.The insulating layer may be formed by dissolving the materials in a solvent and then applying the solution to the sealing part to form a film, or by forming a separate film and laminating the sealing part.
상기 절연층의 두께는 50㎛ 내지 100㎛로 형성하는 것이 PP층의 국부적 파괴 부위에 대신하여 절연특성을 유지할 수 있는 면에서 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The thickness of the insulating layer is preferably in the range of 50 μm to 100 μm, but is not limited thereto.
본 발명에 따른 절연층은 상기 실링부 전체에 걸쳐 형성되거나, 또는 일부에 형성될 수도 있으며, 선택적으로 사용 가능하다.The insulating layer according to the present invention may be formed over the entire sealing portion, or may be formed on a portion thereof, and may be optionally used.
상기와 같이 파우치 외장재의 상부 시트와 하부 시트가 열융착에 의해 접착되는 실링부에 절연성이 우수한 상기 고분자 수지로 도포한 절연층을 형성하는 경우, 상기 상부와 하부 시트 간의 접착 불량으로 인해 외부로부터 수분이나 충격 등에 의해 국부적으로 발생되는 절연저항이 파괴되는 것을 방지할 수 있어, 연결된 다른 셀과의 간섭을 최소화시킬 수 있다. As described above, when the insulating layer coated with the polymer resin having excellent insulation property is formed in the sealing portion to which the upper sheet and the lower sheet of the pouch case are bonded by thermal fusion, moisture from the outside due to poor adhesion between the upper and lower sheets. It is possible to prevent the locally generated insulation resistance from being destroyed by impact or impact, thereby minimizing interference with other connected cells.
파우치형 리튬이온 폴리머 전지 제조시 Degasing 작업으로 인한 셀 개봉 후 최종 실링시 진공분위기로 인한 기상 전해액의 확산과, 파우치 실링부위에 묻어있는 전해액에 의한 셀 내외부간의 전류통로가 생길 수 있으므로 최종 실링후 그림과 같이 절연성이 우수한 복합수지를 박막으로 코팅할 경우 누설전류가 알루미늄 재질인 셀 보호 커버를 통해 유출되는 것을 방지하여 인접 셀의 연쇄적인 성능저하를 미연에 방지할 수 있다.The final sealing after the opening of the cell due to the degasing operation in the manufacture of the pouch-type lithium ion polymer battery, the diffusion of the gaseous electrolyte due to the vacuum atmosphere, and the current path between the inside and outside of the cell due to the electrolyte buried in the pouch sealing area may occur. As described above, when the composite resin having excellent insulation is coated with a thin film, leakage current may be prevented from leaking out through the cell protective cover made of aluminum, thereby preventing the deterioration of the performance of adjacent cells.
본 실시예 따른 이차전지용 파우치 외장재는 통상적인 열접착층인 내부층, 금속층 및 나일론 등으로 이루어진 외부층의 3개의 층으로 이루어져 있으며, 필요에 따라 더 많은 기능층들이 더 설치될 수 있다. 또한, 많은 다른 대체 재질층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예의 열접착층을 이루는 CPP층은 다른 폴리올레핀계 수지인 염화 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌과 아크릴산 공중합체 및 폴리프로필렌과 아크릴산의 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 물질층으로 대체될 수 있다.Secondary battery pouch packaging material according to the present embodiment is composed of three layers of the outer layer made of an inner layer, a metal layer and nylon, which is a conventional heat-adhesive layer, and more functional layers may be further provided as necessary. It can also be formed of many different alternative material layers. For example, the CPP layer constituting the heat-adhesive layer of the present embodiment is a material layer selected from the group consisting of polypropylene chloride, polyethylene, ethylene propylene copolymer, polyethylene and acrylic acid copolymer and copolymer of polypropylene and acrylic acid, which are other polyolefin resins. Can be replaced with
파우치막의 전체 두께는 통상 40 내지 150㎛이며, 상기 외부층과, 내부층은 10 내지 40㎛, 금속층은 20 내지 100㎛인 것이 바람직하다. The overall thickness of the pouch film is usually 40 to 150 µm, preferably the outer layer, the inner layer is 10 to 40 µm, and the metal layer is 20 to 100 µm.
다음 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 실링부(23)에 절연층(24)이 형성된 뒤 실링되어 이루어진 베어셀 파우치(300)를 나타내는 사시도이다. 도시된 바에 따르면, 파우치 상부 면의 실링부(23) 즉, 실링이 이루어지는 플랜지부에 절연층(24)이 형성되어 있다. Next, FIG. 3 is a perspective view illustrating a
또한, 다음 도 4와 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연층을 파우치 전지의 실링부에 박막으로 도포시켰을 때의 셀의 정면도 및 측면도이다.4 and 5 are front and side views of a cell when the insulating layer according to an embodiment of the present invention is coated with a thin film on the sealing portion of the pouch battery.
한편, 본 발명은 두 개의 서로 다른 극성의 전극이 세퍼레이터로 분리된 상태로 적층되어 이루어지는 전극 조립체를 수납하여 이루어진 이차전지를 제공하는 데도 그 특징을 가진다. On the other hand, the present invention also has a feature to provide a secondary battery formed by accommodating the electrode assembly is laminated in a state in which two electrodes of different polarity are separated by a separator.
본 발명에 따른 전극 조립체는 양극활물질을 포함하는 양극과, 음극활물질을 포함 하는 음극, 및 분리막으로 구성된 것이다. The electrode assembly according to the present invention is composed of a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, and a separator.
구체적으로 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전제 및 결착제의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.Specifically, the positive electrode is prepared by, for example, applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder onto a positive electrode current collector, followed by drying, and optionally, a filler may be further added to the mixture.
본 발명에 따른 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬망간 산화물(LiMnO2); 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 니켈 사이트형 리튬 니켈 산화물(lithiated nickel oxide); 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)로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 리튬 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 또는 이들의 조합에 의해 형성되는 복합 산화물 등과 같이 리튬 흡착 물질(lithium intercalation material)을 주성분으로 하는 화합물과 혼합 사용할 수 있다. The positive electrode active material according to the present invention may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides (LiMnO 2 ) such as Li 1 + x Mn 2-x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 ; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , Cu 2 V 2 O 7 and the like; Nickel-site lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x M x O 2 , wherein M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, and x = 0.01 to 0.3 oxide); Formula LiMn 2-x M x O 2 , wherein M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta, and x = 0.01 to 0.1, or Li 2 Mn 3 MO 8 , where M = Fe, Co, Lithium manganese composite oxide represented by Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of lithium of the formula is substituted with alkaline earth metal ions; Disulfide compounds; It can be mixed with a compound containing a lithium intercalation material as a main component, such as a composite oxide formed by Fe 2 (MoO 4 ) 3 or a combination thereof.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 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. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The positive electrode current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 μm. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, the surface of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel Surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used. The current collector may form fine irregularities on its surface to increase the adhesion of the positive electrode active material, and may be in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.
상기 도전제는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive agent is typically added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Such a conductive agent is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. Examples of the conductive agent include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.
상기 결착제는 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 결착제의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding the active material and the conductive agent to the current collector, and is generally added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, Polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers, and the like.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.
또한, 음극은 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.In addition, the negative electrode is manufactured by coating and drying a negative electrode material on the negative electrode current collector, and if necessary, the components as described above may be further included.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 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.The negative electrode current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 ㎛. Such a negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. For example, the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, and the like, aluminum-cadmium alloy, and the like can be used. In addition, like the positive electrode current collector, fine concavities and convexities may be formed on the surface to enhance the bonding strength of the negative electrode active material, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.
상기 음극 재료는 비정질 카본 또는 정질 카본을 포함하며, 구체적으로는 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다.The negative electrode material includes amorphous carbon or crystalline carbon, and specifically, carbon such as hardly graphitized carbon and graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0 ≦ x ≦ 1), LixWO 2 (0 ≦ x ≦ 1), Sn x Me 1-x Me ' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al Metal complex oxides such as B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, halogen, 0 <x ≦ 1; 1 ≦ y ≦ 3; 1 ≦ z ≦ 8); Lithium metal; Lithium alloys; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , and oxides such as Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.
상기 양극과 음극 사이에서 상기 전극들을 절연시키는 분리막으로는 통상 알려진 폴리올레핀계 분리막이나, 상기 올레핀계 기재에 유,무기 복합층이 형성된 복합 분리막 등을 모두 사용할 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. As the separator that insulates the electrodes between the anode and the cathode, a conventionally known polyolefin-based separator or a composite separator in which an organic and inorganic composite layer is formed on the olefin-based substrate may be used, and is not particularly limited.
상기와 같은 구조로 이루어진 전극집전체를 파우치 외장재에 수납한 다음, 전해액을 주입하여 전지를 제조한다. An electrode current collector having the above structure is accommodated in a pouch packaging material, and then an electrolyte is injected to manufacture a battery.
본 발명에 따른 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해질로서, 이는 비수 전해질과 리튬으로 이루어져 있다. 비수 전해질로는 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.The electrolyte according to the present invention is a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte, which consists of a non-aqueous electrolyte and lithium. As the nonaqueous electrolyte, a nonaqueous electrolyte, a solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and the like are used.
상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑As said non-aqueous electrolyte, N-methyl- 2-pyrrolidinone, a propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butyl Low lactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydroxy franc
(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.(franc), 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolon, formamide, dimethylformamide, dioxolon, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, Trimethoxy methane, dioxorone derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrionate, ethyl propionate An aprotic organic solvent such as may be used.
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.Examples of the organic solid electrolyte include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphate ester polymers, polyedgetion lysine, polyester sulfides, polyvinyl alcohols, polyvinylidene fluorides, Polymers containing ionic dissociating groups and the like can be used.
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.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides, sulfates and the like of Li, such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , and the like, may be used.
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 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4-페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a good material to dissolve in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic lithium carbonate, lithium 4-phenyl borate, imide and the like can be used have.
또한, 비수계 전해질에는 충방전 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 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.In addition, for the purpose of improving charge / discharge characteristics, flame retardancy, etc., for example, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, etc. Nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrroles, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride, etc. It may be. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.
한편, 상기와 같은 파우치형 이차전지는 리튬이차전지인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. Meanwhile, the pouch type secondary battery as described above is preferably a lithium secondary battery, but is not limited thereto.
도 1은 파우치형 폴리머 이차전지의 일반적인 구조를 나타낸 것이고,1 illustrates a general structure of a pouch-type polymer secondary battery,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치를 형성하는 단계에서 실링부에 절연층이 형성된 상태를 나타내는 사시도이고,2 is a perspective view illustrating a state in which an insulating layer is formed in a sealing unit in the forming of a pouch according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 주변 실링부에 절연층이 형성된 베어셀을 나타내는 사시도이다.3 is a perspective view illustrating a bare cell in which an insulating layer is formed in a peripheral sealing part according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4와 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 실링부에 절연층을 박막으로 도포시켰을 때의 셀의 정면도 및 측면도이다. 4 and 5 are a front view and a side view of the cell when the insulating layer is coated with a thin film in the sealing portion according to an embodiment of the present invention.
<도면 부호의 설명>≪ Description of reference numerals &
100 : 통상의 파우치 전지100: normal pouch battery
100, 200 : 실링부에 절연층이 형성된 파우치100, 200: pouch with an insulating layer formed on the sealing portion
10 : 파우치의 상부 11 : 외부층10: upper part of the pouch 11: outer layer
13 : 금속층 15 : 내부층 13: metal layer 15: inner layer
20 : 파우치의 하부 21 : 전극조립체의 수용부 20: lower part of the pouch 21: receiving portion of the electrode assembly
23 : 실링부 24 : 절연층 23: sealing portion 24: insulating layer
30 : 전극조립체 31 : 양극30: electrode assembly 31: anode
33 : 세퍼레이터 35 : 음극 33
37, 38 : 전극 탭 39 : 테이프37, 38: electrode tab 39: tape
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