KR20220109773A - Lithium secondary battery - Google Patents

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KR20220109773A
KR20220109773A KR1020210013181A KR20210013181A KR20220109773A KR 20220109773 A KR20220109773 A KR 20220109773A KR 1020210013181 A KR1020210013181 A KR 1020210013181A KR 20210013181 A KR20210013181 A KR 20210013181A KR 20220109773 A KR20220109773 A KR 20220109773A
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lithium secondary
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이무형
나희수
유가영
황창묵
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에스케이온 주식회사
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Abstract

A lithium secondary battery includes: an electrode assembly including repeatedly stacked positive electrodes, negative electrodes, and separators disposed between the positive electrodes and the negative electrodes; an organic-inorganic hybrid coating covering at least a part of the electrode assembly and including an organic resin layer and inorganic particles embedded in the organic resin layer; and an encapsulant for accommodating the electrode assembly. Provided is a lithium secondary battery having improved heat resistance and penetration stability through the organic-inorganic hybrid coating.

Description

리튬 이차 전지{LITHIUM SECONDARY BATTERY}Lithium secondary battery {LITHIUM SECONDARY BATTERY}

본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전극 조립체 및 외장재를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery. More particularly, it relates to a lithium secondary battery including an electrode assembly and a casing.

이차 전지는 충전 및 방전이 반복 가능한 전지로서, 정보 통신 및 디스플레이 산업의 발전에 따라, 캠코더, 휴대폰, 노트북PC 등과 같은 휴대용 전자통신 기기들의 동력원으로 널리 적용되고 있다. 또한, 최근에는 하이브리드 자동차와 같은 친환경 자동차의 동력원으로서도 이차 전지를 포함한 전지 팩이 개발 및 적용되고 있다. A secondary battery is a battery that can be repeatedly charged and discharged, and is widely applied as a power source for portable electronic communication devices such as camcorders, mobile phones, and notebook PCs with the development of information communication and display industries. Also, recently, a battery pack including a secondary battery has been developed and applied as a power source for an eco-friendly vehicle such as a hybrid vehicle.

이차 전지로서 예를 들면, 리튬 이차 전지, 니켈-카드늄 전지, 니켈-수소 전지 등을 들 수 있으며, 이들 중 리튬 이차 전지가 작동 전압 및 단위 중량당 에너지 밀도가 높으며, 충전 속도 및 경량화에 유리하다는 점에서 활발히 개발 및 적용되고 있다.Examples of the secondary battery include a lithium secondary battery, a nickel-cadmium battery, a nickel-hydrogen battery, and the like, and among them, the lithium secondary battery has high operating voltage and energy density per unit weight, and is advantageous for charging speed and weight reduction. It is being actively developed and applied in this respect.

리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 분리막(세퍼레이터)를 포함하는 전극 조립체, 및 상기 전극 조립체를 함침시키는 전해질을 포함할 수 있다. 상기 리튬 이차 전지는 상기 전극 조립체 및 전해질을 수용하는 예를 들면, 파우치 형태의 외장재를 더 포함할 수 있다.A lithium secondary battery may include an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator (separator), and an electrolyte impregnating the electrode assembly. The lithium secondary battery may further include, for example, a pouch-type casing accommodating the electrode assembly and the electrolyte.

리튬 이차전지의 응용 범위가 확대되면서 보다 긴 수명, 고 용량 및 동작 안정성이 요구되고 있다. 이에 따라, 외부 물체의 전지 관통 시 발생하는 전지의 폭발을 방지하면서, 안정적인 반복 충/방전 구현을 위한 리튬 이차 전지 구조 개발이 필요하다.As the application range of lithium secondary batteries expands, longer lifespan, high capacity, and operational stability are required. Accordingly, it is necessary to develop a structure of a lithium secondary battery for stable, repeated charging/discharging while preventing battery explosion that occurs when an external object penetrates the battery.

예를 들면, 한국공개특허공보 제10-2015-0045737호는 이차 전지의 관통 발생시 에너지의 신속한 방출을 위한 퓨즈와 같은 도전성 구조를 개시하고 있다.For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2015-0045737 discloses a conductive structure such as a fuse for rapidly dissipating energy when a secondary battery penetrates.

한국 공개특허공보 제10-2015-0045737호Korean Patent Publication No. 10-2015-0045737

본 발명의 일 과제는 향상된 동작 신뢰성 및 안정성을 갖는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having improved operational reliability and stability.

예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지는 반복 적층된 양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 배치된 분리막을 포함하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체의 적어도 일 부분을 덮고 유기 수지층 및 상기 유기 수지층에 매립된 무기물 입자를 포함하는 유무기 혼성 코팅, 및 상기 전극 조립체를 수용하는 봉지재를 포함한다.A lithium secondary battery according to exemplary embodiments includes an electrode assembly including a repeatedly stacked positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an organic resin layer and the organic resin layer covering at least a portion of the electrode assembly and an organic-inorganic hybrid coating including inorganic particles embedded in the , and an encapsulant for accommodating the electrode assembly.

일부 실시예들에 있어서, 상기 유무기 혼성 코팅은 상기 봉지재의 내부에 포함될 수 있다.In some embodiments, the organic-inorganic hybrid coating may be included in the encapsulant.

일부 실시예들에 있어서, 상기 유무기 혼성 코팅은 상기 봉지재 및 상기 전극 조립체 사이에 배치될 수 있다.In some embodiments, the organic-inorganic hybrid coating may be disposed between the encapsulant and the electrode assembly.

일부 실시예들에 있어서, 상기 유무기 혼성 코팅은 상기 전극 조립체의 상면, 하면 및 측벽들을 연속적으로 둘러쌀 수 있다. In some embodiments, the organic-inorganic hybrid coating may continuously surround the top, bottom, and sidewalls of the electrode assembly.

일부 실시예들에 있어서, 상기 리튬 이차 전지는 상기 전극 조립체의 상기 양극 및 상기 음극으로부터 각각 돌출되어 상기 봉지재의 측부로 연장하는 전극 탭부를 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the lithium secondary battery may further include an electrode tab portion protruding from the positive electrode and the negative electrode of the electrode assembly, respectively, and extending to the side of the encapsulant.

일부 실시예들에 있어서, 상기 유무기 혼성 코팅은 상기 전극 탭부를 적어도 부분적으로 덮을 수 있다.In some embodiments, the organic-inorganic hybrid coating may at least partially cover the electrode tab portion.

일부 실시예들에 있어서, 상기 유무기 혼성 코팅은 상기 전극 탭부에 인접한 상기 전극 조립체의 단부를 부분적으로 덮을 수 있다.In some embodiments, the organic-inorganic hybrid coating may partially cover an end of the electrode assembly adjacent to the electrode tab portion.

일부 실시예들에 있어서, 상기 전극 탭부는 양극 탭부 및 음극 탭부를 포함하며, 상기 유무기 혼성 코팅은 상기 양극 탭부를 덮는 제1 유무기 혼성 코팅 및 상기 음극 탭부를 덮는 제2 유무기 혼성 코팅을 포함할 수 있다.In some embodiments, the electrode tab part includes a positive electrode tab part and a negative electrode tab part, and the organic-inorganic hybrid coating includes a first organic-inorganic hybrid coating covering the positive electrode tab part and a second organic-inorganic hybrid coating covering the negative electrode tab part. may include

일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 유무기 혼성 코팅 및 상기 제2 유무기 혼성 코팅은 상기 봉지재의 반대 측부들에 서로 분리되어 배치될 수 있다.In some embodiments, the first organic-inorganic hybrid coating and the second organic-inorganic hybrid coating may be disposed separately from each other on opposite sides of the encapsulant.

일부 실시예들에 있어서, 상기 유무기 혼성 코팅 총 중량 중 상기 무기 입자의 함량은 10중량% 이상 및 30중량% 미만일 수 있다.In some embodiments, the content of the inorganic particles in the total weight of the organic-inorganic hybrid coating may be 10% by weight or more and less than 30% by weight.

일부 실시예들에 있어서, 상기 유무기 혼성 코팅의 두께는 10㎛ 내지 1,000㎛일 수 있다.In some embodiments, the thickness of the organic-inorganic hybrid coating may be 10㎛ to 1,000㎛.

일부 실시예들에 있어서, 상기 유무기 혼성 코팅의 녹는점은 350℃이상일 수 있다.In some embodiments, the melting point of the organic-inorganic hybrid coating may be 350 ℃ or more.

본 발명의 실시예들에 따르면, 전극조립체가 수용되는 봉지재 내부에 유무기 혼성 코팅이 포함될 수 있다. 이에 따라, 외부 물체 관통시 발생하는 급속한 발열을 차단하여 리튬 이차 전지의 발화 혹은 폭발을 억제할 수 있다.According to embodiments of the present invention, an organic-inorganic hybrid coating may be included in the encapsulant in which the electrode assembly is accommodated. Accordingly, it is possible to suppress the ignition or explosion of the lithium secondary battery by blocking the rapid heat generated when penetrating an external object.

일부 실시예들에 있어서, 상기 유무기 혼성 코팅은 전극 조립체를 실질적으로 둘러싸며 전극 조립체의 발열 및 발화를 효과적으로 차단할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 유무기 혼성 코팅은 상기 전극 조립체로부터 연장되는 탭부를 감싸도록 형성되어 열이 집중되는 영역에서의 충분한 내열성, 안정성을 확보할 수 있다.In some embodiments, the organic-inorganic hybrid coating may substantially surround the electrode assembly and effectively block heat and ignition of the electrode assembly. In some embodiments, the organic-inorganic hybrid coating may be formed to surround the tab portion extending from the electrode assembly to secure sufficient heat resistance and stability in a region where heat is concentrated.

도 1 및 도 2는 각각 예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지를 나타내는 개략적인 평면도 및 단면도이다.
도 3은 일부 예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지를 나타내는 개략적인 평면도 및 단면도이다.1 and 2 are schematic plan and cross-sectional views, respectively, of lithium secondary batteries according to exemplary embodiments.
3 is a schematic cross-sectional view illustrating a lithium secondary battery according to some exemplary embodiments.
4 and 5 are schematic plan and cross-sectional views, respectively, of lithium secondary batteries according to exemplary embodiments.

본 발명의 실시예들은 전극 조립체, 봉지재 및 유무기 혼성 코팅을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다. Embodiments of the present invention provide a lithium secondary battery including an electrode assembly, an encapsulant, and an organic-inorganic hybrid coating.

이하 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예들을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 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 아니된다.Hereinafter, with reference to the drawings, embodiments of the present invention will be described in more detail. However, the following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the above-described content of the present invention, so the present invention is described in such drawings It should not be construed as being limited only to the matters.

도 1 및 도 2는 각각 예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지를 나타내는 개략적인 평면도 및 단면도이다. 구체적으로, 도 2는 도 1의 I-I' 라인을 따라 두께 방향으로 절단한 단면도이다.1 and 2 are schematic plan and cross-sectional views, respectively, of lithium secondary batteries according to exemplary embodiments. Specifically, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line I-I' of FIG. 1 in the thickness direction.

도 1 및 도 2를 참조하면, 리튬 이차 전지는 봉지재(180) 내에 수용된 전극 조립체(105) 및 전극 조립체(105)를 감싸는 유무기 혼성 코팅(150)을 포함할 수 있다.1 and 2 , the lithium secondary battery may include the electrode assembly 105 accommodated in the encapsulant 180 and the organic-inorganic hybrid coating 150 surrounding the electrode assembly 105 .

전극 조립체(105)는 분리막(120)을 사이에 두고 배치된 양극(110) 및 음극(130)을 포함할 수 있다.The electrode assembly 105 may include an anode 110 and a cathode 130 disposed with the separator 120 interposed therebetween.

양극(110)은 양극 집전체(115) 및 양극 집전체(115) 상에 양극 활물질을 도포하여 형성한 양극 활물질 층(112)을 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 및 디인터칼레이션 할 수 있는 화합물을 포함할 수 있다.The positive electrode 110 may include a positive electrode current collector 115 and a positive electrode active material layer 112 formed by coating a positive electrode active material on the positive electrode current collector 115 . The positive active material may include a compound capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium ions.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 양극 활물질은 리튬-전이금속 복합 산화물 입자를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 리튬-전이금속 복합 산화물 입자는 니켈(Ni)을 포함하며, 코발트(Co) 또는 망간(Mn) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.In example embodiments, the positive active material may include lithium-transition metal composite oxide particles. For example, the lithium-transition metal composite oxide particles may include nickel (Ni), and may further include at least one of cobalt (Co) and manganese (Mn).

예를 들면, 상기 리튬-전이금속 복합 산화물 입자는 하기의 화학식 1로 표시될 수 있다.For example, the lithium-transition metal composite oxide particles may be represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

LixNi1-yMyO2+z Li x Ni 1-y M y O 2+z

화학식 1에서 0.9≤x≤1.1, y는 0≤y≤0.7, z는 -0.1≤z≤0.1일 수 있다. M은 Na, Mg, Ca, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Co, Fe, Cu, Ag, Zn, B, Al, Ga, C, Si, Sn 또는 Zr로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 나타낼 수 있다.In Formula 1, 0.9≤x≤1.1, y may be 0≤y≤0.7, and z may be -0.1≤z≤0.1. M is Na, Mg, Ca, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Co, Fe, Cu, Ag, Zn, B, Al, Ga, C, Si, At least one element selected from Sn or Zr may be represented.

양극 집전체(115)는 리튬 이차 전지(100)의 충/방전 전압 범위에서 반응성이 없으며, 전극 활물질의 도포 및 접착이 용이한 금속 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 양극 집전체(115)는 예를 들면, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄, 구리 또는 이들의 합금을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.The positive electrode current collector 115 has no reactivity in the charge/discharge voltage range of the lithium secondary battery 100 and may include a metal material that is easy to apply and adhere to the electrode active material. For example, the positive electrode current collector 115 may include, for example, stainless steel, nickel, aluminum, titanium, copper, or an alloy thereof, preferably aluminum or an aluminum alloy.

예를 들면, 상기 양극 활물질을 용매 내에서 바인더, 도전재 및/또는 분산재 등과 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조할 수 있다. 상기 슬러리를 양극 집전체(115)에 코팅한 후, 압축 및 건조하여 양극 활물질층(112)을 포함하는 양극(110)을 제조할 수 있다.For example, a slurry may be prepared by mixing and stirring the positive active material with a binder, a conductive material, and/or a dispersing material in a solvent. After the slurry is coated on the positive electrode current collector 115 , the positive electrode 110 including the positive electrode active material layer 112 may be manufactured by compression and drying.

상기 바인더는, 예를 들면, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 등의 유기계 바인더, 또는 스티렌-부타디엔 러버(SBR) 등의 수계 바인더를 포함할 수 있으며, 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 같은 증점제와 함께 사용될 수 있다. The binder, for example, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride (polyvinylidenefluoride, PVDF), polyacrylonitrile (polyacrylonitrile), polymethylmethacrylic An organic binder such as polymethylmethacrylate or an aqueous binder such as styrene-butadiene rubber (SBR) may be included, and may be used together with a thickener such as carboxymethyl cellulose (CMC).

예를 들면, 양극 바인더로서 PVDF 계열 바인더를 사용할 수 있다. 이 경우, 양극 활물질 층 형성을 위한 바인더의 양을 감소시키고 상대적으로 양극 활물질의 양을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 이차 전지의 출력, 용량을 향상시킬 수 있다.For example, a PVDF-based binder may be used as the positive electrode binder. In this case, the amount of the binder for forming the positive electrode active material layer may be decreased and the amount of the positive electrode active material may be relatively increased, and thus the output and capacity of the secondary battery may be improved.

상기 도전재는 활물질 입자들 사이의 전자 이동을 촉진하기 위해 포함될 수 있다. 예를 들면, 상기 도전재는 흑연, 카본 블랙, 그래핀, 탄소 나노 튜브 등과 같은 탄소계열 도전재 및/또는 주석, 산화주석, 산화티타늄, LaSrCoO3, LaSrMnO3와 같은 페로브스카이트(perovskite) 물질 등을 포함하는 금속 계열 도전재를 포함할 수 있다.The conductive material may be included to promote electron movement between particles of the active material. For example, the conductive material is a carbon-based conductive material such as graphite, carbon black, graphene, carbon nanotubes, etc. and/or a perovskite material such as tin, tin oxide, titanium oxide, LaSrCoO 3 , LaSrMnO 3 . It may include a metal-based conductive material including the like.

음극(130)은 음극 집전체(135), 및 음극 활물질을 음극 집전체(135)에 코팅하여 형성된 음극 활물질 층(132)을 포함할 수 있다.The negative electrode 130 may include a negative electrode current collector 135 and a negative electrode active material layer 132 formed by coating the negative electrode current collector 135 with a negative electrode active material.

상기 음극 활물질은 리튬 이온을 흡장 및 탈리할 수 있는, 당 분야에서 공지된 것이 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 계열 재료; 리튬 합금; 실리콘(Si) 계 활물질 등이 사용될 수 있다. 상기 비정질 탄소의 예로서 하드카본, 코크스, 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbead: MCMB), 메조페이스피치계 탄소섬유(mesophase pitch-based carbon fiber: MPCF) 등을 들 수 있다. As the anode active material, any one known in the art capable of intercalating and deintercalating lithium ions may be used without particular limitation. For example, carbon-based materials such as crystalline carbon, amorphous carbon, carbon composite material, and carbon fiber; lithium alloy; A silicon (Si)-based active material or the like may be used. Examples of the amorphous carbon include hard carbon, coke, mesocarbon microbeads (MCMB), and mesophase pitch-based carbon fibers (MPCF).

상기 결정질 탄소의 예로서 천연흑연, 인조흑연, 흑연화 코크스, 흑연화 MCMB, 흑연화 MPCF 등과 같은 흑연계 탄소를 들 수 있다. 상기 리튬 합금에 포함되는 원소로서 알루미늄, 아연, 비스무스, 카드뮴, 안티몬, 실리콘, 납, 주석, 갈륨 또는 인듐 등을 들 수 있다.Examples of the crystalline carbon include graphite-based carbon such as natural graphite, artificial graphite, graphitized coke, graphitized MCMB, and graphitized MPCF. Examples of the element contained in the lithium alloy include aluminum, zinc, bismuth, cadmium, antimony, silicon, lead, tin, gallium, or indium.

상기 실리콘계 활물질은 규소(Si), SiOX(0<x<2) 또는 리튬 화합물이 포함된 SiOx(0<x<2)를 포함할 수 있다. Li 화합물이 포함된 SiOx는 리튬 실리케이트를 포함하는 SiOx일 수 있다. 리튬 실리케이트는 SiOx(0<x<2) 입자의 적어도 일부에 존재할 수 있으며, 예를 들면, SiOx(0<x<2) 입자의 내부 및/또는 표면에 존재할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 리튬 실리케이트는 Li2SiO3, Li2Si2O5, Li4SiO4, Li4Si3O8 등을 포함할 수 있다.The silicon-based active material may include silicon (Si), SiOx (0< x <2), or SiOx containing a lithium compound (0<x<2). SiOx containing the Li compound may be SiOx containing lithium silicate. The lithium silicate may be present in at least a portion of the SiOx (0<x<2) particles, for example, may be present inside and/or on the surface of the SiOx (0<x<2) particles. In an embodiment, the lithium silicate may include Li 2 SiO 3 , Li 2 Si 2 O 5 , Li 4 SiO 4 , Li 4 Si 3 O 8 , and the like.

상기 실리콘계 활물질은 예를 들면, 실리콘 카바이드(SiC)와 같은 실리콘-탄소 복합 화합물을 포함할 수도 있다.The silicon-based active material may include, for example, a silicon-carbon composite compound such as silicon carbide (SiC).

음극 집전체(135)는 스테인레스강, 구리, 니켈, 알루미늄, 티탄, 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 음극 집전체(135)는 구리 또는 구리 합금을 포함할 수 있다.The negative electrode current collector 135 may include stainless steel, copper, nickel, aluminum, titanium, or an alloy thereof. Preferably, the negative electrode current collector 135 may include copper or a copper alloy.

예를 들면, 상기 음극 활물질 및 용매 내에서 상술한 바인더, 도전재, 증점제 등과 함께 혼합 및 교반하여 슬러리 형태로 제조될 수 있다. 상기 슬러리를 음극 집전체(135)의 적어도 일면 상에 코팅한 후, 압축 및 건조하여 음극 활물질층(132)을 포함하는 음극(130)을 제조할 수 있다. For example, it may be prepared in the form of a slurry by mixing and stirring with the above-described binder, conductive material, thickener, etc. in the negative active material and solvent. After coating the slurry on at least one surface of the negative electrode current collector 135 , it is compressed and dried to prepare the negative electrode 130 including the negative electrode active material layer 132 .

상기 바인더 및 도전재로서 양극 활물질층(112)에서 사용된 상술한 물질들과 실질적으로 동일하거나 유사한 물질들이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 음극 형성을 위한 바인더는 예를 들면, 탄소 계열 활물질과의 정합성을 위해 스티렌-부타디엔 러버(SBR) 등의 수계 바인더를 포함할 수 있으며, 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 같은 증점제와 함께 사용될 수 있다.Materials substantially the same as or similar to those used in the positive electrode active material layer 112 may be used as the binder and the conductive material. In some embodiments, the binder for forming the negative electrode may include, for example, an aqueous binder such as styrene-butadiene rubber (SBR) for compatibility with the carbon-based active material, such as carboxymethyl cellulose (CMC). It can be used with thickeners.

양극(110) 및 음극(130) 사이에는 분리막(120)이 개재될 수 있다. 분리막(120)은 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체, 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 포함할 수 있다. 분리막(120)은 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 형성된 부직포를 포함할 수도 있다.A separator 120 may be interposed between the anode 110 and the cathode 130 . The separator 120 may include a porous polymer film made of a polyolefin-based polymer such as an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, an ethylene/butene copolymer, an ethylene/hexene copolymer, or an ethylene/methacrylate copolymer. The separator 120 may include a nonwoven fabric formed of high-melting-point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, or the like.

예시적인 실시예들에 따르면, 양극(100), 음극(130) 및 분리막(120)에 의해 전극 셀이 정의되며, 복수의 전극 셀들이 적층되어 전극 조립체(105)가 정의될 수 있다. According to exemplary embodiments, an electrode cell is defined by the anode 100 , the cathode 130 , and the separator 120 , and a plurality of electrode cells are stacked to define the electrode assembly 105 .

설명의 편의를 위해, 도 2에서는 전극 조립체(105)가 적층형 타입으로 도시되었으나, 전극 조립체(105)는, 예를 들면 분리막(120)의 권취(winding) 또는 접음(folding)에 의한 젤리-롤 구조를 가질 수도 있다.For convenience of explanation, although the electrode assembly 105 is shown as a stacked type in FIG. 2 , the electrode assembly 105 is, for example, a jelly-roll by winding or folding of the separator 120 . It may have a structure.

전극 조립체(105)는 봉지재(180) 내에 전해질과 함께 수용되어 리튬 이차 전지가 정의될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 전해질로서 비수 전해액을 사용할 수 있다. The electrode assembly 105 may be accommodated together with the electrolyte in the encapsulant 180 to define a lithium secondary battery. According to exemplary embodiments, a non-aqueous electrolyte may be used as the electrolyte.

봉지재(180)는 예를 들면, 파우치(pouch) 형태로 제공될 수 있다. 봉지재(180)는 내부에 복수의 절연층들이 적층된 복층 구조를 가질 수 있다. 봉지재(180)는 상기 절연층들 사이에 삽입된 금속층을 포함할 수도 있다.The encapsulant 180 may be provided, for example, in the form of a pouch. The encapsulant 180 may have a multilayer structure in which a plurality of insulating layers are stacked. The encapsulant 180 may include a metal layer interposed between the insulating layers.

비수 전해액은 전해질인 리튬염과 유기 용매를 포함하며, 상기 리튬염은 예를 들면 Li+X-로 표현되며 상기 리튬염의 음이온(X-)으로서 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- , CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N- 등을 예시할 수 있다.The non-aqueous electrolyte includes a lithium salt as an electrolyte and an organic solvent, and the lithium salt is, for example, represented by Li + X - and F - , Cl - , Br - , I - , NO as an anion (X - ) of the lithium salt. 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , PF 6 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , ( CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN − and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N − and the like can be exemplified.

상기 유기 용매로서 예를 들면, 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 디메틸설퍼옥사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 비닐렌 카보네이트, 설포란, 감마-부티로락톤, 프로필렌 설파이트 및 테트라하이드로퓨란 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.As the organic solvent, for example, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethylmethyl carbonate (EMC) ), methylpropyl carbonate, dipropyl carbonate, dimethylsulfuroxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, vinylene carbonate, sulfolane, gamma-butyrolactone, propylene sulfite and tetrahydrofuran can be used. . These may be used alone or in combination of two or more.

예시적인 실시예들에 따르면, 전극 조립체(105)는 유무기 혼성 코팅(150)에 의해 감싸진 상태로 봉지재(180) 내에 수용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유무기 혼성 코팅(150)은 전극 조립체(105)의 상면, 하면 및 양 측벽들을 연속적으로 둘러쌀 수 있다.According to example embodiments, the electrode assembly 105 may be accommodated in the encapsulant 180 while being surrounded by the organic/inorganic hybrid coating 150 . As shown in FIG. 2 , the organic-inorganic hybrid coating 150 may continuously surround the upper surface, the lower surface, and both sidewalls of the electrode assembly 105 .

유무기 혼성 코팅(150)은 필름 혹은 시트 형태를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 유무기 혼성 코팅(150)은 전극 조립체(105)와 직접 접촉할 수 있다.The organic-inorganic hybrid coating 150 may have a film or sheet form. In one embodiment, the organic-inorganic hybrid coating 150 may be in direct contact with the electrode assembly 105 .

유무기 혼성 코팅(150)은 유기 수지층(152) 및 유기 수지층(152) 내에 분산된 무기 입자들(154)을 포함할 수 있다. 무기 입자들(154)은 유기 수지층(152)에 실질적으로 완전히 매립될 수 있으며, 이에 따라 유무기 혼성 코팅(150)의 실질적으로 평탄한 표면을 가질 수 있다.The organic-inorganic hybrid coating 150 may include an organic resin layer 152 and inorganic particles 154 dispersed in the organic resin layer 152 . The inorganic particles 154 may be substantially completely embedded in the organic resin layer 152 , and thus the organic-inorganic hybrid coating 150 may have a substantially flat surface.

유기 수지층(152)은 다공성 유기 고분자를 포함할 수 있다. 이에 따라, 유무기 혼성 코팅(150)이 전극 조립체(105)를 감싸는 경우에도 리튬 이온 이동을 촉진할 수 있다.The organic resin layer 152 may include a porous organic polymer. Accordingly, even when the organic-inorganic hybrid coating 150 surrounds the electrode assembly 105 , the movement of lithium ions may be promoted.

예를 들면, 유무기 혼성 코팅(150)의 유기 수지층(152)은 폴리에스테르 계열 수지, 폴리우레탄 계열 수지, 폴리이미드 계열 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌, 폴리이미드 계열 수지, 아라미드(aramid), 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스 계열 수지, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무 등을 포함할 수 있다.For example, the organic resin layer 152 of the organic-inorganic hybrid coating 150 is a polyester-based resin, a polyurethane-based resin, a polyimide-based resin, polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacrylate (PMMA), It may include polypropylene, polyimide-based resin, aramid, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, cellulose-based resin, styrene butadiene rubber, fluororubber, and the like.

바람직한 일 실시예에 있어서, 유무기 혼성 코팅(150)의 기공 확보를 위해 유기 수지층(152)은 셀룰로오스 계열 수지를 포함할 수 있다.In a preferred embodiment, the organic resin layer 152 may include a cellulose-based resin to secure pores of the organic-inorganic hybrid coating 150 .

무기 입자들(154)은 유기 수지층(152) 내에 분산되어, 유무기 혼성 코팅(150)의 녹는점을 증가시키고, 기계적 강성을 증진시킬 수 있다. 예를 들면, 무기 입자들(154)은 예를 들어, SiO2, Al2O3, MgO, TiO2, ZrO2, CaO, Y2O3 등을 포함할 수 있다.The inorganic particles 154 may be dispersed in the organic resin layer 152 to increase the melting point of the organic-inorganic hybrid coating 150 and improve mechanical rigidity. For example, the inorganic particles 154 may include, for example, SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, TiO 2 , ZrO 2 , CaO, Y 2 O 3 , and the like.

유무기 혼성 코팅(150)이 전극 조립체(105)를 둘러싼 상태로, 전극 조립체(105)가 봉지재(180) 내에 수용됨에 따라, 예를 들면 외부 물체에 의한 이차 전지 관통 시 발생하는 급격한 발열을 차단 또는 완화시킬 수 있다. 따라서, 전극 조립체(105)에서의 열 집중에 의한 발화, 폭발 등을 억제할 수 있다. 이에 따라, 유무기 혼성 코팅(150)은 리튬 이차 전지(100)의 내열성 코팅으로 제공될 수 있다.As the organic-inorganic hybrid coating 150 surrounds the electrode assembly 105 and the electrode assembly 105 is accommodated in the encapsulant 180 , for example, rapid heat generated when the secondary battery is penetrated by an external object is reduced. can be blocked or mitigated. Accordingly, ignition, explosion, etc. due to heat concentration in the electrode assembly 105 may be suppressed. Accordingly, the organic-inorganic hybrid coating 150 may be provided as a heat-resistant coating of the lithium secondary battery 100 .

상술한 바와 같이, 무기물 입자들(154)에 의해 유무기 혼성 코팅(150)의 전체적인 녹는점이 증가할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 유무기 혼성 코팅(150)의 녹는점은 충분한 내열성 확보를 위해 약 350℃ 이상일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 후술하는 바와 같이 적절한 기계적 강성 조절을 위해 유무기 혼성 코팅(150)의 녹는점은 약 350℃ 내지 450℃ 범위, 일 실시예에 있어서 약 350℃ 내지 400℃ 범위일 수 있다.As described above, the overall melting point of the organic-inorganic hybrid coating 150 may be increased by the inorganic particles 154 . In some embodiments, the melting point of the organic-inorganic hybrid coating 150 may be about 350° C. or higher to ensure sufficient heat resistance. In one embodiment, as described below, the melting point of the organic-inorganic hybrid coating 150 may be in the range of about 350°C to 450°C, and in one embodiment, about 350°C to 400°C for proper mechanical stiffness control. .

일부 실시예들에 있어서, 유무기 혼성 코팅(150)의 전체 중량 중, 무기물 입자들(154)의 함량은 약 10중량% 이상 및 약 30중량% 미만일 수 있다.In some embodiments, the content of the inorganic particles 154 among the total weight of the organic-inorganic hybrid coating 150 may be about 10% by weight or more and less than about 30% by weight.

예를 들면, 무기물 입자들(154)의 함량이 약 30중량%를 초과하는 경우 유무기 혼성 코팅(150)에 의해 이온 전달 통로가 지나치게 차단되어 이차 전지의 충방전 특성이 열화될 수 있다. 무기물 입자들(154)의 함량이 약 10중량% 미만인 경우, 유무기 혼성 코팅(150)의 기계적 강성이 감소하거나, 녹는점이 감소하여 충분한 내열성이 제공되지 않을 수 있다.For example, when the content of the inorganic particles 154 exceeds about 30% by weight, the ion transfer path may be excessively blocked by the organic/inorganic hybrid coating 150 , so that the charge/discharge characteristics of the secondary battery may be deteriorated. When the content of the inorganic particles 154 is less than about 10% by weight, the mechanical rigidity of the organic-inorganic hybrid coating 150 may decrease or the melting point may decrease, so that sufficient heat resistance may not be provided.

일부 실시예들에 있어서, 유무기 혼성 코팅(150)의 모듈러스(modulus)는 300MPa 이상일 수 있다. 유무기 혼성 코팅(150)의 모듈러스를 상기 범위로 유지함에 따라, 전극 조립체(105)의 열 팽창을 효과적으로 억제할 수 있다. In some embodiments, the modulus of the organic-inorganic hybrid coating 150 may be 300 MPa or more. By maintaining the modulus of the organic-inorganic hybrid coating 150 within the above range, thermal expansion of the electrode assembly 105 can be effectively suppressed.

또한, 상기 음극 활물질로서 실리콘계 활물질을 채용하는 경우, 충/방전 반복에 따라 전극 조립체(105)의 팽창이 심화될 수 있으며, 유무기 혼성 코팅(150)은 전극 조립체(105)의 팽창 억제 부재로서 기능할 수도 있다.In addition, when a silicon-based active material is employed as the negative active material, the expansion of the electrode assembly 105 may be deepened according to repeated charging/discharging, and the organic-inorganic hybrid coating 150 serves as an expansion inhibiting member of the electrode assembly 105 . may function.

일 실시예에 있어서, 유무기 혼성 코팅(150)의 모듈러스(modulus)는 충분한 이온 전달 통로 확보를 고려하여 300MPa 내지 1000MPa일 수 있다. In one embodiment, the modulus (modulus) of the organic-inorganic hybrid coating 150 may be 300 MPa to 1000 MPa in consideration of securing a sufficient ion transport path.

예를 들면, 유무기 혼성 코팅(150)의 두께는 약 10 내지 1,000㎛일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 유무기 혼성 코팅(150)의 두께는 약 100 내지 1,000㎛, 바람직하게는 약 200 내지 1000㎛, 보다 바람직하게는 약 200 내지 500㎛일 수 있다. 무기물 입자(154)의 입경(예를 들면, D50)은 약 0.2 내지 1㎛일 수 있다. 상기 두께 및 입경 범위에서, 유무기 혼성 코팅(150)을 통한 상술한 내열성 및 팽창 억제 효과를 효율적으로 구현할 수 있다.For example, the thickness of the organic-inorganic hybrid coating 150 may be about 10 to 1,000㎛. In one embodiment, the organic-inorganic hybrid coating 150 may have a thickness of about 100 to 1,000 μm, preferably about 200 to 1000 μm, and more preferably about 200 to 500 μm. A particle diameter (eg, D50) of the inorganic particles 154 may be about 0.2 to 1 μm. In the thickness and particle size range, the above-described heat resistance and expansion inhibition effect through the organic-inorganic hybrid coating 150 can be efficiently implemented.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 양극 집전체(115) 및 음극 집전체로(125)부터 각각 전극 탭들(양극 탭들 및 음극 탭들)이 돌출 및 연장될 수 있다. 상기 전극 탭들은 서로 융착되어 전극 탭부(140)를 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 양극 탭들이 서로 융착되어 양극 탭부(142)가 형성되고, 상기 음극 탭들이 서로 융착되어 음극 탭부(145)가 형성될 수 있다. Referring back to FIGS. 1 and 2 , electrode tabs (positive electrode tabs and negative electrode tabs) may protrude and extend from the positive electrode current collector 115 and the negative current collector path 125 , respectively. The electrode tabs may be fused to each other to form the electrode tab portion 140 . For example, the positive electrode tabs may be fused to each other to form the positive electrode tab portion 142 , and the negative electrode tabs may be fused to each other to form the negative electrode tab portion 145 .

전극 탭부들(140)은 봉지재(180) 일 측부까지 연장될 수 있다. 상기 전극 탭부들(140)은 봉지재(180)의 상기 측부와 함께 융착될 수 있다. 예를 들면, 봉지재(180)의 외부로 연장 또는 노출된 전극 리드(160)(예를 들면, 양극 리드(162) 및 음극 리드(165))가 전극 탭부(140) 및 봉지재(180)의 상기 측부와 함께 융착될 수 있다.The electrode tab parts 140 may extend to one side of the encapsulant 180 . The electrode tab portions 140 may be fused together with the side portion of the encapsulant 180 . For example, the electrode lead 160 (eg, the positive lead 162 and the negative lead 165 ) extended or exposed to the outside of the encapsulant 180 is connected to the electrode tab 140 and the encapsulant 180 . may be fused together with the side of the

도 1에 도시된 바와 같이, 평면 방향에서 유무기 혼성 코팅(150)은 전극 조립체(105)를 전체적으로 커버할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 유무기 혼성 코팅(150)은 전극 탭부(140)와 평면 방향에서 적어도 부분적으로 중첩될 수 있다.As shown in FIG. 1 , the organic/inorganic hybrid coating 150 may cover the electrode assembly 105 as a whole in a planar direction. In some embodiments, the organic-inorganic hybrid coating 150 may at least partially overlap the electrode tab part 140 in a planar direction.

전류 흐름 혹은 관통 시 열이 집중되는 전극 탭부(140)를 유무기 혼성 코팅(150)이 겹쳐지도록 배치됨에 따라, 전극 탭부(140)의 인접 영역에서 유도 또는 전파되는 발화, 폭발을 효과적으로 억제할 수 있다.As the organic-inorganic hybrid coating 150 overlaps the electrode tab unit 140, where heat is concentrated during current flow or penetration, it is possible to effectively suppress ignition and explosion induced or propagated in the adjacent area of the electrode tab unit 140. have.

도 1에 도시된 바와 같이, 양극 탭부(142) 및 음극 탭부(145)는 리튬 이차 전지(100)의 서로 반대 방향 측부에 배치될 수 있다. 이 경우, 상술한 바와 같이 전류 및 열이 집중되는 전극 탭부들(140)을 반대 방향에 분리 배치함에 따라, 발열 영역을 분산시킬 수 있다.1 , the positive electrode tab part 142 and the negative electrode tab part 145 may be disposed on opposite sides of the lithium secondary battery 100 . In this case, as described above, by disposing the electrode tab portions 140 in which current and heat are concentrated in opposite directions separately, the heating region may be dispersed.

일 실시예에 있어서, 양극 탭부(142) 및 음극 탭부(145)는 리튬 이차 전지(100)의 동일한 일 측부에 배치될 수도 있다. 이 경우, 유무기 혼성 코팅(150)은 상기 일 측부에서 양극 탭부(142) 및 음극 탭부(145)를 함께 덮을 수 있다.In one embodiment, the positive electrode tab portion 142 and the negative electrode tab portion 145 may be disposed on the same side of the lithium secondary battery 100 . In this case, the organic-inorganic hybrid coating 150 may cover both the positive electrode tab part 142 and the negative electrode tab part 145 from the one side.

도 3은 일부 예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지를 나타내는 개략적인 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조로 설명한 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 구성 및 구조에 대한 상세한 설명은 생략된다.3 is a schematic cross-sectional view illustrating a lithium secondary battery according to some exemplary embodiments. Detailed descriptions of configurations and structures substantially the same as or similar to those described with reference to FIGS. 1 and 2 will be omitted.

도 3을 참조하면, 유무기 혼성 코팅(150)은 봉지재(180) 내부에 포함될 수도 있다. 이 경우, 유무기 혼성 코팅(150)은 봉지재(180)에 포함된 내부 절연층으로 제공될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the organic-inorganic hybrid coating 150 may be included in the encapsulant 180 . In this case, the organic-inorganic hybrid coating 150 may be provided as an internal insulating layer included in the encapsulant 180 .

유무기 혼성 코팅(150)은 봉지재(180) 내부에서, 도 1 및 도 2를 참조로 설명한 바와 같이, 전극 조립체(105)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.The organic-inorganic hybrid coating 150 may be disposed inside the encapsulant 180 to surround the electrode assembly 105 as described with reference to FIGS. 1 and 2 .

도 4 및 도 5는 각각 예시적인 실시예들에 따른 리튬 이차 전지를 나타내는 개략적인 평면도 및 단면도이다. 예를 들면, 도 5는 전극 탭부의 인접 영역을 개략적으로 도시한 부분 확대 단면도이다.4 and 5 are schematic plan views and cross-sectional views, respectively, of lithium secondary batteries according to exemplary embodiments. For example, FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view schematically illustrating an area adjacent to an electrode tab portion.

도 4 및 도 5를 참조하면, 유무기 혼성 코팅(155)은 전극 탭부(140)를 덮도록 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 유무기 혼성 코팅(155)은 제1 유무기 혼성 코팅(152) 및 제2 유무기 혼성 코팅(154)을 포함할 수 있다.4 and 5 , the organic/inorganic hybrid coating 155 may be disposed to cover the electrode tab 140 . According to example embodiments, the organic-inorganic hybrid coating 155 may include a first organic-inorganic hybrid coating 152 and a second organic-inorganic hybrid coating 154 .

예를 들면, 제1 유무기 혼성 코팅(152)은 양극 탭부(142)를 덮도록 배치되며, 제2 유무기 혼성 코팅(154)은 음극 탭부(145)를 덮도록 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이, 양극 탭부(142) 및 음극 탭부(145)가 리튬 이차 전지(100)의 반대 방향 측부들에 서로 마주보도록 배치된 경우, 제1 유무기 혼성 코팅(152) 및 제2 유무기 혼성 코팅(154) 역시 상기 반대 방향 측부들에 서로 마주보도록 배치될 수 있다.For example, the first organic-inorganic hybrid coating 152 may be disposed to cover the positive electrode tab portion 142 , and the second organic/inorganic hybrid coating 154 may be disposed to cover the negative electrode tab portion 145 . As described above, when the positive electrode tab portion 142 and the negative electrode tab portion 145 are disposed on opposite sides of the lithium secondary battery 100 to face each other, the first organic-inorganic hybrid coating 152 and the second organic-inorganic coating Hybrid coatings 154 may also be disposed on the opposite sides to face each other.

전류 흐름 및 열이 집중되는 전극 탭부(140)를 선택적으로 덮도록 유무기 혼성 코팅(155)이 배치됨에 따라, 관통 발생 시 발화 및 폭발 방지의 효율성을 유지하면서, 전극 조립체(105) 및 전해질과의 상호 작용은 촉진하여 충/방전 효율성을 증진할 수 있다.As the organic-inorganic hybrid coating 155 is disposed to selectively cover the electrode tab portion 140 where current flow and heat are concentrated, the electrode assembly 105 and the electrolyte and can promote the interaction of charge/discharge efficiency.

일부 실시예들에 있어서, 유무기 혼성 코팅(155)은 평면 방향에서 전극 탭부(140)를 전체적으로 덮을 수 있다. 유무기 혼성 코팅(155)은 평면 방향에서 전극 탭부(140)와 인접한 전극 조립체(105)의 단부를 함께 부분적으로 덮을 수도 있다.In some embodiments, the organic-inorganic hybrid coating 155 may entirely cover the electrode tab 140 in a planar direction. The organic-inorganic hybrid coating 155 may partially cover the electrode tab portion 140 and an end of the electrode assembly 105 adjacent thereto in a planar direction.

일부 실시예들에 있어서, 도 3을 참조로 설명한 바와 같이, 유무기 혼성 코팅(155)은 봉지재(150) 내부에 포함되어 전극 탭부(140)를 덮도록 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 유무기 혼성 코팅(155)은 전극 탭부(140) 및 전극 조립체(105) 상에 직접 배치되는 별도의 시트로 제공될 수도 있다.In some embodiments, as described with reference to FIG. 3 , the organic/inorganic hybrid coating 155 may be included in the encapsulant 150 to cover the electrode tab 140 . In some embodiments, as shown in FIG. 5 , the organic/inorganic hybrid coating 155 may be provided as a separate sheet disposed directly on the electrode tab unit 140 and the electrode assembly 105 .

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred embodiments are presented to help the understanding of the present invention, but these examples are merely illustrative of the present invention and do not limit the appended claims, and are within the scope and spirit of the present invention. It is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible, and it is natural that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

실시예들 및 비교예들Examples and Comparative Examples

양극 활물질로서 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2, 도전재로 카본블랙, 바인더로 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF)를 92:5:3의 질량비 조성으로 양극 슬러리를 제조한 후, 이를 알루미늄 기재 위에 코팅, 건조, 프레스를 실시하여 양극을 제조하였다. LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 as a positive electrode active material, carbon black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder in a mass ratio of 92:5:3 to prepare a positive electrode slurry, and then coating it on an aluminum substrate , drying, and pressing were performed to prepare a positive electrode.

음극 활물질로 천연 흑연 92 중량%, 스티렌부타디엔러버(SBR)계 바인더 3 중량%, 증점제로 CMC 1 중량%, 도전재로 플레이크 타입 비정질 흑연 5 중량%를 사용하여 음극 슬러리를 제조하였다. 이를 구리 기재 위에 코팅, 건조, 프레스를 실시하여 음극판을 제조하였다.An anode slurry was prepared using 92 wt% of natural graphite as an anode active material, 3 wt% of a styrene-butadiene rubber (SBR)-based binder, 1 wt% of CMC as a thickener, and 5 wt% of flake-type amorphous graphite as a conductive material. This was coated, dried, and pressed on a copper substrate to prepare a negative electrode plate.

제조된 상기 양극 및 음극을 폴리에틸렌(PE) 분리막(25㎛)를 사이에 두고 배치하여 전극 셀을 형성하고 권취하여 전극 조립체를 형성하였다. The prepared positive electrode and negative electrode were disposed with a polyethylene (PE) separator (25 μm) interposed therebetween to form an electrode cell and wound to form an electrode assembly.

셀룰로오스 수지층((C6H10O5)n) 내에 SiO2 입자(입경(D50): 0.5㎛) 혹은 Al2O3 입자(입경(D50): 1㎛)를 분산시킨 유무기 혼성 코팅을 전극 탭들 각각을 덮도록 파우치 내벽에 부착시켰다. An organic-inorganic hybrid coating in which SiO 2 particles (particle diameter (D50): 0.5 μm) or Al 2 O 3 particles (particle diameter (D50): 1 μm) are dispersed in the cellulose resin layer ((C 6 H 10 O 5 )n) Each of the electrode tabs was attached to the inner wall of the pouch to cover it.

상기 전극 조립체를 파우치에 수용하고 전극 탭 부분들을 융착 하였다. 이후, 전해액을 주입한 후 실링하여 이차 전지를 제조하였다.The electrode assembly was accommodated in a pouch and electrode tab portions were fused. Thereafter, an electrolyte was injected and sealed to prepare a secondary battery.

상기 전해액으로서 에틸렌카보네이트/에틸메틸카보네이트/디에틸카보네이트 (EC/EMC/DEC, 25/45/30; 부피비)의 혼합 용매로 1M LiPF6 용액을 제조한 후, 비닐렌 카보네이트(VC) 1중량%, 1,3-프로펜설톤(PRS) 0.5중량% 및 리튬 비스(옥살레이토)보레이트(LiBOB) 0.5중량%를 첨가한 것을 사용하였다.After preparing a 1M LiPF 6 solution with a mixed solvent of ethylene carbonate / ethylmethyl carbonate / diethyl carbonate (EC / EMC / DEC, 25 / 45 / 30; volume ratio) as the electrolyte, 1 wt% of vinylene carbonate (VC) , 0.5 wt% of 1,3-propensultone (PRS) and 0.5 wt% of lithium bis(oxalato)borate (LiBOB) were used.

아래 표 1에 기재된 바와 같이, 유무기 혼성 코팅의 재질, 구조 등을 변경하여 실시예들 및 비교예들에 따른 이차 전지를 제조하였다.As shown in Table 1 below, secondary batteries according to Examples and Comparative Examples were prepared by changing the material and structure of the organic-inorganic hybrid coating.

실험예Experimental example

(1) 에너지 밀도 측정(1) Energy density measurement

비교예 1의 에너지 밀도 500Wh/L을 기준으로 실시예 및 비교예 2의 에너지 밀도를 백분율로 표시하였다.Based on the energy density of 500Wh/L of Comparative Example 1, the energy density of Examples and Comparative Example 2 was expressed as a percentage.

(2) 관통 안정성 평가(2) Penetration stability evaluation

실시예 및 비교예들에 따른 이차 전지에 대해 충전(1C 4.2V 0.1C CUT-OFF) 후, 직경 3mm 못으로 80mm/sec의 속도로 관통시켰다. 관통 후 이차 전지의 안정성을 평가 기준에 따라 평가하였다,After charging (1C 4.2V 0.1C CUT-OFF) for the secondary batteries according to Examples and Comparative Examples, a nail with a diameter of 3mm was penetrated at a speed of 80mm/sec. The stability of the secondary battery after penetration was evaluated according to the evaluation criteria,

<평가 기준, EUCAR Hazard Level><Evaluation criteria, EUCAR Hazard Level>

L1: 배터리 성능에 이상 없음L1: No abnormality in battery performance

L2: 전해액 누출 없으며 셀의 비가역적 손상 발생함L2: No electrolyte leakage and irreversible damage to the cell

L3: 배터리의 전해액의 무게가 50% 미만 감소함L3: The weight of the battery's electrolyte is reduced by less than 50%

L4: 배터리의 전해액의 무게가 50% 이상 감소함L4: The weight of the battery's electrolyte is reduced by more than 50%

L5: 발화 또는 폭발이 발생함L5: Ignition or explosion occurred

평가 결과는 하기 표 1에 기재되었다.The evaluation results are shown in Table 1 below.

(3) 과충전 안정성 평가(3) Overcharge stability evaluation

실시예 및 비교예의 이차 전지에 대해, SOC100% 상태로 충전 세팅(CCCV 1C, 4.2V, 0.02C Cut-off) 후 CCCV 조건으로 32A, 5V으로 SOC200%까지 과충전 시킨 후, 이차 전지의 안정성을 위 평가 기준(EUCAR Hazard Level)에 따라 평가하였다.For the secondary batteries of Examples and Comparative Examples, after charging setting (CCCV 1C, 4.2V, 0.02C cut-off) to SOC100%, overcharging to SOC200% at 32A, 5V under CCCV conditions, It was evaluated according to the evaluation criteria (EUCAR Hazard Level).

(4) 고온 안정성 평가(4) High temperature stability evaluation

실시예 및 비교예들의 이차 전지에 대해 SOC95%로 충전(CC-CV 1.0 C 4.2V 0.05C CUT-OFF)하고, 60도 챔버에 저장 후 셀 벤팅(cell venting) 일어나는 주(week)를 측정하였다.Secondary batteries of Examples and Comparative Examples were charged with SOC95% (CC-CV 1.0 C 4.2V 0.05C CUT-OFF), and the week in which cell venting occurs after storage in a 60-degree chamber was measured. .

평가 결과는 하기의 표 1에 함께 나타낸다.The evaluation results are shown together in Table 1 below.

유기 수지층 두께
(㎛)organic resin layer thickness
(μm) 무기 입자inorganic particles 에너지 밀도energy density 관통 안정성penetrating stability 과충전 안정성Overcharge Stability 고온 저장 특성high temperature storage characteristics SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 실시예 1Example 1 1010 10중량%10% by weight -- 99.5%99.5% L5L5 L4L4 16주16 weeks 실시예 2Example 2 3030 10중량%10% by weight -- 99%99% L4L4 L4L4 16주16 weeks 실시예 3Example 3 100100 10중량%10% by weight -- 97%97% L4L4 L3L3 20주20 weeks 실시예 4Example 4 200200 10중량%10% by weight -- 94%94% L3L3 L3L3 23주23 weeks 실시예 5Example 5 500500 10중량%10% by weight -- 92%92% L3L3 L3L3 24주24 weeks 실시예 6Example 6 10001000 10중량%10% by weight 80%80% L2L2 L2L2 25주25 weeks 실시예 7Example 7 10001000 20중량%20% by weight -- 80%80% L2L2 L2L2 28주28 weeks 실시예 8Example 8 1000 1000 29중량%29% by weight -- 80%80% L2L2 L2L2 30주30 weeks 실시예 9Example 9 10001000 30중량%30% by weight -- 75%75% L2L2 L2L2 31주31 weeks 실시예 10Example 10 10001000 40중량%40% by weight 70%70% L2L2 L2L2 31주31 weeks 실시예 11Example 11 1100 1100 10중량%10% by weight -- 70%70% L2L2 L2L2 31주31 weeks 실시예 12Example 12 11001100 20중량%20% by weight -- 70%70% L2L2 L2L2 31주31 weeks 실시예 13Example 13 10001000 -- 10중량%10% by weight 80%80% L2L2 L2L2 24주24 weeks 실시예 14Example 14 10001000 -- 30중량%30% by weight 75%75% L2L2 L2L2 29주29 weeks 비교예 1Comparative Example 1 -- -- 500 Wh/L500 Wh/L L5L5 L5L5 16주16 weeks 비교예 2Comparative Example 2 3030 -- -- 99.5%99.5% L5L5 L5L5 16주16 weeks

표 1을 참조하면, 유무기 혼성 코팅이 도입된 실시예들의 이차 전지의 경우, 비교예들보다 향상된 관통/과충전 안정성 및 고온 안정성을 제공하였다.Referring to Table 1, in the case of the secondary batteries of Examples in which the organic-inorganic hybrid coating was introduced, improved penetration/overcharge stability and high temperature stability were provided compared to Comparative Examples.

추가적으로, 예를 들면 유기 수지층의 두께가 200㎛ 내지 1000㎛, 무기물 입자의 함량이 10중량% 이상 및 30중량% 미만 범위에서 80% 이상의 에너지 밀도를 유지하며 실질적인 내열성 효과가 제공되었다.Additionally, for example, the organic resin layer has a thickness of 200 μm to 1000 μm, and the content of inorganic particles is in the range of 10% by weight or more and less than 30% by weight, maintaining an energy density of 80% or more, and a substantial heat resistance effect is provided.

100: 리튬 이차 전지 105: 전극 조립체
110: 양극 112: 양극 활물질층
115: 양극 집전체 120: 분리막
130: 음극 132: 음극 활물질층
135: 음극 집전체 142: 양극 탭부
145: 음극 탭부 150: 유무기 혼성 코팅
152: 유기 수지층 154: 무기 입자
180: 봉지재100: lithium secondary battery 105: electrode assembly
110: positive electrode 112: positive electrode active material layer
115: positive electrode current collector 120: separator
130: negative electrode 132: negative electrode active material layer
135: negative electrode current collector 142: positive electrode tab portion
145: negative electrode tab 150: organic-inorganic hybrid coating
152: organic resin layer 154: inorganic particles
180: encapsulant

Claims (12)

반복 적층된 양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 배치된 분리막을 포함하는 전극 조립체;
상기 전극 조립체의 적어도 일 부분을 덮고 유기 수지층 및 상기 유기 수지층에 매립된 무기물 입자를 포함하는 유무기 혼성 코팅; 및
상기 전극 조립체를 수용하는 봉지재를 포함하는, 리튬 이차 전지.an electrode assembly including repeatedly stacked positive and negative electrodes and a separator disposed between the positive and negative electrodes;
an organic-inorganic hybrid coating covering at least a portion of the electrode assembly and including an organic resin layer and inorganic particles embedded in the organic resin layer; and
A lithium secondary battery comprising an encapsulant for accommodating the electrode assembly. 청구항 1에 있어서, 상기 유무기 혼성 코팅은 상기 봉지재의 내부에 포함되는, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 1, wherein the organic-inorganic hybrid coating is included in the encapsulant. 청구항 1에 있어서, 상기 유무기 혼성 코팅은 상기 봉지재 및 상기 전극 조립체 사이에 배치되는, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 1, wherein the organic-inorganic hybrid coating is disposed between the encapsulant and the electrode assembly. 청구항 1에 있어서, 상기 유무기 혼성 코팅은 상기 전극 조립체의 상면, 하면 및 측벽들을 연속적으로 둘러싸는, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the organic-inorganic hybrid coating continuously surrounds the upper surface, lower surface and sidewalls of the electrode assembly. 청구항 1에 있어서, 상기 전극 조립체의 상기 양극 및 상기 음극으로부터 각각 돌출되어 상기 봉지재의 측부로 연장하는 전극 탭부를 더 포함하는, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to claim 1, further comprising an electrode tab portion protruding from the positive electrode and the negative electrode of the electrode assembly and extending to the side of the encapsulant. 청구항 5에 있어서, 상기 유무기 혼성 코팅은 상기 전극 탭부를 적어도 부분적으로 덮는, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 5 , wherein the organic-inorganic hybrid coating at least partially covers the electrode tab portion. 청구항 6에 있어서, 상기 유무기 혼성 코팅은 상기 전극 탭부에 인접한 상기 전극 조립체의 단부를 부분적으로 덮는, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 6 , wherein the organic-inorganic hybrid coating partially covers an end of the electrode assembly adjacent to the electrode tab portion. 청구항 6에 있어서, 상기 전극 탭부는 양극 탭부 및 음극 탭부를 포함하며,
상기 유무기 혼성 코팅은 상기 양극 탭부를 덮는 제1 유무기 혼성 코팅 및 상기 음극 탭부를 덮는 제2 유무기 혼성 코팅을 포함하는, 리튬 이차 전지.The method according to claim 6, The electrode tab portion comprises a positive electrode tab portion and a negative electrode tab portion,
The organic-inorganic hybrid coating comprises a first organic-inorganic hybrid coating covering the positive electrode tab portion and a second organic-inorganic hybrid coating covering the negative electrode tab portion, a lithium secondary battery. 청구항 8에 있어서, 상기 제1 유무기 혼성 코팅 및 상기 제2 유무기 혼성 코팅은 상기 봉지재의 반대 측부들에 서로 분리되어 배치된, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 8 , wherein the first organic-inorganic hybrid coating and the second organic-inorganic hybrid coating are disposed on opposite sides of the encapsulant separately from each other. 청구항 1에 있어서, 상기 유무기 혼성 코팅 총 중량 중 상기 무기 입자의 함량은 10중량% 이상 및 30중량% 미만인, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the content of the inorganic particles in the total weight of the organic-inorganic hybrid coating is 10% by weight or more and less than 30% by weight. 청구항 1에 있어서, 상기 유무기 혼성 코팅의 두께는 10㎛ 내지 1,000㎛인, 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery of claim 1, wherein the organic-inorganic hybrid coating has a thickness of 10 μm to 1,000 μm. 청구항 1에 있어서, 상기 유무기 혼성 코팅의 녹는점은 350℃이상인, 리튬 이차 전지.The method according to claim 1, The melting point of the organic-inorganic hybrid coating is 350 ℃ or more, lithium secondary battery.
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