JP2023082062A - 円筒型二次電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒型二次電池の製造過程において、電極組立体の上端に突出した電極タブの位置により発生する工程上の困難を改善するために、電極タブの位置を調節して加工性を高めることができるようにする、円筒型二次電池およびその製造方法を提供する。
【解決手段】正極／分離膜／負極構造の電極組立体が円筒型電池カンに内装されている二次電池において、前記電極組立体１００の上端に搭載され、電極タブが貫通する第１貫通口１２２を有する第１絶縁層１２０；および前記第１絶縁層の上端に搭載され、前記電極組立体の中央位置に対応するように形成された第２貫通口１３２を有する第２絶縁層１３０を含む円筒型二次電池とする。
【選択図】図３

Description

関連出願との相互引用
本出願は、２０１９年１月３０日付韓国特許出願第１０－２０１９－００１２２３３号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として組み含まれる。

本発明は、円筒型二次電池およびその製造方法に関し、より具体的には、電極タブ位置を整列する円筒型二次電池およびその製造方法に関する。

現代社会では、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダー、デジタルカメラなどの携帯型機器の使用が日常的になることに伴い、前記機器と関連した分野の技術に対する開発が活発になってきており、携帯型機器に利用される二次電池に対する開発の必要性が高まっている。

二次電池は、正極、分離膜および負極からなる電極組立体と、電極組立体を電解液と密封させる外部ケースを含み、このような二次電池は、構造的差異により円筒型二次電池、角型二次電池、パウチ型二次電池に区分することができる。

円筒型二次電池は、正極、分離膜および負極から構成される電極組立体、電極組立体を収容し、上端に開口部を有するカン、カン上端を覆うキャップアセンブリーから構成され、一般的に、電極組立体において正極タブが正極に連結され、正極タブは開口部上端のキャップアセンブリーと溶接され、負極タブが負極に連結され、負極タブはカンの底面と溶接され得る。

図１は従来の二次電池において電極タブの位置を説明するために電極組立体を巻き取る前の平面図である。図２は図１の電極組立体を巻き取った構造を示す斜視図である。

図１に示すように、従来の二次電池において巻取前の電極タブ２１は、電極組立体１０の中央でなく、外側に偏って位置し、この場合、電極に電流が流れる時、電流濃度差により抵抗が変わり得る。これを考慮して、電極タブ２１の位置を電極組立体１０の中央に移そうとする試みがあったが、二次電池の製造工程において加工性が悪化するという問題があった。

これと関連して図２を参照すると、図１の電極組立体１０を巻き取って示される電極タブ２１の位置が、図１の電極組立体１０において電極タブ２１の位置を電極組立体１０の中央に移した時、図２の電極組立体１０において既存の電極タブ２１の位置に比べてジェリーロール構造で第１方向ｄ１で表示したように、さらに外側に電極タブ２１'が位置するようになる。これによって、二次電池の組立過程中、ビーディング（ｂｅａｄｉｎｇ）工程でビーディングホルダー（ｂｅａｄｉｎｇ ｈｏｌｄｅｒ）の干渉、注液工程で注液機ホルダー（ｈｏｌｄｅｒ）の干渉、およびタブ逆整列による安定性問題など製造工程上多様な問題があった。

二次電池の電極組立体に形成された電極タブの位置により加工性および出力性能が低くなる問題を改善する必要がある。

本発明の実施形態は、既存に提案された方法の前記のような問題点を解決するために提案されたものであって、従来の円筒型二次電池の製造過程において、電極組立体の上端に突出した電極タブの位置により発生する工程上の困難を改善するために、電極タブの位置を調節して加工性を高めることができるようにする、円筒型二次電池およびその製造方法を提供することをその目的とする。

ただし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、前述した課題に限定されず、本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張され得る。

本発明の一実施形態による、円筒型二次電池は、正極／分離膜／負極構造の電極組立体が円筒型電池カンに内装されており、前記電極組立体の上端に搭載され、電極タブが貫通する第１貫通口を有する第１絶縁層、および前記第１絶縁層の上端に搭載され、前記電極組立体の中央位置に対応するように形成された第２貫通口を有する第２絶縁層を含む。

前記第１貫通口を通過した前記電極タブは、前記第２貫通口を通過するように折り曲げられ得る。

前記第２貫通口を通過した前記電極タブは、前記第２絶縁層と垂直に配置されて、前記電極組立体の中央から突出する形態であり得る。

前記第１貫通口は、前記第１絶縁層の中央でない位置に形成されたものであって、前記第１貫通口と前記第２貫通口は互いに重ならなくてもよい。

前記第１貫通口および前記第２貫通口は、一直線状に貫通されたホール構造であり得る。

また、本発明の他の一実施形態による、円筒型二次電池の製造方法は、正極／分離膜／負極構造の電極組立体が円筒型電池カンに内装される二次電池の製造方法であって、前記電極組立体の上端に第１絶縁層を搭載して、前記電極組立体に連結された電極タブが前記第１絶縁層に形成された第１貫通口を貫通して上部に突出するようにする段階、前記第１貫通口を貫通した前記電極タブを折り曲げる段階、および前記第１絶縁層上端に第２絶縁層を搭載する段階を含み、前記折り曲げられた電極タブは、前記第２絶縁層に形成された第２貫通口を通過する。

前記第２貫通口を通過した前記電極タブは、前記第２絶縁層と垂直に配置されて、前記電極組立体の中央から突出する形態であり得る。

前記電極タブを折り曲げる段階は、前記第１貫通口と前記第２貫通口でそれぞれ折り曲げる段階を含むことができる。

前記第２貫通口は、前記第２絶縁層の中央に配置され得る。

前記円筒型二次電池の製造方法は、前記電極組立体をジェリーロール形態にワインディングする段階；および前記ワインディングされた電極組立体を電池カン内部に配置する段階をさらに含むことができる。

本発明の実施形態によると、電極に連結される電極タブ部分は、高出力のための位置を維持しながらも、複数個の絶縁層を用いて電極タブのフォルディングにより電極組立体上端に突出する電極タブ部分の位置を電極組立体の中央に近くすることによって二次電池の組立加工性を高めることができる。

従来の二次電池における電極タブの位置を説明するために電極組立体を巻き取る前の平面図である。 図１の電極組立体を巻き取った構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による円筒型二次電池を示す図面である。 本発明の他の一実施形態による円筒型二次電池の製造方法を示す斜視図である。 本発明の他の一実施形態による円筒型二次電池の製造方法を示す斜視図である。 本発明の他の一実施形態による円筒型二次電池の製造方法を示す斜視図である。 本発明の他の一実施形態による円筒型二次電池の製造方法を示す斜視図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の多様な実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。本発明は、多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。

本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付した。

また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは、説明の便宜のために任意に示したため、本発明が必ず図示されたところに限定されるのではない。図面において、複数の層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして図面において、説明の便宜のために、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。

また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるという時、これは他の部分の「直上」にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「直上」にあるという時には、中間にまた他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分の「上」にあるということは、基準となる部分の上または下に位置することであり、必ず重力反対方向に向かって「上」に位置することを意味するのではない。

また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除外せず、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

図３は本発明の一実施形態による円筒型二次電池を示す図面である。

図３を参照すると、本発明の一実施形態による円筒型二次電池は、電極組立体１００、電極組立体１００から突出する電極タブ１１０、電極タブ１１０が貫通する第１貫通口１２２が形成された第１絶縁層１２０、および第２貫通口１３２が形成された第２絶縁層１３０を含む。

電極組立体１００は、正極／分離膜／負極構造で形成され、このような電極組立体１００が円筒型電池カンに内装され得る。第１絶縁層１２０および第２絶縁層１３０は、電極組立体１００の上端に搭載され、電極タブ１１０が第１貫通口１２２を通過した後に第２貫通口１３２を通過するようになる。この時、本実施形態によると、第１貫通口１２２と第２貫通口１３２がそれぞれ第１絶縁層１２０および第２絶縁層１３０内で形成された位置が互いに異なる。第２貫通口１３２は、第１貫通口１２２に比べて電極組立体１００の中央に近く形成され得る。ここで電極組立体１００の中央とは、図２で見る時、電極組立体１００を水平方向に切断した時に示される円の中心と見ることができる。

第１貫通口１２２を通過した電極タブ１１０は、第２貫通口１３２を通過するように折り曲げられ、第２貫通口１３２を通過した電極タブ１１０は、第２絶縁層１３０と垂直に配置されて、電極組立体１００の中央から突出する形態になり得る。

第１貫通口１２２および第２貫通口１３２の模様は、一直線状に貫通されたホール構造であり得るが、このような模様は多様に変形され得る。

第１貫通口１２２は、第１絶縁層１２０の中央でない位置に形成されて、第１貫通口１２２と第２貫通口１３２は垂直方向を基準として互いに重ならないように形成され得、第１貫通口１２２、第２貫通口１３２の形状は図３に示されたものに限定されるのではなく、他の実施形態として、第１貫通口１２２、第２貫通口１３２は電極タブ１１０が貫通できる大きさの楕円形状のホールであり得る。

第１絶縁層１２０は、図３のように、電極タブ１１０の折り曲げ過程で、電極組立体１００上端と電極タブ１１０間の接触による短絡を防止するために、電極組立体１００上端に配置されるものであって、絶縁素材からなることができる。また、第２絶縁層１３０は、電極組立体１００の中央ではない部分に位置した第１貫通口１２２を通過した電極タブ１１０を折り曲げて、電極組立体１００の中央に位置させるためのものであって、第２絶縁層１３０の中央に第２貫通口１３２が配置された形態であり、絶縁素材で形成され得る。

以上で説明した電極タブ１１０は、正極タブであり得る。

以下、本実施形態による円筒型二次電池の製造方法について説明する。

本実施形態による円筒型二次電池の製造方法は、正極／分離膜／負極構造の電極組立体が円筒型電池カンに内装される二次電池の製造方法であって、電極組立体をジェリーロール形態にワインディングする段階、電極組立体の上端に第１絶縁層を搭載し、電極タブが第１絶縁層に形成された第１貫通口を貫通して上部に突出する段階、第１貫通口を貫通した電極タブが第１絶縁層と垂直に配置されるように二回折り曲げられる段階、および折り曲げられた電極タブが、第１絶縁層上端に搭載される第２絶縁層に形成された第２貫通口を通過するように第２絶縁層を搭載する段階を含むことができる。

電極組立体をジェリーロール形態にワインディングする段階の後に、ジェリーロール形態にワインディングされた電極組立体を電池カン内部に配置する段階をさらに含むことができる。

以下、図４から図７を参照して本実施形態による円筒型二次電池の製造方法についてより詳細に説明する。図４から図７は本発明の他の一実施形態による円筒型二次電池の製造方法を示す斜視図である。

図４に示すように、電池カン２００内部に配置された電極組立体１００の上端には電極タブ１１０が突出されており、ここで電極タブ１１０の位置は既存の二次電池と同様に電極組立体１００の中央でなく、外側に偏っていることを確認できる。図示していないが、本実施形態による電極組立体１００は、ジェリーロール形態であり得る。

図５は図４の電極組立体１００の上端に第１絶縁層１２０が搭載された様子を示す図面である。第１貫通口１２２は、第１絶縁層１２０の中央、つまり、電極組立体１００の中央でない位置に形成されているが、これは外側に偏って突出する電極タブ１１０を貫通させるためである。

図６は第１貫通口１２２を通過した電極タブ１１０を折り曲げる様子を示す図面である。電極組立体１００の外側に偏って突出する電極タブ１１０の残りの部分を電極組立体１００の中央に位置させるためのものであり、電極タブ１１０を垂直に二回折り曲げて、電極組立体１００中央で垂直に突出するように配置させることができる。

次に、図７は第２絶縁層１３０が第１絶縁層１２０の上端に搭載された様子を示す図面であり、折り曲げられた電極タブ１１０は、第２絶縁層１３０の第２貫通口１３２を通過するようになる。第２貫通口１３２は、電極組立体１００の中央位置に対応する部分に形成されたものであって、最終的に第２貫通口１３２を通過した電極タブ１１０は、第２絶縁層１３０と垂直に、電極組立体１００の中央から突出する形態を有するようになる。

前述した通り、電極組立体の中央に正極タブが位置するようにして、二次電池の組立工程上でのビーディングホルダー（ｂｅａｄｉｎｇ ｈｏｌｄｅｒ）、注液機ホルダーなどからの干渉をなくすことによって、加工性を高め、電極組立体上端に二つの絶縁体を搭載することによって、絶縁性を高めて短絡などの現象を二重防止して安定性を高めることに意味がある。正極タブが巻取前を基準として電極組立体の中央に位置せず、いずれか一側に偏るようになれば、電極に電流が流れる時に電流濃度差により抵抗が変わり得る。したがって、本発明の実施形態のように、正極タブが電極組立体の中央に位置するようになると、以前より電流濃度差が減少して抵抗が低くなり、これによって出力特性が向上する結果をもたらすことができる。

以上で本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の範囲に属する。

Claims (10)

1. 正極／分離膜／負極構造の電極組立体が円筒型電池カンに内装されている二次電池において、
   前記電極組立体の上端に搭載され、電極タブが貫通する第１貫通口を有する第１絶縁層；および
   前記第１絶縁層の上端に搭載され、前記電極組立体の中央位置に対応するように形成された第２貫通口を有する第２絶縁層を含む円筒型二次電池。
2. 前記第１貫通口を通過した前記電極タブは、前記第２貫通口を通過するように折り曲げられる、請求項１に記載の円筒型二次電池。
3. 前記第２貫通口を通過した前記電極タブは、前記第２絶縁層と垂直に配置されて、前記電極組立体の中央から突出する形態である、請求項２に記載の円筒型二次電池。
4. 前記第１貫通口は、前記第１絶縁層の中央でない位置に形成されたものであって、前記第１貫通口と前記第２貫通口は互いに重ならない、請求項１から３のいずれか一項に記載の円筒型二次電池。
5. 前記第１貫通口および前記第２貫通口は、一直線状に貫通されたホール構造である、請求項１から４のいずれか一項に記載の円筒型二次電池。
6. 正極／分離膜／負極構造の電極組立体が円筒型電池カンに内装される二次電池の製造方法において、
   前記電極組立体の上端に第１絶縁層を搭載して、前記電極組立体に連結された電極タブが前記第１絶縁層に形成された第１貫通口を貫通して上部に突出するようにする段階；
   前記第１貫通口を貫通した前記電極タブを折り曲げる段階；および
   前記第１絶縁層の上端に第２絶縁層を搭載する段階を含み、
   前記折り曲げられた電極タブは、前記第２絶縁層に形成された第２貫通口を通過する円筒型二次電池の製造方法。
7. 前記第２貫通口を通過した前記電極タブは、前記第２絶縁層と垂直に配置されて、前記電極組立体の中央から突出する形態である、請求項６に記載の円筒型二次電池の製造方法。
8. 前記電極タブを折り曲げる段階は、前記第１貫通口と前記第２貫通口でそれぞれ折り曲げる段階を含む、請求項６または７に記載の円筒型二次電池の製造方法。
9. 前記第２貫通口は、前記第２絶縁層の中央に配置される、請求項６から８のいずれか一項に記載の円筒型二次電池の製造方法。
10. 前記電極組立体をジェリーロール形態にワインディングする段階；および
    前記ワインディングされた電極組立体を電池カン内部に配置する段階をさらに含む、請求項６から９のいずれか一項に記載の円筒型二次電池の製造方法。

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