JP5842011B2 - 円筒型二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、円筒型二次電池に関するものであって、より詳しくは、正極に融点が130℃以上である高分子樹脂テープが付着された、耐熱性の向上したゼリーロール型電極組立体を含む円筒型二次電池に関する。
本出願は、2011年1月25日出願の韓国特許出願第10−2011−0007258号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書および図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
また、本出願は、2012年1月25日出願の韓国特許出願第10−2012−0007207号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書および図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
近年、エネルギー貯蔵技術に対する関心が高まりつつある。携帯電話、カムコーダー、及びノートパソコン、さらには電気自動車のエネルギーまで適用分野が拡がると共に、電気化学素子の研究と開発に対する努力が次第に具体化されている。電気化学素子はこのような面で最も注目される分野であり、その中でも、充放電可能な二次電池の開発に関心が寄せられている。最近にはこのような電池の開発において、容量密度及び比エネルギーを向上させるために、新たな電極と電池の設計に対する研究開発が行われている。
1990年代の初めに開発されたリチウム二次電池は、水溶液電解液を用いるNi‐MH、Ni‐Cd、硫酸‐鉛電池などの従来型電池に比べて作動電圧が高くエネルギー密度が格段に大きいという長所から、現在使用されている二次電池のうち最も脚光を浴びている。
一般に、リチウム二次電池は、正極、負極、及び前記正極と負極との間に介在されるセパレータから構成された単位セルが積層または巻き取られた構造であって、金属缶またはラミネートシートのケースに組み込まれ、その内部に電解液が注入または含浸されることで構成される。
二次電池を構成する正極/分離膜/負極構造の電極組立体は、その構造によってゼリーロール型(巻取り型)とスタック型(積層型)とに大別される。活物質が塗布された長いシート型の正極と負極との間に分離膜を介在して巻き取ったフォールディング型電極組立体(ゼリーロール)と、所定大きさの多数の正極と負極とをセパレータが介在された状態で順次積層したスタック型電極組立体とに分類される。そのうち、ゼリーロール型電極組立体は、製造が容易であり、かつ、重量当たりのエネルギー密度が高いという長所を持っている。
このようなゼリーロール型電極組立体を備えた二次電池に分離膜として通常使われるポリオレフィン系多孔性基材は、材料的特性と延伸を含む製造工程上の特性とによって100℃以上の温度で激しい熱収縮挙動を見せるようになる。特に、TD(transverse direction)方向(横方向)への張力が相対的に弱いコア部では、その変形の程度が大きいため、加熱時に分離膜が正極の非コーティング部の端で熱収縮が過度に発生し、これによって正極のエッジテープの脱着現象が発生するようになるので、負極の非コーティング部と接触され、発火の可能性が高くなってしまう。
このような問題点を克服するために、耐熱性が向上したゼリーロール型電極組立体を備えた円筒型電池の開発が相変らず求められている。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、容易に製造可能であり、耐熱性が向上したゼリーロール型電極組立体を備えた円筒型二次電池を提供することである。
前記課題を解決するために、本発明の一側面は、
第1電極、第2電極、及びこれら電極の間に介在されたセパレータが共に巻き取られたゼリーロール型電極組立体として、前記巻き取られたゼリーロール型電極組立体の中心部の第1電極の非コーティング部の少なくとも一面に融点が130℃以上である高分子樹脂フィルムを含む電極テープが付着されているゼリーロール型電極組立体と、
前記ゼリーロール型電極組立体の中央に挿入されたセンターピンと、
前記電極組立体及びセンターピンを収納する電池缶と、
前記電池缶の上端開口部に結合され前記缶を密封するキャップ組立体と、
前記電池缶と前記キャップ組立体との間に介在されるガスケットと、を含む円筒型二次電池が提供される。
前記融点が130℃以上である高分子樹脂フィルムは、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラメチレンテレフタレート、ポリビニルアルコール、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルクロライド、ポリビニリデンクロライド、及びポリビニリデンフルオライドからなる群より選択された1種以上の高分子によって形成され得る。
前記電極テープは、高分子樹脂フィルムの一面または両面に接着層を備え得る。
前記電極テープは、第1電極の非コーティング部の両面に付着され得る。
前記電極テープは、第1電極の非コーティング部の一面、及び前記非コーティング部の一面と対向するセパレータの一面の両方に付着され得る。
前記電極テープは、巻き取られたゼリーロール型電極組立体の中心部の前記第1電極の非コーティング部の端部から6ないし10mmに該当する位置までの表面に付着され得る。
前記電極テープは、10ないし50μmの厚さを有し得る。
前記センターピンは、ステンレススチール、銅、タンタル、チタン、アルミニウム、ニオビウム、亜鉛、錫、酸化タンタル、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ニオビウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化銅、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、及びポリメチルメタクリレートからなる群より選択された1種以上によって形成され得る。
前記センターピンは、中空構造を有し得る。
前記セパレータは、ポリオレフィン系多孔性基材を含んでなり得る。
前記ポリオレフィン系多孔性基材は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、及びポリペンテンからなる群より選択されたいずれか一つの高分子によって形成され得る。
前記第1電極は正極であり得、第2電極は負極であり得る。
前記第1電極は負極であり得、第2電極は正極であり得る。
前記キャップ組立体は、前記電池缶の開放端を密封するトップキャップと、前記トップキャップに接触するように配置されたPTC素子と、一面は前記PTC素子に接触され、他面の一部は前記ガスケットに接触するように配置され、前記電極組立体に電気的に連結された安全ベントと、を備え得る。
セパレータの張力が相対的に弱いゼリーロール型電極組立体の中心部では、セパレータの変形の程度が大きいため、電池の発熱時に熱収縮が過度に発生し、セパレータの熱収縮によって露出する電極の非コーティング部間の接触による短絡によって発火が発生し得る。従って、電極の非コーティング部に耐熱性及び絶縁性に優れた電極テープを使用することで、電池の発熱によるセパレータの熱収縮によって露出する電極の非コーティング部間の直接的な接触を防止し、短絡によって発生し得る発火を予防することができる。
本明細書に添付される下記の図面は本発明の望ましい実施例を例示するものであって、発明の詳細な説明とともに本発明の技術思想をさらに理解させる役割を果たすものであるため、本発明はそのような図面に記載された事項にのみ限定されて解釈されてはいけない。
従来技術による第1電極の非コーティング部に電極テープを付着していないゼリーロール型電極組立体の断面図である。 本発明の一実施例による円筒型二次電池に備えられる第1電極の非コーティング部に電極テープが付着されたゼリーロール型電極組立体の断面図である。 従来技術による第1電極の非コーティング部に電極テープを付着していないゼリーロール型電極組立体の巻取りする前の分解図である。 図3のC部分の第1電極の非コーティング部の露出現象を示す写真である。 図3のB部分のセパレータの熱収縮現象を示す写真である。 本発明の一実施例による円筒型電池に備えられる、第1電極の非コーティング部の両面に電極テープが付着されたゼリーロール型電極組立体の巻取りする前の断面図である。 本発明の一実施例による円筒型電池に備えられる、第1電極の非コーティング部と第1セパレータとの間、及び第2電極の非コーティング部と第2セパレータとの間の両方に電極テープがそれぞれ付着されたゼリーロール型電極組立体の巻取りする前の断面図である。 本発明の一実施例による円筒型電池の断面図である。 本発明の一実施例による円筒型電池のホットボックス試験の結果を示す写真である。 本発明の一実施例による円筒型電池のホットボックス試験の結果を示す写真である。
以下、本発明を図面を参照しながら詳しく説明する。これに先立って、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはいけず、発明者は自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に則して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈されなければならない。
また、本明細書に記載された実施例と図面に示された構成とは本発明の最も望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想の全てを代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。
一般に、従来技術による円筒型電池などに使われるゼリーロール型電極組立体は、正極、負極、及びセパレータを積層し巻き取ってゼリーロール型電極組立体を製造する。このような電極組立体は、図1に示した。
図1を参照すれば、巻き取って製造されたゼリーロール型電極組立体100は、第1電極の非コーティング部30とセパレータ10とが巻き取られた中心部を備えており、前記中心部にはセンターピン40が挿入されている。このようなゼリーロール型電極組立体100は、充電または使用する途中に熱が発生する場合、一般的に延伸して製造される前記セパレータ10に熱収縮が起こり、これによって第1電極の非コーティング部30は第2電極の非コーティング部と接触する恐れがあるため、短絡による火事などの危険がある。
このような問題点を解決するために、本発明の一側面によれば、
第1電極、第2電極、及びこれら電極の間に介在されたセパレータが共に巻き取られたゼリーロール型電極組立体として、前記巻き取られたゼリーロール型電極組立体の中心部の前記第1電極の非コーティング部の少なくとも一面に融点が130℃以上である高分子樹脂フィルムを含む電極テープが付着されているゼリーロール型電極組立体と、
前記ゼリーロール型電極組立体の中央に挿入されたセンターピンと、
前記電極組立体及びセンターピンを収納する缶と、
前記缶の上端開口部に結合され前記缶を密封するキャップ組立体と、
前記缶と前記キャップ組立体との間に介在されるガスケットと、を含む円筒型二次電池が提供される。
図2を参照すれば、本発明の一実施例による円筒型電池に備えられるゼリーロール型電極組立体が図示されている。すなわち、 第1電極、第2電極、及びこれら電極の間に介在されたセパレータが共に巻き取られたゼリーロール型電極組立体200は、前記巻き取られたゼリーロール型電極組立体の中心部の前記第1電極の非コーティング部30の少なくとも一面には、融点が130℃以上である高分子樹脂フィルムを含む電極テープ31の一面が相接して付着されており、前記中心部には、センターピン40が挿入されている。
一般に、電極の非コーティング部に付着される電極テープは、高温に露出時、熱収縮による脱着現象が起こり、またゼリーロールの中心部の張力の減少によりセパレータのTD方向(横方向)の熱収縮が起こり得る。その結果、高温に露出時、電極テープの熱収縮による第1電極の非コーティング部の露出部分と、セパレータの熱収縮によるこれと対向する第2電極の露出部分とによる内部短絡の発生のため、発火などの危険性が存在し得る。
このような問題点の根本的な原因は、電極テープの熱収縮に起因しており、従来のポリプロピレン材質の電極テープは130℃で熱収縮が発生し、130℃以上の高温に露出時、発火の危険性が提起される。
図3は、従来技術による第1電極の非コーティング部に電極テープを付着していないゼリーロール型電極組立体の巻取りする前の分解図である。
図3によれば、第1電極のコーティング部120と第2電極のコーティング部130との間にセパレータ110が配置されており、第1電極の非コーティング部121の上にポリプロピレン材質の電極テープ122が付着されている。
このように用意された電極組立体をゼリーロール型に巻き取って二次電池に使用した場合、二次電池が130℃以上の高温に露出した時、上述のように、電極テープ122の熱収縮現象が発生して電極の非コーティング部が露出するため、A領域で短絡が発生し得る。このような電極テープ122の熱収縮による第1電極の非コーティング部121の露出現象が発生するC領域は図4aに示されており、また、二次電池の高温露出によるセパレータ110の熱収縮現象が発生するB領域は図4bに示されている。
したがって、本発明の一実施例によれば、前記電極テープは、融点が130℃以上である高分子樹脂フィルムを備えることで、130℃以上の高温露出時にも熱収縮現象を防止できるようになる。
前記高分子樹脂フィルムは、130℃以上、または130ないし400℃、または150ないし350℃の融点を持つことで、円筒型電池が相当の高温に露出した時にも熱安定性を示すことができる高分子であれば、制限なく使用され得る。このような例として、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラメチレンテレフタレート、ポリビニルアルコール、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルクロライド、ポリビニリデンクロライド、及びポリビニリデンフルオライドからなる群より選択された1種以上の高分子が使用され得るが、これに限定されない。
特に、本発明の一実施例によれば、電極テープとして、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂を含んでなる電極テープが使用でき、PET樹脂は、エチレングリコールとテレフタレート酸より合成された最も代表的なポリエステルの一つであって、融点が250〜260℃として相当高く、耐熱性及び絶縁性に優れた材料である。このようなPETテープとしては、商用化されている多様なPETテープを使用し得、本発明の一実施例に適したものを選択して使用し得る。
そして、特に制限しないが、前記電極テープは、巻き取られた中心部の前記第1電極の非コーティング部の端部から6ないし10mmに該当する位置までの表面に付着され得るが、これは、電池の発熱によってセパレータが熱収縮される場合には、6ないし10mm程度収縮され得、このようなセパレータの熱収縮によって第1電極の非コーティング部の露出が起こり得るからである。前記電極テープは、10ないし50μmの厚さを有し得る。
本発明の一実施例によれば、前記電極テープは、第1電極の非コーティング部の一面だけでなく、両面に付着し得る。
図5は、本発明の一実施例による円筒型電池に備えられる、第1電極の非コーティング部の両面に電極テープが付着されたゼリーロール型電極組立体の巻取りする前の断面図である。
図5を参照すれば、セパレータ210の両面に、第1電極のコーティング部220と第1電極の非コーティング部221とからなった第1電極と、第2電極のコーティング部230と第2電極の非コーティング部231とからなった第2電極とが配置されている。このとき、前記第1電極の非コーティング部の両面に電極テープ222、222´がすべて付着され得る。
また、前記電極テープは、高分子樹脂フィルムの一面だけでなく、両面に接着層を備え得る。
その結果、前記電極テープは、第1電極の非コーティング部の一面、及び前記非コーティング部の一面と対向するセパレータの一面の両方に付着されることで、電極の非コーティング部が露出することを防止するだけでなく、セパレータのTD方向の熱収縮を抑制する機能を共に果たすことができる。
図6を参照すれば、第1電極のコーティング部420と第1電極の非コーティング部421とを備えた第1電極と、第2電極のコーティング部430と第2電極の非コーティング部431とを備えた第2電極との間に第1セパレータ410が介在され、また前記第2電極上に第2セパレータ411が配置されている。
このとき、第1電極テープと第2電極テープは、両面に接着層を備えることで、第1電極テープは、第1電極の非コーティング部、及びこれと対向する第1セパレータの一面の両方に付着され、第2電極テープは、第2電極の非コーティング部、及びこれと対向する第2セパレータの一面の両方に付着され、電極の非コーティング部の露出防止及びセパレータの熱収縮防止の効果が発現できる。
このとき、前記セパレータとしては、ポリオレフィン系多孔性基材を含んでなったものを使用し得、このようなポリオレフィン系多孔性基材としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、及びポリペンテンなどを使用し得る。
前記第1電極は正極であり第2電極は負極であり得、また、第1電極は負極であり第2電極は正極であり得る。
前記ゼリーロール型電極組立体は、第1電極の非コーティング部の少なくとも一面に電極テープを付着した第1電極を用意し、第2電極及びこれら電極の間にセパレータを介在して積層し巻き取ることで、ゼリーロール型電極組立体を製造するようになる。
前記正極と負極との両電極は特に制限されず、当業界に知られた通常の方法によって電極活物質を電極電流集電体に結着された形態で製造できる。
前記電極活物質のうち、正極活物質の非制限的な例としては、従来の電気化学素子の正極に使用できる通常の正極活物質が使用可能であり、特に、リチウムマンガン酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウム鉄酸化物またはこれらを組み合わせたリチウム複合酸化物を使用することが望ましい。
負極活物質の非制限的な例としては、従来の電気化学素子の負極に使用できる通常の負極活物質が使用可能であり、特に、リチウム金属またはリチウム合金、炭素、石油コークス、活性化炭素、グラファイト、またはその他の炭素類などのようなリチウム吸着物質などが望ましい。正極電流集電体の非制限的な例としては、アルミニウム、ニッケルまたはこれらの組み合わせによって製造される箔などがあり、負極電流集電体の非制限的な例としては、銅、金、ニッケルまたは銅合金またはこれらの組み合わせによって製造される箔などがある。
図7は、本発明の一実施例による円筒型電池の断面図である。
図7を参照すれば、本発明の一実施例による円筒型二次電池は、ゼリーロール型電極組立体510と、前記電極組立体の中央に挿入されたセンターピン550と、前記電極組立体510及びセンターピン550を収納する電池缶520と、前記電池缶520の上端開口部に結合され前記缶を密封するキャップ組立体530と、前記電池缶と前記キャップ組立体との間に介在されるガスケット560と、を含む。
前記センターピンは、電極組立体をゼリーロール型に巻き取るとき、巻き芯に挿入され巻き取りをさらに容易にし、また、前記電極組立体を固定及び支持する作用をする。
前記センターピンは、一般的に所定の強度を付与するために、SUS材質のスチール金属素材からなり得、電池の落下及び圧着などの外部衝撃が印加されたとき、中空型の内部構造の変形を防止するために、柔軟な材質の金属、金属酸化物、またはポリマーから形成され得る。
したがって、このようなセンターピンは、ステンレススチール、銅、タンタル、チタン、アルミニウム、ニオビウム、亜鉛、錫、酸化タンタル、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ニオビウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化銅、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、及びポリメチルメタクリレートからなる群より選択された1種以上によって形成され得るが、これに限定されない。
前記センターピンは、中空構造を有し得、この場合、二次電池の充放電及び作動時、内部反応によって発生するガスを放出する通路として作用し得る。
このとき、前記キャップ組立体530を装着するために、電池缶520の先端に用意されたビーディング部540及び電池を密封するためのクリンピング部541を備える。
前記ゼリーロール型電極組立体510は、正極511と負極512との間にセパレータ513が介在された状態でゼリーロール形態に巻き取られた構造であって、正極511には正極タップ511aが付着され通常キャップ組立体530に接続され、負極512には負極タップ512aが付着され電池缶520の下端に接続される。
また、前記キャップ組立体530は、前記電池缶の開放端を密封し、正極端子を形成するトップキャップ570と、電池内部の温度上昇時、抵抗が増加して電流を遮断し、前記トップキャップに接触するように配置されたPTC(Positive Temperature Coefficient)素子580と、電池内部の圧力上昇時、電流を遮断しガスを排気し、一面は前記PTC素子に接触され、他面の一部は前記ガスケットに接触するように配置され、前記電極組立体に電気的に連結された安全ベント590と、を備える。ここに、正極タップ511aが接続されている電流遮断素子600などをさらに備え得る。このようなキャップ組立体530は、電池缶520上端の開放端に結合され、電池缶520のビーディング部540に装着される。
前記電池缶510の内部には、ゼリーロール型電極組立体510と電解液(図示せず)とが収納される。
本発明の電極組立体で使用できる電解液は、Aのような構造の塩であり、AはLi、Na、Kのようなアルカリ金属陽イオン、またはこれらの組み合わせからなるイオンを含み、BはPF 、BF 、Cl、Br、I、ClO 、AsF 、CHCO 、CFSO 、N(CFSO 、C(CFSO のような陰イオン、またはこれらの組み合わせからなるイオンを含む塩が、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、N‐メチル‐2‐ピロリドン(NMP)、エチルメチルカーボネート(EMC)、γ‐ブチロラクトン、またはこれらの混合物からなる有機溶媒に溶解または解離したものであるが、これに限定されることはない。前記電解液の注入は最終製品の製造工程及び要求物性に応じて、電池製造工程のうち適切な段階で行われ得る。すなわち、電池組立ての前または電池組立ての最終段階などに使用することができる。
図8a及び8bは、本発明の一実施例による円筒型電池のホットボックス試験(hotbox test)の結果を示す写真である。
このとき、ホットボックス試験では、円筒型二次電池を5℃/分の速度で加熱し、130℃の温度で1時間放置して、二次電池の状態を評価した。
ホットボックス試験の結果、ゼリーロール型電極組立体の中心部のセパレータの熱収縮が進行されても(図8a参照)、電極テープの熱収縮や、脱着現象が発生しないため(図8b参照)、二次電池の内部短絡による発火の危険性が著しく減少することが確認できた。

Claims (12)

  1. 円筒型二次電池であって、
    第1電極、第2電極、及びこれら電極の間に介在されたセパレータが共に巻き取られてなるゼリーロール型電極組立体と、
    前記ゼリーロール型電極組立体の中央に挿入されたセンターピンと、
    前記ゼリーロール型電極組立体及び前記センターピンを収納する缶と、
    前記缶の上端開口部に結合され前記缶を密封するキャップ組立体と、及び
    前記缶と前記キャップ組立体との間に介在されるガスケットとを備えてなり、
    前記巻き取られたゼリーロール型電極組立体の中心部の前記第1電極の非コーティング部の一面及び前記非コーティング部の一面と対向するセパレータの一面の両方に電極テープが付着されてなり、
    前記電極テープが、融点が130℃以上である高分子樹脂フィルムを含んでなり、
    前記電極テープが、前記高分子樹脂フィルムの両面に接着層を備えてなることを特徴とする、円筒型二次電池。
  2. 前記融点が130℃以上である高分子樹脂フィルムが、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラメチレンテレフタレート、ポリビニルアルコール、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルクロライド、ポリビニリデンクロライド、及びポリビニリデンフルオライドからなる群より選択された一種以上の高分子によって形成されたことを特徴とする、請求項1に記載の円筒型二次電池。
  3. 前記セパレータと対向しない前記第1電極のコーティング部の一面に付着される電極テープをさらに含んでなることを特徴とする、請求項1又は2に記載の円筒型二次電池。
  4. 前記電極テープが、巻き取られたゼリーロール型電極組立体の中心部の前記第1電極の非コーティング部の端部から6ないし10mmに該当する位置までの表面に付着されていることを特徴とする、請求項1〜3の何れか一項に記載の円筒型二次電池。
  5. 前記電極テープが、10ないし50μmの厚さを有することを特徴とする、請求項1〜4の何れか一項に記載の円筒型二次電池。
  6. 前記センターピンが、ステンレススチール、銅、タンタル、チタン、アルミニウム、ニオビウム、亜鉛、錫、酸化タンタル、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ニオビウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化銅、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、及びポリメチルメタクリレートからなる群より選択された一種以上によって形成されたことを特徴とする、請求項1〜5の何れか一項に記載の円筒型二次電池。
  7. 前記センターピンが、中空構造を有することを特徴とする、請求項1〜6の何れか一項に記載の円筒型二次電池。
  8. 前記セパレータが、ポリオレフィン系多孔性基材を含んでなったことを特徴とする、請求項1〜7の何れか一項に記載の円筒型二次電池。
  9. 前記ポリオレフィン系多孔性基材が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、及びポリペンテンからなる群より選択されたいずれか一つの高分子によって形成されたことを特徴とする、請求項8に記載の円筒型二次電池。
  10. 前記第1電極が正極であり、
    前記第2電極が負極であることを特徴とする、請求項1〜8の何れか一項に記載の円筒型二次電池。
  11. 前記第1電極が負極であり、
    前記第2電極が正極であることを特徴とする、請求項1〜8の何れか一項に記載の円筒型二次電池。
  12. 前記キャップ組立体が、
    前記の開放端を密封するトップキャップと、
    前記トップキャップに接触するように配置されたPTC素子と、及び
    一面は前記PTC素子に接触され、他面の一部は前記ガスケットに接触するように配置され、前記ゼリーロール型電極組立体に電気的に連結された安全ベントとを備えてなることを特徴とする、請求項1〜11の何れか一項に記載の円筒型二次電池。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160037518A (ko) * 2014-09-29 2016-04-06 주식회사 엘지화학 가압부를 포함하는 원통형 전지 및 이의 제조 방법
KR101877601B1 (ko) * 2015-01-05 2018-08-09 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 캡 어셈블리 및 이를 포함하는 원통형 전지
KR101709161B1 (ko) * 2015-03-09 2017-02-23 주식회사 이아이지 이차 전지 및 원통형 리튬 이차 전지
KR102255126B1 (ko) * 2016-11-29 2021-05-21 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
CN110402519A (zh) * 2017-03-22 2019-11-01 通用汽车环球科技运作有限责任公司 自动加热蓄电池
CN110462885B (zh) 2017-11-09 2022-07-22 株式会社Lg化学 用于圆柱形卷芯的条形电极以及包含其的锂二次电池
KR102355109B1 (ko) 2017-12-21 2022-01-25 주식회사 엘지에너지솔루션 용접용 기둥을 포함하는 원통형 이차전지
JP7460606B2 (ja) 2018-09-11 2024-04-02 エナジャイザー ブランズ リミテッド ライアビリティ カンパニー スロット付きグロメットを備えた補聴器用電池
KR20210050395A (ko) * 2019-10-28 2021-05-07 주식회사 엘지화학 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지
CN114503356B (zh) * 2019-11-01 2023-11-21 株式会社Lg新能源 二次电池及其制造方法
US11641044B1 (en) 2020-04-14 2023-05-02 Energizer Brands, Llc Battery housing and systems and methods of making thereof
CN217562604U (zh) * 2021-04-08 2022-10-11 株式会社Lg新能源 电极组件、电池单元、电池组及汽车
CN113285181A (zh) * 2021-05-14 2021-08-20 格远电子科技(上海)有限公司 一种高温可失效的极耳及其制作方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3687251B2 (ja) * 1997-02-26 2005-08-24 宇部興産株式会社 巻回電極群を備えた非水二次電池とその製造方法
JP3948121B2 (ja) * 1998-06-16 2007-07-25 宇部興産株式会社 電池及びその製造方法
JP4281329B2 (ja) * 2002-11-08 2009-06-17 ソニー株式会社 非水電解質電池
JP4698929B2 (ja) * 2003-02-04 2011-06-08 パナソニック株式会社 非水電解液二次電池
JP4251882B2 (ja) * 2003-02-10 2009-04-08 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
KR100509606B1 (ko) * 2003-02-19 2005-08-22 삼성에스디아이 주식회사 젤리-롤형의 전지부와, 이의 와인딩 방법 및 이를이용하여 제조된 리튬 이차 전지
KR100614390B1 (ko) * 2004-09-06 2006-08-21 삼성에스디아이 주식회사 권취형 전극 조립체와 이를 구비하는 리튬 이온 이차 전지및 이의 제조 방법
DE602005011217D1 (de) * 2004-09-22 2009-01-08 Samsung Sdi Co Ltd Kompositmaterialband für sekundäre Lithiumbatterien und sekundäre Lithiumbatterien dieses verwendend
KR100561303B1 (ko) * 2004-09-22 2006-03-15 삼성에스디아이 주식회사 파우치형 리튬 이차전지
JP4649993B2 (ja) * 2005-01-12 2011-03-16 パナソニック株式会社 リチウム二次電池およびその製造方法
KR100696785B1 (ko) * 2005-04-25 2007-03-19 삼성에스디아이 주식회사 원통형 리튬 이차 전지
KR20070087857A (ko) * 2005-12-29 2007-08-29 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차전지
KR100857017B1 (ko) * 2006-02-13 2008-09-05 주식회사 엘지화학 개선된 젤리-롤형 전극조립체 및 이를 포함하는 원통형이차전지
JP2008171583A (ja) * 2007-01-09 2008-07-24 Nec Tokin Corp 密閉型電池
KR101001325B1 (ko) * 2007-07-16 2010-12-14 주식회사 엘지화학 무지부에 탄성부재가 부착된 구조의 젤리-롤 및 이를포함하고 있는 이차전지
KR101152651B1 (ko) * 2007-09-12 2012-06-04 주식회사 엘지화학 양면 접착 테이프에 의해 안전성이 향상된 리튬 이차전지
KR100919105B1 (ko) * 2008-02-04 2009-09-28 엘에스엠트론 주식회사 에너지 저장장치 및 이에 이용되는 전극소자 권취 방법
US8628876B2 (en) * 2008-06-20 2014-01-14 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrode assembly and lithium secondary battery with same
CN101609905A (zh) * 2008-06-20 2009-12-23 三星Sdi株式会社 电池组件、该电池组件的电极组件及形成该电极组件的方法
KR101009517B1 (ko) * 2008-06-23 2011-01-18 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체와 이를 이용한 리튬 이차 전지
KR101094937B1 (ko) * 2009-02-16 2011-12-15 삼성에스디아이 주식회사 원통형 이차전지

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