KR100412093B1 - 2차 전지의 전극 젤리 롤 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 간단한 구조로 전지의 열적 안전성을 확보함과 동시에, 기계적 안전성을 확보하여, 전지의 고용량 추구에 따른 안전성 저하를 방지하기 위한 것으로, 양극 및 음극 전극과 각 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 함께 권취된 전극 젤리 롤에 있어서, 상기 권취된 세퍼레이터 중 최외곽 턴을 이루는 세퍼레이터가 상기 전극 젤리 롤의 최외곽부를 둘러싸도록 더 귄취되어, 전지 내부에서 발생된 열을 흡수하여 경화될 수 있도록 할 수 있으며, 전극 젤리 롤의 내측 단부는 여분의 세퍼레이터가 더 권취되어, 전지 내부에서 발생된 열을 흡수함에 따라 경화되어 봉상의 안정성 부재가 형성되도록 할 수 있고, 상기 여분의 세퍼레이터는 상기 전극 젤리 롤의 내측 단부의 내부 둘레를 따라 상기 권취된 세퍼레이터 중 최내곽 턴을 이루는 세퍼레이터로부터 연장되는 것으로 할 수 있는 2차 전지의 전극 젤리 롤에 관한 것이다.

Description

2차 전지의 전극 젤리 롤{Electrode jelly-roll of secondary cell}
본 발명은 양극, 세퍼레이터 및 음극이 함께 권취된 전극 젤리 롤을 갖는 2차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전지의 구조적 및 열적 안정성을 강화시킨 전극 젤리 롤을 구비한 2차 전지에 관한 것이다.
2차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 대표적으로 니켈수소(Ni-MH)전지, 리튬(Li)전지, 리튬이온(Li-ion)전지, 폴리머리튬(PLI)전지 가 사용되고 있다. 또한 이러한 2차 전지는 외관상 원통형 전지와 각형 전지, 전극 젤리 롤을 파우치에 수납하는 파우치형 전지로 구분된다.
이들 2차 전지는 기재에 활물질을 도포하고 이를 건조, 롤 프레스 및 절단하여 형성시킨 양극 및 음극과 그 사이에 세퍼레이터를 삽입하여 권취시킨 전극 젤리 롤을 사용한다. 곧, 원통형 전지는 상기 전극 젤리 롤을 원통형 캔에 수납하고 전해액을 주입 후, 밀봉하는 것이고, 각형 전지는 상기 전극 젤리 롤을 압박하여 평평하게 한 다음 각형 캔에 수납하는 것이다.
도 1은 이러한 2차 전지 중에서 원통형 2차 전지에 대해 그 전극 젤리 롤의 권취된 상태를 나타내는 횡단면도이다.
양극 및 음극과 같은 전극은 전지의 종류에 따라 다소 차이가 있지만, 일반적으로 그림에 도시한 바와 같이 각각 기재인 서브스트레이트(3a,3b)의 양면에 양극 활물질(3b)과 음극 활물질(4b)을 포함하는 슬러리를 도포하고, 이를 건조 및 롤 프레스한 다음 소정의 크기로 절단하는 공정에 의해 제조된다. 이렇게 제조된 전극(3,4)을 그 사이에 세퍼레이터(5)를 개재하여 상호간에 통전되지 않도록 한 후, 권취하여 롤상으로 제조한다.
이 전극 젤리 롤(2)을 캔(1)의 내부로 수납하고, 캔(1)의 상부에 전극 젤리 롤(2)의 양극(3)과 접속된 캡 어셈블리(미도시)가 설치된 다음, 캔(1)에 전해액을 주입한 후 밀봉하여 원통형 전지를 만든다.
일반적으로, 이러한 원통형 전지에서 음극(4)은 전극 젤리 롤(2)의 최외곽에서 음극 서브스트레이트(4a)가 전지의 캔(1) 내부 벽에 접속되고, 양극(3)은 전극 젤리 롤(2) 중심부의 양극 서브스트레이트(3a)로부터 탭이 연결되어 캡 어셈블리에 접속된다. 또한 전극 젤리 롤(2)은 그 상면과 하면에 절연판이 개재되어 캡 어셈블리 및 캔과의 단락이 방지된다.
이러한 구조의 원통형 전지에 얇고 긴 전극을 좀 더 단단하게 권취하여 많은 양의 활물질이 수납되게 하는 등 고용량의 전지를 달성하고자 하는 노력들이 진행되고 있다.
그러나, 이러한 전지의 고용량의 추구와 더불어 반드시 고려되어야 할 것은 전지의 안전성 문제이다.
전지에 있어 안전성의 문제는 크게 기계적 안정성의 문제와 열적 안전성의문제로 대별될 수 있다.
열적 안전성 문제는 전지 내부에서의 발열 반응에 따른 열을 외부로 효과적으로 발산시키지 못함으로 인해 야기되는 것으로, 전지의 전극을 단단하게 권취할 경우 고전류에서의 충,방전시 내부에서 발생된 열을 외부로 효과적으로 발산시켜주지 못하게 되고, 이에 따라 온도가 계속 상승하여 열폭주(thermal runaway)현상을 유발하게 되어 전지의 안전성을 떨어뜨리게 되는 것을 말한다.
기계적 안전성 문제는 전지에 대한 충격 등의 외부 조건으로 전극에 흠집 등이 발생하였을 경우에 전지의 안전성이 저하되는 것을 말한다.
이러한 전지의 안전성 문제 중 열적 안정성의 저하를 방지하기 위해 전지의 열발산 구조를 개선하고자 하는 노력이 활발히 진행 중에 있다. 그 중 미국 특허 제 5,571,632호에는 Al로 형성된 내부 튜브에 양극을 용접하고, 음극은 전극 젤리 롤의 최외곽부에 Ni 포일을 용접하는 구조의 "비수전해 2차 전지"가 개시되어 있다.
그러나, 상기와 같은 구성을 갖는 2차 전지는 전지의 구성 자체가 캔을 관통하여 내부 튜브가 형성되고, 이 내부 튜브에 전극을 용접하거나, 전극 젤리 롤의 최외곽부를 별도의 부재로 용접하는 등 제조가 복잡하고, 작업 공수가 많이 소요되는 문제가 있으며, 기존의 원통형 전지의 구조와는 다른 구조이기 때문에 설비의 교체를 요하게 된다. 뿐만 아니라, 이러한 구조의 전지는 내부에 비교적 큰 부피의 튜브를 개재함으로써, 고용량을 위한 전극의 고밀도 권취에 역행하는 구조라 할 수 있을 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 간단한 구조로 전지의 열적 안전성을 확보함과 동시에, 기계적 안전성을 확보하여, 전지의 고용량 추구에 따른 안전성 저하를 방지하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 2차 전지 전극 젤리 롤의 구조를 나타내는 횡단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 2차 전지 전극 젤리 롤의 구조를 나타내는 횡단면도.
도 3은 도 2에 따른 2차 전지의 구조를 나타내는 종단면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 2차 전지 전극 젤리 롤에 있어, 안정성 부재의 형상을 나타내는 부분 절개 사시도.
도 5는 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 의한 2차 전지 전극 젤리 롤의 구조를 나타내는 횡단면도.
도 6은 도 5에 따른 2차 전지의 구조를 나타내는 종단면도.
도 7은 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 의한 2차 전지 전극 젤리 롤의 구조를 나타내는 횡단면도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
20: 전극 젤리 롤 30: 양극
32: 양극 서브스트레이트 34: 양극 활물질
40: 음극 42: 음극 서브스트레이트
44: 음극 활물질 46: 음극 외부 서브스트레이트
50: 세퍼레이터 52: 외부 세퍼레이터
54: 내부 세퍼레이터 56: 안정성 부재
60: 박막
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 양극 및 음극 전극과 각 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 함께 권취된 전극 젤리 롤에 있어서, 상기 세퍼레이터를 개재하여 안쪽과 바깥쪽에서 권취된 2개의 전극 중에서 바깥쪽으로 배치된 전극의 활물질이 도포되지 않은 서브스트레이트가 상기 전극 젤리 롤의 최외곽부로 더 연장되어 있고, 상기 권취된 세퍼레이터 중 최외곽 턴을 이루는 세퍼레이터가 상기 연장된 서브스트레이트 및 상기 전극 젤리 롤의 최외곽부를 둘러싸도록 더 귄취되어, 전지 내부에서 발생된 열을 흡수하여 경화될 수 있도록 하며, 상기 전극 젤리 롤의 내측 단부는 여분의 세퍼레이터가 더 권취되어, 전지 내부에서 발생된 열을 흡수함에 따라 경화되어 봉상의 안정성 부재가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 전극 젤리 롤을 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 양극 및 음극 전극과 각 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 함께 권취된 전극 젤리 롤에 있어서, 상기 전극 젤리 롤의 내측 단부는 여분의 세퍼레이터가 더 권취되어, 전지 내부에서 발생된 열을 흡수함에 따라 경화되어 봉상의 안정성 부재가 형성되도록 할 수 있고, 상기 여분의 세퍼레이터는 상기 전극 젤리 롤의 내측 단부의 내부 둘레를 따라 상기 권취된 세퍼레이터 중 최내곽 턴을 이루는 세퍼레이터로부터 연장되는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 세퍼레이터를 개재하여 안쪽과 바깥쪽에서 권취된 2개의 전극 중에서 바깥쪽으로 배치된 전극의 활물질이 도포되지 않은 서브스트레이트가 상기 전극 젤리 롤의 최외곽부를 더 둘러싸도록 할 수 있으며, 상기와 같은 전극 젤리 롤의 외면을 따라 폴리 올레핀계 박막이 더 설치되도록할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 본 발명의 바람직한 실시예로서 본 발명의 전극 젤리 롤을 구비한 원통형 전지에 대해 설명하나, 이것은 단지 원통형 전지에 국한될 것이 아니며, 본 실시예와 같은 전극 젤리 롤을 구비할 수 있는 전지는 어떠한 형태의 것도 적용 가능하다 할 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전극 젤리 롤을 구비한 원통형 전지의 횡단면도이고, 도 3은 이러한 도 2에 따른 원통형 전지의 종단면도이다. 그림에서 볼 수 있는 바와 같이, 캔(10)의 내부에 양극(30), 음극(40) 및 세퍼레이터(50)가 권취된 전극 젤리 롤(20)이 수납되어 있다. 이 전극 젤리 롤(20)은 세퍼레이터(50), 음극(40) 혹은 양극(30), 세퍼레이터(50), 양극(30) 혹은 음극(40)을 순차로 적층한 후, 롤상으로 권취시킨 것이다.
양극(30)과 음극(40)은 서브스트레이트(32,42)의 양쪽 면에 리튬 금속산화물, 탄소 혹은 탄소복합체로 된 활물질(34,44)이 도포되며, 권취된 전극 젤리 롤(20)의 중심부에는 양극(30)의 서브스트레이트가 연장되어 양극 탭(16)을 통해 캡 어셈블리(12)에 접속된다. 전극 젤리 롤(20)의 상면과 하면에는 절연판(14)이 개재하여 캡 어셈블리(12) 및 캔(10)과의 단락을 방지한다.
이러한 구조를 갖는 전지의 전극 젤리 롤에 있어, 본 발명에서는 전극과 함께 권취되는 세퍼레이터(50)를 이용하여 전지 내부의 방열 효과 및 구조적 안정성을 기하고자 하였다.
곧, 전극 젤리 롤(20)의 최외곽부, 즉 전극 젤리 롤의 외주면을 따라 권취된 세퍼레이터(50) 중 최외곽 턴을 이루는 세퍼레이터(52)를 한 번 더 권취시킨다. 또한 전극 젤리 롤(20)의 중심부에는 마찬가지로 최내곽부, 곧 전극 젤리 롤(20)의 중심부에서 최내곽 턴을 이루는 세퍼레이터(54)를 전극 젤리 롤(20)의 내측 단부의 내부 둘레를 따라 둘러싸면서 더 권취되도록 한다. 이 때, 중심부에서의 세퍼레이터(54)의 추가 권취는 조밀하게 권취되도록 하는 것이 바람직하다.
이렇게 전극 젤리 롤(20)의 내부, 곧 중심부와 외부, 곧 전극 젤리 롤(20)과 캔(10)과의 사이에 전극 젤리 롤(20)을 구성하는 세퍼레이터(50)를 더 권취토록 하여 전극 젤리 롤(20)의 외부와 내부에서 세퍼레이터의 여분의 턴(52,54)이 형성되도록 함으로써, 전지의 열적 안정성과 더불어 전지의 기계적 안정성을 도모코자 한 것이다.
세퍼레이터를 이루는 재료로는 폴리에틸렌(PE)이나, 폴리 프로필렌(PP)이 사용되며, 폴리 프로필렌(PP)/폴리 에틸렌(PE)/폴리 프로필렌(PP)의 복합체가 사용되기도 한다. 이러한 재료로 이루어진 세퍼레이터는 열이 가해지면 열을 흡수한 후, 경화되는 데, 본 발명에서는 이와 같은 성질을 이용하였다.
곧, 전극 젤리 롤(20)의 외부와 중심부에 권취시킨 여분의 세퍼레이터(52,54)가 전지 내부에서의 온도 상승에 따라, 이 열을 흡수하면서 전지 내부의 방열 효율을 유지시키게 된다. 동시에 이 세퍼레이터들(52,54)이 열을 흡수하면서 경화되어, 전극 젤리 롤(20)을 그 외부와 내부에서 자동적으로 보호해 주는 역할을 하게 된다.
특히 전극 젤리 롤(20)의 중심부에서 추가로 권취된 세퍼레이터(54)는 전지 내부의 열을 흡수하면서 경화되어 도 4에 나타난 바와 같이 봉상의 안정성 부재(56)를 형성하게 된다. 이 안정성 부재(56)는 일반적으로 전극 젤리 롤의 중심부에 형성시키는 별도의 부재인 맨드럴 대신에 사용할 수 있는 것으로, 동등 이상의 효과를 얻을 수 있다.
전지는 내부의 열에 대한 열발산 효율을 향상시켜 열적 안정성을 기하는 것도 중요함과 더불어, 외부에서의 충격에 대해서도 적정 안정성이 유지되어야 한다. 곧, 외부의 충격 등에 대해 전극에 흠집이 형성되었을 경우에 이는 전지의 안정성에 크게 영향을 미치게 된다. 전지의 충전량이 많아짐에 따라 전극의 부피 팽창이 심해져서 엣지 커런트(edge current)가 흐르게 되며, 전류가 집중됨으로서 국부 발열의 가능성도 커지게 된다. 또한 충전에 의한 전극 두께의 증가에 따라 전극 도포 단부의 절단이 일어날 가능성이 커지게 된다.
따라서 전지 내부의 열을 효과적으로 발산시킴과 아울러 외부의 충격에 대해서도 전극에 어떠한 영향이 미치지 않도록 하는 것이 필요하게 된다.
본 발명은 전극 젤리 롤(20)의 외부와 중심부에 추가로 권취되어 경화되는 세퍼레이터(52,54)에 의해서 이러한 점을 동시에 만족시켜 줄 수 있게 된다.
도 2 및 도 3과 같은 실시예의 전극 젤리 롤(20)의 경우에는 음극(40)의 서브스트레이트(42)가 캔(10)과 접속되는 구조가 아니므로, 도 3에서와 같이 음극(40)으로부터 별도의 탭(17)을 연장시켜 전지 캔(10)의 하단 내면에 형성된 돌기(18)에 접속되도록 하는 것이 바람직하다. 또한 그림에서 양극과 음극은 이를 바꿔서 배치하여도 무방할 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 전극 젤리 롤을 구비한 원통형 전지의 횡단면도이고, 도 6은 이러한 도 5에 따른 원통형 전지의 종단면도이다.
그림에서 볼 수 있듯이, 상기와 같은 전극 젤리 롤(20)의 최외곽부에 여분의 세퍼레이터 턴(52)을 귄취시키고, 중심부에도 역시 여분의 세퍼레이터(54)를 더 권취시킨다. 이렇게 권취된 세퍼레이터(52,54)가 상술한 바와 같이 경화되어 안정성 강화 기구로 사용되며, 특히 중심부에 추가로 권취된 여분의 세퍼레이터(54)는 도 4와 같이 경화되어 봉상의 안정성 부재(56)가 된다.
이러한 전극 젤리 롤(20)에 있어, 최외곽부를 둘러싼 세퍼레이터(52) 외부로 다시 세퍼레이터(50)를 개재하여 권취된 전극(30,40) 중 바깥쪽 전극(40)의 서브스트레이트(42)가 한번 더 둘러싸이도록 한다. 권취되는 세퍼레이터(50)의 높이는 권취되는 전극(30,40)의 높이보다 항상 더 길기 때문에 경화되는 외부 세퍼레이터(52)는 그 내부의 전극 젤리 롤을 충분히 보호할 수 있게 되며, 아울러 전극의 서브스트레이트(42)가 이 외부 세퍼레이터(52)를 둘러싸기 때문에 방열 효과도 동시에 더욱 높일 수 있게 된다.
또한 이러한 구조에 있어서는 전극 젤리 롤(20)의 외부로 둘러싸는 전극(40)의 서브스트레이트(46)가 캔(10)의 내벽과 접하게 되므로 도 2 및 도 3의 실시예에서와 같이 별도의 탭을 필요로 하지 않게 된다. 이러한 실시예에 있어서도 역시 음극과 양극은 바뀔 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따른 전극 젤리 롤을 구비한 원통형 전지의 횡단면도이다.
그림에서와 같이 본 실시예에 있어서는 전극 젤리 롤(20)의 중심부에는 내부 세퍼레이터(54)가 더 권취되도록 하여 전지에서 발산되는 열에 의해 경화되도록 하며, 이에 따라 도 4와 같이 봉상의 안정성 부재(56)가 형성되도록 한다. 전극 젤리 롤(20)의 외부, 곧 전극 젤리 롤(20)과 캔(10)의 내벽 사이에는 별도의 폴리 올레핀계 박막(60)을 더 형성한다. 이 박막(60)의 안쪽으로 상기와 같이 세퍼레이터(50)를 개재하여 권취된 전극(30,40) 중 바깥쪽 전극(40)의 서브스트레이트(42)가 한번 더 둘러싸여 외부 서브스트레이트(46)를 형성할 수 있다.
이렇게 전극 젤리 롤의 외부에 더 형성시키는 폴리 올레핀계 박막(60)은 세퍼레이터(50)와 같이 폴리 프로필렌(PP), 폴리 에틸렌(PE), 폴리 프로필렌(PP)/폴리 에틸렌(PE)/폴리 프로필렌(PP)의 복합체가 사용될 수 있으며, 점착성의 필름을 사용하여 완성된 전극 젤리 롤(20)의 외부에 붙일 수도 있다.
이 폴리 올레핀계 박막(60)은 상기와 같은 외부 세퍼레이터(52)의 역할을 수행할 수 있는 것으로, 열이 가해지면 경화되는 것으로 한다.
본 실시예에 있어서도, 음극(40)은 별도의 탭에 의해 캔(10)에 접촉될 수 있도록 하며, 음극과 양극은 바꿔 형성할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 전지의 전극 젤리 롤 외부와 내부에서 세퍼레이터로 보호기구를 형성함으로써 전지 내부의 전극을 외부의 기계적 충격으로부터 보호하여 기계적 안정성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 상기 기계적 안정성의 향상과 더불어 전지 내부의 열을 외부와 내부의 세퍼레이터가 흡수하도록 함으로써 전지의 열발산 능력을 향상시킬 수 있어 전지의 열적 안정성을 도모할 수 있다.
셋째, 맨드럴과 같은 별도의 부재를 사용하지 않고도 동등 이상의 효과를 얻을 수 있고, 그 부피를 줄여 고밀도 권취가 가능토록 할 수 있다.
넷째, 세퍼레이터 또는 서브스트레이트의 추가 권취만으로도 기계적, 열적 안정성을 얻을 수 있고, 전지의 안정성을 위해 별도의 부재를 용접하거나, 개재할 필요가 없어 경제성을 향상시킴과 동시에, 작업공수를 줄여 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 사상적 범위내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 양극 및 음극 전극과 각 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 함께 권취된 전극 젤리 롤에 있어서,
    상기 세퍼레이터를 개재하여 안쪽과 바깥쪽에서 권취된 2개의 전극 중에서 바깥쪽으로 배치된 전극의 활물질이 도포되지 않은 서브스트레이트가 상기 전극 젤리 롤의 최외곽부로 더 연장되어 있고, 상기 권취된 세퍼레이터 중 최외곽 턴을 이루는 세퍼레이터가 상기 연장된 서브스트레이트 및 상기 전극 젤리 롤의 최외곽부를 둘러싸도록 더 귄취되어, 전지 내부에서 발생된 열을 흡수하여 경화될 수 있도록 하며,
    상기 전극 젤리 롤의 내측 단부는 여분의 세퍼레이터가 더 권취되어, 전지 내부에서 발생된 열을 흡수함에 따라 경화되어 봉상의 안정성 부재가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 전극 젤리 롤.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전극 젤리 롤의 내측 단부에 더 권취된 여분의 세퍼레이터는 상기 전극 젤리 롤의 내측 단부의 내부 둘레를 따라 상기 권취된 세퍼레이터 중 최내곽 턴을 이루는 세퍼레이터로부터 연장된 것을 특징으로 하는 2차 전지의 전극 젤리 롤.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 연장된 서브스트레이트는 상기 전극 젤리 롤의 최외곽부를 둘러싸도록 구비된 것을 특징으로 하는 2차 전지의 전극 젤리 롤.
  5. 양극 및 음극 전극과 각 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 함께 권취된 전극 젤리 롤에 있어서,
    상기 전극 젤리 롤의 내측 단부는 여분의 세퍼레이터가 더 권취되어, 전지 내부에서 발생된 열을 흡수함에 따라 경화되어 봉상의 안정성 부재가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 전극 젤리 롤.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 여분의 세퍼레이터는 상기 전극 젤리 롤의 내측 단부의 내부 둘레를 따라 상기 권취된 세퍼레이터 중 최내곽 턴을 이루는 세퍼레이터로부터 연장된 것을 특징으로 하는 2차 전지의 전극 젤리 롤.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 세퍼레이터를 개재하여 안쪽과 바깥쪽에서 권취된 2개의 전극 중에서 바깥쪽으로 배치된 전극의 활물질이 도포되지 않은 서브스트레이트가 상기 전극 젤리 롤의 최외곽부를 둘러싸도록 구비된 것을 특징으로 하는 2차 전지의 전극 젤리 롤.
  8. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 젤리 롤의 외면을 따라 폴리 올레핀계 박막이 더 설치된 것을 특징으로 하는 2차 전지의 전극 젤리 롤.
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Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040022919A (ko) * 2002-09-10 2004-03-18 삼성에스디아이 주식회사 젤리-롤형의 전극조립체와 이를 채용한 이차전지
KR100563055B1 (ko) * 2003-08-19 2006-03-24 삼성에스디아이 주식회사 권취형 전극 조립체 및 이를 구비한 이차 전지
KR100624934B1 (ko) * 2004-10-28 2006-09-15 삼성에스디아이 주식회사 원통형 리튬 이차 전지
US7618742B2 (en) 2005-01-28 2009-11-17 Eveready Battery Co., Inc. Electrochemical cell with improved internal contact
US20090081532A1 (en) * 2007-09-21 2009-03-26 David Aaron Kaplin Electrochemical cell with improved internal contact
KR100686812B1 (ko) * 2005-04-26 2007-02-26 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR101001325B1 (ko) 2007-07-16 2010-12-14 주식회사 엘지화학 무지부에 탄성부재가 부착된 구조의 젤리-롤 및 이를포함하고 있는 이차전지
KR100982003B1 (ko) * 2008-04-17 2010-09-13 주식회사 엘지화학 절연특성이 향상된 전지
US9236632B2 (en) 2010-02-23 2016-01-12 Tdk Corporation Electrochemical device and method for manufacturing electrochemical device
US9054387B2 (en) 2010-04-07 2015-06-09 Medtronic, Inc. Electrode assembly including mandrel having removable portion
US8685557B2 (en) 2010-04-07 2014-04-01 Medtronic, Inc. Electrode assembly including mandrel having a removable portion
JP5687443B2 (ja) * 2010-06-24 2015-03-18 トヨタ自動車株式会社 電池
KR101147237B1 (ko) 2010-07-12 2012-05-18 삼성에스디아이 주식회사 전극조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
US9299971B2 (en) 2010-10-06 2016-03-29 Medtronic, Inc. Common carrier for the integrated mandrel battery assembly
US8832914B2 (en) 2010-10-06 2014-09-16 Medtronic, Inc Coiling device for making an electrode assembly and methods of use
CN102479978B (zh) * 2010-11-30 2016-06-01 上海比亚迪有限公司 锂离子电池的极芯及锂离子电池
CN103828086B (zh) * 2011-11-10 2017-03-08 株式会社Lg 化学 新颖结构的电池单元
US9083053B2 (en) 2011-12-21 2015-07-14 Medtronic, Inc. Through weld interconnect joint
US9005802B2 (en) 2011-12-21 2015-04-14 Medtronic, Inc. Electrode assembly with hybrid weld
JP2013143224A (ja) * 2012-01-10 2013-07-22 Toyota Industries Corp 蓄電装置、及び車両
KR101617495B1 (ko) * 2013-03-04 2016-05-03 주식회사 엘지화학 젤리롤 타입의 전극 조립체 제조방법 및 젤리롤 타입의 폴리머 이차전지 제조방법
FR3016241A1 (fr) * 2014-01-07 2015-07-10 Blue Solutions Ensemble de stockage d'energie electrique, et procede de fabrication associe
CN104701578B (zh) * 2015-02-28 2017-04-19 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种高安全性的锂电池卷芯处理工艺
KR102525677B1 (ko) * 2015-12-23 2023-04-24 에스케이온 주식회사 리튬 이차 전지
CH712877A2 (de) 2016-09-06 2018-03-15 Battrion Ag Verfahren und Einrichtung zur kontinuierlichen Applizierung magnetischer Felder auf einen Gegenstand.
WO2018105398A1 (ja) * 2016-12-05 2018-06-14 三洋電機株式会社 円筒形の非水電解質二次電池
WO2018116876A1 (ja) * 2016-12-22 2018-06-28 三洋電機株式会社 円筒形の非水電解質二次電池
CN111164814B (zh) * 2017-09-29 2023-04-04 松下知识产权经营株式会社 圆筒形二次电池
DE102018221904A1 (de) 2018-12-17 2020-06-18 Robert Bosch Gmbh Elektrodeneinheit für eine Batteriezelle, Batteriezelle und Verfahren zur Herstellung einer Elektrodeneinheit

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01239768A (ja) * 1988-03-19 1989-09-25 Hitachi Maxell Ltd 渦巻形リチウム電池
JPH08153542A (ja) * 1994-09-27 1996-06-11 Asahi Chem Ind Co Ltd 非水系電池
JPH08273698A (ja) * 1995-03-30 1996-10-18 Fuji Elelctrochem Co Ltd リチウム二次電池
JPH11273660A (ja) * 1998-03-20 1999-10-08 Nec Corp 防爆型二次電池

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3373934B2 (ja) * 1994-05-25 2003-02-04 三洋電機株式会社 渦巻電極体を備えた非水電解質電池
US5571632A (en) 1994-06-22 1996-11-05 Sony Corporation Nonaqueous electrolyte solution secondary cell and method for producing the same
KR100189808B1 (ko) * 1996-06-10 1999-06-01 손욱 권취 극판군
DE69800291T2 (de) * 1997-06-27 2001-04-26 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho, Nagakute Zylinderförmiger Akkumulator
JP2000285956A (ja) * 1999-03-30 2000-10-13 Sanyo Electric Co Ltd 円筒型アルカリ蓄電池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01239768A (ja) * 1988-03-19 1989-09-25 Hitachi Maxell Ltd 渦巻形リチウム電池
JPH08153542A (ja) * 1994-09-27 1996-06-11 Asahi Chem Ind Co Ltd 非水系電池
JPH08273698A (ja) * 1995-03-30 1996-10-18 Fuji Elelctrochem Co Ltd リチウム二次電池
JPH11273660A (ja) * 1998-03-20 1999-10-08 Nec Corp 防爆型二次電池

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KR20030031820A (ko) 2003-04-23
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