KR100522681B1 - Sealed battery - Google Patents
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Abstract
목적 : 전극군의 부피 변화에 따른 전지의 변형을 억제하고 수명 향상을 실현할 수 있도록 하는 밀폐전지를 제공함에 목적이 있다.PURPOSE: It is an object of the present invention to provide a sealed battery capable of suppressing deformation of a battery due to volume change of an electrode group and improving lifespan.
구성 : 정극, 부극 및 세퍼레이터를 함께 권취 형성한 전극군(2)과, 상기 전극군의 외주면을 감싸고 테이프(22)에 의해 고정되는 수지 박판(20)과, 그 수지 박판에 의해 지지된 전극군과 함께 전해액을 수납하는 각형 캔(6)과, 그 각형 캔의 상측 개구에 용접되는 캡 플레이트(8)와, 상기 캡 플레이트를 관통하여 결합되는 것으로 절연체를 개재하여 절연된 인출 단자(10)를 포함하며, 상기 전극군의 한 전극은 각형 캔과 전기적으로 연결되고, 나머지 한 전극은 인출단자와 전기적으로 연결되게 구성한다.Structure: The electrode group 2 which wound and formed the positive electrode, the negative electrode, and the separator together, the resin thin plate 20 which wraps around the outer peripheral surface of the said electrode group, and is fixed by the tape 22, and the electrode group supported by the resin thin plate And a rectangular can 6 for storing an electrolyte solution, a cap plate 8 welded to an upper opening of the rectangular can, and a lead terminal 10 insulated through an insulator by being coupled through the cap plate. One electrode of the electrode group is electrically connected to the rectangular can, and the other electrode is configured to be electrically connected to the lead terminal.
효과 : 전극군은 수지 박판과 테이프에 의해 지지되어서 변형 및 스웰링이 방지되고, 그 결과 전지 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다.Effect: The electrode group is supported by the resin thin plate and the tape to prevent deformation and swelling, and as a result, battery performance and life can be improved.
Description
본 발명은 전극군의 부피 변화에 따른 전지의 변형을 억제하고 수명 향상을 실현할 수 있도록 하는 밀폐전지에 관한 것이다.The present invention relates to a sealed battery which can suppress the deformation of the battery caused by the volume change of the electrode group and realize the improvement of life.
밀폐전지는 재충전이 가능한 것으로, 외관상 원통형과 각형으로 구분되고 양극 및 음극 물질에 따라 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬(Li) 전지, 리튬이온(Li-ion) 전지 등으로 구분된다.Sealed batteries are rechargeable and are divided into cylindrical and rectangular in appearance and are classified into nickel-hydrogen (Ni-MH) batteries, lithium (Li) batteries, and lithium-ion (Li-ion) batteries according to positive and negative electrode materials.
도 5는 종래 공지된 밀폐전지의 일 예로서 각형 구조를 보여주고 있다.5 shows a rectangular structure as an example of a conventionally known sealed battery.
도면에서와 같이 각형 밀폐전지는 정극과 부극의 사이에 세퍼레이터를 개재하여 함께 권취한 후 압착하여 전극군(2)을 형성하고, 그 전극군(2)의 외주에 판 스프링(4)을 개재하여 캔(6) 내부에 수납하며, 그 캔(6)의 상측 개구에 안전장치를 갖는 캡 플레이트(8)를 용접 설치하고, 상기 캡 플레이트(8)에는 주입구(8a)를 형성하여 전해액을 주입한 후 밀봉하여 결합한다.As shown in the drawing, a rectangular sealed battery is wound together through a separator between a positive electrode and a negative electrode, and then compressed to form an electrode group 2, and a plate spring 4 is disposed on the outer circumference of the electrode group 2. A cap plate 8 having a safety device is welded and installed in the can 6, and an injection hole 8a is formed in the cap plate 8 to inject an electrolyte solution. After sealing, combine.
상기 캡 플레이트(8)에는 내부 전극군(2) 중에서 한 전극을 외부로 연결하는 것으로서 대략 중심을 관통하는 인출 단자(10)가 설치되는바, 그 인출 단자(10)는 캡 플레이트(8)와의 절연을 위해 가스켓(도시생략)을 개재하고, 접속성을 위해 단자 플레이트(12)를 개재하여 물리적으로 체결되므로 캡 어셈블리(14)를 구성한다.The cap plate 8 is provided with an outgoing terminal 10 which penetrates approximately the center of the electrode group 2 to the outside, and the outgoing terminal 10 is connected to the cap plate 8. The cap assembly 14 is constituted by a gasket (not shown) for insulation and physically fastened through a terminal plate 12 for connectivity.
이와 같이 구성된 밀폐전지에서 정극 및 부극과 같은 전극은 종류에 따라 다소 차이가 있지만 통상적으로 금속 기재에 활물질을 도포 및 충전하고 이를 건조, 롤 프레스 및 절단하여 형성하고 있다. 이렇게 형성된 정극 및 부극은 사이에 세퍼레이터를 개재하고 맨드렐을 이용하여 원형으로 권취한 후, 도면과 같은 형태로 압착하고 판 스프링(4)을 개재하여 각형 캔(6)의 내부로 수납되어진다.In a sealed battery configured as described above, electrodes such as a positive electrode and a negative electrode are somewhat different depending on the type, and are typically formed by coating and filling an active material on a metal substrate, and drying, roll pressing and cutting the same. The positive electrode and the negative electrode thus formed are wound in a circle using a mandrel through a separator therebetween, and then compressed into a shape as shown in the drawing and stored inside the rectangular can 6 via the leaf spring 4.
이렇게 수납되는 전극군(2)은 롤의 권취 구조상 복원력에 의해 반발하게 되고, 전지의 충·방전시 반복되는 팽창 및 수축, 특히 제조시 포메이션(formation) 단계에서의 화학 반응에 의해 변형(deformation) 및 스웰링(swelling)하게 되며, 그 결과 전극의 미충전 영역이 확대되고 부피 변화에 의해 활물질이 탈락되거나 열화되며 부반응을 촉발시켜 전지의 성능을 저하시키는 문제점이 있다.The electrode group 2 accommodated in this way is repulsed by the restoring force in the winding structure of the roll, and is deformed by repeated expansion and contraction during charging and discharging of the battery, in particular, by chemical reaction in the formation step during manufacturing. And swelling (swelling), as a result, the unfilled region of the electrode is enlarged, the active material is dropped or deteriorated by the volume change, and there is a problem of deteriorating the performance of the battery by triggering side reactions.
보다 구체적으로 종래의 각형 밀폐전지는 충전시 넓은면 쪽의 두께가 제조후 보다 0.6㎜ 정도, 방전시 보다 0.3㎜ 가량 두꺼워지는 변형 및 스웰링을 수반한다.More specifically, the conventional rectangular sealed battery involves deformation and swelling in which the thickness of the wide surface side is about 0.6 mm thicker after manufacture and about 0.3 mm thicker when discharged.
이러한 문제점을 고려하여 종래에는 전극군(2)과 캔(6)의 사이에 스프링(4)을 삽입하고 있으나, 전극군(2)의 변형 및 팽창시 캔(4)도 함께 변형되므로 그 효과가 미미한 정도에 머물고 있다.In view of such a problem, conventionally, the spring 4 is inserted between the electrode group 2 and the can 6, but when the electrode group 2 is deformed and expanded, the can 4 is also deformed together. It is staying insignificant.
앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명은 롤 상의 권취 구조로 인해 발생하는 복원력과 충·방전 반응에 따른 변형 및 스웰링을 억제하여, 전지 성능과 수명을 향상시킬 수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.In order to solve the problems of the prior art described above, the present invention is to suppress the deformation and swelling due to the restoring force and the charge-discharge reaction caused by the winding structure on the roll, to improve the battery performance and life The purpose is to.
이에 따라 본 발명에서는 정극, 부극 및 세퍼레이터를 함께 권취한 전극군의 외주에 홀딩수단을 감아 보호하므로 변형 및 스웰링을 억제하고, 이렇게 지지된 전극군을 케이스 내부에 수납한 후 여기에 전해액을 함께 주입하여 밀봉 형성한 밀폐전지를 제안한다.Accordingly, in the present invention, the holding means is wound around and protected on the outer circumference of the electrode group in which the positive electrode, the negative electrode, and the separator are wound together, thereby suppressing deformation and swelling, and storing the supported electrode group in the case, together with the electrolyte solution. We propose a sealed battery that is sealed by injection.
상기한 홀딩수단은 전극군의 외주를 감싸고 테이프에 의해 고정되는 수지 박판이나 세퍼레이터, 열수축 튜브, 혹은 상기 전극군의 최외곽에 배치된 전극 기재와 연결된 도전성 접착테이프를 사용할 수 있다.The holding means may use a thin resin plate or a separator, a heat shrink tube, or a conductive adhesive tape connected to an electrode substrate disposed at the outermost portion of the electrode group, which surrounds the outer circumference of the electrode group and is fixed by a tape.
한편 상기한 밀폐전지의 케이스는 전극군과 전해액으로 구성된 발전 요소를 수납하는 각형 캔과, 그 각형 캔의 상측 개구에 용접되는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트를 관통하여 결합되는 것으로 절연체를 개재하여 절연된 인출 단자를 포함하여 이루어진다. 또한 상기한 케이스의 다른 예로는 전극군과 전해액으로 구성된 발전 요소를 수납하는 원통형 캔과, 그 원통형 캔의 상측 개구에 결합 밀봉되며 전지 내압을 받아 변형되는 가변 플레이트와, 상기 가변 플레이트의 아래쪽에 절연체를 개재하여 배치되고 그 일부에 용접되며 통기공을 구비하는 고정 플레이트를 포함하여 이루어진다. On the other hand, the case of the sealed battery is a rectangular can containing a power generating element consisting of an electrode group and an electrolyte, a cap plate welded to the upper opening of the rectangular can, and is coupled through the cap plate and insulated through an insulator And a drawn out terminal. Another example of the case includes a cylindrical can housing a power generating element consisting of an electrode group and an electrolyte, a variable plate coupled to an upper opening of the cylindrical can and deformed under battery pressure, and an insulator below the variable plate. It is disposed via the welding is made to a portion thereof and comprises a fixing plate having a vent.
이상에서 설명한 본 발명의 구성에 의거하여 밀폐전지에 사용되는 전극군은 홀딩수단에 의해 지지되어서 변형 및 스웰링을 방지할 수 있다. Based on the configuration of the present invention described above, the electrode group used in the sealed battery can be supported by the holding means to prevent deformation and swelling.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 설명한다. 참고로 종래의 구성과 동일한 부분에 대하여는 동일 부호를 부여하기로 한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiment of this invention is described based on an accompanying drawing. For reference, the same reference numerals are given to the same parts as in the conventional configuration.
도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 각형 밀폐전지를 도시하고 있다. 1 and 2 illustrate a rectangular sealed battery according to the present invention.
각형 밀폐전지는 외관상 캔(6)과 그 캔(6)의 상측 개구에 용접 결합되는 캡 플레이트(8)로 구성된 각형 케이스를 포함하며, 그 내부에 정극, 부극, 그리고 정극과 부극을 절연하는 세퍼레이터를 함께 권취하고 압착한 전극군(2)과 전해액을 포함하는 발전 요소를 수납하여 이루어진다.The rectangular sealed battery includes a rectangular case composed of a can 6 and a cap plate 8 welded to an upper opening of the can 6 in appearance, and a separator for insulating a positive electrode, a negative electrode, and a positive electrode and a negative electrode therein. It is made by accommodating the power generation element including the electrode group (2) and the electrolytic solution wound together and compressed.
상기 전극군(2) 중에서 정극 및 부극은 금속 기재에 활물질을 도포 형성하여 이루어지는 바, 본 발명에서는 그 일 예로서 리튬이온의 이동에 의해 충·방전이 이루어지는 리튬(이온) 전지에 대하여 설명하기로 한다. 따라서 정극은 활물질로 리튬-천이금속산화물을 사용하고, 부극은 활물질로 탄소 및 탄소복합체를 사용한다.In the electrode group 2, the positive electrode and the negative electrode are formed by coating and forming an active material on a metal substrate. In the present invention, as an example, a lithium (ion) battery in which charge and discharge are performed by the movement of lithium ions will be described. do. Therefore, the positive electrode uses lithium-transition metal oxide as the active material, and the negative electrode uses carbon and carbon composite material as the active material.
여기서 전극군(2)의 외주면에는 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 홀딩수단을 설치하고 있다. 홀딩수단은 전극군(2)의 둘레를 감싸면서 고정되므로 이후 전지의 충·방전시 전극군을 압착하도록 작용하여 변형 및 스웰링을 방지한다. 이를 위하여 상기 홀딩수단은 전극군(2)의 외주면을 감싸는 수지 박판(20)과, 그 수지 박판(20)을 부착 고정하는 테이프(22)로 구성된다. 수지 박판(20)은 폴리머 예를 들어, 테프론이나 폴리이미드를 사용하여 제조할 수 있다.Here, holding means is provided on the outer circumferential surface of the electrode group 2 to realize the object of the present invention. Since the holding means is fixed while wrapping the circumference of the electrode group 2, it acts to compress the electrode group during charge and discharge of the battery, thereby preventing deformation and swelling. To this end, the holding means is composed of a resin thin plate 20 surrounding the outer circumferential surface of the electrode group 2, and a tape 22 for fixing and fixing the resin thin plate 20. The resin thin plate 20 can be manufactured using a polymer, for example, Teflon or polyimide.
또 상기 홀딩수단은 전극군(2)의 최외곽을 한바퀴 더 감싸도록 세퍼레이터(2a)를 권취하고, 그 세퍼레이터를 테이프(22)로 부착 고정하여 구성할 수 있으며, 도 3에 도시한 바와 같이 열수축 튜브(24)를 사용하여 전극군(2)을 압착하도록 구성할 수 있고, 또한 도전성 접착테이프를 전극군(2)의 외주면에 감아 사용할 수 있다. 이때 도전성 접착테이프로는 알루미늄 박판, 동 박판 혹은 폴리올레핀계 필름에 접착 기능을 갖는 유기물질에 카본 재료를 적당히 분산시켜 코팅한 것을 사용하며, 이것은 전극군(2)의 최외곽에 배치된 정극 혹은 부극와 연결된 상태로 상기 전극군(2)을 고정 부착하게 된다.In addition, the holding means may be configured by winding the separator 2a so as to surround the outermost part of the electrode group 2 and attaching and fixing the separator with a tape 22, as shown in FIG. It can be comprised so that the electrode group 2 may be crimped | bonded using the tube 24, and a conductive adhesive tape can be wound around the outer peripheral surface of the electrode group 2, and can be used. In this case, the conductive adhesive tape may be formed by coating an appropriately dispersed carbon material on an organic material having an adhesive function on an aluminum thin plate, a copper thin plate, or a polyolefin-based film, and this may include a positive electrode or a negative electrode disposed at the outermost part of the electrode group 2. The electrode group 2 is fixedly attached in a connected state.
이와 같이 홀딩수단에 의해 지지된 전극군(2)은 자체의 변형 및 스웰링을 최소화하게 되며, 이후 캔(6) 내부로의 조립 공정에서도 삽입 작업을 용이하게 실현할 수 있고, 조립 공정에서 종종 발생하는 기재의 손상을 사전에 방지할 수 있다.In this way, the electrode group 2 supported by the holding means minimizes deformation and swelling of itself, and thus, the insertion operation can be easily realized even in the assembling process into the can 6 and often occurs in the assembling process. Damage to the substrate can be prevented in advance.
한편 캡 플레이트(8)는 중앙의 관통 구멍으로 삽입되고, 절연판(도시생략) 및 가스켓(도시생략)을 개재하여 절연 및 결합되는 인출 단자(10)에 의해 캡 어셈블리(14)를 구성하고 있다. 절연판의 상부에는 전기적인 연결성을 고려하여 단자 플레이트(12)를 설치하여 이루어진다. 캡 플레이트(8)에는 전해액 주입구(6a)가 형성되어 있다.On the other hand, the cap plate 8 is inserted into the through hole in the center, and constitutes the cap assembly 14 by the lead terminals 10 which are insulated and coupled via an insulating plate (not shown) and a gasket (not shown). The upper portion of the insulating plate is made by installing the terminal plate 12 in consideration of electrical connectivity. An electrolytic solution injection port 6a is formed in the cap plate 8.
이렇게 구성되는 밀폐전지는 발전 요소의 정극에서 인출된 탭(16)을 인출 단자(10)에 용접하여 정극 터미널로 사용한다. 이때 상기 캔(6)과 발전 요소의 부극은 도시 생략한 탭을 이용하여 전기적으로 연결되어진다.In the sealed battery configured as described above, the tab 16 drawn from the positive electrode of the power generation element is welded to the lead terminal 10 and used as the positive electrode terminal. At this time, the can 6 and the negative electrode of the power generating element are electrically connected using a tab (not shown).
도 4는 본 발명의 다른 예로서 원통형 밀폐전지의 구조를 보여주고 있다.4 shows a structure of a cylindrical sealed battery as another example of the present invention.
도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 원통형 밀폐전지는 원통형 캔(60)의 상측 개구에 가스켓(18)을 개재하여 캡 어셈블리(140)를 결합 밀봉하므로 외장 케이스를 구성하고 있으며, 그 내부에 정극, 부극, 그리고 정극과 부극을 절연하는 세퍼레이터를 권취하여 전극군(2)을 형성하고, 그 전극군(2)과 전해액을 포함하는 발전 요소를 수납하여 이루어진다.As can be seen through the drawings, the cylindrical sealed battery of the present invention is coupled to seal the cap assembly 140 through the gasket 18 in the upper opening of the cylindrical can 60, so as to constitute an outer case, therein The positive electrode, the negative electrode, and the separator which insulates the positive electrode and the negative electrode are wound up, the electrode group 2 is formed, and the power generation element including the electrode group 2 and the electrolyte is accommodated.
캡 어셈블리(140)는 원통형 캔(60)의 상측 개구에 결합 밀봉되며 전지 내압을 받아 변형되는 가변 플레이트(142)와, 상기 가변 플레이트(142)의 아래쪽에 절연체(144)를 개재하여 배치되고 그 일부에 용접되며 통기공(146a)을 구비하는 고정 플레이트(146)를 포함하며, 상기 가변 플레이트(142)의 상부에는 캡 커버(148)를 적층하여 이루어진다.The cap assembly 140 is coupled to the upper opening of the cylindrical can 60 and sealed by a variable plate 142 which is deformed under the battery internal pressure and an insulator 144 below the variable plate 142. A fixed plate 146 welded to a part and having a vent hole 146a is included, and a cap cover 148 is stacked on the variable plate 142.
이렇게 구성되는 원통형 밀폐전지는 앞서 설명한 바와 같이, 전극군(2)의 외주면에 수지 박판이나 세퍼레이터, 열수축 튜브, 혹은 상기 전극군의 최외곽에 배치된 전극 기재와 연결된 도전성 접착테이프로 된 홀딩수단(200)을 이용하여 상기 전극군(2)을 지지하고, 이렇게 지지된 전극군(2)을 원통형 캔(60)의 내부로 수납하여 제조한다.As described above, the cylindrical sealed battery configured as described above includes a holding means made of a resin thin plate, a separator, a heat shrink tube, or a conductive adhesive tape connected to the electrode base disposed at the outermost portion of the electrode group 2 on the outer circumferential surface of the electrode group 2 ( The electrode group 2 is supported by using the 200, and the electrode group 2 supported in this way is accommodated in the cylindrical can 60 and manufactured.
이상에서 설명한 구성 및 작용을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 밀폐전지는 전극군의 외주면에 홀딩수단을 설치하여 전지의 충·방전 반응시 전극군의 변형 및 스웰링을 방지하는 효과를 얻을 수 있다. As can be seen through the configuration and operation described above, the sealed battery of the present invention is provided with a holding means on the outer peripheral surface of the electrode group to obtain the effect of preventing deformation and swelling of the electrode group during the charge and discharge of the battery Can be.
따라서 본 발명에 의하면 전극의 미충전 영역을 제거하고 부피 변화에 의한 전극 활물질의 탈락 및 열화를 방지함으로써, 결과적으로 전지의 수명 및 성능을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.Therefore, according to the present invention, by removing the uncharged region of the electrode and preventing dropping and deterioration of the electrode active material due to volume change, it is possible to obtain the effect of improving the life and performance of the battery.
도 1은 본 발명에 의한 각형 밀폐전지를 도시한 분해 사시도.1 is an exploded perspective view showing a rectangular sealed battery according to the present invention.
도 2는 본 발명의 단면도.2 is a cross-sectional view of the present invention.
도 3은 본 발명의 다른 예를 보인 분해 사시도.Figure 3 is an exploded perspective view showing another example of the present invention.
도 4는 본 발명에 의한 원통형 밀폐전지를 보인 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view showing a cylindrical sealed battery according to the present invention.
도 5는 종래 공지된 각형 밀폐전지를 도시한 단면도.5 is a cross-sectional view showing a conventionally known rectangular sealed battery.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
2-전극군 6-각형 캔2-electrode group hexagonal cans
8-캡 플레이트 10-인출 단자8-cap plate 10-outlet
14,140-캡 어셈블리 16-탭14,140-cap assembly 16-tab
20-수지 박판 22-테이프20-resin lamination 22-tape
24-열수축 튜브 60-원통형 캔24-heat shrink tubing 60-cylindrical cans
200-홀딩수단200-holding means
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