KR100670441B1 - Secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지를 나타내는 정단면도,1 is a front sectional view showing a cylindrical secondary battery according to an embodiment of the present invention;
도 2a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지의 하절연부재를 나타내는 사시도, 도 2b 는 도 2a 의 A-A 단면도, Figure 2a is a perspective view showing a lower insulating member of a cylindrical secondary battery according to an embodiment of the present invention, Figure 2b is a cross-sectional view A-A of Figure 2a,
도 3a 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지의 하절연부재를 나타내는 사시도, 도 3b 는 도 3a 의 B-B 단면도,Figure 3a is a perspective view showing a lower insulating member of a cylindrical secondary battery according to another embodiment of the present invention, Figure 3b is a cross-sectional view B-B of Figure 3a,
도 4a 는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지의 하절연부재를 나타내는 사시도, 도 4b 는 도 4a 의 C-C 단면도이다.4A is a perspective view illustrating a lower insulating member of a cylindrical secondary battery according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line C-C of FIG. 4A.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10: 캔 20: 전극조립체10: can 20: electrode assembly
30, 30', 30": 하절연부재 31: 요철부30, 30 ', 30 ": lower insulation member 31: uneven portion
32: 볼록부 33: 오목부32: convex portion 33: concave portion
34: 볼록부 35: 홀34: convex part 35: hole
36: 돌기부 37: 홀36: protrusion 37: hole
39, 39', 39": 중앙홀 100: 캡조립체39, 39 ', 39 ": Center hole 100: Cap assembly
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극조립체 하부로의 전해액 함침 루트를 확보하기 위한 하절연부재의 형상에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to the shape of a lower insulating member for securing an electrolyte impregnation route to the lower electrode assembly.
통상적으로, 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.In general, a secondary battery refers to a battery that can be charged and discharged, unlike a primary battery that cannot be charged, and is widely used in the field of advanced electronic devices such as a cellular phone, a notebook computer, a camcorder, and the like. In particular, lithium secondary batteries have an operating voltage of 3.6V, which is three times higher than nickel-cadmium batteries or nickel-hydrogen batteries, which are widely used as electronic equipment power sources, and are rapidly increasing in terms of high energy density per unit weight.
이러한 리튬 이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 또한, 리튬 이차전지는 여러가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.Such lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxides as positive electrode active materials and carbon materials as negative electrode active materials. Moreover, although lithium secondary batteries are manufactured in various shapes, typical shapes include cylindrical shape, square shape, and pouch type.
이 중 원통형 이차전지는 전극조립체와, 이 전극조립체를 수용하는 원통형의 캔과, 이 캔의 상부에 결합되는 캡조립체를 포함하여 이루어진다.Among these, the cylindrical secondary battery includes an electrode assembly, a cylindrical can housing the electrode assembly, and a cap assembly coupled to an upper portion of the can.
전극조립체는 양극과 음극 및 이들 두 전극 사이에 개재된 세퍼레이터가 원통형으로 권취되어 있으며, 양극 및 음극으로부터 양극 및 음극탭이 각각 인출되어 있다. 통상 양극탭은 상방으로, 음극탭은 하방으로 인출된다.In the electrode assembly, a positive electrode and a negative electrode and a separator interposed between the two electrodes are wound in a cylindrical shape, and the positive and negative electrode tabs are drawn out from the positive and negative electrodes, respectively. Normally, the positive electrode tab is upward and the negative electrode tab is pulled out downward.
캔은 원통형 이차전지에서 대략 원통의 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성한다. 따라서 캔 자체가 단자역할을 수행하는 것도 가능하다. The can is a metal container having a substantially cylindrical shape in a cylindrical secondary battery, and is formed by a processing method such as deep drawing. It is therefore possible for the can itself to act as a terminal.
캡조립체는 캔의 개방된 상부와 결합되는데, 캡조립체와 캔 사이에는 이 둘을 절연시키는 가스켓이 위치한다.The cap assembly is coupled to the open top of the can, with a gasket insulated between the cap assembly and the can.
전극조립체의 양극은 상방으로 인출된 양극탭을 통해 캡조립체의 한 부품과 전기 접속되고, 음극은 하방으로 인출된 음극탭을 통해 캔의 바닥면에 접합된다. 물론, 극성이 바뀌어 설계될 수도 있다.The positive electrode of the electrode assembly is electrically connected to one part of the cap assembly through an upwardly drawn positive electrode tab, and the negative electrode is joined to the bottom surface of the can through a negatively negative tab drawn downward. Of course, the polarity can also be changed.
또한, 전극조립체의 저면과 캔의 바닥면 사이에는 이 둘의 절연을 위한 원판형의 하절연부재가 위치한다.Also, between the bottom of the electrode assembly and the bottom of the can is a disc-shaped lower insulating member for insulating the two.
그런데, 종래의 하절연부재는 전극조립체의 저면과 접촉하는 부분이 평평한 구조를 갖고 있다. 이에 따라, 전극조립체의 저면과 하절연부재 및 캔의 바닥면은 서로 밀착되어 전해액이 고여 있을만한 공간이 없게 된다.However, the conventional lower insulating member has a structure in which the portion in contact with the bottom surface of the electrode assembly is flat. Accordingly, the bottom surface of the electrode assembly, the bottom insulating member, and the bottom surface of the can are in close contact with each other so that there is no space for the electrolyte to accumulate.
따라서, 전극조립체의 저면을 통한 상방으로의 전해액 확산이 어려워, 전극조립체에 전해액이 충분히 함침되지 않는 문제가 있고, 또한 함침 시간이 오래 걸리는 문제가 있다.Therefore, it is difficult to diffuse the electrolyte upward through the bottom of the electrode assembly, and there is a problem in that the electrode assembly is not sufficiently impregnated with the electrolyte, and the impregnation time takes a long time.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전극조립체 하부로의 전해액 함침 루트를 확보하기 위한 하절연부재의 형상을 설계하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to design a shape of a lower insulating member for securing an electrolyte impregnation route under the electrode assembly.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지는, A secondary battery according to an aspect of the present invention for achieving the above object,
전극조립체; 상기 전극조립체와 전해액이 수용되는 캔; 상기 전극조립체와 상기 캔 바닥면 사이에 위치하는 하절연부재; 및 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡조립체를 포함하며, 상기 하절연부재의 상면에 요철부가 형성된 것을 특징으로 한다.Electrode assembly; A can containing the electrode assembly and the electrolyte; A lower insulating member positioned between the electrode assembly and the bottom surface of the can; And a cap assembly coupled to the open upper portion of the can, wherein an uneven portion is formed on an upper surface of the lower insulating member.
이때, 상기 하절연부재에 다수의 홀이 형성될 수도 있다.In this case, a plurality of holes may be formed in the lower insulating member.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지는, On the other hand, the secondary battery according to another aspect of the present invention for achieving the above object,
전극조립체; 상기 전극조립체와 전해액이 수용되는 캔; 상기 전극조립체와 상기 캔 바닥면 사이에 위치하는 하절연부재; 및 상기 캔의 개방된 상부와 결합되는 캡조립체를 포함하며, 상기 하절연부재의 상면에 다수의 돌기부가 형성된 것을 특징으로 한다.Electrode assembly; A can containing the electrode assembly and the electrolyte; A lower insulating member positioned between the electrode assembly and the bottom surface of the can; And a cap assembly coupled to the open upper portion of the can, wherein a plurality of protrusions are formed on an upper surface of the lower insulating member.
이때, 상기 하절연부재에 다수의 홀이 형성될 수도 있다.In this case, a plurality of holes may be formed in the lower insulating member.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지를 나타내는 정단면도이다. 1 is a front sectional view showing a cylindrical secondary battery according to an embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 원통형 이차전지는 전극조립체(20)와, 전극조립체(20)와 전해액을 수용하는 캔(10)과, 이 캔(10)과 결합되는 캡조립체(100)를 포함한다. Referring to the drawings, the cylindrical secondary battery includes an
전극조립체(20)는 통상 전기용량을 높이기 위해 서로 다른 두 전극(25)을 넓은 판형으로 형성한 뒤, 이들을 상호 절연시키는 세퍼레이터(21, 23)를 이들 두 전극 사이 및 두 전극 아래쪽 혹은 위쪽에 위치시켜 적층하고, 원형으로 권취하여 이른바 '젤리롤(Jelly Roll)' 형태로 만든다. 두 전극판은 각각 알미늄과 구리로 된 금속 포일 혹은 금속 메쉬로 이루어지는 집전체에 활물질 슬러리가 도포되어 이루어진다. 전극판이 감기는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재한다. 무지부에는 한 전극판에 하나씩 전극탭(27, 29)이 설치되며, 전극탭은 하나가 원통형 캔의 개구부 방향인 위쪽으로, 다른 하나는 아래쪽으로 전극에서 인출되도록 형성될 수도 있고, 두 탭 모두 개구부 방향인 위쪽으로 인출되도록 형성될 수도 있다.The
캔(10)은 도시된 바와 같이 원통의 형상을 가지고 있고, 알미늄 또는 알미늄 합금 같은 경량의 전도성 금속재질의 용기이며, 딥 드로잉(deep drawing) 등의 가공방법으로 형성된다. 이 원통형 캔(10) 내에 원판형의 하절연부재(30)와 전극조립체(20)와 상절연부재(40)가 순서대로 설치된다. 이때, 젤리롤의 풀림을 방지하고 내부가스의 이동통로의 역할을 수행하는 센터핀(미도시)이 젤리롤 중앙의 빈 공간에 삽입될 수도 있다. The
아래쪽으로 인출되는 전극탭(29)은 젤리롤형 전극조립체(20)의 하면과 평행하도록 절곡되고, 원통형 캔(10)의 바닥면에 용접된다. 이때 전극조립체(20)의 저면이 캔(10)의 바닥면과 단락되지 않도록 절곡된 전극탭(29) 부분과 전극조립체(20)의 저면 사이에는 하절연부재(30)가 위치하도록 한다. 이 하절연부재(30)의 구조에 관해서는 후술하기로 한다. 한편, 상절연부재(40)는 전극조립체(20)의 상면과 캡조립체(100) 사이를 절연시키는 역할을 수행한다.The electrode tab 29 drawn downward is bent to be parallel to the bottom surface of the jelly roll
하절연부재(30)와 전극조립체(20)와 상절연부재(40)가 수용된 원통형 캔(10)에 있어서, 상절연부재(40)의 상단 바로 윗부분의 캔(10)의 외주를 따라 외부에서 안쪽으로 가압하여 비딩부(15)를 형성함으로써 전극조립체(20)의 유동을 방지할 수도 있다.In the cylindrical can 10 in which the lower
이후, 원통형 캔(10) 내부로 전해액이 주입된다. 전해액의 주입은 먼저 캔(10) 내부를 진공으로 만든 후 일정량의 전해액을 가압하면서 주입하는 방식으로 행해질 수 있다. 이 전해액은 충·방전시 전극(25)에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온이 이동 가능하게 하는 역할을 한다. Thereafter, the electrolyte is injected into the
캡조립체(100)는 도시한 바와 같이 벤트(110), 전류차단기(120), PTC(130) 및 캡업(140)이 아래쪽부터 순서대로 위치한다. 캡조립체(100)의 가장 아래쪽에는 벤트(110)가 위치하는데, 이 벤트(110)의 중앙부는 아래쪽으로 볼록하게 돌출되어 전극탭(27)과 전기 접속되는 돌출부(112)를 가지고 있다. 벤트(110) 위쪽에는 벤트(110)의 돌출부(112)가 내부압력에 의해 위로 볼록하게 변형됨으로써 파단되도록 이루어진 전류차단기(CID: Current Interrupt Device)(120)가 설치되어 있다. 이 전류차단기(120) 위쪽에는 PTC(Positive Thermal Coefficient)(130)가 설치되어 있는데, 이 PTC는 전지의 과열에 의해 전지 내 전류의 흐름을 차단한다. PTC 위쪽에는 외부와 전기 접속되도록 볼록하게 형성된 전극단자를 갖는 캡업(Cap Up)(140)이 설치되어 있다. As shown in the
상기 캔(10)의 상부와 상기 캡조립체(100) 사이에는 가스켓(150)이 위치하여 캔(10)과 캡조립체(100) 사이를 밀폐시키고 절연시키는 역할을 수행한다.A
상기한 하절연부재(30)의 구조에 관하여 보다 상세하게는 다음과 같다.The structure of the lower insulating
도 2a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지의 하절연부재를 나타 내는 사시도이고, 도 2b 는 도 2a 의 A-A 단면도이다.2A is a perspective view illustrating a lower insulating member of a cylindrical secondary battery according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 2A.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 하절연부재(30)는 그 상면에 요철부(31)가 형성되어 있다.Referring to the drawings, the lower insulating
도 1, 도 2a 및 도 2b 를 참조하여 좀 더 자세히 살펴보면, 원통형 캔(10)의 개방된 상부에 캡조립체(100)가 결합되기 전에 개방된 캔(10)의 상부를 통해 전해액이 주입된다. 주입된 전해액의 일부는 전극조립체(20)의 상면에서 하방으로 함침이 이루어지고, 나머지는 전극조립체(20)의 측면을 따라 하방으로 흘러내린다. 1, 2A and 2B, the electrolyte is injected through the top of the
본 실시예의 경우 상기 요철부(31)로 인하여 전극조립체(20)의 저면과 하절연부재(30)는 서로 밀착되어 있지 않으므로, 전극조립체(20)의 측면을 따라 하방으로 흘러내린 전해액은 상기 요철부(31) 중 오목부(33)에 고이거나 오목부(33) 사이를 통해 측방으로 이동할 수 있게 된다. 따라서, 전극조립체(20)의 저면을 통한 상방으로의 전해액 확산이 용이해져, 전극조립체(20)에 전해액이 충분히 함침될 수 있고, 또한 함침 시간이 단축될 수 있다.In the present exemplary embodiment, since the bottom surface of the
이때, 하절연부재(30)의 하면은 평평한 것이 바람직하다. 하절연부재(30)의 하면에도 요철부가 형성되어 하면이 굴곡진다면, 전해액이 캔(10)의 바닥면과 하절연부재(30) 하면의 굴곡진 부분 사이에 고여 전극조립체(20)의 함침에 기여하지 못하는 무용한 전해액이 캔(10) 내부에 존재하게 되기 때문이다. 또한, 하절연부재(30)의 하면마저 굴곡진다면, 동일한 캔 사이즈 내에 수납될 전극조립체의 길이가 작아지게 되므로 전지 용량의 저하를 초래할 수도 있다. At this time, the lower surface of the lower insulating
또한, 하절연부재(30)의 가장자리부 외의 영역에 상기 요철부(31) 중 볼록부 (32)가 위치하는 것이 바람직하다. 하절연부재(30)의 가장자리부에 상기 요철부 중 볼록부가 위치한다면, 전극조립체(20)의 측면을 따라 하방으로 흘러내린 전해액이 90°정도 방향을 틀어 측방으로 이동하고자 할 때, 상기 볼록부가 배리어(barrier)로서 작용할 수가 있다. In addition, it is preferable that the
도 3a 및 도 3b 를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 하절연부재(30')는 그 상면에 요철부가 형성되어 있고, 하절연부재(30')에 다수의 홀(35)이 형성되어 있다. 이에 따라, 전극조립체의 측면을 따라 하방으로 흘러내려 캔의 바닥에 있는 전해액은 하절연부재(30')에 형성된 다수의 홀(35)을 통과해 전극조립체의 저면쪽으로 이동할 수 있게 된다. 다만, 상기 홀(35)의 크기가 너무 커서, 캔의 바닥면과 전극조립체의 저면 사이에 단락이 일어나지 않도록 주의할 필요가 있다.3A and 3B, the lower insulating
상기 홀(35)은 요철부 중 볼록부(34)가 형성되지 않은 부분에 형성되는 것이 바람직하다. 볼록부(34) 부분에 홀이 형성된다면, 하절연부재의 상면에 요철부를 형성하여 전해액 함침 루트를 확보하려는 본 발명의 목적에 반하기 때문이다.The
상기 홀(35)이 요철부 중 오목부였던 부분에 형성됨으로써, 도 2a 및 도 2b 에 나타낸 실시예에서는 오목부에 전해액이 고였으나, 본 실시예에서는 상기 홀(35)에 전해액이 고일 수 있게 된다. 따라서, 전극조립체의 저면을 통한 상방으로의 전해액 확산이 용이해져, 전극조립체에 전해액이 충분히 함침될 수 있고, 또한 함침 시간이 단축될 수 있다. 다만, 본 실시예에서 오목부였던 부분 전부에 홀이 형성되지 않을 수 있고, 이에 따라 오목부와 홀이 공존할 수도 있다.The
도 4a 및 도 4b 를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지의 하절연부재(30")는 그 상면에 다수의 돌기부(36)가 형성되어 있다.4A and 4B, a plurality of
상기 돌기부(36)의 역할은 전술한 실시예들에서 요철부 중 볼록부의 역할과 동일하다. 즉, 본 실시예의 경우 상기 돌기부(36)는 전극조립체의 저면과 하절연부재(30")가 서로 밀착되지 않도록 하여 전해액의 이동을 자유롭게 한다.The role of the
또한, 상기 하절연부재(30")의 하면은 평평한 것이 바람직하다. 이는 캔의 바닥면과 하절연부재 하면이 밀착되도록 하여 전해액이 그 사이에 고이지 않도록 하기 위함이다.In addition, it is preferable that the lower surface of the lower insulating
또한, 상기 하절연부재(30")의 가장자리부 외의 영역에 상기 돌기부(36)가 위치하는 것이 바람직하다. 이는 상기 돌기부(36)가 전해액 이동에 대한 배리어로 작용하지 않도록 하기 위함이다. In addition, it is preferable that the
또한, 상기 하절연부재(30")에 다수의 홀(37)이 형성되어 있다. 이에 따라, 전극조립체의 측면을 따라 하방으로 흘러내려 캔의 바닥에 있는 전해액은 하절연부재(30")에 형성된 다수의 홀(37)을 통과해 전극조립체의 저면쪽으로 이동할 수 있게 된다.In addition, a plurality of
이때, 상기 홀(37)은 상기 돌기부(36)가 형성되지 않은 부분에 형성되는 것이 바람직하다. 돌기부(36) 부분에 홀이 형성된다면, 하절연부재의 상면에 돌기부를 형성하여 전해액 함침 루트를 확보하려는 본 발명의 목적에 반하기 때문이다.In this case, the
본 발명에 의하면, 전극조립체와 캔의 바닥면 사이를 절연하는 하절연부재의 상면에 요철부를 형성함으로써, 전극조립체의 저면과 하절연부재가 서로 밀착되지 않아, 전극조립체의 측면을 따라 하방으로 흘러내린 전해액은 상기 요철부 중 오목부에 고이거나 오목부 사이를 통해 측방으로 이동할 수 있게 된다. 따라서, 전극조립체의 저면을 통한 상방으로의 전해액 확산이 용이해져, 전극조립체에 전해액이 충분히 함침될 수 있고, 또한 함침 시간이 단축될 수 있다. 이는 하절연부재의 상면에 돌기부를 형성한 경우에도 마찬가지이다.According to the present invention, by forming an uneven portion on the upper surface of the lower insulating member insulated between the electrode assembly and the bottom surface of the can, the bottom surface of the electrode assembly and the lower insulating member do not adhere to each other, and flow downward along the side of the electrode assembly. The lowered electrolyte solution is accumulated in the concave portion of the concave and convex portions, and can move laterally through the concave portions. Therefore, the electrolyte can be easily diffused upward through the bottom of the electrode assembly, so that the electrolyte can be sufficiently impregnated with the electrode assembly, and the impregnation time can be shortened. The same applies to the case where the projection is formed on the upper surface of the lower insulating member.
본 발명은 도시된 실시예를 중심으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있음을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the illustrated embodiments, it is merely exemplary, and the present invention may encompass various modifications and equivalent other embodiments that can be made by those skilled in the art. Will understand.
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