KR100686850B1 - Cylindrical type lithium secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 나타내는 사시도, 단면도 및 분해 사시도이고, 도 1d는 하부 절연판을 확대 도시한 평면도이고, 도 1e는 하부 절연판에 센터핀이 삽입된 상태를 나타내는 확대 단면도이다.1A, 1B and 1C are perspective, cross-sectional and exploded perspective views illustrating a cylindrical lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention, FIG. 1D is an enlarged plan view of a lower insulating plate, and FIG. 1E is centered on a lower insulating plate. An enlarged cross sectional view showing a state where a pin is inserted.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지의 하부 절연판을 확대 도시한 평면도이다.2 is an enlarged plan view of a lower insulating plate of a cylindrical lithium secondary battery according to another embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지의 하부 절연판을 확대 도시한 평면도이다.3 is an enlarged plan view of a lower insulating plate of a cylindrical lithium secondary battery according to another embodiment of the present invention.
도 4은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지의 하부 절연판을 확대 도시한 평면도이다.4 is an enlarged plan view of a lower insulating plate of a cylindrical lithium secondary battery according to another embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 ><Brief Description of Major Codes in Drawings>
100: 원통형 리튬 이차 전지 111: 음극판100: cylindrical lithium secondary battery 111: negative electrode plate
112: 양극판 113: 세퍼레이터112: positive electrode plate 113: separator
114: 음극탭 115: 양극탭114: negative electrode tab 115: positive electrode tab
116: 하부 절연판 116a: 단차부116:
117: 상부 절연판 120: 센터핀117: upper insulation plate 120: center pin
125,225,325,425: 홀 127,227,327,427: 홈125,225,325,425: Hall 127,227,327,427: Home
130: 캔 131: 원통면130: can 131: cylindrical surface
132: 바닥면 133: 비딩부132: bottom surface 133: bead
134: 크림핑부 140: 캡 조립체134: crimping portion 140: cap assembly
141: 가스켓 142: 안전 벤트141: gasket 142: safety vent
143: 회로 기판 143a: 배선 패턴143:
144: 양성 온도 소자 145: 양극 캡144: positive temperature element 145: anode cap
145a: 통공145a: through
본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스웰링(swelling)될 수 있는 하부 절연판을 구비함으로써, 진동, 충격, 낙하, 압괴 및 충돌 등의 여러 상황에서 전극 조립체가 캔 내부에서 고정될 수 있는 원통형 리튬 이차 전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly, by having a lower insulating plate that can be swelled, whereby an electrode assembly can be fixed inside a can in various situations such as vibration, shock, dropping, crushing, and collision. It relates to a cylindrical lithium secondary battery that can be.
일반적으로 원통형 리튬 이차 전지는 젤리 롤 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체가 결합되는 원통 형태의 캔과, 캔 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동이 가능하도록 하는 전해액과, 캔의 일측에 결합되어 전해액의 누액을 방지하고, 전극 조립체의 이탈을 방지하는 캡 조립체 등으로 이루어져 있다. 그리고 전극 조립체의 중앙부에는 젤리롤 형상의 전극 조립체가 변형되지 않도록 센터핀이 더 설치될 수도 있다. In general, a cylindrical lithium secondary battery includes an electrode assembly in the form of a jelly roll, a cylindrical can in which the electrode assembly is coupled, an electrolyte that is injected into the can to allow lithium ions to move, and is coupled to one side of the can to And a cap assembly for preventing leakage and preventing separation of the electrode assembly. In addition, a center pin may be further installed at the center of the electrode assembly such that the jelly roll-shaped electrode assembly is not deformed.
이러한 원통형 리튬 이차 전지는 통상 그 용량이 2000~ 2400mA 정도이기 때문에, 주로 대용량의 전력이 필요한 노트 피씨(note PC), 디지털 카메라, 캠코더 등에 장착되고 있다. 일례로 이러한 원통형 리튬 이차 전지는 다수개가 필요한 개수만큼 직병렬로 연결되고, 또한 보호회로가 장착된 채 소정 형태의 하드팩(hard pack)으로 조립되어 전자기기에 전원용으로 결합되어 이용된다.Since the cylindrical lithium secondary battery generally has a capacity of about 2000 to 2400 mA, the cylindrical lithium secondary battery is mainly mounted on a note PC, a digital camera, a camcorder, or the like, which requires a large amount of power. For example, a plurality of cylindrical lithium secondary batteries are connected in series and in parallel as many as necessary, and are assembled into a hard pack of a predetermined type with a protection circuit installed therein and used to be coupled to a power source for an electronic device.
또한, 이러한 원통형 리튬 이차 전지의 제조 방법은 음극 활물질이 코팅된 음극판, 세퍼레이터 및 양극 활물질이 코팅된 양극판을 함께 적층한 후, 봉형태의 권취축에 일단을 결합한 후, 대략 원통 형태로 권취하여 전극 조립체를 형성한다. 이어서, 전극 조립체를 원통형 캔에 삽입한 후 전극 조립체에 센터핀을 삽입한다. 이어서, 원통형 캔에 전해액을 주입하고, 캡 조립체를 원통형 캔의 상부에 결합함으로써, 대략 원통 형태의 리튬 이차 전지를 완성한다.In addition, in the method of manufacturing the cylindrical lithium secondary battery, a negative electrode plate coated with a negative electrode active material, a separator, and a positive electrode plate coated with a positive electrode active material are laminated together, and one end is bonded to a rod-shaped winding shaft, and then wound in a substantially cylindrical shape to form an electrode. To form an assembly. The electrode assembly is then inserted into the cylindrical can and then the center pin is inserted into the electrode assembly. Subsequently, an electrolyte solution is injected into the cylindrical can, and the cap assembly is coupled to the upper portion of the cylindrical can, thereby completing a substantially cylindrical lithium secondary battery.
그런데, 상기와 같은 원통형 리튬 이차 전지는 진동, 충격, 낙하, 압괴 및 충돌 등의 상태에서, 젤리 롤 형태의 전극 조립체가 캔의 내부에서 소정 방향으로 회전하거나 또는 길이 방향(상, 하 방향)을 따라서 소정 방향으로 움직이는 현상이 발생할 수 있다. 더욱이, 이러한 전극 조립체의 유동으로 인하여 각종 금속 접속(또는 연결) 부위의 접촉 저항이 커지게 되고, 이에 따라 전지가 출력할 수 있는 최대 출력이 작아질 수 있다. 또한, 진동, 충격, 낙하, 압괴 및 충돌 등의 상태에서, 전극 조립체 중앙부에 삽입되는 센터핀도 움직이는 현상이 발생하여, 전극 조립체의 변형을 발생시킬 수 있다. 이로 인해, 전극간의 단락(short)이 발생되어 전지의 발화 및 폭발이 발생될 수 있다. 따라서, 전지의 안전성 및 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다. However, in the cylindrical lithium secondary battery as described above, the electrode assembly in the form of a jelly roll rotates in a predetermined direction or extends in a longitudinal direction (up and down directions) in a state of vibration, shock, drop, crushing, and collision. Therefore, the phenomenon of moving in a predetermined direction may occur. In addition, the flow of the electrode assembly increases the contact resistance of various metal connection (or connection) sites, thereby reducing the maximum output that the battery can output. In addition, in a state of vibration, impact, drop, crush, and collision, the center pin inserted into the center of the electrode assembly may also move to cause deformation of the electrode assembly. As a result, a short circuit between the electrodes may occur to cause ignition and explosion of the battery. Therefore, there is a problem that the safety and reliability of the battery is poor.
한편, 이러한 원통형 리튬 이차 전지는 과충전시 폭발 현상을 방지하기 위해, 과충전에 의한 내부 압력 증가시 형태가 변형되는 안전 벤트, 안전 벤트의 형태 변경에 의해 전류가 차단되는 회로 기판이 설치되고 있다. 통상, 안전벤트 및 회로 기판은 총칭하여 CID(Current Interrupt Device)라고도 하며, 이는 캡 조립체의 한 구성 요소이다.On the other hand, in order to prevent the explosion phenomenon during overcharging, such a cylindrical lithium secondary battery is provided with a safety vent that is deformed when the internal pressure increases due to overcharging, and a circuit board which blocks current by changing the shape of the safety vent. Safety vents and circuit boards are commonly referred to collectively as current interrupt devices (CIDs), which are one component of the cap assembly.
이러한 원통형 리튬 이차 전지의 안전 벤트 및 회로 기판의 작용을 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.The operation of the safety vent and the circuit board of the cylindrical lithium secondary battery will be described in more detail as follows.
예를 들어, 원통형 리튬 이차 전지가 과충전 상태가 되면, 전극 조립체의 대략 상부 영역부터 전해액이 증발하여 저항이 증가하기 시작한다. 더욱이, 이때 리튬이 석출되면서 전극 조립체의 대략 중심 영역부터 변형이 일어나기 시작한다. 물론, 상기 전극 조립체의 상부 영역의 저항 증가에 따라 국부적으로 발열이 시작되어 전지 온도도 급상승한다.For example, when the cylindrical lithium secondary battery is in an overcharged state, the electrolyte begins to increase in resistance from the approximately upper region of the electrode assembly. Moreover, at this time, lithium begins to deform from approximately the center region of the electrode assembly. Of course, as the resistance of the upper region of the electrode assembly increases, heat generation starts locally, and the battery temperature also rapidly increases.
이와 같은 상태가 되면, 통상 과충전시 분해되어 가스를 발생하는 사이클로 헥실 벤젠(Cyclo Hexyl Benzene: CHB) 및 바이 페닐(Biphenyl: BP)(전해액 첨가제)등의 작용에 의해 내부 압력이 급격히 증가하게 된다. 이러한 내부 압력은 캡 조립체의 한 구성 요소인 안전 벤트를 바깥 방향으로 밀어내고(즉, 바깥 방향으로 변형 시키고), 이에 따라 그 위에 설치되어 있던 회로 기판이 파손됨으로써 전류를 차단하게 된다. 즉, 회로 기판에 형성된 배선 패턴이 끊어짐으로써, 더 이상 전류가 흐르지 않게 된다. 물론, 전류가 차단되면 과충전 상태가 방지됨으로써, 전지의 발열, 누액, 발연, 폭발 및 발화 현상 등도 방지된다.In such a state, the internal pressure is rapidly increased by the action of cyclohexyl benzene (CHB) and biphenyl (BP) (electrolyte additive), which decomposes during overcharging and generates gas. This internal pressure pushes the safety vent, one component of the cap assembly outward (ie, outward), thereby breaking the current by breaking the circuit board installed thereon. In other words, the wiring pattern formed on the circuit board is broken so that no current flows any more. Of course, when the current is cut off, the overcharge state is prevented, thereby preventing heat generation, leakage, smoke, explosion, and ignition of the battery.
한편, 상기와 같은 과충전 현상에 의해 전지 내부 압력이 임계치 이상이 되면, 상기 안전 벤트 자체가 찢어지면서 내부 가스가 모두 외부로 방출되기도 한다.On the other hand, when the internal pressure of the battery is higher than the threshold due to the overcharge phenomenon as described above, the safety vent itself may be torn and all the internal gas may be released to the outside.
그런데, 일반적으로 전해액의 첨가제인 사이클로 헥실 벤젠 및 바이 페닐 등은 전지의 용량을 감소시키기 때문에 전해액에 충분하게 첨가하지 못하는 한계가 있다. 즉, 전해액에 첨가된 사이클로 헥실 벤젠, 바이 페닐과 전지의 용량, 수면, 품질 사이에는 트레이드 오프(trade off) 관계가 있다.However, in general, cyclohexyl benzene, biphenyl, and the like, which are additives of the electrolyte, have a limitation in that they cannot be sufficiently added to the electrolyte because the capacity of the battery is reduced. That is, there is a trade off relationship between cyclohexyl benzene and biphenyl added to the electrolyte, and the capacity, water surface, and quality of the battery.
이에 따라, 전지의 종류에 따라 약간씩 차이가 있긴 하지만, 전지 내부의 안전 벤트를 변형시키는 압력(또는 회로 기판을 파괴시키는 압력)이 대략 5~11Kgf/cm2 이면, 안전 벤트의 변형을 위해 대략 10-22ml의 가스가 필요한 것으로 알려져 있다. 그러나, 계산상 전해액 중에 포함된 0.7%의 사이클로 헥실 벤젠이 모두 분해 된다고 해도 대략 4.116ml의 가스가 발생하고, 또한, 0.3%의 바이 페닐이 모두 분해 된다고 해도 대략 1.833ml의 가스가 발생한다. 더불어, 화성 공정에서 대략 1.5ml의 가스가 더 발생한다. 그러나 이러한 세가지 가스를 모두 합쳐도 대략 7.449ml밖에 안되고, 이때 대략 3.75 Kgf/cm2 의 힘을 안전 벤트에 가하게 될 뿐이다. 즉, 과충전시 안전 벤트를 변형시키거나 또는 이로 인해 회로 기판을 파괴시키 는 압력은 대략 5~11Kgf/cm2 이 필요하지만, 실제로 전해액에 첨가될 수 있는 첨가제의 양에 한계가 있고, 또한 보이드 볼륨으로 인해 가스가 대략 3.75 Kgf/cm2 만 제공됨으로써, 안전 벤트가 동작하지 않거나 또는 안전 벤트의 동작 시간이 지연된다. 다른 말로 하면, 과충전시 전류 차단 시간이 지연된다. 따라서, 그 지연된 시간만큼 과충전이 더 진행되고 또한 전지 온도도 더 증가함으로써, 전지의 폭발이나 발화가 일어날 확률이 매우 높아지는 문제가 있다.As a result, although there is a slight difference depending on the type of battery, if the pressure for deforming the safety vent inside the battery (or the pressure for destroying the circuit board) is about 5 to 11 Kgf / cm 2 , the pressure for the safety vent is deformed. It is known that 10-22 ml of gas is required. However, even if all the hexyl benzene in the 0.7% cycle contained in the electrolyte is decomposed, approximately 4.116 ml of gas is generated, and even if all 0.3% of biphenyls are decomposed, approximately 1.833 ml of gas is generated. In addition, approximately 1.5 ml of gas is generated in the chemical conversion process. However, when all three of these gases are combined, it is only about 7.449 ml, which is about 3.75 It will only apply a force of Kgf / cm 2 to the safety vent. In other words, the pressure to deform the safety vent during overcharging or thereby destroy the circuit board requires approximately 5 to 11 Kgf / cm 2 , but there is a limit to the amount of additives that can actually be added to the electrolyte, and also the void volume. Due to gas roughly 3.75 By providing only Kgf / cm 2 , the safety vent does not operate or the operating time of the safety vent is delayed. In other words, the current blocking time is delayed during overcharging. Therefore, there is a problem in that overcharge proceeds further by the delayed time and the battery temperature further increases, so that the probability of explosion or ignition of the battery becomes very high.
더욱이, 종래의 전지는 과충전에 의해 고온 상태가 지속되는데, 주지된 바와 같이 전해액은 주로 불에 타기 쉬운 유기 용매로 이루어져 있기 때문에, 상기와 같은 고온의 상태에서 전기적 스파크 등에 의해 쉽게 발연 및 발화되는 문제가 있다. Moreover, the conventional battery is maintained at a high temperature state by overcharging. As is well known, since the electrolyte mainly consists of an organic solvent which is easy to burn, it is easily smoked and ignited by an electrical spark or the like at such a high temperature state. There is.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 스웰링(swelling)될 수 있는 하부 절연판을 구비함으로써, 진동, 충격, 낙하, 압괴 및 충돌 등의 여러 상황에서 전극 조립체가 캔 내부에서 고정될 수 있고, 전극 조립체의 중앙부에 삽입되는 센터핀이 고정될 수 있는 원통형 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a lower insulating plate that can be swelled, thereby providing an electrode in various situations such as vibration, shock, dropping, crushing and collision. It is to provide a cylindrical lithium secondary battery in which the assembly can be fixed inside the can and the center pin inserted into the center portion of the electrode assembly can be fixed.
본 발명의 또다른 목적은 스웰링 하는 수지로 하부 절연판을 형성함으로써, 니켈 탭(Ni Tab)을 캔에 고정할 수 있고 캔 내에 존재하는 보이드 볼륨(또는 데드 스페이스)을 감소시켜 전해액 첨가제의 함유량을 감소할 수 있는 원통형 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to form a lower insulating plate with a swelling resin, so that the nickel tab can be fixed to the can and the void volume (or dead space) present in the can is reduced to reduce the content of the electrolyte additive. It is to provide a cylindrical lithium secondary battery that can be reduced.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원통형 리튬 이차 전지는 음극탭이 부착된 음극판, 양극탭이 부착된 양극판 및 상기 음극판 및 양극판 사이에 위치하는 세퍼레이터가 적층되어 젤리롤 형태로 감긴 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납된 원형 캔; 및 상기 캔의 상부에 결합된 캡 조립체를 구비하여 이루어지며, 상기 전극 조립체의 하부와 상기 캔의 바닥면 사이에, 상기 전극 조립체를 고정하도록 스웰링(swelling)이 가능한 하부 절연판이 구비됨을 특징으로 한다.Cylindrical lithium secondary battery according to the present invention for achieving the above object is an electrode assembly having a negative electrode tab is attached, the positive electrode tab is attached to the positive electrode plate and the separator is disposed between the negative electrode plate and the positive electrode plate wound in a jelly roll form; A circular can containing the electrode assembly; And a cap assembly coupled to an upper portion of the can, and between the lower portion of the electrode assembly and the bottom surface of the can, a lower insulating plate capable of swelling to fix the electrode assembly is provided. do.
본 발명의 따른 원통형 리튬 이차 전지는 상기 전극 조립체의 중앙부를 지나 상기 하부 절연판의 중앙에 형성된 홀에 삽입되는 센터핀을 더 구비할 수 있다.The cylindrical lithium secondary battery according to the present invention may further include a center pin inserted into a hole formed in the center of the lower insulating plate passing through the central portion of the electrode assembly.
상기 센터핀은 상기 하부 절연판의 홀에 삽입되어 고정될 수 있다.The center pin may be inserted into and fixed to the hole of the lower insulating plate.
상기 하부 절연판의 중앙부에는 상기 홀의 주변부를 둘러싸는 영역이 상기 캡 조립체 방향으로 소정거리 신장되어 다른 영역과 단차지게 형성된 단차부가 포함될 수 있다.The center portion of the lower insulating plate may include a stepped portion formed to be stepped with another region by extending a predetermined distance toward the cap assembly in a direction surrounding the periphery of the hole.
상기 하부 절연판은 스웰링(swelling) 하는 수지로 이루어질 수 있어, 상기 하부 절연판은 폴리부틸렌테레프탈레이트(Poly butylene terephthalate) 및 폴리비닐리덴플루오라이드(Poly vinylidene fluoride) 중 어느 하나로 선택되어 이루어질 수 있다.The lower insulating plate may be made of a swelling resin, and the lower insulating plate may be selected from any one of poly butylene terephthalate and poly vinylidene fluoride.
상기 단차부의 내측 외주부와 외측 외주부는 평면상 원형으로 이루어질 수 있다.The inner outer circumferential portion and the outer outer circumferential portion of the stepped portion may be formed in a circular plane.
상기 단차부의 내측 외주부는 평면상 육각형이고, 외측 외주부는 평면상 원 형으로 이루어질 수 있다.The inner circumferential portion of the stepped portion may have a hexagonal plane, and the outer circumferential portion may have a circular plane shape.
상기 단차부의 내측 외주부는 평면상 원형이고, 외측 외주부는 평면상 육각형으로 이루어질 수 있다.The inner circumferential portion of the stepped portion may be circular in planar shape, and the outer circumferential portion of the stepped portion may be hexagonal in plane.
상기 단차부의 내측 외주부와 외측 외주부는 평면상 육각형으로 이루어질 수 있다.The inner outer circumferential portion and the outer outer circumferential portion of the stepped portion may be formed in a hexagonal plane.
상기 하부 절연판의 주변부 일측에는 상기 음극탭이 지나는 홈이 형성될 수 있다.A groove through which the negative electrode tab passes may be formed at one side of the peripheral portion of the lower insulating plate.
이하 도면을 참조하면서 본 발명의 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 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지를 나타내는 사시도, 단면도 및 분해 사시도이고, 도 1d는 하부 절연판을 확대 도시한 평면도이고, 도 1e는 하부 절연판에 센터핀이 삽입된 상태를 나타내는 확대 단면도이다.1A, 1B and 1C are perspective, cross-sectional and exploded perspective views illustrating a cylindrical lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention, FIG. 1D is an enlarged plan view of a lower insulating plate, and FIG. 1E is centered on a lower insulating plate. An enlarged cross sectional view showing a state where a pin is inserted.
먼저, 도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지(100)는 전극 조립체(110)와, 전극 조립체(110)에 결합된 센터핀(120)과, 전극 조립체(110) 및 센터핀(120)이 수납된 캔(130)과, 캔(130)의 상부를 막는 캡 조립체(140)를 포함한다. 또한, 본 발명에 의한 원통형 리튬 이차 전지(100)는 전극 조립체(110)의 하부와 캔(130)의 바닥면(132) 사이에, 전극 조립체(110)와 센터핀(112)을 고정하도록 스웰링(swelling)이 가능한 하부 절연판(116)을 더 포함한다.First, as shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C, the cylindrical lithium
전극 조립체(110)는 음극 활물질(예들 들면, 흑연, 탄소 등등)이 코팅된 음극판(111), 양극 활물질(예를 들면, 전이금속산화물(LiCoO2, LiNiO2 , LiMn2O4 등등))이 코팅된 양극판(112) 및, 음극판(111)과 양극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(113)로 이루어져 있으며, 위의 음극판(111), 양극판(112) 및 세퍼레이터(113)는 대략 원기둥 형태로 권취되어 원통형 캔(130)에 수납된다. 여기서, 음극판(111)은 구리(Cu)포일, 양극판(112)은 알루미늄(Al) 포일, 세퍼레이터는(113)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 음극판(111)에는 하부로 일정길이 돌출되어 연장된 음극탭(114)이, 양극판(112)에는 상부로 일정 길이 돌출된 양극탭(115)이 용접될 수 있으나, 그 반대도 가능하다. 더불어, 음극탭(114)은 니켈(Ni) 재질, 양극탭(115)은 알루미늄(Al) 재질일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.The
센터핀(120)은 전극 조립체(110)의 대략 중앙에 결합되어 있으며, 이는 전지의 충ㆍ방전 중 전극 조립체(110)의 변형을 억제하는 역할을 한다. 이러한 센터핀은 금속 재질로 형성될 수 있으며, 전극 조립체의 중앙에 삽입되기 용이하도록 상단과 하단 각각에 직경이 작아지는 챔버(chamfer) 또는 테퍼(taper)가 형성될 수 있다. 물론, 이러한 형태로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. The
캔(130)은 대략 원통 형태로서, 일정 직경을 갖는 원통면(131)이 형성되고, 원통면(131)의 하부에는 대략 원판 형태의 바닥면(132)이 형성되어 있으며, 상부는 개방되어 있다. 따라서, 전극 조립체(110) 및 센터핀(120)은 원통형 캔(130)의 상부를 통해 하부로 바로 삽입될 수 있다. 여기서, 전극 조립체(110)의 음극탭(114)은 원통형 캔(130)의 바닥면(132)에 용접될 수 있다. 따라서, 원통형 캔(130)은 음극으로 동작할 수 있다. 물로, 반대로 양극탭(115)이 원통형 캔(130)의 바닥면(132)에 용접될 수 있으며, 이러한 경우 원통형 캔(130)은 양극으로 동작할 수 있다. 또한, 전극 조립체(110)의 하면에는 하부 절연판(116) 및 상부에는 상부 절연판(117)이 각각 위치되어 전극 조립체(110)와 원통형 캔(130)의 불필요한 전기적 쇼트가 방지되도록 되어 있다. 한편, 원통형 캔(130)은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄 또는 이의 등가물로 형성 가능하나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.The can 130 has a substantially cylindrical shape, a
캡 조립체(140)는 원통형 캔(130)의 상부 영역(즉, 전극 조립체(110) 및 센터핀(120)의 상부 영역)에 대략 링 형태로 절연성 가스켓(141)이 결합되고, 절연성 가스켓(141)에는 도전성 안전 벤트(142)가 결합되어 이루어질 수 있다. 여기서, 안전 벤트(142)에는 양극탭(115)이 접속될 수도 있다. 물론, 반대로 안전 벤트(142)에는 음극탭(114)이 접속될 수도 있다. 안전 벤트(142)는 주지된 바와 같이 캔(130) 내부의 압력 상승시 변형되거나 파열되어 하기할 회로 기판(143)을 파손시키거나 또는 가스를 외부로 방출시키는 역할을 한다. 또한, 안전 벤트(142)의 상부에는 안전 벤트(142)의 변형시 파손 또는 파괴되어 전류가 차단되는 회로 기판(143)이 더 위치되어 있고, 회로 기판(143)의 상부에는 과전류시 전류가 차단되는 양성 온도 소자(144)가 위치되어 있다. 더불어, 양성 온도 소자(144)의 상부에는 외부에 양극 전압(또는 음극 전압)을 제공하며, 가스 배출이 용이하도록 다수의 통공(145a)이 형성된 양극 캡(145)(또는 음극 캡)이 더위치되어 있다. 물론, 상술한 안전 벤트(142), 회로 기판(143), 양성 온도 소자(144) 및 양극 캡(145)은 모두 절연성 가스켓(141) 내측에 장착되어 있음으로써, 원통형 캔(130)과의 직접적인 쇼트가 방지되도록 되어 있다. 더불어, 회로 기판(143)의 표면에는 배선 패턴(143a)이 형성되어 있는데, 이러한 배선 패턴(143a)은 회로 기판(143)이 파손되거나 파괴되면 자연스럽게 끊어지도록 되어 있다.The
한편, 원통형 캔(130)에는 캡 조립체(140)가 외부로 이탈되지 않도록 캡 조립체(140)를 중심으로 그 하부에는 내부로 움푹 파인 비딩부(beading part)(133)가 형성되고, 그 상부에는 내부로 절곡된 크림핑부(crimping part)(134)가 형성되어 있다. 이러한 비딩부(133) 및 크림핑부(134)는 캡 조립체(140)를 원통형 캔(130)에 단단히 고정 및 지지하는 역할을 하며, 또한 하기할 전해액이 외부로 누액되지 않도록 하는 역할을 한다.On the other hand, the cylindrical can 130 has a
더불어, 원통형 캔(130)의 내측에는 전해액(도면에 도시되지 않음)이 주입되어 있으며, 이는 충방전시 전지 내부의 음극판(111) 및 양극판(112)에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온이 이동 가능하게 하는 역할을 한다. 이러한 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 전해액은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으며, 여기서 전해액의 종류를 한정하는 것은 아니다.In addition, an electrolyte solution (not shown) is injected into the
이어서, 도 1d 및 도 1e에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 원 통형 리튬 이차 전지의 하부 절연판(116)은 중앙부에 센터핀(120)이 삽입될 홀(125)의 주변부를 둘러싸는 영역이 캡 조립체 방향으로 소정거리 신장되어 다른 영역과 단차지게 형성된 단차부(116a)와, 주변부 일측에 음극탭(114)이 캔(130)의 바닥면(132)에 용접되도록 지나가는 홈(127)을 포함한다.Subsequently, as shown in FIGS. 1D and 1E, the lower insulating
이러한 하부 절연판(116)은 전극 조립체(110)의 하부와 캔(130)의 바닥면(132) 사이에 형성되어, 전극 조립체(110)와 캔(130)의 바닥면을 절연시키는 역할을 한다. 본 발명의 특징인 하부 절연판(116)은 전극 조립체(110)와 센터핀(120)을 고정하도록 스웰링(swelling)이 가능한 수지, 예를 들어, 폴리부틸렌테레프탈레이트(Poly butylene terephthalate) 또는 폴리비닐리덴플루오라이드(Poly vinylidene fluoride) 등으로 이루어질 수 있다. 이렇게 스웰링(swelling)이 가능한 수지로 이루어진 하부 절연판(160)은 전해액이 수납된 캔(130)의 내부에서 팽창되어, 전극 조립체(130)과 센터핀(120)을 고정시킨다. 특히, 하부 절연판(160)의 단차부(116a)는 스웰링될때, 단차부(116a)의 내측은 전극 조립체(130)의 중앙에 삽입된 센터핀(120) 방향으로 스웰링 되어 센터핀(120)을 고정하며 단차부(116a)의 외측은 캔(130)의 원통면(131) 방향으로 스웰링 되어 전극 조립체를 고정한다. 물론, 단차부(116a)외에 하부 절연판(160)의 다른 영역도 상하좌우로 스웰링되어 캔(130)의 바닥면(132)와 비딩부(133)와의 사이에서 전극 조립체(130)를 고정하며, 또한 센터핀(120)과 캔(130)의 원통면(131)과의 사이에서 전극 조립체(130)를 고정한다. The lower insulating
이렇게 하부 절연판(160)은 전해액에서 팽창하여, 캔(130) 내에 존재하는보이드 볼륨 또는 데드 볼륨(void volume or dead volume)을 감소시킬 수 있다. 이와 같이, 보이드 볼륨 또는 데드 볼륨이 감소되면, 전지의 과충전시 안전 벤트의 변형을 위해 필요한 가스가 줄어들게 된다. 이에 따라, 본 발명의 따른 원통형 리튬 이차 전지의 하부 절연판(160)은 종래의 원통형 리튬 이차 전지에서 과충전시 내부 압력을 급격히 증가시키기 위해 가스를 발생하는 사이클로 헥실 벤젠(Cyclo Hexyl Benzene: CHB) 및 바이 페닐(Biphenyl: BP)등의 전해액 첨가제를 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 스웰링 되는 하부 절연판(116)을 구비하는 원통형 리튬 이차 전지는 사이클로 헥실 벤젠(Cyclo Hexyl Benzene: CHB) 및 바이 페닐(Biphenyl: BP)등의 전해액 첨가제를 줄일 수 있어, 전해액을 통한 리튬 이온 이동이 용이하게 된다. 따라서, 전지의 용량을 높일 수 있다.As such, the lower insulating plate 160 may expand in the electrolyte to reduce the void volume or dead volume existing in the
또한, 하부 절연판(116)이 하부 절연판(116)에 형성된 홈(127)을 지나가는 음극탭(114)을 캔(130)의 바닥면(132)에 접어 눌러줌으로써 음극탭(114)을 캔(130)의 바닥면(132)에 접혀 고정되도록 하는 역할을 한다. In addition, the
여기서, 하부 절연판(116)의 단차부(116a)는 내측 외주부와 외측 외주부가 평면상 원형으로 형성되어 이루어질 수 있다. 단차부(116a)는 여러가지 형태로 이루어질 수 있으며, 그 예들은 도 2 내지 도 4에 나타낼 것이다.Here, the stepped
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지의 하부 절연판을 확대 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지의 하부 절연판을 확대 도시한 평면도이고, 도 4은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지의하부 절연판을 확대 도시한 평면도이다.2 is an enlarged plan view of a lower insulating plate of a cylindrical lithium secondary battery according to another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an enlarged plan view of a lower insulating plate of a cylindrical lithium secondary battery according to another embodiment of the present invention. 4 is an enlarged plan view of a lower insulating plate of a cylindrical lithium secondary battery according to still another embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 4에 도시된 하부 절연판은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지의 하부 절연판과 비교하여 형상만 다를 뿐 재질 및 기능이 동일하여 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.The lower insulating plates shown in FIGS. 2 to 4 have the same materials and functions as the lower insulating plates of the cylindrical lithium secondary battery according to the exemplary embodiment of the present invention, and thus the description of the same components will be omitted. .
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지의 하부 절연판(216)은 중앙부에 센터핀이 삽입될 홀(225)의 주변부를 둘러싸는 영역이 캡 조립체 방향으로 소정거리 신장되어 다른 영역과 단차지게 형성된 단차부(216a)와 음극탭이 캔의 바닥면에 용접되도록 지나가는 홈(227)을 포함한다. 여기서, 하부 절연판(216)의 단차부(216a)는 내측 외주부가 평면상 육각형이고, 외측 외주부가 평면상 원형으로 형성되어 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 2, in the lower insulating
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 하부 절연판(316)은 중앙부에 센터핀이 삽입될 홀(325)의 주변부를 둘러싸는 영역이 캡 조립체 방향으로 소정거리 신장되어 다른 영역과 단차지게 형성된 단차부(316a)와 음극탭이 캔의 바닥면에 용접되도록 지나가는 홈(327)을 포함한다. 여기서, 하부 절연판(316)의 단차부(316a)는 내측 외주부가 평면상 원형이고, 외측 외주부가 평면상 육각형으로 형성되어 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 3, the lower insulating
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 하부 절연판(416)은 중앙부에 센터핀이 삽입될 홀(425)의 주변부를 둘러싸는 영역이 캡 조립체 방향으로 소정거리 신장되어 다른 영역과 단차지게 형성된 단차부(416a)와 음극탭이 캔의 바닥면에 용접되도록 지나가는 홈(427)을 포함한다. 여기서, 하부 절연판(416)의 단차부(416a)는 내측 외주부와 외측 외주부가 평면상 육각형으로 형성되어 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 4, the
상기한 도 2 내지 도 4에 도시된 하부 절연판은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지의 하부 절연판과 동일하게 전극 조립체의 하부와 캔의 바닥면 사이에 형성되어 전극 조립체와 캔의 바닥면을 절연시키는 역할을 하며, 스웰링(swelling) 되는 수지로 형성되어 전극 조립체와 전극 조립체의 중앙부에 삽입된 센터핀을 고정시켜주는 역할을 한다.2 to 4 are formed between the bottom of the electrode assembly and the bottom surface of the can in the same manner as the bottom insulation plate of the cylindrical lithium secondary battery according to the exemplary embodiment of the present invention. It serves to insulate the surface and is formed of a swelling resin to fix the center pin inserted in the center of the electrode assembly and the electrode assembly.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 원통형 리튬 이차 전지는 스웰링(swelling)이 가능한 하부 절연판을 형성함으로써 전지의 진동, 충격, 낙하, 압괴 및 충돌 상황에서 캔 내에서 전극 조립체를 고정하여 각종 금속의 연결 부위에 대한 접촉 저항을 감소시켜 최대 출력 전압을 일정하게 유지할 수 있다. As described above, the cylindrical lithium secondary battery according to the present invention forms a lower insulating plate capable of swelling, thereby fixing the electrode assembly in the can in a vibration, shock, drop, crush, and collision situation of the battery to provide various types of metals. The contact resistance to the connection can be reduced to keep the maximum output voltage constant.
또한 본 발명에 따른 원통형 리튬 이차 전지는 스웰링(swelling)이 가능한 하부 절연판을 형성함으로써 전지의 진동, 충격, 낙하, 압괴 및 충돌 상황에서 전극 조립체의 중앙에 삽입된 센터핀을 움직이지 않게 고정시켜 전극 조립체의 변형을 방지하여 전극간의 단락(short)를 방지함으로써, 전지의 발화 및 폭발을 방지할 수 있다.In addition, the cylindrical lithium secondary battery according to the present invention by forming a lower insulating plate capable of swelling (swelling) to fix the center pin inserted in the center of the electrode assembly in the vibration, shock, drop, crushing and collision of the battery stationary By preventing deformation of the electrode assembly to prevent short between the electrodes, it is possible to prevent the battery from ignition and explosion.
그리고, 본 발명에 따른 원통형 리튬 이차 전지는 하부 절연판을 스웰링(swelling) 전해액에서 팽창되게 하여, 캔 내에 존재하는 보이드 볼륨 또는 데드 볼륨(void volume or dead volume)을 감소시킬 수 있다. 이와 같이, 보이드 볼륨 또는 데드 볼륨이 감소되면, 전지의 과충전시 안전 벤트의 변형을 위해 필요한 가스가 줄어들게 된다. 이에 따라, 스웰링되는 하부 절연판을 구비하는 본 발명에 따 른 원통형 리튬 이차 전지는 종래의 원통형 리튬 이차 전지에서 과충전시 내부 압력을 급격히 증가시키기 위해 가스를 발생하는 전해액 첨가제의 양을 감소시킬 수 있다. 따라서, 리튬 이온 이동을 용이하게 함으로써 전지의 용량을 높일 수 있다.In addition, the cylindrical lithium secondary battery according to the present invention allows the lower insulating plate to expand in the swelling electrolyte, thereby reducing the void volume or dead volume existing in the can. As such, when the void volume or the dead volume is reduced, the gas required for deformation of the safety vent during overcharging of the battery is reduced. Accordingly, the cylindrical lithium secondary battery according to the present invention having the swelled lower insulating plate may reduce the amount of the electrolyte additive that generates gas to rapidly increase the internal pressure during overcharging in the conventional cylindrical lithium secondary battery. . Therefore, the capacity of the battery can be increased by making lithium ion migration easier.
아울러, 본 발명에 따른 원통형 리튬 이차 전지는 하부 절연판이 하부 절연판에 형성된 홈을 지나가는 전극탭을 캔의 바닥면에 접어 눌러줌으로써 고정할 수 있다.In addition, the cylindrical lithium secondary battery according to the present invention can be fixed by pressing the electrode tab passing through the groove formed in the lower insulating plate to the bottom surface of the can.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.As described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and any person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Various modifications are possible, of course, and such changes are within the scope of the claims.
Claims (11)
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KR1020050128989A KR100686850B1 (en) | 2005-12-23 | 2005-12-23 | Cylindrical type lithium secondary battery |
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