KR100778998B1 - Lithium rechargeable battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기하학적 구조상 전지의 상하부 거의 전면을 막고 있는 형상을 하고 있는 절연판의 표면을 전해액과 친한 고분자 물질로 코팅하거나, 전해액의 표면장력을 감소시키는 계면활성제로 코팅하여 전해액에 대한 절연판 표면의 배타적인 성향을 낮춤으로써 전지 내부에서의 전해액 유동성이 높아져 고른 함침과 함께 전해액의 함침 속도를 향상시킬 수 있으며, 전해액의 함침성이 향상됨에 따라 전체 공정시간 중에서 많은 부분을 차지하는 함침 공정시간을 줄일 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly, to a surface of an insulating plate having a shape that blocks almost the entire upper and lower parts of a battery due to its geometric structure, or a surfactant for coating a surface of the electrolyte with a polymer material or reducing the surface tension of the electrolyte. By lowering the exclusive tendency of the surface of the insulating plate to the electrolyte solution, the electrolyte flowability inside the battery increases, so that the impregnation rate of the electrolyte solution can be improved and the impregnation rate of the electrolyte solution is improved. The present invention relates to a lithium secondary battery capable of improving productivity by reducing an impregnation process time taking up a portion.

리튬 이차전지, 절연판, 함침성, 계면활성제 Lithium Secondary Battery, Insulation Plate, Impregnation, Surfactant

Description

리튬 이차전지{Lithium rechargeable battery}Lithium rechargeable battery

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이차전지의 사시도1 is a perspective view of a cylindrical lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention

도 2는 도 1의 A-A 단면도2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 상절연판의 평면도3A is a plan view of a phase insulating plate according to an embodiment of the present invention.

도 3b는 도 3a의 B-B 단면도FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. 3A

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 하절연판의 평면도Figure 4a is a plan view of a lower insulating plate according to an embodiment of the present invention

도 4b는 도 4a의 C-C 단면도4B is a cross-sectional view taken along the line C-C in FIG. 4A

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

100 - 원통형 리튬 이차전지 200 - 전극 조립체100-cylindrical lithium secondary battery 200-electrode assembly

210 - 양극판 215 - 양극 탭210-Positive Plate 215-Positive Tab

220 - 음극판 225 - 음극 탭220-Negative Plate 225-Negative Tab

230 - 세퍼레이터 241 - 상절연판230-Separator 241-Phase Insulation Plate

242 - 홀 243 - 양극탭용 홀242-Hole 243-Hole for Positive Tab

244 - 중공 245 - 하절연판244-Hollow 245-Lower Insulation Plate

246 - 음극탭용 홀 249 - 코팅층246-Holes for Cathode Tab 249-Coating Layer

300 - 캔 400 - 캡 조립체300-Can 400-Cap Assembly

본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전해액에 친하지 않은 재질로 되어 있는 기존의 절연판을 그대로 사용하면서 상기 절연판의 표면을 전해액에 친한 물질로 코팅함으로써 전해액의 함침성을 향상시킨 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly, to a lithium secondary battery which improves the impregnation of an electrolyte by coating a surface of the insulating plate with a material familiar with the electrolyte while using an existing insulation plate made of a material that is not familiar with the electrolyte. It relates to a battery.

일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 예를 들면 니켈 카드뮴전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자장치를 일정기간동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.In general, as the light weight and high functionality of portable wireless devices such as a video camera, a portable telephone, a portable computer, and the like progress, a lot of researches have been conducted on secondary batteries used as driving power. Such secondary batteries include, for example, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries are rechargeable, compact, and large-capacity, and are widely used in advanced electronic devices because of their high operating voltage and high energy density per unit weight. These portable electric / electronic devices have a battery pack that can be operated in a place where no separate power source is provided. The built-in battery pack includes at least one battery therein for outputting a predetermined level of voltage for driving the portable electric / electronic device for a period of time.

상기 전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 이차전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴 전지와 니켈-수소 전지 및 리튬 전지와 리튬 이온 전지 등의 리튬 이차전지 등이 있다.In view of economical aspects, the battery pack employs a secondary battery capable of charging and discharging. Representative secondary batteries include lithium secondary batteries such as nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, lithium batteries and lithium ion batteries.

특히, 리튬 이차전지는 작동 전압이 통상 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원 으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.In particular, the lithium secondary battery has an operating voltage of 3.6 V, which is three times higher than that of a nickel-cadmium battery or a nickel-hydrogen battery, which is widely used as a power source for portable electronic equipment, and is rapidly expanding in terms of high energy density per unit weight. It is a trend.

이러한 리튬 이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 상기 리튬 이차전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형, 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. In general, the battery is classified into a liquid electrolyte battery and a polymer electrolyte battery according to the type of electrolyte. A battery using a liquid electrolyte is called a lithium ion battery, and a battery using a polymer electrolyte is called a lithium polymer battery. In addition, the lithium secondary battery is manufactured in various shapes, and typical shapes include cylindrical, square, and pouch types.

통상적으로 상기 원통형 리튬 이차전지는 양극 활물질이 코팅된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅된 음극 전극판 및 상기 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이돈의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 대략 원통형으로 권취된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 원통형 케이스와, 상기 원통형 케이스 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 이루어져 있다.Typically, the cylindrical lithium secondary battery is positioned between a positive electrode plate coated with a positive electrode active material, a negative electrode plate coated with a negative electrode active material, and between the positive electrode plate and the negative electrode plate to prevent a short and to allow only movement of lithium ion. An electrode assembly in which the separator is wound in a substantially cylindrical shape, a cylindrical case accommodating the electrode assembly, and an electrolyte solution injected into the cylindrical case to allow lithium ions to move.

이러한 원통형 리튬 이차전지는 하기와 같이 제조된다.This cylindrical lithium secondary battery is manufactured as follows.

우선, 상기 양극 활물질이 코팅되며 양극 탭이 연결된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅되며 음극 탭이 연결된 음극 전극판 및 세퍼레이터를 적층한 후, 이를 대략 원통형으로 권취하여 전극 조립체를 제조한다. 그런 다음, 상기 대략 원통형의 전극 조립체를 상기 원통형 케이스에 수용하여 상기 전극 조립체가 이탈하지 않도록 한 후, 상기 원통형 케이스에 전해액을 주입한 후, 밀봉하여 원통형 리튬 이 차전지를 완성한다.First, a cathode electrode plate coated with the cathode active material and a cathode electrode plate connected with a cathode active material, an anode electrode plate coated with a cathode active material, an anode tab connected with a separator, and a separator are stacked, and then wound in a substantially cylindrical shape to prepare an electrode assembly. Then, the substantially cylindrical electrode assembly is accommodated in the cylindrical case to prevent the electrode assembly from being separated, the electrolyte is injected into the cylindrical case, and then sealed to complete the cylindrical lithium secondary battery.

한편, 상기 원통형 케이스에 전극 조립체를 삽입하기 전에 전극 조립체와 원통형 케이스와의 절연을 위해 하절연판을 삽입한다. 또한, 전극 조립체를 삽입한 후 밀봉하기 전에 전극 조립체와 캡 조립체와의 절연을 위해 상절연판을 삽입한다.Meanwhile, before inserting the electrode assembly into the cylindrical case, a lower insulating plate is inserted to insulate the electrode assembly from the cylindrical case. In addition, after the electrode assembly is inserted, a phase insulating plate is inserted to insulate the electrode assembly from the cap assembly before sealing.

또한, 각형 리튬 이차전지의 경우에도 캡 조립체를 지지하고 터미널 플레이트와 전극 조립체 사이의 절연을 위한 절연 케이스와, 각형 케이스와 전극 조립체 사이의 절연을 위한 하절연판이 삽입되어 있다.In addition, in the case of the rectangular lithium secondary battery, an insulating case for supporting the cap assembly and insulating between the terminal plate and the electrode assembly and a lower insulating plate for insulating between the rectangular case and the electrode assembly are inserted.

이들 절연판은 통상 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 제조되므로, 전해액에 친하지 않다. 따라서, 전해액이 전극 조립체에 충분히 함침되는데 장애 요소가 된다. 더구나, 전지의 고용량화에 따라 전극 조립체도 점점 고밀도화되어 전극 조립체의 외경이 커지게 된다. 전극 조립체의 외경이 커지게 되면 원통형 케이스와 전극 조립체와의 공간이 줄어 들어, 전해액이 함침하기에 더욱 어려운 구조가 된다. Since these insulating plates are usually made of polyethylene (PE) or polypropylene (PP), they are not familiar with the electrolyte solution. Therefore, the electrolyte solution is an obstacle to sufficient impregnation of the electrode assembly. In addition, as the capacity of the battery increases, the electrode assembly also increases in density, resulting in an increase in the outer diameter of the electrode assembly. When the outer diameter of the electrode assembly is increased, the space between the cylindrical case and the electrode assembly is reduced, which makes the structure more difficult to impregnate the electrolyte.

본 발명은 상술한 종래의 리튬 이차전지의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 리튬 이차전지의 상절연판 또는 절연케이스와, 하절연판의 표면에 전해액이 함침하기에 용이한 재질의 물질을 코팅함으로써, 고밀도의 전극 조립체의 경우에도 전해액의 함침성이 향상된 리튬 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the conventional lithium secondary battery described above, by coating a material of a material easy to impregnate the electrolyte on the surface of the upper insulating plate or insulating case and the lower insulating plate of the lithium secondary battery, In the case of the electrode assembly, an object of the present invention is to provide a lithium secondary battery with improved electrolyte impregnation.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 이차전지는, 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스를 밀봉하는 캡 조립체, 상기 전극 조립체와 케이스 사이 또는 상기 전극 조립체와 상기 캡 조립체 사이에 위치하는 절연판을 포함하여 이루어지는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 절연판 가운데 적어도하나의 표면은 전해액에 대한 젖음성과 퍼짐성이 있어 전해액에 친한 물질로 코팅되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 전해액에 친한 물질은 고분자 물질일 수 있다. 이 때, 상기 고분자 물질은 폴리비닐디플루라이드(PVdF)일 수 있다. 이 경우, 상기 폴리비닐디플루라이드(PVdF)는 PVdF 761, PVdF 2801, 상기 PVdF 761과 상기 PVdF 2801의 혼합물 중 어느 하나인 것이 바람직하다.Lithium secondary battery of the present invention for achieving the above object, an electrode assembly, a case for accommodating the electrode assembly, a cap assembly for sealing the case, located between the electrode assembly and the case or between the electrode assembly and the cap assembly. In the lithium secondary battery comprising an insulating plate, at least one surface of the insulating plate is characterized in that the wettability and spreadability to the electrolyte solution is coated with a material friendly to the electrolyte solution. In this case, the material friendly to the electrolyte may be a polymer material. In this case, the polymer material may be polyvinyl difluoride (PVdF). In this case, the polyvinyl difluoride (PVdF) is preferably any one of PVdF 761, PVdF 2801, a mixture of PVdF 761 and PVdF 2801.

또한, 상기 고분자 물질은 에스테르(ester) 기 또는 카르복시(carboxylic) 기 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수도 있다. In addition, the polymer material may include any one of an ester group and a carboxylic group.

또한, 상기 전해액에 친한 물질은 계면활성제일 수 있다. 이 때, 상기 계면활성제는 BRIJ®일 수 있다. In addition, the material familiar with the electrolyte may be a surfactant. At this time, the surfactant may be BRIJ®.

또한, 상기 절연판의 재질은 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있다. 또한, 상기 리튬 이차전지는 상절연판을 구비하는 원통형일 수 있다. 이 때, 상기 상절연판은 표면에 다수의 홀이 형성될 수 있다.In addition, the insulating plate may be made of polyethylene (PE) or polypropylene (PP). In addition, the lithium secondary battery may have a cylindrical shape having a phase insulating plate. In this case, the phase insulation plate may have a plurality of holes formed on its surface.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 리튬 이차전지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A 단면도이다. 다만, 여기서는 편의상 원통형 리튬 이차전지로 설명을 전개하였으나, 각형 리튬 이차전지의 경우에도 본 발명이 적용될 수 있음은 물론이다.1 is a perspective view of a cylindrical lithium secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line A-A of FIG. However, here, the description has been developed as a cylindrical lithium secondary battery for convenience, but the present invention may be applied to the case of a rectangular lithium secondary battery.

원통형 리튬 이차전지(100)는, 도 1 및 도 2를 참조하면, 전극조립체(200)와, 상기 전극조립체(200)와 전해액을 수용하는 원통형 캔(300)과, 상기 원통형 캔(300) 상부에 조립되어 상기 원통형 캔(300)을 밀봉하며 상기 전극조립체(200)에서 발생되는 전류를 외부 장치로 흐르게 하는 캡조립체(400)를 포함하여 형성된다. 1 and 2, the cylindrical lithium secondary battery 100 includes an electrode assembly 200, a cylindrical can 300 containing the electrode assembly 200 and an electrolyte, and an upper portion of the cylindrical can 300. It is formed to include a cap assembly 400 for sealing the cylindrical can 300 to flow the current generated in the electrode assembly 200 to an external device.

상기 전극조립체(200)는, 도 2를 참조하면, 양극집전체의 표면에 양극활물질층이 코팅된 양극판(210)과 음극집전체의 표면에 음극활물질층이 코팅된 음극판(220)과 상기 양극판(210) 및 음극판(220) 사이에 위치하여 상기 양극판(210)과 음극판(220)을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터(230)가 젤리-롤 형상으로 권취되어 형성된다. Referring to FIG. 2, the electrode assembly 200 includes a positive electrode plate 210 coated with a positive electrode active material layer on a surface of a positive electrode current collector, a negative electrode plate 220 coated with a negative electrode active material layer on a surface of a negative electrode current collector, and the positive electrode plate. A separator 230 positioned between the 210 and the negative electrode plate 220 to electrically insulate the positive electrode plate 210 and the negative electrode plate 220 is wound and formed in a jelly-roll shape.

상기 양극판(210)은, 도면에는 상세히 도시되지 않았지만, 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극집전체와, 그 양면에 코팅된 양극활물질층을 포함하고 있다. 상기 양극판(210)의 양 말단에는 양극활물질층이 형성되지 않은 양극집전체 영역, 즉, 양극무지부가 형성된다. 상기 양극무지부의 일단에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 형성되며, 전극조립체(200)의 상부로 일정 길이 돌출되는 양극 탭(215)이 접합되어 있다. Although not shown in detail in the drawing, the positive electrode plate 210 includes a positive electrode current collector made of a thin metal plate having excellent conductivity, for example, aluminum (Al) foil, and a positive electrode active material layer coated on both surfaces thereof. have. Both ends of the positive electrode plate 210 are provided with a positive electrode current collector region, that is, a positive electrode non-coating portion, in which a positive electrode active material layer is not formed. One end of the positive electrode non-coating portion is generally formed of aluminum (Al), and the positive electrode tab 215 protruding a predetermined length to the upper portion of the electrode assembly 200 is bonded.

또한, 상기 음극판(220)은 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극집전체와, 그 양면에 코팅된 음극활물질층을 포함하고 있다. 상기 음극판(220)의 양 말단은 음극활물질층이 형성되지 않은 음극집전체 영 역, 즉 음극무지부가 형성된다. 상기 음극무지부의 일단에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 형성되며, 전극조립체(200)의 하부로 일정 길이 돌출된 음극 탭(225)이 접합되어 있다. 더불어 상기 전극조립체(200)의 상부 및 하부에는 각각 캡조립체(400) 또는 원통형 캔(300)과의 접촉을 방지하기 위한 절연판(241, 245)이 더 포함되어 형성될 수 있다.In addition, the negative electrode plate 220 includes a negative electrode current collector made of a conductive metal thin plate, for example, copper (Cu) or nickel (Ni) foil, and a negative electrode active material layer coated on both surfaces thereof. Both ends of the negative electrode plate 220 are provided with a negative electrode current collector region, that is, a negative electrode non-coating portion, in which a negative electrode active material layer is not formed. One end of the negative electrode non-coating portion is generally formed of nickel (Ni), and the negative electrode tab 225 protruding a predetermined length to the lower portion of the electrode assembly 200 is bonded. In addition, the upper and lower portions of the electrode assembly 200 may further include insulating plates 241 and 245 for preventing contact with the cap assembly 400 or the cylindrical can 300, respectively.

상절연판(241)은, 도 2 및 도 3a를 참조하면, 상기 캡 조립체(400), 특히 안전 밴트(410)와 상기 전극 조립체(200)의 상부 사이에 위치한다. 상기 상절연판(241)은 전극 탭, 예를 들면 양극 탭(215)과 전기적으로 접속된 안전 밴트(410)를 포함하는 캡 조립체(400)와 전극 조립체(200) 사이에 발생할 수 있는 단락을 방지한다. 상기 상절연판(241)에는, 도 3a를 참조하면, 주입된 전해액이 침강하는 통로가 되는 홀(242)과, 전극 탭, 예를 들면 양극 탭(215)이 빠져나오는 통로가 되는 양극탭용 홀(243)과, 센터 핀의 일측 단부와 접하는 중공(244)이 형성되어 있다. 또한, 상기 상절연판(241)은, 도 3b를 참조하면, 전해액에 친한 고분자 물질 또는 계면활성제가 얇게 코팅된 코팅층(249)이 형성되어 있다.2 and 3A, an upper insulation plate 241 is positioned between the cap assembly 400, in particular the safety vent 410 and the top of the electrode assembly 200. The phase insulation plate 241 prevents a short circuit that may occur between the electrode assembly 200 and the cap assembly 400 including the safety tab 410 electrically connected to the electrode tab, for example, the positive electrode tab 215. do. Referring to FIG. 3A, the phase insulating plate 241 includes a hole 242 serving as a passage through which the injected electrolyte is settled and a hole for positive electrode tab serving as a passage through which the electrode tab, for example, the positive electrode tab 215, exits. 243 and a hollow 244 in contact with one end of the center pin are formed. In addition, referring to FIG. 3B, the phase insulating plate 241 is formed with a coating layer 249 coated with a thin polymer material or a surfactant.

하절연판(245)은, 도 2 및 도 4a를 참조하면, 상기 캔의 하면판(320)과 상기 전극 조립체(200)의 하부 사이에 위치한다. 상기 하절연판(245)은 전극 탭, 예를 들면 음극 탭(225)과 전기적으로 접속된 하면판(320)을 포함하는 캔(300)과 전극 조립체(200) 사이에 발생할 수 있는 단락을 방지한다. 상기 하절연판(245)에는, 도 4a`를 참조하면, 전극 탭, 예를 들면 음극 탭(225)이 빠져나오는 통로가 되는 음극탭용 홀(246)과, 센터 핀의 일측 단부와 접하는 중공(247)이 형성되어 있다. 또한, 상기 하절연판(245)은, 도 4b를 참조하면, 전해액에 친한 고분자 물질 또는 계면 활성제가 얇게 코팅된 코팅층(249)이 형성되어 있다.2 and 4A, the lower insulating plate 245 is positioned between the bottom plate 320 of the can and the lower portion of the electrode assembly 200. The lower insulating plate 245 prevents a short circuit that may occur between the electrode 300 and the can 300 including the lower plate 320 electrically connected to the electrode tab, for example, the negative electrode tab 225. . Referring to FIG. 4A ′, the lower insulating plate 245 includes a hole 246 for a negative electrode tab serving as a passage through which an electrode tab, for example, a negative electrode tab 225 exits, and a hollow 247 in contact with one end of a center pin. ) Is formed. In addition, referring to FIG. 4B, the lower insulating plate 245 is formed with a coating layer 249 coated with a thin polymer material or a surfactant.

전극 조립체(200)의 최외각에 음극 탭(225)이 형성되는 경우, 상기 음극탭용 홀(246)은 형성되지 않을 수도 있다. 이 경우에는 전극 조립체(200)의 하부에 하절연판(245)을 위치시키고, 음극 탭(225)을 대략 직각으로 절곡시킨 후, 캔의 하면(320)에 상기 음극 탭(225)을 용접하게 된다.When the negative electrode tab 225 is formed at the outermost portion of the electrode assembly 200, the negative electrode tab hole 246 may not be formed. In this case, the lower insulating plate 245 is positioned under the electrode assembly 200, the negative electrode tab 225 is bent at approximately right angles, and then the negative electrode tab 225 is welded to the bottom surface 320 of the can. .

상기 상절연판(241)과 상기 하절연판(245)의 재질은 통상적으로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI) 등 폴리올레핀계 수지이다. 폴리에틸렌은 밀도가 작아 가볍고, 분자 배열이 충분하지 않아 말랑말랑해져서 잘 늘어나며, 인장강도는 약간 작지만 내충격성은 크다. 따라서 가공하기 쉽고 사용하기 쉽다. 또한 CH2만으로 구성되기 때문에 전기 절연성이 우수하며, 구조식에서 나타나듯이 탄소(C) 사슬을 중심으로 하여 대칭성이기 때문에 고주파 절연재료로도 우수하다.The material of the upper insulating plate 241 and the lower insulating plate 245 is typically a polyolefin resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyimide (PI), or the like. Polyethylene is light due to its low density, soft and stretchy due to insufficient molecular arrangement, and has a small tensile strength but high impact resistance. Therefore, it is easy to process and easy to use. In addition, since it is composed of only CH2, electrical insulation is excellent, and as shown in the structural formula, it is also excellent as a high frequency insulation material because of its symmetry around the carbon (C) chain.

폴리프로필렌은 나프타를 분해할 때 에틸렌과 함께 생긴다. 이소택틱(isotatic) 구조를 가지며, 따라서 구조식과 같이 메틸기가 같은 방향으로 정연하게 배열되어 있다. 성형하기 전에는 결정도(結晶度)가 크지만 성형한 후에는 저하된다. 폴리프로필렌과 폴리이미드의 전기적 특성은 폴리에틸렌과 유사하다.Polypropylene occurs with ethylene when decomposing naphtha. It has an isotatic structure, and thus the methyl groups are arranged in the same direction as the structural formula. The crystallinity is large before molding, but falls after molding. The electrical properties of polypropylene and polyimide are similar to polyethylene.

그러나, 이들 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등은 비수성 전해액과 친화력이 좋지 않다. 이것은 비수성 전해액의 분자들과 상기 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 재질의 표면에 있는 분자들간의 표면 에너지(surface energy) 차이가 커서 상호 분자간의 결합이 용이하지 않기 때문이다. 따라서, 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 제조된 절연판에 전해액이 묻으면 표면장력에 의해 전해액이 대략 구형으로 뭉치게 되어, 젖음성과 퍼짐성이 현저히 떨어진다.However, these polyethylene (PE), polypropylene (PP) and the like have poor affinity with the non-aqueous electrolyte. This is because the surface energy difference between the molecules of the non-aqueous electrolyte and the molecules on the surface of the polyethylene (PE) or polypropylene (PP) material is large, so that the bonding between the molecules is not easy. Therefore, when the electrolyte solution is deposited on an insulating plate made of polyethylene (PE) or polypropylene (PP), the electrolyte is roughly spherical due to surface tension, so that wettability and spreadability are remarkably inferior.

본 발명의 실시예에 따르면, 전해액과의 친화력이 좋지 않은 기존의 절연판 표면에 전해액에 친한 물질을 코팅하여 전해액의 함침성을 향상시켰다. 전해액에 친한 물질로는 고분자 물질 중에 폴리비닐디플루라이드(이하, PVdF라 한다)가 있다. PVdF는 -CH2-CF2-가 반복된 구조로서, 전극 활물질을 집전체에 코팅할 때 바인더로 사용되는 불소(F) 수지의 일종이다. 불소(F) 수지의 주쇄는 C-C결합으로 이루어지는 폴리올레핀과 같은 결합인데, 폴리올레핀의 수소의 일부 또는 전부가 불소 원자(F)로 대치된 구조를 가지는 합성수지이다.According to the embodiment of the present invention, the impregnating property of the electrolyte is improved by coating a material familiar with the electrolyte on the surface of the existing insulating plate having a poor affinity with the electrolyte. As a material familiar with the electrolyte, polyvinyl difluoride (hereinafter referred to as PVdF) is a high molecular material. PVdF is a structure in which -CH2-CF2- is repeated and is a kind of fluorine (F) resin used as a binder when coating an electrode active material on a current collector. The main chain of the fluorine (F) resin is a bond such as a polyolefin composed of C-C bonds, and is a synthetic resin having a structure in which part or all of hydrogen of the polyolefin is replaced by a fluorine atom (F).

전해액의 함침성에 관한 실험 결과, PVdF 중에서 특히 비수전해액에 대한 퍼짐성과 젖음성이 좋은 것은 PVdF 761과 PVdF 2801이다. 따라서, 절연판의 코팅물질로서의 PVdF로는 상기 PVdF 761, 상기 PVdF 2801, 상기 PVdF 761과 상기 PVdF 2801의 혼합물 중 어느 하나로 하는 것이 바람직하다.As a result of experiments on the impregnation of the electrolyte, it is PVdF 761 and PVdF 2801 which have good spreadability and wettability among non-aqueous electrolytes. Therefore, the PVdF as a coating material of the insulating plate is preferably one of the mixture of PVdF 761, PVdF 2801, PVdF 761 and PVdF 2801.

상술한 바와 같이, 전해액의 젖음성과 퍼짐성을 향상시키기 위해 절연판의 코팅 재질을 PVdF로 할 수도 있고, 상기 PVdF 대신 친수성 원자단인 에스테르(ester) 기(其) 또는 카르복시(carboxylic) 기(其)를 포함하는 고분자 물질을 절연판의 코팅 재질로 할 수도 있다.As described above, in order to improve the wettability and spreadability of the electrolyte, the coating material of the insulating plate may be PVdF, and an ester group or a carboxylic group, which is a hydrophilic atomic group instead of PVdF, may be included. The polymeric material may be used as a coating material for the insulating plate.

에스테르 기는 RCOOR'로 표시되는 지방족 화합물을 이루는 원자단으로서, 에스테르는 알코올 또는 페놀이 유기산 또는 무기산과 반응하여 물(H2O)을 잃고 축합하여 생긴 화합물을 말한다. 특히, 황산에스테르, 질산에스테르 등의 무기산에스테 르는 유기 용매로 사용된다. 카르복시 기는 RCOOH로 표시되는 지방족 화합물을 이루는 원자단으로서, 카르복시산에는 아세트산(CH3COOH), 벤조산(C6H5COOH) 등이 있다.An ester group is an atomic group constituting an aliphatic compound represented by RCOOR ', and ester refers to a compound obtained by condensation of an alcohol or phenol with an organic or inorganic acid to lose water (H 2 O). In particular, inorganic acid esters such as sulfate ester and nitrate ester are used as organic solvents. The carboxy group is an atomic group constituting an aliphatic compound represented by RCOOH, and carboxylic acid includes acetic acid (CH 3 COOH), benzoic acid (C 6 H 5 COOH), and the like.

상기 에스테르 기나 카르복시 기가 포함된 고분자 물질은 비수전해액과의 친화력이 좋으므로, 절연판의 코팅물질로 에스테르 기나 카르복시 기가 포함된 황산에스테르, 아세트산 등을 사용하면 전해액의 젖음성과 퍼짐성이 향상된다. 그 결과, 전해액의 함침성이 향상되게 된다.Since the polymer material containing the ester group or the carboxy group has good affinity with the non-aqueous electrolyte, when the ester group or the carboxyl group-containing sulfate ester, acetic acid or the like is used, the wettability and spreadability of the electrolyte are improved. As a result, the impregnation of the electrolyte solution is improved.

단, 이 경우 코팅된 절연판의 표면이 스웰링(swelling)하지 않아야 한다. 스웰링은 고분자가 가지는 하나의 특징으로서, 고분자는 결정성 부분과 비결정성 부분을 가지는데 주로 비결정성 부분에 용매분자가 침투하여서 그 부피가 늘어나는 것을 말한다. 이런 현상은 결정성 부분에도 장기간 지나면 일어날 수 있지만 고분자 사슬간의 간격이 가까워서 비결정성 부분보다 일어나기가 어렵다.In this case, however, the surface of the coated insulating plate should not be swelled. Swelling is one of the characteristics of polymers. Polymers have crystalline and amorphous portions, and solvent molecules penetrate into amorphous portions, increasing their volume. This phenomenon can occur over a long period of time even in the crystalline part, but due to the close distance between the polymer chains, it is more difficult to occur than the amorphous part.

에스테르 기 또는 카르복시 기를 포함하는 고분자 물질이 비수성 전해액을 흡수하고, 과충전 등의 원인에 의해 스웰링이 일어나면, 절연판의 표면이 부풀어 전극 조립체를 변형시키게 된다. 따라서, 상기 전해액에 친한 물질을 절연판의 표면에 코팅할 때에는 스웰링이 일어나지 않도록 코팅층을 얇게 형성할 필요가 있다.When the polymer material including an ester group or a carboxy group absorbs the non-aqueous electrolyte solution and swelling occurs due to overcharging or the like, the surface of the insulating plate is swollen to deform the electrode assembly. Therefore, when coating the material familiar with the electrolyte on the surface of the insulating plate, it is necessary to form a thin coating layer so that swelling does not occur.

상기 절연판의 표면에는 계면활성제를 코팅할 수도 있다. The surface of the insulating plate may be coated with a surfactant.

계면활성제(surfactant)란 친수기(親水基)와 친유기(親油基)를 동시에 가지고 있어 물의 표면장력을 저하시키고 물질간의 침투, 분산, 유화, 기포 등의 작용을 하는 물질로서, 대표적인 기능으로 세탁물에 물이 잘 스며들게 하고 섬유에 부 착되어 있는 기름과 잘 섞여 세탁물의 때를 제거하는 작용을 한다. 계면활성제는 크게 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 비이온 계면활성제, 양성 계면활성제로 분류할 수 있으며 음이온계면활성제가 주로 합성세제에 이용되고 있다. Surfactant is a substance that has a hydrophilic group and a lipophilic group at the same time, which lowers the surface tension of water and acts as a penetrating, dispersing, emulsifying, and foaming material among the materials. It makes water penetrate well and mixes well with the oil attached to the fiber to remove the laundry. Surfactants can be broadly classified into anionic surfactants, cationic surfactants, nonionic surfactants, and amphoteric surfactants. Anionic surfactants are mainly used in synthetic detergents.

물에 계면활성제를 용해시킬 경우, 친유부가 음전하(-)로 이온해리하는 것이음이온 계면활성제이고, 친유부가 양전하(+)로 이온해리하는 것이 양이온 계면활성제이다. 또한, 물의 수소이온 농도에 따라 양전하(+)로도 음전하(-)로도 해리하는 것이 양성 계면활성제이며, 이온해리하지 않는 것이 비이온 계면활성제이다. When the surfactant is dissolved in water, the lipophilic part is ion-dissociated with negative charge (-), and the lipophilic part is ion-dissociated with positive charge (+). In addition, it is an amphoteric surfactant that dissociates with a positive charge (+) or a negative charge (-) according to the hydrogen ion concentration of water, and a nonionic surfactant does not dissociate ion.

BRIJ®는 수용액에서 이온으로 해리하는 기를 가지고 있지 않는 비이온 계면활성제로서 -OH기를 갖고 있다. 비교적 친수성은 작지만 분자내에 에스테르(ester), 에테르(ether) 결합을 갖고 있어 친유성이 우수하다. 다만, 상기 BRIJ®는 본 발명에 적용할 수 있는 계면활성제의 일례로서, 여기서 계면활성제의 종류를 한정하는 것은 아니다. BRIJ® is a nonionic surfactant that does not have a group that dissociates into ions in aqueous solution and has a -OH group. Although the hydrophilicity is relatively small, the hydrophilicity is excellent because it has ester (ether) and ether (ether) bond in the molecule. However, the BRIJ® is an example of a surfactant applicable to the present invention, and the type of the surfactant is not limited thereto.

계면활성제가 비수성 전해액과 접하게 되면 계면활성제의 구성 분자 중 친유기가 비수성 전해액 분자들의 표면에 들러붙게 된다. 따라서 계면활성제와 비수성 전해액과의 계면 면적이 넓어지고 전해액의 표면장력을 감소시키게 된다. 그 결과, 전해액의 젖음성과 퍼짐성이 향상된다.When the surfactant comes into contact with the non-aqueous electrolyte, lipophilic groups of the constituent molecules of the surfactant adhere to the surfaces of the non-aqueous electrolyte molecules. Therefore, the interface area between the surfactant and the non-aqueous electrolyte is increased and the surface tension of the electrolyte is reduced. As a result, the wettability and spreadability of the electrolyte solution are improved.

이와 같이, 절연판의 표면을 전해액과 친한 고분자 물질로 코팅하거나 계면활성제로 코팅해 주면 절연판의 표면이 전해액에 배타적이지 않게 되므로, 전해액의 침강 속도 및 전해액의 함침 속도를 높일 수 있다. 이와 같은 표면 개질을 위한 코팅층은 1㎛이내의 두께에서도 충분한 효과를 발휘하며, 거의 단일층(monolayer) 정도 만으로도 충분한 효과를 볼 수 있다.As described above, when the surface of the insulating plate is coated with a polymer material friendly to the electrolyte or coated with a surfactant, the surface of the insulating plate is not exclusive to the electrolyte, so that the settling rate of the electrolyte and the impregnation rate of the electrolyte can be increased. Such a coating layer for surface modification exhibits a sufficient effect even in a thickness of less than 1㎛, almost monolayer (monolayer) about enough effect can be seen.

상기 원통형 캔(300)은, 도 2를 참조하면, 상기 원통형 전극 조립체(200)가 수용될 수 있는 소정 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통형 측면판(310)과 상기 원통형 측면판(310)의 하부를 밀폐하는 하면판(320)을 포함하여 형성되면, 상기 원통형 측면판(310)의 상부는 상기 전극 조립체(200)를 삽입하기 위하여 개구되어 있다. 상기 원통형 캔(300)의 하면판(320) 중앙에 상기 전극 조립체(200)의 음극 탭(225)이 접합됨으로써, 상기 원통형 캔(300) 자체는 음극 역할을 수행하게 된다. 또한, 상기 원통형 캔(300)은 일반적으로 니켈(Ni), 철(Fe) 또는 이들의 합금으로 형성된다. 더불어 상기 원통형 캔(300)은 상부의 개구에 결합되는 상기 캡 조립체(400)의 상부를 압박하도록 상단에서 내부로 휘어진 크림핑(crimping) 부(330)가 형성된다. 또한, 상기 원통형 캔(300)은 상기 크림핑 부(330)로부터 하방으로 상기 캡 조립체(400)의 두께에 대응되는 거리만큼 이격된 위치에 상기 캡 조립체(400)의 하부를 압박하도록 안쪽으로 움푹 파인 비딩(beading) 부(340)가 더 형성되어 있다. Referring to FIG. 2, the cylindrical can 300 may include a cylindrical side plate 310 having a predetermined diameter and a cylindrical side plate 310 to form a predetermined space in which the cylindrical electrode assembly 200 may be accommodated. When the lower surface plate 320 is formed to seal the lower portion, the upper portion of the cylindrical side plate 310 is opened to insert the electrode assembly 200. As the negative electrode tab 225 of the electrode assembly 200 is bonded to the center of the bottom plate 320 of the cylindrical can 300, the cylindrical can 300 itself serves as a negative electrode. In addition, the cylindrical can 300 is generally formed of nickel (Ni), iron (Fe) or an alloy thereof. In addition, the cylindrical can 300 is formed with a crimping portion 330 that is bent from the top to the top to press the upper portion of the cap assembly 400 coupled to the upper opening. In addition, the cylindrical can 300 is recessed inward to press the lower portion of the cap assembly 400 at a position spaced apart from the crimping portion 330 by a distance corresponding to the thickness of the cap assembly 400. Fine beading portion 340 is further formed.

상기 캡 조립체(400)는, 도 2를 참조하면, 안전 밴트(410)와 전류차단수단(420)과 이차보호소자(480) 및 캡 업(490)을 포함하여 형성된다. 상기 안전 밴트(410)는 판상으로 중앙에 하부로 돌출되는 돌출부가 형성되어 상기 캡 조립체(400)의 하부에 위치하며, 이차전지의 내부에서 발생한 압력에 의하여 돌출부가 상부 방향으로 변형하게 된다. 상기 안전 밴트(410)의 하면 소정 위치에는 전극 조립체(200)의 양극판(210) 및 음극판(220) 중에서 한 전극판 예를 들어, 양극판(210)에 서 인출한 양극 탭(215)이 용접되어 상기 안전 밴트(410)와 전극 조립체(200)의 양극판(210)이 전기적으로 연결된다. 여기서 양극판(210) 및 음극판(220) 중 나머지 전극판, 예를 들어 음극은 탭 혹은 직접 접촉 방식에 의해 캔(300)과 전기적으로 연결된다.2, the cap assembly 400 includes a safety vent 410, a current blocking means 420, a secondary protection element 480, and a cap up 490. The safety vent 410 has a plate-shaped protrusion projecting downward in the center thereof is located at the bottom of the cap assembly 400, the protrusion is deformed in the upper direction by the pressure generated inside the secondary battery. The positive electrode tab 215 drawn from the positive electrode plate 210 and the negative electrode plate 220 of the electrode assembly 200, for example, the positive electrode plate 210, is welded to a predetermined surface of the lower surface of the safety vent 410. The safety vent 410 and the positive electrode plate 210 of the electrode assembly 200 are electrically connected. Here, the other electrode plate, for example, the cathode, of the positive electrode plate 210 and the negative electrode plate 220 is electrically connected to the can 300 by a tab or direct contact method.

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.

본 발명에 따른 리튬 이차전지에 의하면, 기하학적 구조상 전지의 상하부 거의 전면을 막고 있는 형상을 하고 있는 절연판의 표면을 전해액과 친한 고분자 물질로 코팅하거나, 전해액의 표면장력을 감소시키는 계면활성제로 코팅하여 전해액에 대한 절연판 표면의 배타적인 성향을 낮춤으로써 전지 내부에서의 전해액 유동성이 높아져 고른 함침과 함께 전해액의 함침 속도를 향상시킬 수 있으며, 전해액의 함침성이 향상됨에 따라 전체 공정시간 중에서 많은 부분을 차지하는 함침 공정시간을 줄일 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.According to the lithium secondary battery according to the present invention, the surface of the insulating plate having a geometrical shape covering the entire upper and lower parts of the battery is coated with a polymer material familiar with the electrolyte, or coated with a surfactant that reduces the surface tension of the electrolyte. By lowering the exclusive propensity of the surface of the insulating plate to increase the electrolyte flowability inside the battery, it is possible to improve the impregnation rate of the electrolyte solution with evenly impregnated, and impregnation that takes up a large part of the overall process time as the impregnation of the electrolyte is improved Process time can be shortened to improve productivity.

Claims (10)

전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스를 밀봉하는 캡 조립체, 상기 전극 조립체와 케이스 사이 또는 상기 전극 조립체와 상기 캡 조립체 사이에 위치하는 절연판을 포함하여 이루어지는 리튬 이차전지에 있어서,A lithium secondary battery comprising an electrode assembly, a case accommodating the electrode assembly, a cap assembly sealing the case, and an insulating plate positioned between the electrode assembly and the case or between the electrode assembly and the cap assembly. 상기 절연판 가운데 적어도 하나의 표면은, 전해액에 대한 젖음성과 퍼짐성이 있는 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.At least one surface of the insulating plate is a lithium secondary battery, characterized in that the polymer material having wettability and spreadability to the electrolyte. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고분자 물질은 폴리비닐디플루라이드(PVdF)인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The polymer material is a lithium secondary battery, characterized in that the polyvinyl difluoride (PVdF). 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 폴리비닐디플루라이드(PVdF)는 PVdF 761, PVdF 2801, 상기 PVdF 761과 상기 PVdF 2801의 혼합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The polyvinyl difluoride (PVdF) is a lithium secondary battery, characterized in that any one of PVdF 761, PVdF 2801, a mixture of the PVdF 761 and PVdF 2801. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고분자 물질은 에스테르(ester) 기 또는 카르복시(carboxylic) 기 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The polymer material is a lithium secondary battery comprising any one of an ester group or a carboxylic group. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고분자 물질은 계면활성제인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The polymer material is a lithium secondary battery, characterized in that the surfactant. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 계면활성제는 BRIJ®인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The surfactant is a lithium secondary battery, characterized in that the BRIJ®. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연판의 재질은 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The material of the insulating plate is a lithium secondary battery, characterized in that the polyethylene (PE) or polypropylene (PP). 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 리튬 이차전지는 상절연판을 구비하는 원통형인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The lithium secondary battery is a lithium secondary battery, characterized in that the cylindrical having a phase insulating plate. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 상절연판은 표면에 다수의 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.The phase insulating plate is a lithium secondary battery, characterized in that a plurality of holes are formed on the surface.
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