KR100858789B1 - Electrochemical Cell of Improved Safety Containing Damping Part by Heating Fusion to Separator - Google Patents
Electrochemical Cell of Improved Safety Containing Damping Part by Heating Fusion to Separator Download PDFInfo
- Publication number
- KR100858789B1 KR100858789B1 KR1020060040816A KR20060040816A KR100858789B1 KR 100858789 B1 KR100858789 B1 KR 100858789B1 KR 1020060040816 A KR1020060040816 A KR 1020060040816A KR 20060040816 A KR20060040816 A KR 20060040816A KR 100858789 B1 KR100858789 B1 KR 100858789B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- separator
- electrochemical cell
- electrode
- electrode assembly
- damping
- Prior art date
Links
- 238000013016 damping Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims description 20
- 230000004927 fusion Effects 0.000 title description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 8
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 5
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010294 electrolyte impregnation Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
- H01M50/124—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/552—Terminals characterised by their shape
- H01M50/553—Terminals adapted for prismatic, pouch or rectangular cells
- H01M50/557—Plate-shaped terminals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
본 발명은 양극 및 음극 외주면으로부터 소정의 길이로 길게 연장된 분리막 잉여부를 열융착하여 전극조립체의 양측 단부에 적어도 0.5 mm 이상의 두께로 분리막 댐핑부를 각각 형성함으로써, 성형 오차에 따른 조립상의 문제점을 해결할 뿐만 아니라, 낙하 또는 외부 충격에 의한 전극 단부의 변형과 전극의 이동에 의한 단락을 방지하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 전기화학 셀을 제공한다.The present invention heat-sealed the separator excess portion extending to a predetermined length from the outer peripheral surface of the positive electrode and the negative electrode to form a separator damping portion having a thickness of at least 0.5 mm or more at both ends of the electrode assembly, thereby solving assembly problems due to molding error. In addition, the present invention provides an electrochemical cell capable of improving the safety of a battery by preventing deformation of the electrode end due to dropping or external impact and short circuit caused by movement of the electrode.
Description
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체의 정면도이다;1 is a front view of an electrode assembly according to one embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 열처리 공정을 거친 후의 전극조립체의 정면도이다;2 is a front view of the electrode assembly after the heat treatment process according to the present invention;
도 3과 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 이차전지를 조립하는 일련의 과정이 모식적으로 도시되어 있는 사시도들이다.3 and 4 are perspective views schematically showing a series of processes for assembling the pouch type secondary battery according to one embodiment of the present invention.
본 발명은 분리막의 열융착에 의해 형성된 댐핑부를 포함하고 있는 향상된 안전성의 전기화학 셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전극의 외주면으로부터 연장되어 있는 분리막을 열처리에 의해 융착시켜 전극에 고정시킴과 동시에, 전극조립체의 양측 단부로부터 소정의 길이로 0.5 mm 이상의 두께를 가진 분리막 댐핑부를 형성함으로써, 성형 오차에 따른 조립상의 문제점을 해결할 뿐만 아니라, 낙하 또는 외부 충격에 의한 전극 단부의 변형과 전극의 이동에 의한 단락을 방지하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 전기화학 셀에 관한 것이다.The present invention relates to an improved safety electrochemical cell including a damping portion formed by thermal fusion of a separator. More particularly, the membrane extending from an outer circumferential surface of the electrode is fused by heat treatment to fix it to an electrode. By forming a separator damping part having a thickness of 0.5 mm or more from both ends of the electrode assembly at a predetermined length, it not only solves assembly problems due to molding error, but also causes deformation of the electrode end and movement of the electrode by dropping or external impact. The present invention relates to an electrochemical cell capable of preventing short circuits and improving battery safety.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 충방전이 가능한 전기화학 셀의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전기화학 셀에 대한 많은 연구가 행해지고 있다. 그러한 전기화학 셀의 대표적인 예로는 이차전지를 들 수 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for electrochemical cells capable of charging and discharging as energy sources is rapidly increasing. Accordingly, many studies on electrochemical cells capable of meeting various needs have been conducted. Representative examples of such electrochemical cells include secondary batteries.
이차전지 중, 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 전지와 파우치형 전지에 대한 수요가 높고, 재료면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지와 같은 이차전지에 대한 수요가 높다.Among the secondary batteries, the demand for square and pouch type batteries that can be applied to products such as mobile phones with a thin thickness in terms of shape is high, and in terms of materials, lithium ion batteries with high energy density, discharge voltage and output stability and lithium polymer There is a high demand for secondary batteries such as batteries.
이러한 이차전지에서 주요 연구 과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 예를 들어, 리튬 이차전지는 내부 단락, 허용된 전류 및 전압을 초과한 과충전 상태, 고온에의 노출, 낙하 또는 외부 충격에 의한 변형 등 전지의 비정상적인 작동 상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압에 의해 전지의 폭발이 초래될 수 있다. 특히, 리튬 이차전지의 사용 과정에서 자주 접하게 되는 낙하와 외부 충격 등은 전극 단부의 변형, 전극의 이동 등을 초래하고 이러한 변형이 단락을 유발하는 경우가 많다. One of the major research tasks in such secondary batteries is to improve safety. For example, a lithium secondary battery may have high temperatures inside the battery, which may be caused by abnormal operating conditions of the battery, such as internal short circuits, overcharge conditions exceeding the allowed currents and voltages, exposure to high temperatures, dropping, or deformation from external shocks. And explosion of the battery by high pressure. In particular, drops and external shocks, which are frequently encountered in the process of using a lithium secondary battery, cause deformation of electrode ends, movement of electrodes, and the like, and these deformations often cause short circuits.
한편, 이차전지 중 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 이차전지는 스택형 전극조립체의 구조적 취약성으로 인해, 낙하, 외부 충격 등에 의해 내부 단락이 발생할 가능성이 더욱 높다. 예를 들어, 적층되어 있는 양극과 음극은 낙하, 외부 충격의 인가시 움직이면서 부분적인 접촉이 일어날 수 있고, 더욱이 전극의 상하 양측 단부가 변형되면서 분리막을 관통하여 접촉이 일어날 수 있다.On the other hand, the secondary battery including the stacked electrode assembly of the secondary battery, due to the structural weakness of the stacked electrode assembly, there is a higher possibility of internal short circuit due to falling, external shocks. For example, the laminated positive and negative electrodes may be partially contacted while falling or moving when an external impact is applied, and contact may be caused through the separator while the upper and lower ends of the electrode are deformed.
이와 관련하여, 이차전지의 구조적 안전성을 보완하는 측면에서, 분리막의 가장자리를 열처리에 의해 융착시키는 일부 기술들이 공지되어 있다. In this regard, in view of complementing the structural safety of the secondary battery, some techniques are known for fusion bonding the edge of the separator by heat treatment.
예를 들어, 한국 특허출원공개 제2001-077594호에서는 파우치형 전지케이스에 삽입되는 젤리-롤형 전극조립체에서, 음극과 양극에 비해 수직방향으로 연장되어 있는 분리막을 사용하고, 이들 전극과 분리막의 권취 후 수직으로 연장된 분리막의 대면하는 면끼리 열융착 또는 접착제를 이용하여 접합하는 기술이 개시되어 있다. For example, in Korean Patent Application Laid-Open No. 2001-077594, a jelly-roll electrode assembly inserted into a pouch-type battery case uses a separator that extends in a vertical direction relative to a cathode and an anode, and winds up the electrode and the separator. Afterwards, a technique is disclosed in which faces facing each other of vertically extending separators are bonded by heat fusion or adhesive.
또한, 한국 특허출원공개 제2004-0108139호에서는 양극 및 음극판보다 폭이 큰 분리막을 사용하여 젤리-롤형으로 전극조립체를 권취한 후, 돌출된 분리막의 가장자리를 열처리에 의해 제거하고, 제거되는 용융 상태의 분리막은 양극판 및 음극판의 단면부를 도포하는 기술을 개시하고 있다.In addition, in Korean Patent Application Laid-Open No. 2004-0108139, after winding an electrode assembly in a jelly-roll type using a separator having a width larger than that of a cathode and an anode, the edge of the protruding membrane is removed by heat treatment, and the molten state is removed. The separator has disclosed a technique for applying the cross sections of the positive electrode plate and the negative electrode plate.
상기 기술들은 분리막 가장자리를 열융착시켜 전극과 분리막을 고정함으로써, 해당 공간 부위에 이물질이 삽입되거나 낙하 또는 외부 충격의 인가시에 전극이 이동되는 것을 억제하여 내부 단락을 방지할 수 있다는 장점을 가지기는 하지만, 본 출원의 발명자들이 행한 실험에 따르면, 낙하 또는 외부 충격의 인가시 전극의 단부가 절곡되면서 유발되는 내부 단락을 근본적으로 방지할 수는 없는 것으로 확인되었다.Although the above technologies have the advantage of fixing the electrode and the separator by heat-sealing the edge of the separator, it is possible to prevent the internal short circuit by preventing foreign matter from being inserted into the corresponding space or preventing the electrode from moving when the drop or the external impact is applied. According to experiments conducted by the inventors of the present application, it has been found that it is not possible to fundamentally prevent an internal short circuit caused by bending of an end portion of an electrode when a drop or an external impact is applied.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
본 발명의 목적은 분리막을 열처리하여 전극을 단단하게 고정시켜 외부 충격의 인가시 전극의 미끄러짐으로 인한 단락, 발열, 발화 등을 미연에 방지함과 동시에, 상기 열처리시 전극조립체의 양측 단부 모서리 부근에 소정의 댐핑부를 형성하여 낙하 또는 외부 충격의 인가시에도 해당 부위의 전극단자가 굴곡되는 것을 억제함으로써 그로 인한 내부 단락을 방지할 수 있는 전기화학 셀을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to heat the separator to firmly fix the electrode to prevent short circuit, heat generation, ignition, etc. due to the sliding of the electrode when an external impact is applied, and at the same time near the end edges of the electrode assembly during the heat treatment. The present invention provides an electrochemical cell capable of preventing internal short circuits due to the formation of a predetermined damping part to suppress bending of the electrode terminal of the corresponding part even when a drop or an external impact is applied.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기화학 셀은, 판상형 전극조립체를 포함하고 있는 전기화학 셀로서, 전극의 외주면으로부터 연장되어 있는 분리막을 열처리에 의해 융착시켜 전극 단부에 고정시킴과 동시에, 전극조립체의 양측 단부로부터 소정의 길이로 0.5 mm 이상의 두께를 가진 분리막 댐핑부를 형성하는 것을 특징으로 한다.An electrochemical cell according to the present invention for achieving the above object is an electrochemical cell including a plate-shaped electrode assembly, the separator extending from the outer peripheral surface of the electrode is fused by heat treatment to fix to the electrode end, Forming a membrane damping portion having a thickness of 0.5 mm or more from both ends of the assembly to a predetermined length.
본 발명에 따르면, 판상형 전극조립체의 상단면 및/또는 하단면에서 각각 양측 단부에 소정의 길이와 두께를 가진 분리막 댐핑부가 형성되어 있는 바, 이러한 분리막 댐핑부는 전지의 낙하 또는 외부 충격의 인가시 충격 완화부로 작용하여 전극의 단부가 절곡되는 것을 방지하여 준다. 본 발명자들이 행한 실험에 따르면, 판상형 전극조립체는 원통형 전극조립체와 비교하여 그것의 양측 단부가 매우 취약 하고, 상기 양측 단부 부위에 충격이 가해지면 전극의 단부가 쉽게 변형되면서 분리막을 관통하여 내부 단락을 유발하는 것으로 확인되었다. 더욱이, 이러한 전극 단부의 절곡에 의한 내부 단락은 전극의 미끄러짐으로 인한 내부 단락보다 더욱 심각하며, 판상형 전극조립체의 안전성을 저해하는 주요 원인임이 확인되었다.According to the present invention, a separator damping part having a predetermined length and thickness is formed at both ends of the plate-shaped electrode assembly at both top and / or bottom surfaces thereof, and the separator damping part is impacted when the battery is dropped or an external impact is applied. It acts as a relief to prevent the end of the electrode from bending. According to the experiments performed by the present inventors, the plate-shaped electrode assembly is very weak at both ends thereof compared with the cylindrical electrode assembly, and when the impact is applied to the both ends, the end of the electrode is easily deformed and penetrates the separator to prevent internal short circuits. It was confirmed to cause. In addition, the internal short circuit caused by bending of the electrode end is more serious than the internal short circuit due to the sliding of the electrode, it was confirmed that the main cause of impaired the safety of the plate-shaped electrode assembly.
따라서, 본 발명에 따른 기술은 두께 대비 폭이 상대적으로 크며 전체적으로 판상형 구조를 나타내는 전극조립체를 포함하는 전기화학 셀에 바람직하게 적용될 수 있으며, 그러한 대표적인 예로는 상기 전극조립체를 포함하고 있는 이차전지를 들 수 있다.Therefore, the technique according to the present invention may be preferably applied to an electrochemical cell including an electrode assembly having a relatively large width to thickness and exhibiting a plate-like structure as a whole, and a representative example thereof includes a secondary battery including the electrode assembly. Can be.
이차전지는 충방전이 가능한 전극조립체가 이온 함유 전해액으로 함침된 상태에서 전지케이스에 내장되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 하나의 바람직한 예에서, 상기 이차전지는 리튬 이차전지일 수 있다. The secondary battery has a structure in which the electrode assembly capable of charging and discharging is embedded in the battery case in the state of being impregnated with an ion-containing electrolyte solution. In one preferred embodiment, the secondary battery may be a lithium secondary battery.
본 발명에 따른 기술은, 특히 전지케이스의 기계적 강성이 작아 낙하 또는 외부 충격의 인가시 변형이 쉽게 일어날 수 있는 시트형의 전지케이스를 사용하는 이차전지에 바람직하게 사용될 수 있으며, 그러한 대표적인 예로는 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 이차전지를 들 수 있다. The technique according to the present invention can be suitably used in a secondary battery using a sheet-shaped battery case, in particular, the mechanical rigidity of the battery case is small, which can easily be deformed upon dropping or application of an external impact, such a representative example is aluminum laminate The pouch type secondary battery of a sheet is mentioned.
충방전이 가능한 전극조립체는, 예를 들어, 케이스에 내장되는 형태(외부 구조)에 따라 크게 원통형과 판상형으로 분류되며, 또한 전극조립체의 적층 형태(내부 구조)에 따라 젤리-롤형과 스택형으로 분류된다. The electrode assemblies capable of charging and discharging are largely classified into cylindrical and plate shapes according to the form (outer structure) built into the case, and are also jelly-roll type and stack type according to the stack type (internal structure) of the electrode assembly. Are classified.
상기 젤리-롤형 전극조립체는, 긴 시트형의 양극 및 음극을 분리막이 개재된 상태로 적층한 후, 단면상 원형으로 권취하여 원통형 구조로 만들거나, 또는 그러 한 원통형 구조로 권취한 후 일측 방향으로 압축하여 단면상으로 판상형인 구조로 만들 수 있다. 반면에, 상기 스택형 전극조립체는 소정 크기의 단위로 양극과 음극을 절취한 후 분리막을 개재시켜 순차적으로 적층함으로써 판상형의 구조로 만들 수 있다. The jelly-roll type electrode assembly may be formed by stacking a long sheet-shaped anode and a cathode in a state where a separator is interposed therebetween, and then winding the sheet in a circular shape to form a cylindrical structure, or by winding the cylindrical structure and compressing it in one direction. It can be made into a plate-shaped structure in cross section. On the other hand, the stacked electrode assembly may be formed in a plate-like structure by cutting the positive electrode and the negative electrode in units of a predetermined size and sequentially stacking them through a separator.
경우에 따라서는, 복합형 구조(스택/폴딩형 구조)로서, 스택형 방식으로 작은 단위의 바이셀 또는 풀셀을 만들고 이들을 긴 분리막 시트 상에 다수 개 위치시킨 후 순차적으로 권취하여 전체적으로 판상형의 구조로 만들 수도 있다. In some cases, as a composite structure (stack / folding structure), a bi-cell or full cell of a small unit in a stacked manner, a plurality of them are placed on a long separator sheet, and then wound sequentially to form a plate-like structure as a whole. You can also make
상기 '풀 셀(full cell)'은, 양극/분리막/음극의 단위 구조로 이루어져 있는 단위 셀로서, 셀의 양측에 각각 양극과 음극이 위치하는 셀이다. 이러한 풀 셀은 가장 기본적인 구조의 양극/분리막/음극 셀과 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극 셀 등을 들 수 있다. 이러한 풀 셀을 사용하여 이차전지 등의 전기화학 셀을 구성하기 위해서는, 분리막 시트가 개재된 상태에서 양극과 음극이 서로 대면하도록 다수의 풀 셀들을 적층하여야 한다.The 'full cell' is a unit cell composed of a unit structure of an anode, a separator, and a cathode, and is a cell in which an anode and a cathode are located at both sides of the cell, respectively. Such a full cell may include an anode / separator / cathode cell and an anode / separator / cathode / separator / anode / separator / cathode cell having the most basic structure. In order to configure an electrochemical cell such as a secondary battery using such a full cell, a plurality of full cells should be stacked such that the positive electrode and the negative electrode face each other while the separator sheet is interposed therebetween.
상기 '바이셀(bicell)'은, 양극/분리막/음극/분리막/양극의 단위 구조 및 음극/분리막/양극/분리막/음극의 단위구조와 같이 셀의 양측에 동일한 전극이 위치하는 단위 셀이다. 이러한 바이셀을 사용하여 이차전지를 포함한 전기화학 셀을 구성하기 위해서는, 분리막 시트가 개재된 상태에서 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 바이셀과 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 바이셀이 서로 대면하도록 다수의 바이셀들을 적층하여야 한다.The 'bicell' is a unit cell in which the same electrode is positioned at both sides of the cell, such as a unit structure of an anode / separator / cathode / separator / anode and a unit structure of a cathode / separator / anode / separator / cathode. In order to construct an electrochemical cell including a secondary battery using such a bicell, a bicell having a positive electrode / separation membrane / cathode / separation membrane / anode structure with a separator sheet interposed therebetween A plurality of bicells should be stacked so that the bicells face each other.
스택/폴딩형 구조의 전극조립체에 대한 더욱 자세한 내용은 본 출원인의 한 국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원들은 본 발명의 내용에 참조로서 합체된다.Further details of the electrode assembly of the stack / foldable structure are disclosed in Korean Patent Application Publication Nos. 2001-0082058, 2001-0082059, and 2001-0082060 of the present applicant. Incorporated into the content by reference.
한편, 타원형으로 압축한 젤리-롤, 스택형 전극조립체, 스택/폴딩형 전극조립체 등의 판상형 전극조립체는, 양측 단부 부위 방향으로 낙하되거나 그곳에 외부 충격이 가해지면 전극의 단부가 쉽게 변형되면서 분리막을 관통하여 내부 단락을 유발할 수 있으므로, 판상형 전극조립체의 상단면 및 하단면 양측 단부는 전지의 안전성을 저하시키는 부분이다. 또한, 전극과 분리막 계면에서의 마찰력이 원통형 젤리-롤과 비교하여 상대적으로 훨씬 작으므로 낙하 또는 외부 충격의 인가시 미끄러지는 경향이 있으며, 이러한 과정에서 전지의 단락, 발열, 또는 발화가 유발되기도 한다. On the other hand, plate-shaped electrode assemblies, such as a jelly-roll, a stacked electrode assembly, and a stack / folding electrode assembly compressed in an elliptical shape, are easily deformed when the end of the electrode is easily deformed when it is dropped toward both end portions or an external impact is applied thereto. Since both ends of the plate-shaped electrode assembly may be penetrated, the ends of the upper and lower surfaces of the plate-shaped electrode assembly deteriorate the safety of the battery. In addition, the frictional force at the interface between the electrode and the separator is relatively much smaller than that of the cylindrical jelly-roll, and thus tends to slip when a drop or an external impact is applied, which may cause a short circuit, heat generation, or fire of the battery. .
이에, 본 발명에서는 전극조립체의 상단면 및/또는 하단면에서 전극 외주면으로부터 연장된 분리막 잉여부를 열융착시켜 분리막을 전극에 고정시킴과 동시에, 전극조립체의 양측 단부에 0.5 mm 이상의 두께를 가진 분리막 댐핑부를 형성하여, 미끄러지는 현상을 방지하면서, 외부의 충격으로부터 취약한 양측 단부를 보완하여 전지의 안전성을 획기적으로 향상시킨다.Accordingly, in the present invention, the separator excess is fixed to the electrode by heat-sealing the separator surplus extending from the outer peripheral surface of the electrode at the top and / or bottom of the electrode assembly, and at the same time, the membrane damping having a thickness of 0.5 mm or more at both ends of the electrode assembly. By forming a portion, while preventing the sliding phenomenon, by complementing both end portions vulnerable from the external impact, the battery safety is significantly improved.
본 발명에서 상기 댐핑부의 길이는 전극조립체의 종류에 따라 다소 달라질 수는 있지만, 외부로부터의 충격을 효과적으로 흡수하기 위하여 전극조립체의 가로 폭을 기준으로 5% 이상의 길이가 바람직하다. 다만, 너무 큰 댐핑부는 전극조립체 내부로의 전해액 함침 공정을 지연시킬 수 있으므로, 전극조립체의 가로 폭을 기준으로 20% 이하의 길이 범위에서 결정하는 것이 바람직하다. In the present invention, the length of the damping part may vary somewhat depending on the type of electrode assembly, but in order to effectively absorb the impact from the outside, a length of 5% or more is preferable based on the width of the electrode assembly. However, the too large damping portion may delay the process of impregnating the electrolyte solution into the electrode assembly, so it is preferable to determine the length in the length range of 20% or less based on the width of the electrode assembly.
본 발명에서 상기 분리막의 잉여부는, 바람직하게는, 열처리 이전의 상태에서, 전극 폭(구체적으로, 양극판의 두께 또는 음극판의 두께)의 4 배 내지 20 배의 길이로 연장되어 있다. 종래의 분리막은 양 극판에 비해 약간 큰 크기로 개재되어 있으나, 본 발명의 분리막은 열처리 과정에서 수축되므로 이를 감안하여 상대적으로 큰 크기의 분리막 잉여부가 요구된다. 즉, 분리막 잉여부가 전극 폭의 4 배 이하인 경우에는 열처리 과정에서의 지나친 수축으로 인해 전극간 접촉이 유발될 수 있다. 반면에, 분리막 잉여부가 상기 이격 거리의 20 배 이상인 경우에는, 열처리 이후에도 전극조립체의 일측 내지 양측 방향으로 크게 돌출되어 규정된 크기 전지케이스에서 상대적으로 작은 전극조립체의 높이로 인해 충방전 용량의 감소를 유발할 수 있으므로, 바람직하지 않다. In the present invention, the excess portion of the separator, preferably in the state before the heat treatment, extends to a length of 4 to 20 times the electrode width (specifically, the thickness of the positive electrode plate or the thickness of the negative electrode plate). The conventional separator is slightly larger than the anode plate, but the separator of the present invention shrinks during the heat treatment, and thus a relatively large separator excess is required in view of the separator. That is, when the excess portion of the separator is less than four times the electrode width, contact between electrodes may be caused by excessive shrinkage during the heat treatment. On the other hand, in the case where the separator excess is 20 times or more of the separation distance, even after the heat treatment, the electrode assembly protrudes largely in one or both directions of the electrode assembly, thereby reducing the charge / discharge capacity due to the height of the relatively small electrode assembly in the prescribed size battery case. It is not desirable because it can cause.
상기 댐핑부는 앞서 정의한 바와 같이 적어도 0.5 mm 이상의 두께를 가지는 바, 댐핑부의 두께가 0.5 mm 미만이면, 낙하 또는 외부 충격의 인가시 전극 단부의 절곡을 방지하기 위한 댐핑 효과를 발휘하기 어렵다. 반면에, 댐핑부의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 너무 큰 댐핑부는 규정된 크기의 케이스에서 상대적으로 작은 전극조립체의 높이로 인해 충방전 용량의 감소를 유발할 수 있으므로, 바람직하게는 2 mm 이하의 두께 범위에서 결정될 수 있다. As the damping part has a thickness of at least 0.5 mm or more as defined above, if the thickness of the damping part is less than 0.5 mm, it is difficult to exert a damping effect for preventing bending of the electrode end when dropping or external impact is applied. On the other hand, the thickness of the damping portion is not particularly limited, but a too large damping portion may cause a decrease in charge and discharge capacity due to the relatively small height of the electrode assembly in a case of a prescribed size, and therefore preferably a thickness of 2 mm or less. Can be determined in a range.
상기 댐핑부는 분리막과 동일한 소재로서 기본적으로 분리막 잉여부의 열처리에 의해 형성될 수 있지만, 경우에 따라서는 분리막과 동일한 소재로서 소정의 두께를 가진 부재를 당해 부위의 분리막 잉여부 상에 실장한 상태에서 열처리를 행하여 형성할 수도 있다. The damping part is basically the same material as the separator and may be formed by heat treatment of the separator excess part, but in some cases, the same material as the separator may be heat-treated in a state in which a member having a predetermined thickness is mounted on the separator excess part of the site. It can also form by performing.
상기 댐핑부는 전극조립체의 상단면 양측 단부와 하단면 양측 단부에 모두 형성하는 것이 바람직하다. 전극조립체 하단면의 분리막 잉여부는 하단면 전체에 걸쳐 열융착될 수 있도록 열처리하는 것이 바람직한 바, 하단면의 모든 분리막 잉여부를 열융착에 의해 수축시킴으로써, 규정된 크기의 케이스에서 전극조립체의 전체 크기의 감소를 억제할 수 있다. Preferably, the damping part is formed at both ends of the top surface and both ends of the bottom surface of the electrode assembly. It is preferable to heat-treat the separator excess portion of the bottom surface of the electrode assembly so that it can be heat-sealed over the entire bottom surface. By shrinking all the separator excess portions of the bottom surface by heat welding, the size of the electrode assembly in the case of the prescribed size The reduction can be suppressed.
반면에, 전극조립체 상단면의 분리막 잉여부는 그것의 양측 단부만이 열융착되어 댐핑부를 형성하도록 열처리하는 것이 바람직하다. 전극조립체의 상단면은 전극단자들이 돌출되어 있는 부위로서, 케이스의 상단 내면과의 사이에 소정의 공간이 제공되므로, 돌출된 전극단자로 인해 인근의 분리막 잉여부를 균일하게 열융착시키기 어렵고, 또한 전극조립체 상단면 전체가 열융착에 의해 밀폐된 경우, 전극조립체 내부로의 전해액 함침 공정이 용이하지 않을 수 있기 때문이다.On the other hand, it is preferable to heat-treat the separator excess portion of the upper surface of the electrode assembly so that only both ends thereof are heat-sealed to form a damping portion. The upper surface of the electrode assembly is a portion where the electrode terminals protrude, and since a predetermined space is provided between the upper surface of the case and the electrode terminal, the protruding electrode terminal makes it difficult to uniformly heat-bond the neighboring separator excess. This is because when the entire upper surface of the assembly is sealed by heat fusion, the electrolyte impregnation process into the electrode assembly may not be easy.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세히 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 한정된 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto.
도 1 내지 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전기화학 셀을 제조하는 일련의 조립 과정이 모식적으로 도시되어 있다.1 to 4 schematically show a series of assembly processes for manufacturing an electrochemical cell according to one embodiment of the present invention.
먼저, 도 1을 살펴보면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지에 내장되는 전극조립체의 정면도가 도시되어 있다. 알루미늄 박판과 구리 박판에 각각 양/음극 활물질을 도포하여 양극(도시하지 않음)과 음극(도시하지 않음)을 형성하고, 양 극판 사이에 분리막(130)을 개재하는 순서로 적층하여 판상형 전극조립 체(100)를 제조한다. First, referring to FIG. 1, a front view of an electrode assembly embedded in a pouch-type battery according to an embodiment of the present invention is illustrated. A positive electrode (not shown) and a negative electrode (not shown) are formed by coating a positive / negative active material on an aluminum thin plate and a copper thin plate, respectively, and the plate-shaped electrode assembly is laminated in the order of interposing a
적층 구조의 전극조립체(100)의 상단면에는 전극리드(도시하지 않음)와 접속되도록 양극탭(110)과 음극탭(120)이 돌출되어 있어서, 이를 통해 전기적인 접속이 이루어진다. 도시되어 있는 전극조립체(100)는 열처리 공정을 거치기 전의 형상으로, 분리막(130)은 양극 및 음극의 단부로부터 연장된 잉여부(131, 132)를 가지고 있으며, 이러한 분리막 잉여부(131, 132)는 열처리 과정에서 융착되면서 수축된다. The
도 2에는 열처리 공정을 거친 후의 전극조립체(101)의 정면도가 도시되어 있다. 전극조립체(101)의 상단면 양측과 하단면의 분리막 잉여부는 각각 열융착되면서 전극 단부에 접합되어 있다. 따라서, 분리막 잉여부가 열융착된 전극조립체(101)의 상단면 양측과 하단면에는 각각 분리막 댐핑부(140, 142, 144)가 형성된다. 이러한 댐핑부(140, 142, 144)는 이들 방향으로 전지가 낙하된 경우나 외부 충격이 인가되었을 때, 충격을 완화시키는 작용을 한다. 반면에, 전극탭들(112, 114)에 인접하거나 이들 사이에 위치한 분리막 잉여부(131a)는 열융착되지 않은 상태로 잔존해 있으며, 열융착되지 않은 분리막 잉여부(131a) 사이로 전해액이 함침되는 것을 가능하게 해 준다.2 is a front view of the
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 전극조립체를 포함하는 파우치형 이차전지에 대한 조립과정을 나타낸 모식도와 사시도이다.3 and 4 are a schematic view and a perspective view showing an assembly process for the pouch type secondary battery including the electrode assembly according to the present invention.
도 3을 참조하면, 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어져 있고 도 2에서와 같은 열처리에 의해 상단면 양측 단부와 하단면에 각각 댐핑부(140, 142, 144)가 형성되어 있는 전극조립체(101)를 전지케이스(210)의 수납부(212)에 장착하고, 전지케이스(210)의 외주면(214)에 열과 압력을 가하여 밀봉함으로써 파우치형 이차전지(200)를 제조할 수 있다. 양극탭과 음극탭은 각각 양극리드(220) 및 음극리드(222)에 전기적으로 접속하게 되며, 각각의 전극리드(220, 222)는 가운데 부분에 절연 소재의 필름(230)이 감겨져 있다.Referring to FIG. 3, an electrode assembly having a laminated structure of an anode / separation membrane / cathode and having damping
댐핑부(140, 142, 144)는, 앞서 설명한 바와 같이, 낙하 및 외부 충격에 대해 전극조립체(101)의 전극 단부들이 절곡되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 성형 오차가 존재하더라도 그 자체의 탄력성으로 인해 수납부(212)에 대한 안정적인 장착을 보장하며, 전극들의 미끄러짐 현상을 방지하여 준다.The damping
그와 같이 제조된 파우치형 이차전지(200)의 대략적인 구조는 도 4에서 확인할 수 있다.An approximate structure of the pouch type
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.
이상의 설명과 같이, 본 발명은 양극 및 음극 외주면으로부터 길게 연장된 분리막 잉여부를 열융착하여 전극조립체의 양측 단부에 소정 두께를 가진 댐핑부를 각각 형성함으로써, 성형 오차에 따른 조립상의 문제점을 해결할 뿐만 아니라, 낙하 또는 외부 충격에 의한 전극 단부의 변형과 전극의 이동에 의한 단락을 방지하여 전지의 향상된 안전성을 제공할 수 있다.As described above, the present invention by heat-sealing the separator excess portion extending from the outer peripheral surface of the positive electrode and the negative electrode to form a damping portion having a predetermined thickness at both ends of the electrode assembly, not only solve the assembly problems due to the molding error, It is possible to prevent deformation of the electrode end due to dropping or external impact and short circuit due to movement of the electrode, thereby providing improved safety of the battery.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060040816A KR100858789B1 (en) | 2006-05-08 | 2006-05-08 | Electrochemical Cell of Improved Safety Containing Damping Part by Heating Fusion to Separator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060040816A KR100858789B1 (en) | 2006-05-08 | 2006-05-08 | Electrochemical Cell of Improved Safety Containing Damping Part by Heating Fusion to Separator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20070108582A KR20070108582A (en) | 2007-11-13 |
KR100858789B1 true KR100858789B1 (en) | 2008-09-17 |
Family
ID=39063306
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020060040816A KR100858789B1 (en) | 2006-05-08 | 2006-05-08 | Electrochemical Cell of Improved Safety Containing Damping Part by Heating Fusion to Separator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100858789B1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100900413B1 (en) * | 2006-08-14 | 2009-06-01 | 주식회사 엘지화학 | Stack and Folding-Typed Electrode Assembly Having Improved Heat Safety and Electrochemical Cell Containing the Same |
KR101578265B1 (en) | 2013-02-26 | 2015-12-16 | 주식회사 엘지화학 | Bi-cell for secondary battery with improved stability and manufacturing method thereof |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20010077594A (en) * | 2000-02-03 | 2001-08-20 | 김순택 | Lithium ion battery of which the case is a pouch enhancing the adherence of the electrode assembly |
KR20040108139A (en) * | 2003-06-16 | 2004-12-23 | 삼성에스디아이 주식회사 | Jerry Roll Structure with Reduced Width of Separator |
JP2006176932A (en) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Japan Vilene Co Ltd | Nonwoven fabric and method for producing nonwoven fabric, and separator for electric double layer capacitor, separator for lithium ion secondary battery and electric double layer capacitor or lithium ion secondary battery using nonwoven fabric |
-
2006
- 2006-05-08 KR KR1020060040816A patent/KR100858789B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20010077594A (en) * | 2000-02-03 | 2001-08-20 | 김순택 | Lithium ion battery of which the case is a pouch enhancing the adherence of the electrode assembly |
KR20040108139A (en) * | 2003-06-16 | 2004-12-23 | 삼성에스디아이 주식회사 | Jerry Roll Structure with Reduced Width of Separator |
JP2006176932A (en) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Japan Vilene Co Ltd | Nonwoven fabric and method for producing nonwoven fabric, and separator for electric double layer capacitor, separator for lithium ion secondary battery and electric double layer capacitor or lithium ion secondary battery using nonwoven fabric |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20070108582A (en) | 2007-11-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100891078B1 (en) | Lithium Secondary Battery Improved Safety and Capacity | |
KR100884945B1 (en) | Pouch-typed Secondary Battery | |
KR100813813B1 (en) | Secondary Battery of Improved Safety | |
KR100896133B1 (en) | Secondary Battery of Improved Stability | |
KR100863730B1 (en) | Battery Cell with Small Groove at Surface and Battery Pack Including the Same | |
KR100873308B1 (en) | High Capacity Battery Cell Employed with Two or More Unit Cells | |
KR100866767B1 (en) | Safety Kit for Secondary Battery | |
KR100893225B1 (en) | Secondary Battery Having Improved Capacitance and Safety | |
KR20150134304A (en) | Battery Cell Having Round Corner | |
KR101269939B1 (en) | Secondary Battery having a Convex Structure | |
KR20080017264A (en) | Pouch-typed secondary battery with improved safety and excellent manufacturing process property | |
KR102263429B1 (en) | Process of Manufacturing Battery Cell Having Auxiliary Sealing Part for Preventing Crack of Battery Case | |
KR20130132231A (en) | A stepwise electrode assembly, and a battery cell, battery pack and device comprising the same | |
KR20070110572A (en) | Secondary battery having improved safety by fixing separator to battery case | |
KR20130110048A (en) | Rechargeable battery | |
KR101424003B1 (en) | Pouch-type Secondary Battery for preventing swelling phenomena | |
KR100870461B1 (en) | Secondary Battery of Improved Stability Containing Adhesive Resin of Low Melting Point | |
KR101112450B1 (en) | Secondary Battery of Improved Sealability | |
KR101749729B1 (en) | Secondary battery | |
KR101580086B1 (en) | Electrode Assembly of Combination Structure | |
KR100877811B1 (en) | Safety Member for Secondary Battery Having Steps-formed End Portion at Bottom of Both Sides | |
KR100858789B1 (en) | Electrochemical Cell of Improved Safety Containing Damping Part by Heating Fusion to Separator | |
KR101087050B1 (en) | Secondary Battery Including Insulating Member for Improvement of Safety | |
KR102263483B1 (en) | Pouch-typed Battery Cell Having Protection Member for Preventing Internal Short-Circuit | |
KR101849990B1 (en) | Battery Cell Having Separation Film of Suppressed Thermal Shrinkage |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130830 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140716 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150716 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160817 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170718 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180619 Year of fee payment: 11 |