KR100973423B1 - Cylindrical Battery of Improved Safety - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 캔에 내장되어 있는 구조의 전지로서, 전극단자를 포함하는 캡 어셈블리가 가스켓을 경유하여 절연 상태로 장착될 수 있도록 내측으로 절곡되어 있는 비딩(beading)부가 캔의 개방 상단부 인근에 형성되어 있고, 적어도 상기 비딩부를 포함하는 캔의 내면에는 절연성 물질층이 형성되어 있으며, 상기 절연성 물질층에는 가스켓의 하단에 밀착되는 연속적인 환형 돌기가 형성되어 있고, 상기 절연성 물질층의 상단은 외부로 노출되어 있지 않은 구조로 이루어진 원통형 전지를 제공한다. The present invention is a battery having a structure in which an electrode assembly (jelly-roll) having a cathode / separation membrane / cathode structure is embedded in a cylindrical can, and the cap assembly including the electrode terminal is installed in an insulated state through a gasket. A curved beading portion is formed near the open top of the can, and an insulating material layer is formed on an inner surface of the can including at least the beading portion, and the insulating material layer is a continuous annular contacting the bottom of the gasket. Providing a cylindrical battery is formed, the top of the insulating material layer is a structure that is not exposed to the outside.
본 발명에 따른 원통형 전지는 클림핑 부위의 변형에 의한 전해액의 누액과 외부충격에 의해 전지 내부의 양극 탭이 정위치에서 이탈되어 캔의 내벽과 전기적 접촉으로 인한 내부단락을 방지함으로써 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.In the cylindrical battery according to the present invention, the positive electrode tab inside the battery is released from its position due to leakage of the electrolyte due to deformation of the crimping portion and external shock, thereby preventing internal short circuit due to electrical contact with the inner wall of the can. It can greatly improve.
Description
도 1 및 도 2는 종래의 원통형 이차전지의 구조에 대한 수직 단면도들이다;1 and 2 are vertical cross-sectional views of the structure of a conventional cylindrical secondary battery;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지의 상부구조에 대한 모식도이다;3 is a schematic diagram of an upper structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention;
도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 이차전지의 캔 내측에 절연성 물질로 절연층을 형성하고 비딩부를 형성하는 제조과정에 대한 모식도들이다.4 and 5 are schematic views illustrating a manufacturing process of forming an insulating layer and an beading unit with an insulating material inside a can of a secondary battery according to another exemplary embodiment of the present invention.
본 발명은 안전성이 향상된 원통형 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 캔에 내장되어 있는 구조의 전지로서, 전극단자를 포함하는 캡 어셈블리가 가스켓을 경유하여 절연 상태로 장착될 수 있도록 내측으로 절곡되어 있는 비딩부가 캔의 개방 상단부 인근에 형성되어 있고, 적어도 상기 비딩부를 포함하는 캔의 내면에는 절연성 물질층이 형 성되어 있으며, 상기 절연성 물질층에는 가스켓의 하단에 밀착되는 연속적인 환형 돌기가 형성되어 있고, 상기 절연성 물질층의 상단은 외부로 노출되어 있지 않은 구조의 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a cylindrical secondary battery with improved safety, and more particularly, a battery having a structure in which an electrode assembly (jelly-roll) having a cathode / separation membrane / cathode structure is embedded in a cylindrical can, and including a cap including electrode terminals. A beading portion, which is bent inwardly so that the assembly can be mounted insulated via a gasket, is formed near an open top end of the can, and an insulating material layer is formed on an inner surface of the can including at least the beading portion. The insulating material layer is formed with a continuous annular protrusion in close contact with the bottom of the gasket, the upper end of the insulating material layer relates to a secondary battery having a structure that is not exposed to the outside.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 고에너지 밀도와 높은 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다. As the development and demand for mobile devices increases, the demand for secondary batteries as energy sources is increasing rapidly. Among them, many researches have been conducted and commercialized on lithium secondary batteries with high energy density and high discharge voltage. It is widely used.
이와 같이 이차전지의 적용 분야와 제품들이 다양화됨에 따라, 전지의 종류 또한 그에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 예를 들어, 휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등과 같은 소형 모바일 기기들은 해당 제품들의 소형 경박화 경향에 따라 그에 상응하도록 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 소형 경량의 이차전지(단위전지)들이 사용되고 있다. As the application fields and products of secondary batteries are diversified as described above, the types of batteries are also diversified to provide outputs and capacities suitable for them. For example, small mobile devices such as mobile phones, PDAs, digital cameras, notebook computers, etc. have one or two or four small, lightweight secondary batteries (unit cells) per device according to the miniaturization tendency of the products. .
이차전지는 외부 및 내부의 구조적 특징에 따라 대략 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류되며, 이차전지를 구성하는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체의 구조에 따라 크게 젤리-롤형(권취형)과 스택형(적층형)으로 구분된다. Secondary batteries are classified into roughly cylindrical cells, square cells, and pouch-type cells according to their external and internal structural characteristics, and are mainly jelly-roll type (wound type) according to the structure of the electrode assembly of the anode / separation membrane / cathode structure constituting the secondary battery. ) And stacked (stacked).
그 중에서 흔히 사용되는 젤리-롤형 전극조립체는, 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아 제조된다. 젤리-롤형 전극조립체는 주로 원통형 전지에 사용되며, 경우에 따라서 는, 이를 판상형으로 압축하여 각형 또는 파우치형 전지에 적용하기도 한다. Among them, a commonly used jelly-roll type electrode assembly is coated with an electrode active material or the like on a metal foil used as a current collector, dried and pressed, cut into bands of a desired width and length, and a negative electrode and a positive electrode using a separator. After the diaphragm is wound into a spiral is produced. Jelly-roll type electrode assemblies are mainly used in cylindrical batteries, and in some cases, they are compressed into plate shapes and applied to square or pouch type batteries.
도 1 및 2에는 종래의 원통형 이차전지의 구조가 수직 단면도로서 도시되어 있다. 1 and 2 show the structure of a conventional cylindrical secondary battery as a vertical cross-sectional view.
도 1을 참조하면, 일반적으로 원통형 이차전지(10)는 원통형 캔(20), 캔(20)의 내부에 수용되는 젤리-롤형의 전극조립체(30), 캔(20)의 상부에 결합되는 캡 어셈블리(40), 및 캡 어셈블리(40)를 장착하기 위한 클림핑 부위(50)로 구성되어 있다.Referring to FIG. 1, a cylindrical
전극조립체(30)는 양극(31)과 음극(32) 사이에 분리막(33)을 개재한 상태로 젤리-롤형으로 감은 구조로 되어 있으며, 양극(31)에는 양극 탭(34)이 부착되어 캡 어셈블리(40)에 접속되어 있고, 음극(32)에는 음극 탭(도시하지 않음)이 부착되어 캔(20)의 하단에 접속되어 있다.The
캡 어셈블리(40)는 양극 단자를 형성하는 상단 캡(41), 전지 내부의 온도 상승시 전지저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(positive temperature coefficient element; 42), 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하거나 및/또는 가스를 배기하는 안전벤트(43), 특정 부분을 제외하고 안전벤트(43)를 캡 플레이트(45)로부터 전기적으로 분리시키는 절연부재(44), 양극(31)에 연결된 양극 탭(34)이 접속되어 있는 캡 플레이트(45)가 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어져 있다. The
클림핑 부위(50)는 캡 어셈블리(40)를 캔(20)의 개방 상단에 장착할 수 있도록 캔(20)의 상단에 형성되어 있다. 보다 구체적으로, 클림핑 부위(50)는, 캔(20) 의 상단부를 만입 비딩 가공함으로써 내측으로 비딩부(21)를 형성하고, 가스켓(60)에 캡 플레이트(45), 절연부재(44), 안전벤트(43) 및 상단 캡(41)의 외주면을 차례로 삽입한 다음, 상단부를 절곡함으로써 형성된다. 결과적으로, 클림핑 부위(50)의 내측면에 위치하는 가스켓(60)을 감싸는 형태로 되고, 클림핑(crimping) 및 프레싱 공정을 수행함으로써 캡 어셈블리(40)를 장착한다. The crimping
그러나, 이러한 구조의 이차전지는 외부충격 등으로 도 2에서와 같이 양극 탭(34)이 정위치를 이탈하는 경우, 전기적으로 양극을 띠고 있는 탭(34)과 전기적으로 음극을 띠고 있는 캔(20)의 내벽이 접촉하여 내부단락이나 발화 및 폭발 등이 일어나게 된다. 이러한 단락은 전지의 대량 생산 과정에서 일부 불량 제품들에서도 나타난다.However, when the
또한, 디지털 기기에 국한되었던 이차전지의 적용 범위가 전동공구, 청소기, 전동 스쿠터, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같이 보다 열악한 사용 환경의 디바이스 및 장치들로 확대되면서, 기계적 충격 등의 외력에 의하여 양극 탭이 정위치를 이탈할 우려가 더 커지게 되었다. In addition, the application range of secondary batteries, which were limited to digital devices, has been expanded to devices and devices in harsher environments, such as electric tools, vacuum cleaners, electric scooters, electric vehicles, and hybrid electric vehicles. There is a greater risk that the tab will fall out of position.
더욱이, 잦은 진동과 강한 외부 충격시, 밀봉 부위가 부분적으로 또는 일시적으로 해제되면서 전해액이 외부로 누출되는 현상도 발생한다. 리튬 이차전지의 전해액은 발화성이 크고 화학반응시 분해되면서 다량의 가스를 발생시키므로 발화 및 폭발의 위험성이 매우 크다는 단점을 가지고 있다.Moreover, during frequent vibrations and strong external shocks, the electrolyte leaks to the outside as the sealing part is partially or temporarily released. The electrolyte of a lithium secondary battery has a disadvantage in that it is highly flammable and generates a large amount of gas as it decomposes during a chemical reaction, so the risk of fire and explosion is very high.
이와 관련하여, 한국 공개실용신안 제2000-0015920호에서는 전지 캔의 내부에 양극과 음극 및 분리막이 함께 권취된 젤리-롤이 수납되고, 캔의 개구에 캡 어 셈블리가 클림핑되어 밀봉되는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 캔의 내주면과 젤리-롤의 외주면 사이에 보호막을 코팅하는 기술에 대하여 개시하고 있다. In this regard, in Korean Utility Model Publication No. 2000-0015920, a lithium roll in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are wound together is stored inside a battery can, and a cap assembly is crimped and sealed in an opening of the can. In a secondary battery, a technique of coating a protective film between the inner circumferential surface of the can and the outer circumferential surface of the jelly-roll is disclosed.
그러나, 상기 기술은 외부 충격이나 날카로운 도구에 의해 캔이 손상하는 경우 캔의 소재에 비하여 상대적으로 낮은 경도를 가지는 보호막이 젤리- 롤의 단락을 방지하기는 어려우며, 보호막이 캔의 내주면 전체에 코팅되어 있어서 제조 공정상 캔의 바닥부까지 코팅이 될 우려가 높으며, 캔의 바닥부가지 코팅이 된다면 젤리-롤의 음극 탭과 캔의 바닥부의 결합에 이용되는 저항용접 작업시 문제가 발생할 수 있다. However, if the can is damaged by an external impact or a sharp tool, it is difficult for the protective film having a relatively low hardness to prevent the short-circuit of the jelly-roll compared to the material of the can, and the protective film is coated on the entire inner peripheral surface of the can. In the manufacturing process, there is a high possibility of coating to the bottom of the can, and if the bottom of the can is coated, there may be a problem in the resistance welding operation used for bonding the negative tab of the jelly-roll and the bottom of the can.
또한, 보호막이 그것의 상단이 캔의 외부로 노출된 상태로 전면에 걸쳐 형성되어 있어서, 전해액의 누액 가능성이 매우 높다는 문제점을 가지고 있다. 즉, 가스켓과 보호막 사이에 연속적인 계면이 전면에 걸쳐 형성되어 있어서, 잦은 진동 또는 강한 외부 충격의 인가시, 가스켓과 보호막 사이의 밀착 밀봉 상태가 부분적 또는 일시적으로 해제되면서, 캔 내부의 전해액이 상기 연속적인 계면을 따라 외부로 누출되게 된다. 또한, 상기 기술은 보호막을 전지 캔의 내주면을 따라 측면 전체에 도포함으로써, 전지 용량이 감소되고, 상기와 같은 도포를 위한 제조 비용이 증가되는 단점이 있다.In addition, since the protective film is formed over the entire surface with its upper end exposed to the outside of the can, there is a problem that the possibility of leakage of the electrolyte solution is very high. That is, the continuous interface between the gasket and the protective film is formed over the entire surface, so that the close sealing state between the gasket and the protective film is partially or temporarily released during frequent vibration or strong external impact, thereby causing the electrolyte inside the can to be discharged. It leaks out along a continuous interface. In addition, the above technique has the disadvantage that by applying the protective film to the entire side along the inner circumferential surface of the battery can, the battery capacity is reduced, the manufacturing cost for such application is increased.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technology that can fundamentally solve these problems.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 종래 원통형 이차전지에서 캡 어셈블리가 가스켓을 경유하여 절연 상태로 장착될 수 있도록 내측으로 절곡되어 있는 비딩부를 포함하는 캔의 내면에 절연성 물질층을 특정한 형태로 형성시킬 경우, 진동, 낙하, 충격 등과 같은 물리적 외력의 인가시 또는 전지 제조 공정에 있어서 작업의 오류에 의한 양극 탭의 위치 이탈에 의한 내부단락, 전해액의 누액 등을 방지함으로써 전지의 안전성을 향상시킬 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.After extensive research and various experiments, the inventors of the present application have an insulating material on the inner surface of a can including a bead portion that is bent inward so that the cap assembly can be mounted in an insulating state through a gasket in a conventional cylindrical secondary battery. When the layer is formed in a specific shape, the battery can be prevented when an external external force such as vibration, drop, impact, etc. is applied or in the battery manufacturing process, the internal short circuit due to the deviation of the position of the positive electrode tab due to an error in operation, and leakage of the electrolyte solution are prevented. It has been found that the safety of the present invention can be improved, and the present invention has been completed.
본 발명에 따른 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 캔에 내장되어 있는 구조의 전지로서, 전극단자를 포함하는 캡 어셈블리가 가스켓을 경유하여 절연 상태로 장착될 수 있도록 내측으로 절곡되어 있는 비딩(beading)부가 캔의 개방 상단부 인근에 형성되어 있고, 적어도 상기 비딩부를 포함하는 캔의 내면에는 절연성 물질층이 형성되어 있으며, 상기 절연성 물질층에는 가스켓의 하단에 밀착되는 연속적인 환형 돌기가 형성되어 있고, 상기 절연성 물질층의 상단은 외부로 노출되어 있지 않는 것으로 구성되어 있다. The secondary battery according to the present invention is a battery having a structure in which an electrode assembly (jelly-roll) having a cathode / separation membrane / cathode structure is embedded in a cylindrical can, and a cap assembly including an electrode terminal may be mounted in an insulated state through a gasket. A beading portion, which is bent inwardly, is formed near the open top of the can, and an insulating material layer is formed on an inner surface of the can including at least the beading portion, and the insulating material layer is in close contact with the bottom of the gasket. A continuous annular protrusion is formed, and the upper end of the insulating material layer is configured not to be exposed to the outside.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지는 캔의 내면의 비딩부에 절연성 물질층이 형성되어 있어서, 낙하, 진동 등의 이유로 외부로부터 물리적 충격이 가해지는 경 우, 양극 탭이 정위치를 이탈하여 음극을 띄고 있는 캔의 내벽이 접촉하여 발생하는 내부단락으로 인한 발화 또는 폭발을 방지할 수 있다.Therefore, in the secondary battery according to the present invention, an insulating material layer is formed on the bead portion of the inner surface of the can, and thus, when a physical shock is applied from the outside due to a drop, vibration, or the like, the positive electrode tab is moved out of position to provide a negative electrode. It is possible to prevent fire or explosion due to internal short circuit caused by contact of the inner wall of the floating can.
또한, 상기 절연성 물질층은 그것의 상단부가 캔 또는 가스켓의 외부로 노출되어 있지 않고, 가스켓의 하단에 접하는 부위에는 환형 돌기가 연속적으로 형성되어 있어서, 진동, 낙하, 충격 등과 같은 외력의 인가시, 전해액의 누액을 방지할 수 있다.In addition, the insulating material layer of the upper end portion thereof is not exposed to the outside of the can or gasket, the annular projection is continuously formed in the portion in contact with the lower end of the gasket, when applying an external force such as vibration, drop, impact, The leakage of electrolyte solution can be prevented.
본 발명에서 상기 절연성 물질층은, 전지의 작동에 영향을 미치지 않으면서 캔의 비딩부 내측에 부착되어 소정의 두께로 층을 이루어, 원통형 캔과 양극 탭의 전기적 접속을 방지할 수 있는 절연성 층이면 특별히 제한되는 것은 아니며, 그것의 바람직한 구성들을 예시하면 하기와 같다.In the present invention, the insulating material layer is an insulating layer which is attached to the inside of the bead portion of the can without affecting the operation of the battery and forms a layer with a predetermined thickness, thereby preventing electrical connection between the cylindrical can and the positive electrode tab. It is not particularly limited, and examples thereof are as follows.
첫째, 전지캔의 비딩부 내측에 절연성 물질을 코팅하여 절연층을 형성하는 구성일 수 있다. 일 예로, 상기 절연성 물질은 절연성과 내화학성을 가진 소재로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리에틸렌테레프탈이이트, 합성고무 및 실리콘 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 물질일 수 있다. First, it may be a configuration to form an insulating layer by coating an insulating material inside the bead portion of the battery can. For example, the insulating material may be a material having insulation and chemical resistance, and may be one or more materials selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polybutylene, polyethylene terephthalate, synthetic rubber, and silicone resin.
둘째, 전지캔의 비딩부 내측에 절연성 소재의 테이프를 부착하여 절연층을 형성하는 구성일 수 있다. 일 예로, 상기 절연성 테이프는 폴리프로필렌, 폴리이미드(PI) 또는 폴리에틸렌술파이드(PPS)의 필름 기재의 일면에 실리콘계 또는 아크릴계 접착층이 도포되어 있을 수 있다.Second, the insulating layer may be formed by attaching an insulating tape to the inside of the bead of the battery can. For example, the insulating tape may be coated with a silicone-based or acrylic adhesive layer on one surface of a film substrate of polypropylene, polyimide (PI) or polyethylene sulfide (PPS).
상기 원통형 캔의 비딩부 내측에 절연성 코팅층을 형성함에 있어서, 절연성 코팅층의 두께는 바람직하게는 15 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다. 코팅층의 두께가 너 무 얇으면, 양극 탭과 원통형 캔의 전기적 접속을 방지하기 위한 전기절연성을 얻기가 어려울 수 있고, 반대로 코팅층의 두께가 너무 두꺼우면, 이에 따른 전지 용량이 감소 및 재료비가 증가할 수 있으며, 도포물의 고화 시간이 길어지거나 진동과 같은 외부 충격에 의해 절연성 코팅층이 캔의 비딩부 내측으로부터 분리될 가능성이 있으므로 바람직하지 않다. In forming the insulating coating layer inside the bead portion of the cylindrical can, the thickness of the insulating coating layer may be preferably 15 ㎛ to 30 ㎛. If the thickness of the coating layer is too thin, it may be difficult to obtain electrical insulation to prevent the electrical connection between the positive electrode tab and the cylindrical can, and conversely, if the thickness of the coating layer is too thick, the battery capacity and material cost will increase accordingly. It is not preferable because the insulating coating layer may be separated from the inside of the bead portion of the can due to an increase in the solidification time of the coating or an external impact such as vibration.
또한, 상기 절연성 테이프를 부착하여 비딩부 내측에 절연층을 형성함에 있어서, 상기 절연성 테이프는 20 ㎛ 내지 40 ㎛의 두께일 수 있으며, 앞서 언급한 바와 같이 절연성 테이프의 두께가 너무 얇으면 전기 절연성에 대한 효과를 기대하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 전지 캔 내부의 공간이 줄어들어 전지 용량이 감소하게 되고, 전지의 온도 변화에 따른 테이프의 이완 및 수축 현상으로 인해 캔의 내벽과 쉽게 분리될 수 있으므로 바람직하지 않다.In addition, in forming the insulating layer inside the bead by attaching the insulating tape, the insulating tape may be a thickness of 20 ㎛ to 40 ㎛, as mentioned earlier if the thickness of the insulating tape is too thin to the electrical insulation On the contrary, if the thickness is too thick, the space inside the battery can is reduced, thereby reducing the battery capacity, and the tape can be easily separated from the inner wall of the can due to the tape relaxation and shrinkage caused by the temperature change of the battery. not.
이러한 절연성 물질층은, 앞서 설명한 바와 같이, 가스켓의 하단에 밀착되는 연속적인 환형 돌기를 포함하고 있다는 점과, 상단이 캔 또는 가스켓의 외부로 노출되어 있지 않다는 점에 특징이 있다. This layer of insulating material is characterized by having a continuous annular projection that is in close contact with the bottom of the gasket, as described above, and that the top is not exposed to the outside of the can or gasket.
첫째, 상기 환형 돌기는 가스켓의 하단과 절연성 물질층 사이의 밀봉성을 높일 수 있도록 가스켓의 하단 외주면을 따라 형성되어 있다. 전해액의 누액 현상은 가스켓과 절연성 물질층 사이의 계면 개시점인 가스켓의 하단에서부터 시작되는 바, 상기 환형 돌기가 가스켓의 하단에 밀착되어 상기와 같은 누액의 개시를 근본적으로 억제한다. First, the annular protrusion is formed along the outer circumferential surface of the lower end of the gasket to increase the sealing property between the lower end of the gasket and the insulating material layer. The leakage of the electrolyte starts from the lower end of the gasket, which is the interface starting point between the gasket and the insulating material layer, and the annular protrusion is in close contact with the lower end of the gasket to fundamentally suppress the initiation of such leakage.
환형 돌기의 돌출 크기는 상기와 같은 효과를 발휘할 수 있는 크기라면 특별 히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 0.2 내지 1.0 mm일 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 환형 돌기가 가스켓의 하단에 의해 부분적으로 가압되는 형태일 수도 있다. Protruding size of the annular protrusion is not particularly limited as long as it can exert the above effects, for example, it may be 0.2 to 1.0 mm. In some cases, the annular protrusion may be partially pressurized by the lower end of the gasket.
둘째, 절연성 물질층의 상단이 외부로 노출되지 않음으로써, 가스켓과 절연성 물질층 사이에 비연속적인 접촉 계면을 형성하게 된다. 앞서 설명한 바와 같이, 가스켓과 절연성 물질층 사이에 연속적인 접속 계면이 형성되어 있는 경우에는, 외력, 특히, 잦은 진동의 인가시, 전해액이 계면을 따라 누액되는 경향이 있다. 반면에, 본 발명에서와 같이, 비연속적인 접촉 계면을 형성하도록 구성하는 경우에는 그러한 전해액의 연속적인 흐름성이 차단되어 누액 현상의 발생을 최소화할 수 있다. Second, the top of the insulating material layer is not exposed to the outside, thereby forming a discontinuous contact interface between the gasket and the insulating material layer. As described above, in the case where a continuous connection interface is formed between the gasket and the insulating material layer, the electrolyte tends to leak along the interface upon application of external force, especially frequent vibration. On the other hand, when configured to form a discontinuous contact interface as in the present invention, the continuous flow of such electrolyte can be blocked to minimize the occurrence of leakage.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 구성에 의해, 일차적으로 전해액이 가스켓-절연성 물질층 사이의 계면으로 유입되는 것을 억제하고, 그러함에도 불구하고 전해액이 유입되는 경우에는 이차적으로 비연적인 접속 계면에 의해 누액 현상을 최대한 억제하게 된다. Accordingly, the present invention prevents the electrolyte from flowing into the interface between the gasket-insulating material layer primarily by the above-described configuration, and nevertheless, when the electrolyte flows in, the liquid leaks by the secondary non-combined interface. The phenomenon is suppressed as much as possible.
하나의 바람직한 예에서, 상기 절연성 물질층의 상단은 가스켓과의 전체 접촉면 높이를 기준으로 하단 접촉면으로부터 적어도 50% 이상의 높이에서 캔의 외부로 노출되지 않는 부위 상에 위치할 수 있다. In one preferred example, the top of the layer of insulating material may be located on an area that is not exposed to the outside of the can at least 50% of the height from the bottom contact surface relative to the total contact surface height with the gasket.
반면에, 상기 절연성 물질층의 하단은 적어도 비딩부의 하단면을 감싸는 부위 상에 위치하고 있어서, 외력의 인가에 의해 캔 내부의 전극조립체가 정위치에서 이탈되거나 양극 탭이 이동하여 음극을 띠는 캔과 접촉하여 내부 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.On the other hand, the lower end of the insulating material layer is located at least on the portion surrounding the bottom surface of the bead portion, the electrode assembly in the can is separated from the correct position by the application of an external force or the positive electrode tab is moved to the negative electrode and Internal short circuits can be prevented from coming into contact.
본 발명에 따른 상기 전지는 전극조립체를 전지케이스에 내장한 상태에서 리튬 함유 전해액을 함침시켜 제조되는 리튬 이차전지에 바람직하게 적용될 수 있다.The battery according to the present invention may be preferably applied to a lithium secondary battery manufactured by impregnating a lithium-containing electrolyte in a state in which an electrode assembly is embedded in a battery case.
본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 원통형 캔에 젤리-롤을 삽입하고, 적어도 비딩부가 형성되는 부위를 포함하는 캔의 내면에 절연성 물질층을 형성하며, 캔의 개방 상단에 비딩부를 형성하고, 가스켓 장착 캡 어셈블리를 상기 개방 상단에 탑재한 후, 캔의 상단을 클림핑하는 단계로 구성됨으로써, 제조 작업이 용이하고 생산성이 향상될 수 있다.In the method of manufacturing a secondary battery according to the present invention, a jelly-roll is inserted into a cylindrical can, an insulating material layer is formed on an inner surface of a can including at least a portion where a bead is formed, and a bead is formed on an open top of the can. After mounting the gasket mounting cap assembly on the open top, and then crimping the top of the can, the manufacturing operation can be facilitated and productivity can be improved.
상기 이차전지 제조방법에서 절연성 소재의 테이프를 부착하여 형성된 절연성 물질층은, 절연성 소재의 테이프를 해당 부위에 부착할 때 양 단부가 부분적으로 중첩되도록 부착한 후, 상기 중첩 부위를 가열 가압하여 테이프 부착 두께를 균일하게 만듦으로써, 전기 절연효과를 균일하게 얻을 수 있다.In the secondary battery manufacturing method, the insulating material layer formed by attaching an insulating material tape is attached so that both ends partially overlap when attaching the insulating material tape to the corresponding part, and then heat presses the overlapping part to attach the tape. By making the thickness uniform, the electrical insulation effect can be obtained uniformly.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지의 상부구조에 대한 모식도가 도시되어 있다. 3 is a schematic diagram of an upper structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 원통형 이차전지는 전극조립체(30)가 원통형 캔(20)에 내장되어 있는 구조의 전지로서, 전극단자를 포함하는 캡 어셈블리가 가스켓(60)을 경유하여 절연 상태로 장착될 수 있도록 내측으로 절곡되어 있는 비딩부(21)가 캔(20)의 개방 상단부 인근에 형성되어 있고, 비딩부(21)를 포함하는 캔의 내면에는 절연성 물질층(100)이 형성된다. Referring to FIG. 3, a cylindrical secondary battery is a battery in which an
이러한 절연성 물질층(100)은 낙하, 진동 등의 이유로 외부로부터 물리적 충격이 가해지는 경우, 양극 탭(34)의 위치 이탈에 의해 음극을 띄는 캔의 비딩부(21)와 전기적 접촉시 발생할 수 있는 내부단락을 방지한다. When the insulating
즉, 절연성 물질층(100)은 그것의 상단(110)이 원통형 캔의 외부로 노출되지 않으면서 가스켓의 접촉면을 기준으로 하단 접촉면으로부터 50% 이상의 높이에 형성되어 있다. 또한, 절연성 물질층(100)의 하단부에는 가스켓(60)의 하단부에 밀착될 수 있도록 환형 돌기(130)가 연속적으로 형성되어 있고, 비딩부(21)의 하단면을 감싸고 있다. 따라서, 캔(20)과 가스켓(60) 사이의 접촉 계면을 효과적으로 밀봉하고 있어서, 클림핑 부위(50)의 바깥쪽 모서리 방향으로 외부충격이 가해졌을 때, 캔(20)과 가스켓(60) 사이에 미세한 이격이 발생하더라도, 이러한 이격 부위로 전해액이 누출되는 것을 방지할 수 있다. That is, the insulating
도 4 및 5에는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 이차전지의 캔 내측에 절연성 물질로 절연층을 형성하고 비딩부를 형성하는 제조과정에 대한 모식도들이 도시되어 있다.4 and 5 are schematic views illustrating a manufacturing process of forming an insulating layer and an beading part with an insulating material inside a can of a secondary battery according to another exemplary embodiment of the present invention.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지를 제조하는 과정은, 우선 도 4와 같이 금속의 캔(20) 내측 일부에 환형 돌기(130)가 형성되도록 절연성 물질을 코팅하거나 절연성 테이프를 부착함으로써 절연성 물질층(100)을 형성시킨 후, 도 5와 같이 절연성 물질이 도포된 부위를 캔(20)의 내측으로 만입되도록 변형시켜 비딩부(21)를 형성한다. 비딩부(21)는 캔(20)의 상부와 하부를 소정의 다이(도시하지 않음)를 사용하여 고정시킨 상태에서 회전시키면, 비딩 나이프(도시하지 않음)를 사용하여 형성한다. Referring to these drawings, the process of manufacturing a secondary battery according to the present invention, first by coating an insulating material or attaching an insulating tape so that the
결과적으로, 절연성 물질층(100)은 비딩부(21) 상부 측으로 소정의 길이로 연장된 구조로 형성되며, 가스켓(도시하지 않음)이 장착되었을 때 환형 돌기(130)는 가스켓의 하단에 밀착되게 된다.As a result, the insulating
이하에서는 실시예를 통해 본 발명의 내용을 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.
[실시예 1]Example 1
Ni을 도금한 SPCE(냉간압연강판)을 사용하여 상단 캡 및 원통형 캔을 제작하고, 원통형 캔 내측에 비딩부 하단면을 포함하여 가스켓의 접촉면을 기준으로 하단 접촉면으로부터 3 mm의 높이까지 폴리에틸렌 수지를 20 ㎛ 두께로 코팅하고 도 3에서와 같이 가스켓 하단부에 환형 돌기층을 형성하였다. 폴리에틸렌 수지가 코팅된 원통형 캔에 전극조립체를 장착한 다음, 전극조립체의 상단부에 대응하는 부위의 원통형 캔에 비딩 공정을 행하고, 비딩부 상에 가스켓을 삽입한 후 클핌핑을 행하여 캡 어셈블리를 장착하였다. Using Ni-plated SPCE (cold rolled steel sheet), the upper cap and the cylindrical can are manufactured.Including the lower surface of the beading portion inside the cylindrical can, polyethylene resin is applied up to a height of 3 mm from the lower contact surface based on the contact surface of the gasket. It was coated with a thickness of 20 μm and an annular protrusion layer was formed at the bottom of the gasket as shown in FIG. 3. The electrode assembly was mounted on a cylindrical can coated with polyethylene resin, and then a beading process was performed on a cylindrical can at a portion corresponding to the upper end of the electrode assembly, a gasket was inserted on the beading portion, and then a capping was performed to mount the cap assembly. .
[비교예 1]Comparative Example 1
원통형 캔 내측에 코팅층을 형성하지 않았다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 원통형 이차전지를 제작하였다. A cylindrical secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a coating layer was not formed inside the cylindrical can.
[비교예 2]Comparative Example 2
원통형 캔 내측면 전부를 폴리에틸렌 수지로 50 ㎛의 두께로 코팅하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 원통형 이차전지를 제작하였다. A cylindrical secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that the entire inner surface of the cylindrical can was coated with a polyethylene resin to a thickness of 50 μm.
[비교예 3]Comparative Example 3
원통형 캔 내측에 비딩부 하단면을 포함하여 가스켓의 접촉면을 기준으로 하단 접촉면으로부터 3 mm의 높이까지 폴리에틸렌 수지를 20 ㎛의 두께로 코팅하고, 가스켓 하단부에 환형 돌기층을 형성하지 않았다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 원통형 이차전지를 제작하였다. Including the bottom surface of the bead portion inside the cylindrical can, the polyethylene resin was coated with a thickness of 20 μm up to a height of 3 mm from the bottom contact surface with respect to the contact surface of the gasket, except that the annular protrusion layer was not formed at the bottom of the gasket. Was manufactured in the same manner as in Example 1.
[실험예 1]Experimental Example 1
실시예 1에서 제조된 30 개의 전지들과 비교예 1 내지 3에서 제조된 각각 30 개의 전지들을 도립시킨 상태에서, 15 kgf 까지 셀 내부에 압력을 가하면서 전류차단 부재가 단락되기 전에 전해액이 누출되는 지를 확인하였다. 그 결과가 하기 표 1에 개시되어 있다.In the state in which 30 batteries manufactured in Example 1 and 30 batteries manufactured in Comparative Examples 1 to 3 were inverted, the electrolyte solution leaked before the current blocking member was shorted while applying pressure to the inside of the cell to 15 kgf. It was confirmed. The results are shown in Table 1 below.
<표 1>TABLE 1
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1의 전지들에서는 어떠한 경우에도 전해액의 누출(leakage)이 발생하지 않은 반면에, 전류차단 부재의 단락 전후하여 비교예 1 및 비교예 2의 전지들은 각각 10 개 및 8 개에서 전해액의 누출이 발생하였다. 따라서, 본 발명에 따른 전지들은 단락 이전 뿐만 아니라 단락 이후에도 우수한 밀봉성을 나타냄을 알 수 있다. As shown in Table 1, in the batteries of Example 1 according to the present invention, no leakage of the electrolyte occurred in any case, while the current blocking member was short-circuited before and after the comparative example 1 and the comparative example 2. The cells leaked from 10 and 8 electrolytes, respectively. Therefore, it can be seen that the batteries according to the present invention exhibit excellent sealing properties not only before the short circuit but also after the short circuit.
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 발명에 따른 이차전지는 원통형 캔의 비딩부를 포함하는 캔의 내면에 절연성 물질층이 형성되어 있어서, 클림핑 부위의 변형에 의한 전해액의 누액과 외부충격에 의해 전지 내부의 양극 탭이 정위치에서 이탈되어 캔의 내벽과 전기적 접촉으로 인한 내부단락을 방지하고, 원통형 캔에 소정의 외력을 인가하여 압착하는 경우에도 CID 필터가 압착 및 변형되어 비딩부와 접촉하여 발생하는 단락을 예방함으로써 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.As described above, the secondary battery according to the present invention has an insulating material layer formed on the inner surface of the can including the bead portion of the cylindrical can, the positive electrode inside the battery due to leakage of the electrolyte due to deformation of the crimping portion and external impact When the tab is released from the fixed position to prevent the internal short circuit caused by electrical contact with the inner wall of the can, and even when pressed by applying a predetermined external force to the cylindrical can, the CID filter is squeezed and deformed to contact the beading part. By preventing it, the safety of a battery can be improved significantly.
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