KR101064236B1 - Cylindrical Secondary Battery Containing Center Pin of Improved Safety to External Impact - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극/분리막/음극을 권취하여 제조된 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지로서, 수평단면 상에서 강도를 부여하는 중공형 본체와, 상기 중공형 본체의 외면을 감싸고 있고 충격 흡수성을 발휘하는 외층을 포함하는 것으로 구성된 센터 핀이, 젤리-롤의 권심에 삽입되어 있는 이차전지를 제공하는 바, 이러한 이차전지는 강한 외부적 충격이 가해지거나 충격 테스트를 수행한 결과 센터 핀에 변형이 발생하는 경우, 상기 충격 흡수성 외층의 작용으로 내부단락이 방지되거나 이를 최소화하여 전지의 발화가 발생하지 않고 발열만 일어남으로써, 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.The present invention is a secondary battery in which an electrode assembly (jelly-roll) manufactured by winding a cathode / separator / cathode is embedded in a cylindrical battery case, and includes a hollow body that provides strength on a horizontal cross section, and an outer surface of the hollow body. The center pin, which consists of an outer layer enclosing and exerting shock absorption, provides a secondary battery inserted in the core of the jelly-roll, which is subjected to a strong external shock or subjected to an impact test. As a result, when deformation occurs in the center pin, the internal short circuit is prevented or minimized by the action of the shock absorbing outer layer, thereby only generating heat without generating ignition of the battery, thereby greatly improving the safety of the battery.

Description

외부 충격에 대한 안전성이 향상된 센터 핀을 포함하고 있는 원통형 이차전지 {Cylindrical Secondary Battery Containing Center Pin of Improved Safety to External Impact}Cylindrical Secondary Battery Containing Center Pin of Improved Safety to External Impact}

도 1은 젤리-롤형 전극조립체를 내장하고 있는 종래기술의 원통형 전지의 수직 단면 사시도이다;1 is a vertical cross-sectional perspective view of a cylindrical battery of the prior art incorporating a jelly-roll electrode assembly;

도 2는 도 1의 전지에서 직선 A-A에 따른 센터 핀의 수평 단면도이다;2 is a horizontal cross-sectional view of the center pin along straight line A-A in the cell of FIG. 1;

도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 센터 핀의 사시도이다;3 is a perspective view of a center pin of a cylindrical secondary battery according to one embodiment of the present invention;

도 4는 도 3의 센터 핀에서 직선 B-B에 따른 수평 단면도이다.4 is a horizontal cross-sectional view taken along the straight line B-B at the center pin of FIG. 3.

본 발명은 외부 충격에 대한 안전성이 향상된 센터 핀을 포함하고 있는 원통형 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극/분리막/음극을 권취하여 제조된 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지로서, 수평단 면 상에서 강도를 부여하는 중공 구조의 본체('중공형 본체')와, 상기 중공형 본체의 외면을 감싸고 있고 충격 흡수성을 발휘하는 외층을 포함하는 것으로 구성된 센터 핀이, 젤리-롤의 권심에 삽입되어 있는 이차전지를 제공한다.The present invention relates to a cylindrical secondary battery including a center pin with improved safety against external impact, and more particularly, an electrode assembly (jelly-roll) manufactured by winding a cathode / separator / cathode is embedded in a cylindrical battery case. A secondary battery comprising: a center pin comprising a hollow structure for providing strength on a horizontal cross section ('hollow body') and an outer layer surrounding the outer surface of the hollow body and exerting shock absorption. To provide a secondary battery is inserted into the core of the jelly-roll.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices have increased, the demand for secondary batteries as energy sources has been rapidly increasing. Many researches have been conducted on lithium secondary batteries with high energy density and discharge voltage among such secondary batteries. .

이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. According to the shape of the battery case, secondary batteries are classified into cylindrical batteries and rectangular batteries in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can, and pouch-type batteries in which the electrode assembly is embedded in a pouch type case of an aluminum laminate sheet. .

또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다. In addition, the electrode assembly embedded in the battery case is a power generator capable of charging and discharging composed of a laminated structure of the anode / separator / cathode, a jelly-roll type wound through a separator between the long sheet-type anode and cathode coated with the active material And a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are classified into a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes are sequentially stacked in a state where a separator is interposed therebetween. Among them, the jelly-roll type electrode assembly has advantages of easy manufacturing and high energy density per weight.

젤리-롤형 전극조립체는 주로 원통형 전지와 각형 전지에 사용되는 바, 도 1에는 젤리-롤형 전극조립체를 포함하고 있는 원통형 전지의 수직 단면 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.The jelly-roll type electrode assembly is mainly used for cylindrical cells and rectangular cells, and FIG. 1 schematically shows a vertical cross-sectional perspective view of a cylindrical cell including a jelly-roll type electrode assembly.

도 1을 참조하면, 원통형 이차전지(10)는 젤리-롤형(권취형) 전극조립체(20) 를 원통형 케이스(30)에 수납하고, 원통형 케이스(30) 내에 전해액을 주입한 후에, 케이스(30)의 개방 상단에 전극 단자(예를 들어, 양극 단자; 도시하지 않음)가 형성되어 있는 탑 캡(40)을 결합하여 제작한다.Referring to FIG. 1, the cylindrical secondary battery 10 accommodates a jelly-roll type (wound) electrode assembly 20 in a cylindrical case 30 and injects an electrolyte solution into the cylindrical case 30, followed by a case 30. ) Is manufactured by combining a top cap 40 having an electrode terminal (for example, a positive electrode terminal; not shown) formed at an open upper end thereof.

전극조립체(20)는 양극(21)과 음극(22), 및 분리막(23)을 차례로 적층하여 둥근 형태로 감은 구조로서, 그것의 권심(젤리-롤의 중심부)에는 원통형의 센터 핀(50)이 삽입되어 있다. 센터 핀(50)은 일반적으로 소정의 강도를 부여하기 위해 금속 소재로 이루어져 있으며, 판재를 둥글게 절곡한 구조를 가지고, 도 2에서와 같이, 수평 단면상 단부(51)가 접하지 않은 중공형의 원통형 구조로 이루어져 있다. 이러한 센터 핀(50)은 전극조립체를 고정 및 지지하는 작용과 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 작용한다. The electrode assembly 20 has a structure in which a cathode 21, a cathode 22, and a separator 23 are sequentially stacked and wound in a round shape, and a cylindrical center pin 50 is formed at its core (center of jelly-roll). Is inserted. The center pin 50 is generally made of a metal material to impart a predetermined strength, and has a structure in which the plate is rounded, and as shown in FIG. 2, a hollow cylindrical shape in which the end 51 is not in contact with the horizontal cross section. It consists of a structure. The center pin 50 serves as a passage for fixing and supporting the electrode assembly and for releasing gas generated by internal reaction during charging and discharging and during operation.

그러나, 센터 핀(50)은 전지의 낙하 및 압착 등 외부충격이 인가되었을 때, 중공형의 내부구조에 변형이 일어나기 쉽고, 그러한 변형에 의해 센터 핀의 접하지 않은 단부(51)가 분리막을 뚫고 전극에 접촉됨으로써 내부단락을 유발할 수 있다. However, when the center pin 50 is subjected to an external shock such as dropping or crimping of the battery, deformation is likely to occur in the hollow internal structure, and the end portion 51 of the center pin that is not in contact with the center pin penetrates the separation membrane. Contact with the electrode may cause an internal short circuit.

특히, 원통형 리튬 이차전지가, 예를 들어, 노트북 PC에 사용되는 경우, 대부분 충격 테스트(impact test) 등의 안전성 테스트를 거치는 바, 이러한 충격 테스트를 수행한 결과 센터핀이 변형됨으로써 전지가 발화되는 현상이 발생하여 심각한 문제가 되고 있다. 더욱이, 최근 노트북 PC의 발화 사건이 연이어 발생함에 따라 전지의 안전성에 대한 중요성이 더욱 강조되고 있다. In particular, when a cylindrical lithium secondary battery is used in, for example, a notebook PC, most of them undergo a safety test such as an impact test. As a result of performing such an impact test, the center pin is deformed to ignite the battery. The phenomenon has been a serious problem. Moreover, the importance of the safety of the battery has been further emphasized as recent ignition events of the notebook PC occur.

따라서, 센터 핀의 변형에 의한 내부단락 및 이에 따른 전지의 발화를 효과적으로 방지하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실 정이다. Therefore, there is a high need for a technology that can effectively prevent the internal short circuit caused by the deformation of the center pin and thereby ignite the battery, thereby improving the safety of the battery.

이와 관련하여, 일본 특허출원공개 제2005-259567호는 분리막의 두께가 20 ㎛ 이하인 경우 발생할 수 있는 좌굴(buckling) 현상을 방지하기 위하여, 심부에 작동 온도가 70 ~ 150℃인 가압 수단을 가지며, 상기 가압 수단은 형상 기억 합금 또는 열가소성 수지와 용수철 모양 금속으로 된 센터 핀을 배치하거나, 소정의 온도에서 체적 팽창하는 발포제 및 미소 캡슐을 배치한 가압 수단을 포함하는 구조의 원통형 이차전지를 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술은 두께가 20 ㎛ 이하인 분리막을 사용하는 원통형 이차전지에 한하여 적용되는 기술이고, 소정의 조건을 만족하는 경우 센터 핀 내부가 소정의 물질로 채워지게 되는 구조를 갖는 바, 이하 설명하는 바와 같이 중공형 본체에 충격 흡수성을 발휘하는 외층을 포함하는 본 발명과는 현저히 구별된다. In this regard, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-259567 has a pressurizing means having an operating temperature of 70 to 150 ° C. in the core to prevent buckling that may occur when the thickness of the separator is 20 μm or less. The pressurizing means discloses a cylindrical secondary battery having a structure including a pressurizing means for arranging a center pin made of a shape memory alloy or a thermoplastic resin and a spring-shaped metal, or for arranging a foaming agent and a microcapsule, which expand in volume at a predetermined temperature. . However, the above technique is a technique applied only to a cylindrical secondary battery using a separator having a thickness of 20 μm or less, and has a structure in which a center pin is filled with a predetermined material when a predetermined condition is satisfied. As described above, the present invention is remarkably distinguished from the present invention including an outer layer exhibiting shock absorbing properties in the hollow body.

한편, 일본 특허출원공개 제1999-204130호, 제1997-270251호 및 제2003-092148호, 일본 등록특허 제3613407호, 및 한국 특허출원공개 제2003-043745호, 제2006-037843호 등에는 상기 구조를 일부 변형한 센터 핀들이 제시되어 있다. Japanese Patent Application Publication Nos. 1999-204130, 1997-270251 and 2003-092148, Japanese Patent No. 3613407, and Korean Patent Application Publication Nos. 2003-043745, 2006-037843, etc. Some variations of the center pins are shown.

그러나, 이러한 센터 핀들은 그 나름의 장점을 가지기는 하지만, 앞서 설명한 바와 같은 문제점들을 모두 해결하지는 못하는 것으로 확인되었다.However, these center pins have their advantages, but they do not solve all of the problems described above.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 수평단면 상에서 강도를 부여하는 중공 구조의 본체('중공형 본체')와, 상기 중공형 본체의 외면을 감싸고 있고 충격 흡수성을 발휘하는 외층을 포함하는 것으로 구성된 센터 핀을 젤리-롤의 권심에 삽입하였을 경우, 외부적 충격에 의해 센터 핀이 변형되는 경우에도 상기 충격 흡수성 외층에 의해 충격을 완화하여 그에 따른 내부단락을 방지하거나 최소화할 수 있고, 더욱이 충방전 또는 작동시 발생되는 가스를 효과적으로 방출할 수 있으므로, 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.After extensive research and various experiments, the inventors of the present application wrap a hollow body ('hollow body') that gives strength on a horizontal cross section, and surround the outer surface of the hollow body and exhibit shock absorption. When the center pin composed of the outer layer is inserted into the core of the jelly-roll, even when the center pin is deformed by an external impact, the shock absorbing outer layer may be used to alleviate the impact and thus prevent or minimize the internal short circuit. In addition, since it is possible to effectively discharge the gas generated during charging and discharging or operation, it has been confirmed that the safety of the battery can be greatly improved, and the present invention has been completed.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는, 양극/분리막/음극을 권취하여 제조된 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지로서, 수평단면 상에서 강도를 부여하는 중공 구조의 본체('중공형 본체')와, 상기 중공형 본체의 외면을 감싸고 있고 충격 흡수성을 발휘하는 외층을 포함하는 것으로 구성된 센터 핀이, 젤리-롤의 권심에 삽입되어 있는 것으로 구성되어 있다.A secondary battery according to the present invention for achieving this object is a secondary battery in which an electrode assembly (jelly-roll) manufactured by winding a cathode / separation membrane / cathode is embedded in a cylindrical battery case, which provides strength on a horizontal cross section. A center pin composed of a hollow structure body ('hollow body') and an outer layer surrounding the outer surface of the hollow body and exhibiting shock absorbing properties is inserted into the core of the jelly-roll. .

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지에서 센터 핀은 중공형 본체와 상기 중공형 본체의 외면을 감싸고 있는 충격 흡수성 외층을 포함하는 것으로 구성되어 있으므로, 외부적 충격, 예를 들어, 노트북 PC용 원통형 전지에 대한 충격 테스트(impact test)시 가해지는 강한 충격에 의해 센터 핀이 변형되는 경우, 상기 충격 흡수성 외층에 의해 내부 단락 및 이에 따른 전지의 발화를 방지할 수 있다. 또한, 중공형 본체에 의해 형성된 중공부는 충방전 및 작동시의 발생되는 가스의 분출 통로로서의 역할을 수행함으로써, 특히 고온 내지 고압 등의 가혹한 조건에서 전극조립체가 발화하는 현상을 방지할 수 있으므로, 궁극적으로 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다. As described above, in the secondary battery according to the present invention, since the center pin includes a hollow body and a shock absorbing outer layer surrounding the outer surface of the hollow body, external shock, for example, for a notebook PC When the center pin is deformed by a strong impact applied during an impact test on the cylindrical battery, the short circuit and the resulting fire of the battery can be prevented by the shock absorbing outer layer. In addition, the hollow part formed by the hollow body serves as a gas ejection passage generated during charging and discharging and operation, thereby preventing the electrode assembly from igniting under particularly harsh conditions such as high temperature to high pressure. This can improve battery safety.

상기 중공형 본체의 소재는 예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트 및 폴리메틸메타크릴레이트로로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 고분자 소재나, 상기 고분자와 필러를 포함하는 복합체(complex) 소재 등일 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니며, 특히 바람직하게는 젤리-롤에 소정의 기계적 강성을 부여하기 위해 금속 소재로 이루어진 것일 수 있다. The hollow body material may be, for example, one or two or more polymer materials selected from the group consisting of polypropylene, polyimide, polyamide, polycarbonate, and polymethyl methacrylate, or the polymer and filler It may be a composite material and the like, but is not limited thereto, and particularly preferably may be made of a metal material to impart a predetermined mechanical rigidity to the jelly-roll.

상기 충격 흡수성 외층의 소재는 충격 흡수성을 발휘할 수 있는 소재라면 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는 높은 공극율을 갖는 다공성 구조로 이루어진 것일 수 있다. 이러한 다공성 구조를 갖는 소재를 사용하는 경우, 외부 충격의 인가시 다공성 구조 내부의 기공에서 충격을 적절히 흡수함으로써 우수한 내충격성을 가지므로, 센터 핀의 변형이 거의 일어나지 않거나 아주 미세한 변형만이 일어남으로써, 센터 핀의 변형에 의한 단락을 방지할 수 있다. The material of the shock absorbing outer layer is not particularly limited as long as it is a material capable of exhibiting shock absorbing property, and preferably may be made of a porous structure having a high porosity. In the case of using a material having such a porous structure, since the impact is properly absorbed from the pores inside the porous structure when the external impact is applied, the deformation of the center pin hardly occurs or only a very fine deformation occurs. Short circuit by the deformation of the center pin can be prevented.

상기 다공성 소재의 충격 흡수성 외층은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 다공질체, 발포체 또는 부직포체 등 다양한 형태일 수 있으며, 바람직하게는 고분자 수지의 개방형(open type) 발포체 또는 폐쇄형(closed type) 발포체로 이루 어진 것일 수 있다. 이러한 외층 형성을 위한 고분자 수지의 대표적인 예로는 폴리우레탄, 폴리스티렌 등을 들 수 있지만 이들만으로 한정되는 것은 아니며, 상기 발포체는, 예를 들어, 유기 또는 무기소재에 화학적 또는 물리적 발포제를 첨가하여 발포 처리를 함으로써 제조된 것일 수 있으며, 이때, 상기 중공형 본체의 외면을 감싸기 위해 발포 시트의 형태로 제조될 수도 있다. The shock absorbing outer layer of the porous material is not particularly limited, and may be, for example, various forms such as a porous body, a foam, or a nonwoven fabric, and preferably an open type foam or a closed type of a polymer resin. It may be made of foam. Representative examples of the polymer resin for forming the outer layer may include, but are not limited to, polyurethane, polystyrene, and the like, and the foam may be foamed by adding a chemical or physical blowing agent to an organic or inorganic material, for example. It may be manufactured by, in this case, may be manufactured in the form of foam sheet to surround the outer surface of the hollow body.

젤리-롤에서 발생한 가스가 다공성 구조의 충격 흡수성 외층을 통해 중공형 본체로 이동하는 것을 더욱 용이하게 할 수 있도록, 개방형 발포체 구조의 외층이 더욱 바람직할 수 있다. The outer layer of the open foam structure may be more desirable so that the gas generated in the jelly-roll can more easily move through the impact absorbing outer layer of the porous structure to the hollow body.

상기 센터 핀은 외경은 2 내지 5 mm인 것이 바람직하다. 외경 자체가 센터 핀의 전체 크기를 의미하므로, 상기 외경이 너무 클 경우에는 전지의 용량이 작아지고, 반대로 외경이 너무 작을 경우에는 센터 핀의 기계적 강성이 작아지므로 바람직하지 않다. The center pin is preferably an outer diameter of 2 to 5 mm. Since the outer diameter itself means the total size of the center pin, it is not preferable because the capacity of the battery is small when the outer diameter is too large, whereas the mechanical rigidity of the center pin is small when the outer diameter is too small.

상기 중공형 본체의 내경은 소정의 기계적 강도를 유지하면서 충방전 및 작동시 발생되는 가스를 적절히 배출할 수 있는 범위에서 조절할 수 있는 바, 센터 핀의 전체 반경을 기준으로 30 내지 80%의 크기인 것이 바람직하다. 상기 내경의 크기가 너무 큰 경우에는, 결과적으로 상기 센터핀의 외경이 커지게 되므로 앞서 언급한 바와 같은 문제가 발생하고 소정의 기계적 강도를 발휘할 수 없을 수 있으며, 반대로 내경의 크기가 너무 작은 경우, 가스를 효과적으로 배출할 수 없으므로 바람직하지 않다. The inner diameter of the hollow body can be adjusted in a range that can properly discharge the gas generated during charging and discharging and operation while maintaining a predetermined mechanical strength, the size of 30 to 80% based on the total radius of the center pin It is preferable. When the size of the inner diameter is too large, as a result, the outer diameter of the center pin is increased, so that the above-described problems may occur and the predetermined mechanical strength may not be exerted, and conversely, when the size of the inner diameter is too small, It is not preferable because the gas cannot be discharged effectively.

상기 충격 흡수성 외층의 두께는 전지의 충방전이 반복됨에 따라 센터핀에 가해지는 충격 또는 외부 충격에 대응하여 충격을 완화할 수 있는 범위에서 적절히 조절할 수 있으며, 충격 흡수성 외층의 소재에 따라 달라질 수 있으므로 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 센터 핀의 전체 반경을 기준으로 20 내지 50%의 크기일 수 있다. 다만, 상기 충격 흡수성 외층의 두께가 너무 두꺼울 경우, 상대적으로 전극조립체의 면적을 줄이는 결과가 되므로 전지 용량을 저하시키고, 반대로, 너무 얇을 경우 소망하는 내충격성을 발휘할 수 없으므로 바람직하지 않다. The thickness of the shock absorbing outer layer may be appropriately adjusted in a range capable of alleviating the shock in response to the shock or external shock applied to the center pin as the charge and discharge of the battery is repeated, and may vary according to the material of the shock absorbing outer layer. Although not particularly limited, it may preferably be 20 to 50% in size based on the total radius of the center pin. However, when the thickness of the shock absorbing outer layer is too thick, the result is that the area of the electrode assembly is relatively reduced, and thus the battery capacity is lowered. On the contrary, when the thickness is too thin, the impact resistance of the shock absorbing outer layer may not be exhibited.

상기 중공형 본체의 구조는 특별히 제한되지 않으며, 하나의 바람직한 예에서, 상기 중공형 본체는 금속 판재를 그것의 양 단부가 대면하도록 둥글게 절곡한 구조이거나, 원통형 관의 구조일 수 있다. The structure of the hollow body is not particularly limited, and in one preferred example, the hollow body may be a structure in which a metal plate is bent roundly so that both ends thereof face each other, or may be a structure of a cylindrical tube.

상기 전자의 구조에 있어서, 금속 판재의 양 단부는 충격 흡수성 외층에 의해 감싸져 있어서, 상당한 외부 충격 등에 의한 센터 핀의 변형이 발생하는 경우에도 노출되지 않으므로, 단부가 분리막을 뚫고 전극에 접촉됨에 따라 국부적으로 단락이 발생하는 문제점을 근본적으로 방지할 수 있다. In the former structure, both ends of the metal sheet are surrounded by the shock absorbing outer layer, and thus are not exposed even when the center pin is deformed due to a significant external impact, so that the ends penetrate the separator and come into contact with the electrode. The problem of a local short circuit can be fundamentally prevented.

본 발명에 따른 센터 핀의 예시적인 구조는 도면을 참조하여 이하에서 용이하게 확인할 수 있다.An exemplary structure of a center pin according to the present invention can be easily identified below with reference to the drawings.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지에 포함되는 센터 핀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 직선 B-B에 따른 수평 단면도가 모식적으로 도시되어 있다. 이하, 상기 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.FIG. 3 is a perspective view schematically illustrating a center pin included in a cylindrical secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 schematically illustrates a horizontal cross-sectional view along a straight line B-B of FIG. 3. 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.

이들 도면을 참조하면, 센터 핀(100)은 4 mm의 외경(RC)을 가지며, 수평단면 상에서 강도를 부여하는 중공형 본체(220)와, 상기 중공형 본체의 외면을 감싸고 있고 충격 흡수성을 발휘하는 외층(210)을 포함하는 것으로 구성되어 있다. Referring to these drawings, the center pin 100 has an outer diameter R C of 4 mm, surrounds the hollow body 220 that imparts strength on a horizontal cross section, and the outer surface of the hollow body, and has shock absorbing properties. It is comprised by including the outer layer 210 to exhibit.

중공형 본체(221)는 소정의 기계적 강도를 부여하기 위해 금속 소재로 이루어질 수 있고, 금속 판재의 양 단부(221)가 대면하도록 둥글게 절곡한 구조이다. 중공형 본체(220)에 의해 형성된 중공 구조(230)를 통해 전지 내부 단락에 의해 발생한 가스 등이 원활하게 배출될 수 있으므로, 이로 인해 원통형 전지 내부 압력이 증가하여 안전벤트 및/또는 CID가 작동하게 되므로, 고압 가스의 배출과 전류의 통전을 차단시켜서 전지의 안전성을 향상시킬 수 있고, 고온 내지 고압 등의 가혹한 환경에서 젤리-롤 전체가 분출하는 현상을 막을 수 있다. The hollow body 221 may be made of a metal material to impart a predetermined mechanical strength, and has a structure bent roundly so that both ends 221 of the metal plate face each other. Through the hollow structure 230 formed by the hollow body 220, the gas generated by the short circuit inside the battery can be smoothly discharged, thereby increasing the internal pressure of the cylindrical battery to operate the safety vent and / or the CID. Therefore, it is possible to improve the safety of the battery by blocking the discharge of high-pressure gas and the energization of the current, it is possible to prevent the phenomenon that the entire jelly-roll is ejected in the harsh environment, such as high temperature to high pressure.

충격 흡수성을 발휘하는 외층(210)은 개방형 발포체로 이루어져 있으며, 센터 핀의 전체 반경을 기준으로 20 내지 50%의 두께를 가진다. The outer layer 210 exhibiting shock absorption is made of an open foam, and has a thickness of 20 to 50% based on the total radius of the center pin.

중공형 본체(220)의 외면을 감싸는 구조인 충격 흡수성을 발휘하는 외층(210)에 의해 종래 센터 핀의 변형에 의해 날카로운 단부(221)가 분리막을 뚫어 내부 단락이 유발되는 것을 근본적으로 방지할 수 있고, 충방전의 반복에 의해 센터 핀(200)에 가해지는 충격 또는 외부 충격을 흡수함으로써, 전지의 단락 및 이에 따른 발화를 방지할 수 있으므로, 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다. By the outer layer 210 exerting the shock absorbing property, which is a structure surrounding the outer surface of the hollow body 220, the sharp end portion 221 can be fundamentally prevented from causing an internal short circuit through the separator by deformation of the conventional center pin. In addition, by absorbing an impact or an external impact applied to the center pin 200 by repetition of charging and discharging, it is possible to prevent a short circuit and consequent ignition of the battery, thereby greatly improving the safety of the battery.

본 발명에 따른 기술은, 특히, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 이차전지에 바람직하게 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 리튬 이차전지 의 기타 구성 요소들에 대하여 이하에서 상세히 설명한다.The technique according to the invention can be preferably applied particularly to lithium secondary batteries of high energy density, discharge voltage, and output stability. Other components of the lithium secondary battery according to the present invention will be described in detail below.

일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다. In general, a lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte, and the like.

양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is produced by, for example, applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder onto a positive electrode current collector, followed by drying, and further, a filler may be further added as necessary.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. The cathode current collector generally has a thickness of 3 to 500 mu m. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, the surface of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel Surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used. The current collector may form fine irregularities on its surface to increase the adhesion of the positive electrode active material, and may be in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + xMn2 - xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Li 1 + x Mn 2 - x O 4 (Where x is 0 to 0.33), lithium manganese oxides such as LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 and LiMnO 2 ; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , Cu 2 V 2 O 7 and the like; Ni-site type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x M x O 2 , wherein M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, or Ga, and x = 0.01 to 0.3; Formula LiMn 2-x M x O 2 (wherein M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta and x = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (wherein M = Fe, Co, Lithium manganese composite oxide represented by Ni, Cu or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with alkaline earth metal ions; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like. However, the present invention is not limited to these.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 양극 활물질에 도전성의 제 2 피복층이 부가됨으로 인해 상기 도전재의 첨가를 생략할 수도 있다.The conductive material is typically added in an amount of 1 to 50% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used. In some cases, since the conductive second coating layer is added to the positive electrode active material, the addition of the conductive material may be omitted.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding the active material and the conductive material to the current collector, and is generally added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

음극은 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.The negative electrode is manufactured by applying and drying a negative electrode material on the negative electrode current collector, and if necessary, the components as described above may be further included.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and may be formed of a material such as copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, surface of copper or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode current collector, fine concavities and convexities may be formed on the surface to enhance the bonding strength of the negative electrode active material, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

상기 음극 재료는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3 (0≤x≤1), LixWO2 (0≤x≤1), SnxMe1 - xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등 의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.The negative electrode material may be, for example, carbon such as hardly graphitized carbon or graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1 - x Me ' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, Group 1, 2, 3 of the periodic table) Metal composite oxides such as a group element, halogen, 0 <x ≦ 1, 1 ≦ y ≦ 3, 1 ≦ z ≦ 8); Lithium metal; Lithium alloys; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , and oxides such as Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.

상기 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separator is interposed between the cathode and the anode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally from 0.01 to 10 ㎛ ㎛, thickness is generally 5 ~ 300 ㎛. As such a separator, for example, olefin polymers such as chemical resistance and hydrophobic polypropylene; Sheets or non-woven fabrics made of glass fibers or polyethylene are used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.

리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. A lithium salt containing non-aqueous electrolyte solution consists of a nonaqueous electrolyte solution and lithium. As the nonaqueous electrolyte, a liquid nonaqueous electrolyte, a solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and the like are used.

상기 액상 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸 -2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the liquid nonaqueous electrolyte include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butylo lactone, and 1,2-dimethoxy. Ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolon, formamide, dimethylformamide, dioxolon, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, acetic acid Methyl, phosphoric acid triester, trimethoxy methane, dioxorone derivative, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, ether, pyrionic acid Aprotic organic solvents such as methyl and ethyl propionate can be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, Polymers containing ionic dissociation groups, and the like can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides, sulfates and the like of Li, such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , and the like, may be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.

또한, 리튬염 함유 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.In addition, the lithium salt-containing non-aqueous electrolyte contains pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, and hexa for the purpose of improving charge and discharge characteristics and flame retardancy. Phosphate triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride, etc. This may be added. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 당업계에 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 삽입하고 거기에 전해액을 주입하여 제조할 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention can be produced by conventional methods known in the art. That is, it may be prepared by inserting a porous separator between the anode and the cathode and injecting the electrolyte therein.

양극은, 예를 들어, 앞서 설명한 리튬 전이 금속 산화물 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다. 마찬가지로 음극은, 예를 들어, 앞서 설명한 탄소 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 얇은 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다.The positive electrode may be manufactured by, for example, applying a slurry containing the lithium transition metal oxide active material, the conductive material, and the binder described above onto a current collector and then drying. Similarly, the negative electrode can be prepared by, for example, applying a slurry containing the above-described carbon active material, a conductive material and a binder onto a thin current collector and then drying it.

본 발명은 또한 상기와 같은 구조, 즉, 수평단면 상에서 강도를 부여하는 중공 구조의 본체('중공형 본체')와, 상기 중공형 본체의 외면을 감싸고 있고 충격 흡수성을 발휘하는 외층을 포함하는 것으로 구성된 이차전지용 센터 핀을 제공한다.The present invention also includes a structure as described above, that is, a hollow body ('hollow body') for imparting strength on a horizontal cross section, and an outer layer surrounding the outer surface of the hollow body and exerting shock absorption. Provided is a center pin for a secondary battery configured.

본 발명에 따른 센터 핀은 이제껏 당업계에 알려져 있지 않은 신규한 구조로 이루어져 있으며, 이러한 구조적 특징에 의해, 강한 외부적 충격에 의해 센터 핀의 변형이 발생하는 경우 내부 단락을 최소화하고 이로 인한 발화를 방지하며, 전지 성능에 영향을 끼치지 않으면서 내부에서 발생되는 가스를 효과적으로 방출할 수 있는 효과를 발휘한다.The center pin according to the present invention has a novel structure which is not known in the art so far, and by this structural feature, when the deformation of the center pin occurs due to strong external impact, the internal short circuit is minimized and the ignition caused by this is minimized. It prevents and effectively releases gas generated inside without affecting battery performance.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the following Examples are provided to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예 1]Example 1

도 4에서와 같이, 스테인리스 재질의 판재의 양 단부가 서로 대면하도록 둥글게 절곡하여 내경이 2 mm인 중공형 본체를 제조하였고, 1.5 mm 두께의 발포체 시트로 상기 제조된 중공형 본체의 외면에 감쌈으로써, 충격 흡수성 외층을 형성하여 외경이 3.5 mm인 센터 핀을 제조하였다. 상기 센터 핀을 전극조립체의 권심에 삽입하여 18650 규격(직경 18 mm, 길이 65 mm)의 원통형 이차전지를 제작하였다.As shown in Figure 4, both ends of the stainless steel plate is bent round to face each other to produce a hollow body having an inner diameter of 2 mm, by wrapping the outer surface of the manufactured hollow body with a 1.5 mm thick foam sheet The shock absorbing outer layer was formed to produce a center pin having an outer diameter of 3.5 mm. The center pin was inserted into the core of the electrode assembly to prepare a cylindrical secondary battery of 18650 (diameter 18 mm, length 65 mm).

[비교예 1]Comparative Example 1

스테인리스 재질의 판재를 사용하여, 도 2에서와 같이, 수평 단면상 단부가 접하지 않고 중공형의 원 구조인 센터 핀을 제조하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 원통형 이차전지를 제조하였다.A cylindrical secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that a center pin having a hollow circular structure was manufactured by using a stainless steel plate, and the ends were not in contact with each other in a horizontal cross section, as shown in FIG. 2. Was prepared.

[비교예 2]Comparative Example 2

수평 단면상 단부가 접합되어 있고, 직경이 1.6 이고 내부가 채워진 구조의 원기둥 형의 센터 핀을 제조하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 원통형 이차전지를 제조하였다.A cylindrical secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a cylindrical center pin having a 1.6-diameter-diameter-filled structure with end portions bonded to each other in a horizontal cross section was manufactured.

[실험예 1]Experimental Example 1

실시예 1에서 제조된 전지 10 개와 비교예 1 및 2에서 각각 제조된 전지 10 개를 4.2 V 전압에서 충격 실험을 실시하였다. 상기 충격 실험은 4.2 V로 충전된 전지를 기준으로 610ㅁ25 mm의 높이에서 직경 15.8 mm 이고 무게가 9.1 kg인 봉 형상의 물체를 떨어뜨려 단락의 발생 여부를 확인하는 과정으로 수행되었다.Ten batteries prepared in Example 1 and ten batteries prepared in Comparative Examples 1 and 2 were subjected to an impact test at 4.2 V. The impact test was performed by checking whether a short circuit occurred by dropping a rod-shaped object having a diameter of 15.8 mm and a weight of 9.1 kg at a height of 610 x 25 mm based on a battery charged with 4.2 V.

그 결과, 실시예 1에 따른 모든 전지들은 단락이 일어나지 않은 반면에, 비교예 1에 따른 전지들 중 3 개의 전지들에서 단락이 확인되었다. 단락이 유발된 비교예 1의 전지들을 분해하여 검사한 결과, 센터 핀의 단부가 분리막을 관통하여 젤리-롤의 전극에 접속됨으로써 단락이 유발되었음을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 2에 따른 전지는 젤리롤이 받는 압력을 증가시켜 발화하지 않고 발열 현상만 일어나는 것을 확인하였다. 그러나, 비교예 2에 따른 전지는 젤리-롤의 내부에서 발생한 가스가 배출될 수 없는 구조이므로, 실제 전지에 적용하기에는 한계가 있다. As a result, all the batteries according to Example 1 did not have a short circuit, whereas short circuits were observed in three of the batteries according to Comparative Example 1. As a result of disassembling and inspecting the batteries of Comparative Example 1 in which a short circuit was induced, it was confirmed that a short circuit was caused by connecting the end of the center pin to the electrode of the jelly-roll through the separator. In addition, the battery according to Comparative Example 2 was confirmed that only the exothermic phenomenon occurs without increasing the pressure received by the jelly roll to ignite. However, the battery according to Comparative Example 2 has a structure that can not be discharged gas generated inside the jelly-roll, there is a limit to apply to the actual battery.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는 중공형 본체의 외면을 감싸고 있고 충격 흡수성을 발휘하는 외층을 포함하는 구조의 센터핀을 장착함으로써, 강한 외부적 충격에 의해 센터 핀의 변형이 발생하는 경우 내부 단락을 최소화하고 이로 인한 발화를 방지하며, 더욱이 전지 성능에 영향을 끼치지 않으면서 내부에서 발생되는 가스를 효과적으로 방출할 수 있으므로, 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다. As described above, the secondary battery according to the present invention is equipped with a center pin having a structure surrounding the outer surface of the hollow body and including an outer layer exhibiting shock absorption, so that deformation of the center pin occurs due to strong external impact. In this case, the internal short circuit can be minimized and the ignition caused by this can be prevented, and further, the gas generated therein can be effectively released without affecting the battery performance, thereby greatly improving the safety of the battery.

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.

Claims (12)

양극/분리막/음극을 권취하여 제조된 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지로서, 수평단면 상에서 강도를 부여하는 중공 구조의 본체('중공형 본체')와, 상기 중공형 본체의 외면을 감싸고 있고 다공성 구조로 이루어져 있으며 충격 흡수성을 발휘하는 외층을 포함하는 것으로 구성된 센터 핀이, 젤리-롤의 권심에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.A secondary battery in which an electrode assembly (jelly-roll) manufactured by winding an anode / separator / cathode is embedded in a cylindrical battery case, and has a hollow structure ('hollow body') that imparts strength on a horizontal cross section; A secondary battery comprising a center pin surrounding an outer surface of a hollow body and composed of a porous structure and including an outer layer exhibiting shock absorbing properties, is inserted into a core of a jelly-roll. 제 1 항에 있어서, 상기 중공형 본체는 금속 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the hollow body is made of a metal material. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 충격 흡수성 외층은 고분자 수지의 개방형(open type) 발포체 또는 폐쇄형(closed type) 발포체로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the impact absorbing outer layer is made of an open type foam or a closed type foam of a polymer resin. 제 4 항에 있어서, 상기 충격 흡수성 외층은 고분자 수지의 개방형 발포체로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 4, wherein the impact absorbing outer layer is made of an open foam of polymer resin. 제 1 항에 있어서, 상기 센터 핀은 외경이 2 내지 5 mm인 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the center pin has an outer diameter of 2 to 5 mm. 제 1 항에 있어서, 상기 중공형 본체의 내경은 센터 핀의 전체 반경을 기준으로 30 내지 80%의 크기인 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein an inner diameter of the hollow body is 30 to 80% based on the total radius of the center pin. 제 1 항에 있어서, 상기 충격 흡수성 외층의 두께는 센터 핀의 전체 반경을 기준으로 20 내지 50%의 크기인 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the impact absorbing outer layer has a thickness of 20 to 50% based on the total radius of the center pin. 제 1 항에 있어서, 상기 중공형 본체는 금속 판재를 그것의 양 단부가 대면하도록 둥글게 절곡한 구조인 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the hollow body has a structure in which a metal plate is rounded so that both ends thereof face each other. 제 1 항에 있어서, 상기 중공형 본체는 원통형 관의 구조인 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the hollow body has a structure of a cylindrical tube. 제 1 항에 있어서, 상기 전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the battery is a lithium secondary battery. 삭제delete
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