KR101254884B1 - Jelly roll type electrode assembly body and rechargeable battery having the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 조립체 권취시 최내곽에 위치하는 전극판의 선단 무지부를 길게 형성하여 적어도 전극판의 선단 무지부의 끝단을 활물질층이 형성된 전극판의 초기 꺽임부와 겹치도록 함으로써, 전극판의 초기 꺾임부의 내측 곡률을 최대한 확보하여 초기 꺽임에 의한 전극판 끊어짐 현상을 최소화할 수 있는 젤리롤형 전극 조립체 및 이를 가지는 이차 전지에 관한 것이다.According to the present invention, when the electrode assembly is wound up, the end plain portion of the electrode plate positioned at the innermost portion is formed to be long so that at least the end portion of the end plain portion of the electrode plate overlaps with the initial bent portion of the electrode plate on which the active material layer is formed. The present invention relates to a jelly roll electrode assembly and a secondary battery having the same, capable of minimizing breakage of the electrode plate due to initial bending by ensuring the inner curvature of the part as much as possible.

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 전극 집전체에 제 1 전극 활물질층이 형성된 제 1 전극판과, 세퍼레이터 및 제 2 전극 집전체에 제 2 전극 활물질층이 형성된 제 2 전극판을 함께 권취하여 형성된 젤리롤형 전극 조립체; 및 상기 젤리롤형 전극 조립체를 수용하고 밀봉되는 케이스를 포함하며, 상기 젤리롤형 전극 조립체의 최내곽에 위치하는 상기 제 2 전극판은, 권취시 권취 선단의 제 2 전극 집전체에 제 2 전극 활물질층이 형성되지 않은 제 2 전극 무지부의 꺾임부가 적어도 하나 상기 제 2 전극판에 형성된 상기 제 2 전극 활물질층의 초기 꺾임부와 내측에서 겹치게 형성되는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, a secondary battery includes a first electrode plate having a first electrode active material layer formed on a first electrode current collector, and a second electrode plate having a second electrode active material layer formed on a separator and a second electrode current collector together. A jellyroll electrode assembly formed by winding; And a case accommodating and sealing the jelly roll-type electrode assembly, wherein the second electrode plate positioned at the innermost side of the jellyroll-type electrode assembly includes a second electrode active material layer on a second electrode current collector at the tip of the winding during winding. At least one bending portion of the uncoated second electrode non-coating portion is formed to overlap the inside of the initial bending portion of the second electrode active material layer formed on the second electrode plate.

Description

젤리롤형 전극 조립체 및 이를 가지는 이차 전지 {Jelly roll type electrode assembly body and rechargeable battery having the same}Jelly roll type electrode assembly body and rechargeable battery having the same

도 1은 종래의 리튬 이차 전지의 젤리롤형 전극 조립체를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a jellyroll electrode assembly of a conventional lithium secondary battery.

도 2는 도 1의 젤리롤형 전극 조립체를 펼쳐놓은 평면도이다.FIG. 2 is a plan view illustrating the jellyroll electrode assembly of FIG.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지를 분해 도시한 분해 사시도이다.3 is an exploded perspective view illustrating an exploded lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 3의 리튬 이차 전지에서 젤리롤형 전극 조립체를 확대 도시한 확대 단면도이다.4 is an enlarged cross-sectional view illustrating a jellyroll type electrode assembly in the lithium secondary battery of FIG. 3.

도 5는 도 3의 젤리롤형 전극 조립체를 펼쳐놓은 평면도이다.FIG. 5 is a plan view illustrating the jellyroll electrode assembly of FIG. 3.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 ><Brief Description of Major Codes in Drawings>

110: 제 1 전극판 111: 제 1 전극 집전체110: first electrode plate 111: first electrode current collector

112: 제 1 전극 활물질층 113: 제 1 전극 무지부112: first electrode active material layer 113: first electrode uncoated portion

116: 제 1 전극탭 120: 제 2 전극판116: first electrode tab 120: second electrode plate

121: 제 2 전극 집전체 122: 제 2 전극 활물질층121: second electrode current collector 122: second electrode active material layer

123: 제 2 전극 무지부 126: 제 2 전극탭123: second electrode uncoated portion 126: second electrode tab

130: 세퍼레이터 140: 젤리롤형 전극 조립체130: separator 140: jelly roll type electrode assembly

Lf: 폴딩라인 L f : Folding line

Lfc:제 1 전극 활물질층이 형성된 영역의 첫번째 폴딩라인L fc : First folding line of the region where the first electrode active material layer is formed

Lfu: 제 1 전극 무지부 영역의 첫번째 폴딩라인L fu : First folding line of the first electrode plain region

Wu:권취 선단부에 위치하는 음극 무지부의 폭 W u : Width of the negative electrode plain portion located at the tip of the winding

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 조립체 권취시 최내곽에 위치하는 전극판의 선단 무지부를 길게 형성하여 적어도 전극판의 선단 무지부의 끝단을 활물질층이 형성된 전극판의 초기 꺽임부와 겹치도록 함으로써, 전극판의 초기 꺾임부의 내측 곡률을 최대한 확보하여 초기 꺽임에 의한 전극판 끊어짐 현상을 최소화할 수 있는 젤리롤형 전극 조립체 및 이를 가지는 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to form an elongated endless portion of the electrode plate positioned at the innermost part when the electrode assembly is wound, so that at least an end portion of the electrodeless plate on which the active material layer is formed at an end of the endless portion of the electrode plate. By overlapping with, and to ensure the inner curvature of the initial bent portion of the electrode plate to the maximum, the present invention relates to a jelly roll electrode assembly and a secondary battery having the same to minimize the breakage of the electrode plate due to the initial bend.

통상적으로, 이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더등의 첨단 전자기기분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬이차 전지는 작동전압이 3.6V 로서, 휴대용 전자장비전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.In general, a rechargeable battery refers to a battery that can be charged and discharged, unlike a primary battery that is not rechargeable, and is widely used in advanced electronic devices such as a cellular phone, a notebook computer, and a camcorder. In particular, the lithium secondary battery has an operating voltage of 3.6 V, which is three times higher than that of a nickel-cadmium battery or a nickel-hydrogen battery, which is widely used as a portable electronic equipment power source, and is rapidly increasing in terms of high energy density per unit weight. to be.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극활물질로 리튬계 산화물, 음극활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.The lithium secondary battery mainly uses a lithium-based oxide as a cathode active material and a carbon material as a cathode active material. Generally, a battery using a liquid electrolyte is referred to as a lithium ion battery, and a battery using a polymer electrolyte is referred to as a lithium polymer battery, which is classified as a liquid electrolyte cell and a polymer electrolyte cell, depending on the type of the electrolyte. Moreover, although a lithium secondary battery is manufactured in various shapes, a typical shape is cylindrical shape, square shape, and pouch type.

도 1은 종래의 리튬 이차 전지의 젤리롤형 전극 조립체를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 젤리롤형 전극 조립체를 펼쳐놓은 평면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a jelly roll electrode assembly of a conventional lithium secondary battery, and FIG. 2 is a plan view showing the jelly roll electrode assembly of FIG.

도 1에 도시된 바와 같이, 젤리롤형 전극 조립체(40)는 양극판(10)과, 음극판(20)과, 양극 및 음극판(10)(20) 사이에 개재되는 세퍼레이터(30)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the jellyroll electrode assembly 40 includes a positive electrode plate 10, a negative electrode plate 20, and a separator 30 interposed between the positive electrode and negative electrode plates 10 and 20.

양극판(10)은 양극 집전체(11)와, 양극 집전체(11)의 양면에 코팅되는 양극 활물질층(12)을 포함하며, 양극 집전체(11)에 양극 활물질층(11)이 형성되지 않은 양극 무지부(13)에는 양극탭(16)이 부착되어 있다.The positive electrode plate 10 includes a positive electrode current collector 11 and a positive electrode active material layer 12 coated on both surfaces of the positive electrode current collector 11, and the positive electrode active material layer 11 is not formed on the positive electrode current collector 11. The positive electrode tab 16 is attached to the positive electrode non-coated portion 13.

음극판(20)도 양극판(10)과 마찬가지로 음극 집전체(21)와, 음극 집전체(21)의 양면에 코팅되는 음극 활물질층(22)을 포함하여, 음극 집전체(21)에 음극 활물질층(22)이 형성되지 않은 음극 무지부(23)에는 음극탭(26)이 부착되어 있다.Similar to the positive electrode plate 10, the negative electrode plate 20 also includes a negative electrode current collector 21 and a negative electrode active material layer 22 coated on both surfaces of the negative electrode current collector 21, so that the negative electrode current collector 21 has a negative electrode active material layer. The negative electrode tab 26 is attached to the negative electrode uncoated portion 23 where the 22 is not formed.

세퍼레이터(30)는 양극판(10)과 음극판(20) 간의 단락을 방지하는데 유리하도록 양극판(10) 및 음극판(20)보다 폭을 넓게 형성한다.The separator 30 is wider than the positive electrode plate 10 and the negative electrode plate 20 so as to be advantageous in preventing a short circuit between the positive electrode plate 10 and the negative electrode plate 20.

상기와 같은 구조의 양극판(10), 음극판(20) 및 세퍼레이터(30)를 맨드릴과 같은 권취기를 이용해 일방향으로 권취하여 젤리롤형 전극 조립체(40)를 형성한다.The positive electrode plate 10, the negative electrode plate 20, and the separator 30 having the above structure are wound in one direction using a winding machine such as a mandrel to form a jelly roll type electrode assembly 40.

형성된 젤리롤형 전극 조립체(40)의 구조를 살펴보면, 음극판(20)이 젤리롤형 전극 조립체(40)의 최내곽에 위치하고 있다. 이러한 음극판(20)의 외곽에는 세퍼레이터(30)가 감싸져 있고, 세퍼레이터(30)의 바깥으로 양극판(10)이 위치하고 있다. 여기서 젤리롤형 전극 조립체의 최내곽에 음극판이 위치하지만, 양극판이 위치할 수 있음은 물론이다. Looking at the structure of the formed jelly roll electrode assembly 40, the negative electrode plate 20 is located on the innermost of the jelly roll electrode assembly 40. The separator 30 is wrapped around the negative electrode plate 20, and the positive electrode plate 10 is positioned outside the separator 30. Here, although the negative electrode plate is located at the innermost part of the jelly roll type electrode assembly, the positive electrode plate may be located, of course.

음극판(20)의 음극탭(26)은 권취 선단부의 음극 무지부(23)에 위치하고, 상기 양극판(10)의 양극탭(16)은 권취 말단부의 양극 무지부(13)에 위치할 수 있다. 이러한 양극탭(16) 및 음극탭(26)의 부착 위치는 각형 전지에 적용될 수 있으며, 전지의 종류, 예를 들어 원통형, 파우치형 전지에 따라 달라질 수도 있다.The negative electrode tab 26 of the negative electrode plate 20 may be positioned on the negative electrode non-coated portion 23 of the winding end portion, and the positive electrode tab 16 of the positive electrode plate 10 may be positioned on the positive electrode non-coated portion 13 of the winding end portion. Attachment positions of the positive electrode tab 16 and the negative electrode tab 26 may be applied to a square battery, and may vary depending on the type of battery, for example, a cylindrical or pouch type battery.

한편, 권취된 젤리롤형 전극 조립체(40)를 펼쳤을 때 최내곽에 위치하는 음극판(10)의 구조를 살펴보면 다음과 같다.On the other hand, look at the structure of the negative electrode plate 10 which is located in the innermost when the wound jelly roll-type electrode assembly 40 is unfolded as follows.

도 2에 도시된 바와 같이, 음극판(20)은 권취 선단의 음극 무지부(23)에 음극탭(26)이 부착되어 있으며, 음극탭(26)으로부터 소정거리 떨어진 위치에 음극 활물질층(22)이 형성되어 있다. As shown in FIG. 2, in the negative electrode plate 20, the negative electrode tab 26 is attached to the negative electrode uncoated portion 23 at the tip of the winding, and the negative electrode active material layer 22 is positioned at a predetermined distance from the negative electrode tab 26. Is formed.

이러한 음극판(20)의 평면에는 일정거리마다 폴딩라인(Lf)이 형성되어 있다. 여기서, 음극 무지부(23) 영역의 첫번째 폴딩라인을 Lfu, 음극 활물질층(22)이 형성된 영역의 첫번째 폴딩라인을 Lfc, 권취 선단부에 위치하는 음극 무지부(23)의 폭을 Wu로 나타낼 것이다.The folding line L f is formed at a predetermined distance in the plane of the negative electrode plate 20. Here, the first folding line of the region of the negative electrode non-coating portion 23 is L fu , and the first folding line of the region where the negative electrode active material layer 22 is formed is L fc , and the width of the negative electrode non-coating portion 23 positioned at the tip of the winding. It will be represented by W u .

도 1 및 도 2를 참조하면, 음극판(20)의 권취 선단에 위치하는 음극 무지 부(23)가 권취시 폴딩라인(Lf)이 한 개 들어갈 정도의 폭(Wu)을 가지면, 권취시 음극 활물질층(22)이 형성된 영역의 첫번째 폴딩라인(Lfc)이 음극 무지부(23) 영역의 첫번째 폴딩라인(Lfu)과 내측에서 겹치지 않을 가능성이 크다. 이에 따라, 음극 활물질(22)이 형성된 영역의 초기 꺾임부, 즉 음극 활물질층(22)이 형성된 영역의 첫번째 폴딩라인(Lfc) 부분이 전극 조립체 권취시 거의 직접적으로 각이진 형태로 꺾이게 된다. Referring to FIGS. 1 and 2, when the negative electrode non-coating portion 23 positioned at the tip of the winding of the negative electrode plate 20 has a width W u such that one folding line L f enters during winding, It is highly likely that the first folding line L fc of the region where the negative electrode active material layer 22 is formed does not overlap inside the first folding line L fu of the region of the negative electrode uncoated portion 23. Accordingly, the initial bent portion of the region where the negative electrode active material 22 is formed, that is, the first folding line L fc portion of the region where the negative electrode active material layer 22 is formed, is bent in an almost straight angle when winding the electrode assembly.

음극 무지부(23)는, 음극 활물질이 코팅되어 딱딱하게 경화된 음극 집전체 부분이 아니라 음극 집전체로만 이루어진 부분으로, 음극 무지부(23)의 초기 꺾임부가 권취시 발생하는 힘의 영향을 크게 받지만 유연하게 권취되어 끊어지는 현상이 적다. The negative electrode non-coating portion 23 is not a portion of the negative electrode current collector which is hardened and hardened by the negative electrode active material and is composed of only the negative electrode current collector, and greatly influences the force generated when the initial bending portion of the negative electrode non-coating portion 23 is wound. Received flexibly, but less likely to break.

반면에, 음극판(20)의 음극 활물질층(22)의 초기 꺾임부는 권취시 발생하는 힘의 영향을 크게 받을 뿐 아니라 내측에 얇은 세퍼레이터(30)만을 감싸고 권취되기 있기 때문에 거의 직접적으로 각이 지게 꺽인다. 즉, 음극판(20)의 음극 활물질층(22)의 초기 꺾임부에서는 내부 곡률이 작다. 이경우, 음극 집전체(21)에 코팅되어 딱딱하게 경화된 음극 활물질층(22)의 초기 꺾임부는 음극 무지부(23)의 초기 꺾임부보다 유연하지 않아 권취시 발생하는 힘을 받으면 끊어질 가능성이 크다. 자세히 설명하면, 딱딱하게 경화된 음극 활물질층(22)의 표면이 한번 끊어지면 끊어짐이 확산되기 쉬워, 내부의 음극 집전체(21) 일부 또는 전부가 끊어지는 현상이 발생할 수 있다. On the other hand, since the initial bending portion of the negative electrode active material layer 22 of the negative electrode plate 20 is not only greatly influenced by the force generated during winding, but also wraps around only the thin separator 30 inside, the angle is almost directly angled. Indeed. That is, internal curvature is small in the initial bending part of the negative electrode active material layer 22 of the negative electrode plate 20. In this case, the initial bending portion of the negative electrode active material layer 22 coated on the negative electrode current collector 21 and hardened harder than the initial bending portion of the negative electrode non-coating portion 23 may be broken when subjected to a force generated during winding. Big. In detail, when the surface of the hardened negative electrode active material layer 22 is broken once, breakage is likely to be diffused, and a part or all of the inside of the negative electrode current collector 21 may be broken.

이렇게, 전기 흐름의 통로인 음극판의 음극 집전체 일부가 끊어지면, 전기 흐름 통로 면적이 작아져 내부 저항이 커지게 된다. 이에 따라, 음극집전체의 음극 무지부에 위치하는 음극탭으로의 전류 흐름이 작아져 도전율이 떨어지게 된다. 더 나아가, 음극판의 음극 집전체 전체가 끊어지면, 전하가 음극판에 쌓일 뿐 흐르지 못해 전지로서 작용하지 않거나 아주 작은 용량만 가진 전지가 된다. 따라서, 전극판이 끊어지게 되면, 전류의 흐름이 작아지거나 끊어지게 되어 전지의 용량이 떨어지는 문제가 있다. In this way, when a part of the negative electrode current collector of the negative electrode plate, which is a passage of the electric flow, is cut off, the area of the electric flow passage is reduced, thereby increasing the internal resistance. As a result, the current flows to the negative electrode tab located at the negative electrode non-coating portion of the negative electrode current collector, thereby reducing the electrical conductivity. Furthermore, if the entire negative electrode current collector of the negative electrode plate is broken, electric charges will only accumulate on the negative electrode plate and will not flow, resulting in a battery having no small capacity. Therefore, when the electrode plate is broken, there is a problem in that the flow of current is reduced or broken and the capacity of the battery falls.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로서, 전극 조립체 권취시 최내곽에 위치하는 전극판의 선단 무지부를 길게 형성하여 적어도 전극판의 선단 무지부의 끝단을 활물질층이 형성된 전극판의 초기 꺽임부와 겹치도록 함으로써, 전극판의 초기 꺾임부의 내측 곡률을 최대한 확보하여 초기 꺽임에 의한 전극판 끊어짐 현상을 최소화할 수 있는 젤리롤형 전극 조립체 및 이를 가지는 이차 전지를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above-described problems, the length of the end of the electrode plate is formed at the end of the electrode plate at the outermost during the winding of the electrode assembly is formed at least the end of the electrode plate formed of the active material layer By overlapping the initial bending portion, to provide the inner curvature of the initial bending portion of the electrode plate to the maximum to provide a jelly roll-type electrode assembly and secondary battery having the same to minimize the breakage of the electrode plate due to the initial bending.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체는 제 1 집전체와 제 1 전극 활물질층을 구비하며, 제 1 전극 무지부가 형성된 제 1 전극판; 제 2 집전체와 제 2 전극 활물질층을 구비하며, 제 2 전극 무지부가 형성된 제 2 전극판; 및 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하며,Jelly roll-type electrode assembly according to an embodiment of the present invention for achieving the above object comprises a first electrode plate having a first current collector and the first electrode active material layer, the first electrode uncoated portion; A second electrode plate having a second current collector and a second electrode active material layer, and having a second electrode uncoated portion; And a separator interposed between the first electrode plate and the second electrode plate,

상기 제 2 전극판, 세퍼레이터, 제 1 전극판 순으로 배치된 상태에서 일방향으로 권취시, 최내곽에 위치한 상기 제 2 전극판의 권취 선단부에 위치하는 상기 제 2 전극 무지부의 꺾임부가 적어도 하나 상기 제 2 전극판의 제 2 전극 활물질층의 초기 꺾임부와 내측에서 겹치는 것을 특징으로 한다.At least one bent portion of the second electrode uncoated portion positioned at the leading end of the second electrode plate located at the innermost side when the electrode is wound in one direction while being arranged in the order of the second electrode plate, the separator, and the first electrode plate. It overlaps with an initial bending part of the 2nd electrode active material layer of a 2 electrode plate in an inside.

상기 제 2 전극 무지부는, 권취된 상기 제 2 전극판의 폴딩라인을 적어도 두개 갖는 폭으로 이루어질 수 있다.The second electrode uncoated portion may have a width having at least two folding lines of the wound second electrode plate.

상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 각각의 제 1 전극탭 및 제 2 전극탭은 상기 제 1 전극 무지부 및 상기 제 2 전극 무지부 각각에 부착될 수 있다.The first electrode tab and the second electrode tab of each of the first electrode plate and the second electrode plate may be attached to each of the first electrode uncoated portion and the second electrode uncoated portion.

상기 제 2 전극탭은 상기 제 2 전극판의 권취 선단의 제 2 전극 무지부에 부착될 수 있으며, 상기 제 2 전극탭은 상기 제 2 전극 무지부의 초기 꺽임부와 상기 제 2 전극 활물질층의 초기 꺾임부 사이에 위치할 수 있다.The second electrode tab may be attached to the second electrode uncoated portion of the winding front end of the second electrode plate, and the second electrode tab may be an initial bent portion of the second electrode uncoated portion and an initial portion of the second electrode active material layer. It can be located between the bends.

본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 제 1 전극 집전체에 제 1 전극 활물질층이 형성된 제 1 전극판과, 세퍼레이터 및 제 2 전극 집전체에 제 2 전극 활물질층이 형성된 제 2 전극판을 함께 권취하여 형성된 젤리롤형 전극 조립체; 및 상기 젤리롤형 전극 조립체를 수용하고 밀봉되는 케이스를 포함하며,According to an embodiment of the present invention, a secondary battery includes a first electrode plate having a first electrode active material layer formed on a first electrode current collector, and a second electrode plate having a second electrode active material layer formed on a separator and a second electrode current collector together. A jellyroll electrode assembly formed by winding; And a case accommodating and sealing the jellyroll type electrode assembly,

상기 젤리롤형 전극 조립체의 최내곽에 위치하는 상기 제 2 전극판은, 권취시 권취 선단의 제 2 전극 집전체에 제 2 전극 활물질층이 형성되지 않은 제 2 전극 무지부의 꺾임부가 적어도 하나 상기 제 2 전극판에 형성된 상기 제 2 전극 활물질층의 초기 꺾임부와 내측에서 겹치게 형성되는 것을 특징으로 한다.The second electrode plate positioned at the innermost part of the jellyroll-type electrode assembly may include at least one bent portion of the second electrode non-coating portion in which the second electrode active material layer is not formed on the second electrode current collector at the tip of the winding during the winding. The second electrode active material layer formed on the electrode plate is characterized in that it is formed to overlap with the inside.

상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 각각의 제 1 전극탭 및 제 2 전극탭은 상 기 제 1 전극 활물질 및 제 2 전극 활물질이 코팅되지 않은 상기 제 1 전극 집전체 및 상기 제 2 전극 집전체 각각의 무지부에 부착될 수 있다.Each of the first electrode tab and the second electrode tab of each of the first electrode plate and the second electrode plate may include the first electrode current collector and the second electrode current collector on which the first electrode active material and the second electrode active material are not coated. Can be attached to each uncoated portion.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지를 분해 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 리튬 이차 전지에서 젤리롤형 전극 조립체를 확대 도시한 확대 단면도이고, 도 5는 도 3의 젤리롤형 전극 조립체를 펼쳐놓은 평면도이다.3 is an exploded perspective view illustrating an exploded view of a lithium secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view illustrating a jelly roll type electrode assembly in the lithium secondary battery of FIG. 3, and FIG. It is a top view which spreads out the jelly roll type electrode assembly.

도 3을 참조하면, 리튬 이차 전지(200)는 케이스(150)에 젤리롤형으로 권취된 전극 조립체(140)가 수용된 후, 전극단자(165), 캡 플레이트(161), 절연플레이트(166) 및 터미널 플레이트(167)가 포함된 캡 조립체(160)로 마감되고, 캡 조립체(160)의 전해액 주입공(163)을 통해 주입되는 전해액 등으로 이루어진다. 또한, 전극 조립체(140)의 상면에는 전극 조립체(140)와 캡 조립체(140)와의 전기적 절연을 위하고, 이와 동시에 전극 조립체(140)의 상단부를 커버할 수 있도록 절연 케이스(170)가 설치될 수 있다.Referring to FIG. 3, the lithium secondary battery 200 includes an electrode terminal 165, a cap plate 161, an insulating plate 166 after the electrode assembly 140 wound in a jelly roll shape is accommodated in the case 150. The terminal plate 167 is closed with the cap assembly 160 including the terminal plate 167, and the electrolyte is injected through the electrolyte injection hole 163 of the cap assembly 160. In addition, an insulating case 170 may be installed on an upper surface of the electrode assembly 140 to electrically cover the electrode assembly 140 and the cap assembly 140 and at the same time to cover the upper end of the electrode assembly 140. Can be.

이차 전지용 케이스(150)는 도 3에서는 각형의 형태로 도시되어 있으나 원통형의 형태로 형성될 수 있다. 또한, 케이스(150)는 금속재로 이루어져 있으며, 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다. The secondary battery case 150 is illustrated in the shape of a square in FIG. 3, but may be formed in a cylindrical shape. In addition, the case 150 is made of a metal material, it is possible to perform the role of the terminal itself.

젤리-롤형 전극 조립체(140)는 제 1 전극탭(116)이 부착된 제 1 전극판(110), 제 2 전극탭(126)이 부착된 제 2 전극판(120) 및 상기 제 1 전극판(110)과 제 2 전극판(120) 사이에 개재된 세퍼레이터(110)가 권취된 형태로 이루어져 있 다.The jelly-roll type electrode assembly 140 includes a first electrode plate 110 to which the first electrode tab 116 is attached, a second electrode plate 120 to which the second electrode tab 126 is attached, and the first electrode plate. The separator 110 interposed between the 110 and the second electrode plate 120 is formed in a wound form.

제 1 전극판(110)은 양극일 수 있으며, 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 제 1 전극 집전체(111)의 양면에 코팅된 제1 전극 활물질층(112)을 포함하고 있다. 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1 -xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있으나, 본 실시예에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다. 그리고, 제 1 전극 집전체(111)에 제 1 전극 활물질층(112)이 형성되지 않은 제 1 전극 무지부(113)에는 제 1 전극탭(116)이 형성되어 있다.The first electrode plate 110 may be an anode and may be formed of a thin metal plate having excellent conductivity, for example, the first electrode current collector 111 made of aluminum (Al) foil. The first electrode active material layer 112 coated on both surfaces thereof is included. As the active material, a chalcogenide compound is used. For example, complex metal oxides such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi 1- x CoxO 2 (0 <x <1), and LiMnO 2 are used. However, the material is not limited to the present embodiment. The first electrode tab 116 is formed on the first electrode uncoated portion 113 in which the first electrode active material layer 112 is not formed on the first electrode current collector 111.

제 2 전극판(120)은 음극일 수 있으며, 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 제 2 전극 집전체(121)의 양면에 코팅된 제 2 전극 활물질층(122)을 포함하고 있다. 제 2 활물질은 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있으나, 본 실시예에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다. 그리고, 제 2 전극 집전체(121)에 제 2 전극 활물질층(112)이 형성되지 않은 제 2 전극 무지부(123)에는 제 2 전극탭(126)이 형성되어 있다.The second electrode plate 120 may be a cathode, and the second electrode active material coated on both surfaces of the second electrode current collector 121 made of a conductive metal plate, for example, copper (Cu) or nickel (Ni) foil. Layer 122. The second active material may be a carbon (C) -based material, Si, Sn, tin oxide, tin alloy composites, transition metal oxides, lithium metal nitrides, or lithium metal oxides. It is not limiting. The second electrode tab 126 is formed on the second electrode uncoated portion 123 in which the second electrode active material layer 112 is not formed on the second electrode current collector 121.

세퍼레이터(130)는 제 1 전극판(110)과 제 2 전극판(120)의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이차 전지(200)의 전하(charge), 예를 들면 리튬 이온의 이동만 가 능하게 하는 것으로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 어느 하나로 이루어져 있으나, 본 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 세퍼레이터(130)는 제 1 전극판(110) 및 제 2 전극판(120)보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 제 1 전극판(110) 및 제 2 전극판(120) 간의 단락을 방지하는데 유리하다. The separator 130 prevents a short between the first electrode plate 110 and the second electrode plate 120 and enables only a charge of the lithium secondary battery 200, for example, movement of lithium ions. Although, it is made of any one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene and a copolymer (co-polymer) of polyethylene and polypropylene, but the material is not limited in this embodiment. Separator 130 is formed to be wider than the first electrode plate 110 and the second electrode plate 120 is advantageous to prevent a short circuit between the first electrode plate 110 and the second electrode plate 120. .

상기와 같은 구조의 제 1 전극판(110), 제 2 전극판(120), 및 제 1 전극판(110)과 제 2 전극판(120) 사이에 개재된 세퍼레이터(130)를 함께 맨드릴과 같은 권취기를 이용해 일방향으로 권취하여 젤리롤형 전극 조립체(140)를 형성한다.The first electrode plate 110, the second electrode plate 120, and the separator 130 interposed between the first electrode plate 110 and the second electrode plate 120 having the above-described structure together, such as a mandrel It is wound in one direction using a winder to form a jellyroll type electrode assembly 140.

형성된 젤리롤형 전극 조립체(140)의 구조를 살펴보면, 제 2 전극판(120)이 젤리롤형 전극 조립체(140)의 최내곽에 위치하고 있다. 이러한 제 2 전극판(120)의 외곽에는 세퍼레이터(130)가 감싸져 있고, 세퍼레이터(130)의 바깥으로 제 1 전극판(110)이 위치하고 있다. 여기서 젤리롤형 전극 조립체의 최내곽에 제 2 전극판(120)이 위치하지만, 제 1 전극판(110)이 위치할 수 있음은 물론이다. Looking at the structure of the formed jelly roll electrode assembly 140, the second electrode plate 120 is located on the innermost of the jelly roll electrode assembly 140. The separator 130 is wrapped around the second electrode plate 120, and the first electrode plate 110 is positioned outside the separator 130. Here, although the second electrode plate 120 is positioned at the innermost part of the jelly roll type electrode assembly, the first electrode plate 110 may be located, of course.

제 2 전극판(120)의 제 2 전극탭(126)은 권취 선단부의 제 2 전극 무지부(123)에 위치하고, 상기 제 1 전극판(110)의 제 1 전극탭(116)은 권취 말단부의제 1 무지부(113)에 위치할 수 있다. 이러한 제 1 전극탭(116) 및 제 2 전극탭(126)의 부착 위치는 각형 전지에 적용될 수 있으며, 전지의 종류, 예를 들어 원통형, 파우치형 전지에 따라 달라질 수 있다.The second electrode tab 126 of the second electrode plate 120 is positioned on the second electrode uncoated portion 123 of the winding end portion, and the first electrode tab 116 of the first electrode plate 110 has the winding end portion thereof. It may be located in the first uncoated portion 113. The attachment position of the first electrode tab 116 and the second electrode tab 126 may be applied to the square battery, and may vary depending on the type of battery, for example, a cylindrical or pouch type battery.

한편, 권취된 젤리롤형 전극 조립체(140)를 펼쳤을 때 최내곽에 위치하는 제 2 전극판(120)의 구조를 살펴보면 다음과 같다.On the other hand, look at the structure of the second electrode plate 120 located in the innermost when the rolled-up jelly roll-type electrode assembly 140 is unfolded as follows.

도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 전극판(120)은 권취 선단의 제 2 전극 무지부(123)에 제 2 전극탭(126)이 부착되어 있으며, 제 2 전극탭(126)으로부터 소정거리 떨어진 위치에 제 2 전극 활물질층(122)이 형성되어 있다. As shown in FIG. 5, the second electrode plate 120 has a second electrode tab 126 attached to the second electrode uncoated portion 123 of the winding end, and has a predetermined distance from the second electrode tab 126. The second electrode active material layer 122 is formed at a remote position.

이러한 제 2 전극판(120)의 평면에는 일정거리마다 폴딩라인(Lf)이 형성되어 있다. 여기서, 제 2 전극 무지부(123) 영역의 첫번째 폴딩라인을 Lfu, 제 2 전극 활물질층(122)이 형성된 영역의 첫번째 폴딩라인을 Lfc, 권취 선단부에 위치하는 제 2 전극 무지부(123)의 폭을 Wu로 나타낼 것이다.The folding line L f is formed at a predetermined distance in the plane of the second electrode plate 120. Here, the first folding line of the region of the second electrode non-coating portion 123 is L fu , and the second folding electrode 123 of the first folding line of the region where the second electrode active material layer 122 is formed is L fc and the winding end portion. Width of It will be represented by W u .

도 4 및 도 5를 참조하면, 제 2 전극판(120)의 권취 선단에 위치하는 제 2 전극 무지부(123)가 권취시 폴딩라인(Lf)이 적어도 두 개 들어갈 정도의 폭(Wu)을 가지도록 형성되며 제 2 전극탭(126)이 제 2 전극 무지부(123)의 초기 꺽임부와 제 2 전극 활물질층(122)의 초기 꺾임부 사이에 위치할 경우, 권취시 제 2 전극 활물질층(122)이 형성된 영역의 첫번째 폴딩라인(Lfc)이 제 2 전극 무지부(123) 영역의 첫번째 폴딩라인(Lfu)과 겹치게 된다.Referring to FIGS. 4 and 5, the width W u of at least two folding lines L f is included when the second electrode support 123 positioned at the tip of the winding of the second electrode plate 120 is wound. When the second electrode tab 126 is located between the initial bent portion of the second electrode uncoated portion 123 and the initial bent portion of the second electrode active material layer 122, the second electrode at the time of winding The first folding line L fc of the region where the active material layer 122 is formed overlaps the first folding line L fu of the region of the second electrode uncoated portion 123.

이에 따라, 제 2 전극 활물질층(122)이 형성된 영역의 초기 꺾임부, 즉 제 2 전극 활물질층(122)이 형성된 영역의 첫번째 폴딩라인(Lfc) 부분이 전극 조립체 권취시 내측에 세퍼레이터(130) 뿐만 아니라 제 2 전극 무지부(123)의 초기 꺾임부, 즉 제 2 전극 무지부(123)가 형성된 영역의 첫번째 폴딩라인(Lfu) 부분을 감싸며 꺾 이므로, 종래 이차 전지의 젤리롤형 전극조립체에서 전극 활물질이 형성된 영역의 초기 꺾임부가 세퍼레이터만 감싸며 꺾인 경우보다, 내측 곡률을 확보하는 것이 유리하다.Accordingly, the initial folding portion of the region where the second electrode active material layer 122 is formed, that is, the first folding line L fc portion of the region where the second electrode active material layer 122 is formed, is separated inside the separator 130 when the electrode assembly is wound. In addition, since the first folding line (L fu ) portion of the region where the second electrode non-coating portion 123 is formed is folded and wrapped, the jelly roll type electrode assembly of the conventional secondary battery is formed. It is advantageous to secure the inner curvature in the initial bent portion of the region where the electrode active material is formed in the case where only the separator is wrapped and bent.

이렇게, 제 2 전극판(120)의 제 2 전극 활물질층(122)이 형성된 영역의 초기 꺾임부가 내측 곡률을 최대한 확보하여 꺾이기 때문에, 권취시 제 2 전극판(120)의 끊어지는 현상이 최소화될 수 있다. 즉, 전극 조립체 권취시 표면에 있는 제 2 전극 활물질층(122)이 끊어지는 현상이 줄고, 더불어 내부의 제 2 전극 집전체(121)까지 끊어지는 현상이 줄어들 수 있다. As such, since the initial bending portion of the region where the second electrode active material layer 122 of the second electrode plate 120 is formed is bent to maximize the inner curvature, the breakage of the second electrode plate 120 is minimized during winding. Can be. That is, when the electrode assembly is wound, the phenomenon in which the second electrode active material layer 122 is cut off may be reduced, and in addition, the phenomenon in which the second electrode current collector 121 may be broken may be reduced.

상기와 같이, 젤리롤형 전극 조립체를 형성하기 위해 두 전극판과 세퍼레이터를 함께 권취시, 최내곽에 위치하는 전극판의 권취 선단의 전극 무지부의 폭을 길게 형성함으로써, 전극판에 딱딱하게 경화된 활물질층의 초기 꺾임부의 내측 곡률을 확보하여 권취시 전극판 끊어짐 현상을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 전극판 끊어짐 현상으로 발생하는 전지의 내부 저항을 줄일 수 있어, 내부 저항으로 인해 원활하지 못한 전류의 흐름을 향상시킬 수 있다. 따라서, 전지의 용량이 떨어지는 것이 방지될 수 있다. As described above, when the two electrode plates and the separator are wound together to form a jelly roll type electrode assembly, the active material hardened to the electrode plate is formed by lengthening the width of the electrode non-coating portion at the tip of the winding of the electrode plate located at the innermost side. The inner curvature of the initial bending portion of the layer may be secured to minimize the breakage of the electrode plate during the winding. As a result, the internal resistance of the battery caused by the breakage of the electrode plate can be reduced, thereby improving the flow of a current which is not smooth due to the internal resistance. Therefore, the capacity of the battery can be prevented from dropping.

상기와 같은 젤리롤형 전극 조립체는 그 적용범위가 매우 광범위하며, 각형과, 원형과, 파우치형의 리튬 이차 전지뿐 아니라 일차전지 등 다양한 전지에 적용 가능하다.The jelly roll-type electrode assembly as described above has a very wide range of application, and can be applied to various batteries such as primary batteries, as well as rectangular, round, and pouch-type lithium secondary batteries.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 젤리롤형 전극 조립체 및 이를 가지는 이 차 전지는 전극 조립체 권취시 최내곽에 위치하는 전극판의 선단 무지부를 길게 형성하여 적어도 전극판의 선단 무지부의 끝단을 활물질층이 형성된 전극판의 초기 꺽임부와 겹치도록 함으로써, 전극판의 초기 꺾임부의 내측 곡률을 최대한 확보하여 초기 꺽임에 의한 전극판 끊어짐 현상을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 전지의 내부저항을 줄일 수 있으며, 내부 저항으로 인해 원활하지 못한 전류의 흐름을 향상시킬 수 있다. 따라서, 전지의 용량이 떨어지는 것이 방지될 수 있다.As described above, the jelly roll-type electrode assembly and the secondary battery having the same according to the present invention is formed to form a long end of the end of the electrode plate located at the innermost during the winding of the electrode assembly so that at least the end of the end of the end of the electrode plate of the active material layer By overlapping the initial bent portion of the formed electrode plate, the inner curvature of the initial bent portion of the electrode plate can be secured to the maximum, thereby minimizing the breakage of the electrode plate due to the initial bent. Accordingly, the internal resistance of the battery can be reduced, and the flow of the current which is not smooth due to the internal resistance can be improved. Therefore, the capacity of the battery can be prevented from dropping.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. As described above, the present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and any person skilled in the art may apply the present invention without departing from the gist of the present invention. It is to be understood that various changes and modifications may be practiced within the scope of the appended claims.

Claims (7)

제 1 집전체와 제 1 전극 활물질층을 구비하며, 제 1 전극 무지부가 형성된 제 1 전극판;A first electrode plate having a first current collector and a first electrode active material layer, and having a first electrode uncoated portion; 제 2 집전체와 제 2 전극 활물질층을 구비하며, 제 2 전극 무지부가 형성된 제 2 전극판; 및A second electrode plate having a second current collector and a second electrode active material layer, and having a second electrode uncoated portion; And 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하며,A separator interposed between the first electrode plate and the second electrode plate; 상기 제 2 전극판, 세퍼레이터, 제 1 전극판 순으로 배치된 상태에서 일방향으로 권취시, 최내곽에 위치한 상기 제 2 전극판의 권취 선단부에 위치하는 상기 제 2 전극 무지부의 꺾임부가 적어도 하나 상기 제 2 전극판의 제 2 전극 활물질층의 초기 꺾임부와 내측에서 겹치도록 형성되며, 상기 제 2 전극 무지부의 초기 꺾임부 및 제 2 전극 활물질층의 초기 꺾임부 사이에는 제 2 전극탭이 부착되는 것을 특징으로 하는 젤리롤형 전극 조립체.At least one bent portion of the second electrode uncoated portion positioned at the leading end of the second electrode plate located at the innermost side when the electrode is wound in one direction while being arranged in the order of the second electrode plate, the separator, and the first electrode plate. It is formed so as to overlap the initial bending portion of the second electrode active material layer of the second electrode plate, the second electrode tab is attached between the initial bending portion of the second electrode uncoated portion and the initial bending portion of the second electrode active material layer. Jelly roll-type electrode assembly characterized in that. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 전극 무지부는, 권취된 상기 제 2 전극판의 폴딩라인을 적어도 두개 갖는 폭으로 이루어짐을 특징으로 하는 젤리롤형 전극 조립체.And the second electrode uncoated portion has a width having at least two folding lines of the wound second electrode plate. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 각각의 제 1 전극탭 및 제 2 전극탭은 상기 제 1 전극 무지부 및 상기 제 2 전극 무지부 각각에 부착됨을 특징으로 하는 젤 리롤형 전극 조립체.And a first electrode tab and a second electrode tab of each of the first electrode plate and the second electrode plate are attached to the first electrode uncoated portion and the second electrode uncoated portion, respectively. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 전극탭은 상기 제 2 전극판의 권취 선단의 제 2 전극 무지부에 부착됨을 특징으로 하는 젤리롤형 전극 조립체.And the second electrode tab is attached to a second electrode uncoated portion of the winding front end of the second electrode plate. 삭제delete 제 1 전극 집전체에 제 1 전극 활물질층이 형성된 제 1 전극판과, 세퍼레이터 및 제 2 전극 집전체에 제 2 전극 활물질층이 형성된 제 2 전극판을 함께 권취하여 형성된 젤리롤형 전극 조립체; 및 상기 젤리롤형 전극 조립체를 수용하고 밀봉되는 케이스를 포함하며,A jelly roll electrode assembly formed by winding together a first electrode plate having a first electrode active material layer formed on a first electrode current collector, and a second electrode plate having a second electrode active material layer formed on a separator and a second electrode current collector; And a case accommodating and sealing the jellyroll type electrode assembly, 상기 젤리롤형 전극 조립체의 최내곽에 위치하는 상기 제 2 전극판은, 권취시 권취 선단의 제 2 전극 집전체에 제 2 전극 활물질층이 형성되지 않은 제 2 전극 무지부의 꺾임부가 적어도 하나 상기 제 2 전극판에 형성된 상기 제 2 전극 활물질층의 초기 꺾임부와 내측에서 겹치도록 형성되며, 상기 제 2 전극 무지부의 초기 꺾임부 및 제 2 전극 활물질층의 초기 꺾임부 사이에는 제 2 전극탭이 부착되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. The second electrode plate positioned at the innermost part of the jellyroll-type electrode assembly may include at least one bent portion of the second electrode non-coating portion in which the second electrode active material layer is not formed on the second electrode current collector at the tip of the winding during the winding. It is formed so as to overlap the initial bending portion of the second electrode active material layer formed on the electrode plate, the second electrode tab is attached between the initial bending portion of the second electrode uncoated portion and the initial bending portion of the second electrode active material layer. Secondary battery characterized by the above-mentioned. 제 6항에 있어서,The method according to claim 6, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 각각의 제 1 전극탭 및 제 2 전극탭은 상기 제 1 전극 활물질층 및 제 2 전극 활물질층이 코팅되지 않은 상기 제 1 전극 집전체 및 상기 제 2 전극 집전체 각각의 무지부에 부착됨을 특징으로 하는 이차 전지.The first electrode tab and the second electrode tab of each of the first electrode plate and the second electrode plate may include the first electrode current collector and the second electrode current collector on which the first electrode active material layer and the second electrode active material layer are not coated. Secondary battery, characterized in that attached to each of the plain.
KR1020060027958A 2006-03-28 2006-03-28 Jelly roll type electrode assembly body and rechargeable battery having the same KR101254884B1 (en)

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