KR101781258B1 - Jelly-roll type electrode assembly - Google Patents
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Abstract
본 발명은 젤리 롤 형 전극 조립체에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 충방전 시 전극의 팽창으로 인한 문제를 해소하여 이차 전지의 성능을 극대화 할 수 있는 젤리 롤형 전극 조립체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 젤리 롤형 전극 조립체는 분리막 시트와 전극 시트가 서로 교대로 적층된 상태로 권취되어 형성되는 젤리 롤형 전극 조립체로서, 권취된 전극 시트는 팽창 시 적어도 일부가 분리되도록 곡면이 형성된 영역에 길이 방향을 따라서 노칭 홈이 형성된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a jelly roll type electrode assembly, and more particularly, to a jelly-roll type electrode assembly capable of maximizing performance of a secondary battery by solving the problem caused by expansion of an electrode during charging and discharging.
A jelly-roll type electrode assembly according to the present invention is a jelly-roll type electrode assembly formed by winding a separator sheet and an electrode sheet in an alternately stacked state, wherein the rolled electrode sheet has a length A notching groove is formed along the direction.
Description
본 발명은 젤리 롤 형 전극 조립체에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 충방전 시 전극의 팽창으로 인한 문제를 해소하여 이차 전지의 성능을 극대화 할 수 있는 젤리 롤형 전극 조립체에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.Unlike primary batteries, rechargeable secondary batteries can be recharged, and they are being researched and developed recently due to their small size and high capacity. As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다. The secondary battery is classified into a coin type battery, a cylindrical type battery, a square type battery, and a pouch type battery depending on the shape of the battery case. An electrode assembly mounted in a battery case of a secondary battery is a chargeable and dischargeable power generation device having a stacked structure of an electrode and a separation membrane.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다. 이중 젤리 롤형 전극 조립체는 제조가 용이하면서도 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.The electrode assembly includes a jelly-roll type in which a separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode coated with an active material, and a stacked type in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes are sequentially stacked with a separator interposed therebetween And a stack / folding type in which stacked unit cells are wound with a long length separating film. The double jelly roll type electrode assembly is widely used because it has an advantage of being easy to manufacture and having high energy density per weight.
도 1은 종래의 젤리 롤형 전극 조립체가 이용되는 각형 이차 전지의 분해 사시도이다. 1 is an exploded perspective view of a prismatic secondary battery in which a conventional jelly roll type electrode assembly is used.
도 1을 참조하면, 젤리 롤형 전극 조립체(10)가 이용되는 각형 이차 전지(1)는 전지 케이스(20)의 내부로 젤리 롤형 전극 조립체(10)가 삽입되어 형성될 수 있다. 젤리 롤형 전극 조립체(10)가 삽입되고 난 이후에는 전해액이 전지 케이스(20) 내부로 주입될 수 있다. 또한 전지 케이스(20)의 상부에 전지 캡(30)이 결합되어 이차 전지(1)가 제조될 수 있다. Referring to FIG. 1, a prismatic
이러한 젤리 롤형 전극 조립체(10)는 분리막 시트와 전극 시트가 서로 교대로 적층된 상태로 권취되어 형성될 수 있다. 전극시트는 양극 시트와 음극 시트를 포함할 수 있으며, 양극 시트와 음극 시트 사이에는 분리막 시트가 개재될 수 있다. The jelly roll
종래의 젤리 롤형 전극 조립체(10)에서는 충방전 시 전극 시트, 그 중 특히 음극 시트가 팽창과 수축을 반복하는 현상이 발생하였다. 그런데 음극 시트가 팽창 시 음극 시트가 팽창할 공간이 부족하므로 음극 시트는 주름이 잡히게 되는 현상이 발생하였다. In the conventional jelly roll
음극 시트에 발생하는 이러한 주름은 전극 조립체 및 이차 전지의 두께를 두껍게 하는 원인이 되어 문제되었다. These wrinkles generated in the negative electrode sheet cause a problem of increasing the thickness of the electrode assembly and the secondary battery.
또한, 음극 시트가 팽창되어 주름이 발생할 시 음극 시트와 양극 시트와의 거리가 멀어지게 되고, 그에 따라 리튬 이온이 음극 시트와 양극 시트 사이에서 원활하게 이동하지 못하게 되는 문제가 발생하였다. 리튬 이온이 원활하게 이동하지 못하는 미반응 영역이 늘어나면 전지의 성능이 현저히 저하될 수 있으므로 문제되었다. In addition, when the negative electrode sheet is expanded and wrinkles are generated, the distance between the negative electrode sheet and the positive electrode sheet is increased, thereby causing a problem that lithium ions can not move smoothly between the negative electrode sheet and the positive electrode sheet. If the number of unreacted regions in which lithium ions can not move smoothly increases, the performance of the battery may significantly deteriorate.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 충방전 시 음극 시트에 발생하는 주름을 방지하여, 전극 조립체 및 이차 전지의 두께가 두꺼워지는 것을 방지하고, 음극 시트와 양극 시트 사이의 거리가 멀어지는 것을 방지하여 리튬 이온이 원활하게 이동하지 못하는 미반응 영역을 현저히 줄여서 전지의 성능을 극대화 할 수 있는 젤리 롤형 전극 조립체를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to prevent wrinkles generated in the negative electrode sheet during charging and discharging, to prevent the electrode assembly and the secondary battery from becoming thick, The present invention provides a jelly-roll type electrode assembly which can prevent a distance between positive electrode sheets from becoming distant from each other, thereby remarkably reducing unreacted regions in which lithium ions can not smoothly move, thereby maximizing the performance of the battery.
본 발명에 따른 젤리 롤형 전극 조립체는 분리막 시트와 전극 시트가 서로 교대로 적층된 상태로 권취되어 형성되는 젤리 롤형 전극 조립체로서, 권취된 전극 시트는 팽창 시 적어도 일부가 분리되도록 곡면이 형성된 영역에 길이 방향을 따라서 노칭 홈이 형성된다.A jelly-roll type electrode assembly according to the present invention is a jelly-roll type electrode assembly formed by winding a separator sheet and an electrode sheet in an alternately stacked state, wherein the rolled electrode sheet has a length A notching groove is formed along the direction.
본 발명에 따른 젤리 롤형 전극 조립체는 권취된 전극 시트의 곡면이 형성된 영역에 길이 방향을 따라서 노칭 홈이 형성됨으로써, 충방전 시 음극 시트에 발생하는 주름을 방지되어 전극 조립체 및 이차 전지의 두께가 두꺼워지는 것이 방지되고, 음극 시트와 양극 시트 사이의 거리가 멀어지는 것이 방지되어 리튬 이온이 원활하게 이동하지 못하는 미반응 영역이 현저히 줄어들며 전지의 성능이 극대화 될 수 있다.The jelly roll type electrode assembly according to the present invention has a notched groove formed along the longitudinal direction in the curved surface area of the rolled electrode sheet to prevent wrinkles generated in the negative electrode sheet during charging and discharging to increase the thickness of the electrode assembly and the secondary battery And the distance between the negative electrode sheet and the positive electrode sheet is prevented from being distanced so that the unreacted area where the lithium ions can not smoothly move is remarkably reduced and the performance of the battery can be maximized.
도 1은 종래의 젤리 롤형 전극 조립체가 이용되는 각형 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리 롤형 전극 조립체를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2의 젤리 롤형 전극 조립체에서 음극 시트만를 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 3의 음극 시트를 펼친 상태를 도시하는 도면이다. 1 is an exploded perspective view of a prismatic secondary battery in which a conventional jelly roll type electrode assembly is used.
2 is a perspective view illustrating a jelly roll type electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing only a negative electrode sheet in the jelly roll type electrode assembly of FIG. 2. FIG.
Fig. 4 is a view showing a state in which the negative electrode sheet of Fig. 3 is spread.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the following examples.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리 롤형 전극 조립체를 도시하는 사시도이다. 도 3은 도 2의 젤리 롤형 전극 조립체에서 음극 시트만를 도시하는 사시도이다. 도 4는 도 3의 음극 시트를 펼친 상태를 도시하는 도면이다. 2 is a perspective view illustrating a jelly roll type electrode assembly according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a perspective view showing only a negative electrode sheet in the jelly roll type electrode assembly of FIG. 2. FIG. Fig. 4 is a view showing a state in which the negative electrode sheet of Fig. 3 is spread.
이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리 롤형 전극 조립체에 대해 설명한다. Hereinafter, a jelly roll type electrode assembly according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4. FIG.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리 롤형 전극 조립체(100)는 분리막 시트(150)와 전극 시트(110, 130)가 서로 교대로 적층된 상태로 권취되어 형성될 수 있다. 전극 시트(110, 130)는 양극 시트(110)와 음극 시트(130)를 포함할 수 있으며, 양극 시트(110)와 음극 시트(130) 사이에는 분리막 시트(150)가 개재될 수 있다. Referring to FIG. 2, the jelly roll
양극 시트(110)와 음극 시트(130)에는 전극 탭(170)이 부착될 수 있다. 전극 탭(170)은 젤리 롤형 전극 조립체(100) 내부의 활성 재료인 양극 시트(110)와 음극 시트(130)가 젤리 롤형 전극 조립체(100) 외부의 전력 단자에 전기적으로 연결될 수 있도록 할 수 있다. The
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리 롤형 전극 조립체(100)에서 전극 시트, 특히 음극 시트(130)는 곡면이 형성된 영역인 곡면부(190)에 길이 방향(Y)을 따라서 노칭 홈(131)이 형성될 수 있다. 3, an electrode sheet, particularly a
노칭 홈(131)은 파선(破線, dotted line)의 형상을 가질 수 있다. 이 경우 노칭 홈(131)은 일정한 길이로 서로 소정의 간격을 두고 반복적으로 형성될 수 있다. The
이러한 노칭 홈(131)은 노칭(Notching)의 방식으로 형성된 홈의 형상을 가질 수 있다. 이 경우 노칭 홈(131)이 파여진 부분에서 음극 시트(130)의 두께는 노칭 홈(131)이 파여지지 않은 부분에서의 음극 시트(130)의 두께보다 얇은 두께일 수 있다. The
도면에서 도시되고 있지 않은 다른 예로, 노칭 홈(131)은 직선(Line)의 형상을 가질 수도 있다. 이 경우 노칭 홈(131)이 형성된 직선부에서의 두께는 노칭 홈(131)이 형성되지 않은 음극 시트(130) 부분에서의 두께보다 얇을 수 있다. In another example not shown in the drawing, the
또한, 이러한 형태 이외에도 노칭 홈(131)은 완전히 관통된 형태의 홀인 관통 홀이 파선(破線, dotted line)의 형태로 이루어지도록 구성될 수도 있다. 노칭 홈(131)이 관통 홀인 경우에는 직선의 형태는 될 수 없고 파선의 형태만 가능할 수 있다. In addition to this form, the
음극 시트(130)는 도 3에서 도시되듯이 곡면 영역인 곡면부(190)가 양측단에 형성될 수 있다. 이때 노칭 홈(131)은 권취된 음극 시트(130)의 서로 대향되는 양측단의 곡면부(190)에 각각 형성될 수 있다. The
노칭 홈(131)이 형성된 상태로 권취되어 있는 도 3의 음극 시트(130)를 펼친 경우의 모습이 도 4에서 도시되고 있다. 노칭 홈(131)은 곡면부(190)의 길이 방향(Y)으로 복수 개가 소정의 간격을 두고 파선 형상으로 형성되어 있다. 그리고 권취 방향(X)을 따라서도 소정의 간격을 두고 떨어져서 배치되어 있다. 그에 따라 노칭 홈(131)은 도 3에서와 같이 권취된 음극 시트(130)의 서로 대향되는 양측단의 곡면부(190)에 각각 형성될 수 있다. A state in which the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리 롤형 전극 조립체(100)에서 음극 시트(130)는 곡면부(190)에 길이방향(Y)을 따라 노칭 홈(131)이 형성된 형태를 가질 수 있다.As described above, in the jelly roll
그에 따라 이차 전지 충방전 시 음극 시트(130)가 팽창하면, 음극 시트(130)는 적어도 일부가 분리될 수 있다. 즉, 노칭 홈(131)을 따라서 음극 시트(130)가 끊어질 수 있다. Accordingly, when the
음극 시트(130)가 끊어지는 경우는 음극 시트(130)가 층(layer)마다 분리될 수 있다. 음극 시트(130)가 끊어지면 음극 시트(130)에 발생하는 스트레스(stress)가 사라지게 되므로, 음극 시트(130)는 더 이상 주름진 형태를 가지지 않게 될 수 있다. When the
이와 같이 충방전 시 음극 시트(130) 또는 전극 시트(110, 130)에 발생하는 주름을 방지하게 되면, 젤리 롤형 전극 조립체(100) 및 젤리 롤형 전극 조립체(100)가 삽입되는 이차 전지의 두께가 두꺼워지는 것이 방지될 수 있다. 주름으로 인한 잉여 공간이 줄어들 수 있기 때문이다.As described above, when the wrinkles generated in the
젤리 롤형 전극 조립체 및 이것이 삽입되는 이차 전지의 두께가 감소되면 단위 부피당 저장된 에너지를 의미하는 에너지 밀도가 극대화 될 수 있다. 이는 이차 전지가 사용되는 전자 제품의 공간 활용도 또한 매우 효율적이 될 수 있음을 의미할 수 있다. When the thickness of the jelly roll type electrode assembly and the secondary battery into which the jelly roll type electrode assembly is inserted is reduced, the energy density, which means energy stored per unit volume, can be maximized. This may mean that the space utilization of the electronic product in which the secondary battery is used may also be very efficient.
한편, 음극 시트(130)가 팽창하여 주름이 심해질 경우 양극 시트(110)와 음극 시트(130) 사이의 거리 또는 공간이 넓어질 수 있다. 그에 따라 음극 시트(130)와 양극 시트(110) 사이에 리튬(Li) 이온이 원활하게 이동하지 못하는 미반응 영역이 현저히 증가할 수 있다. On the other hand, when the
그런데, 충방전 시 전극 시트(110, 130)에 발생하는 주름을 방지하게 되면, 양극 시트(110)와 음극 시트(130) 사이의 거리가 멀어지는 것이 방지될 수 있으므로, 미반응 영역이 현저히 줄어 들어 전지의 사이클(Cycle) 성능이 현저히 극대화 될 수 있다.
By preventing wrinkles generated in the
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments and drawings, it is to be understood that the present invention is not limited thereto and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.
1: 이차 전지
10: 젤리 롤형 전극 조립체
20: 전지 케이스
30: 전지 캡
40: 전극 탭
100: 젤리 롤형 전극 조립체
110: 양극 시트
130: 음극 시트
131: 노칭 홈
150: 분리막 시트
170: 전극 탭
190: 곡면부
X: 권취 방향
Y: 길이 방향1: secondary battery
10: Jelly roll type electrode assembly
20: Battery case
30: Battery cap
40: Electrode tab
100: Jelly roll type electrode assembly
110: anode sheet
130: cathode sheet
131: Notching groove
150: separator sheet
170: Electrode tab
190:
X: winding direction
Y: Longitudinal direction
Claims (4)
상기 전극 시트는 양극 시트와 음극 시트를 포함하고,
상기 음극 시트는 양측단에 곡면 영역이 형성되며,
권취된 상기 음극 시트는 팽창 시 적어도 일부가 분리되어 주름이 발생되는 것을 방지하도록 곡면이 형성된 영역에 길이 방향을 따라서 노칭 홈이 형성되고,
상기 노칭 홈은 상기 음극 시트에만 형성되며, 권취된 상기 음극 시트의 서로 대향되는 양측단의 곡면 영역에 각각 형성되고, 일정한 길이로 서로 소정의 간격을 두고 반복적으로 형성되는 파선(破線) 형상인 것을 특징으로 하는 젤리 롤형 전극 조립체.A jelly roll type electrode assembly in which a separator sheet and an electrode sheet are wound in a state of being alternately stacked,
Wherein the electrode sheet includes a positive electrode sheet and a negative electrode sheet,
The negative electrode sheet has curved surface regions at both side ends thereof,
The wound negative electrode sheet is formed with a notching groove along a longitudinal direction in a region where a curved surface is formed to prevent wrinkles from being generated when at least part of the negative electrode sheet is expanded during expansion,
The notching groove is formed only in the negative electrode sheet and is formed in each of the curved surface regions of both ends opposite to each other of the wound negative electrode sheet and has a broken line shape repeatedly formed at a predetermined interval with a predetermined length Wherein the jelly roll type electrode assembly comprises:
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JP3283805B2 (en) * | 1997-10-14 | 2002-05-20 | 日本碍子株式会社 | Lithium secondary battery |
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- 2015-02-26 KR KR1020150027193A patent/KR101781258B1/en active IP Right Grant
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JP3283805B2 (en) * | 1997-10-14 | 2002-05-20 | 日本碍子株式会社 | Lithium secondary battery |
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