KR101850181B1 - Cylindrical lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극텝이 젤리 롤 전극 내에 위치하여 발생하는 문제점을 해결하기 할 수 있는 원통형 리튬 이온 이차전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되는 젤리 롤 형 전극집합체, 단부가 개구되며, 내부에 상기 젤리 롤 형 전극집합체가 내장되는 캔부재, 상기 젤리 롤 형 전극집합체의 권취 중심에 삽입되는 센터 핀, 상기 캔부재의 개구된 단부를 마감하며, 상기 센터 핀의 단부와 결합하는 탑캡부재를 포함하고, 상기 양극에는 활물질이 도포 되지 않은 상태로 상기 센터 핀을 감싸는 양극 포일 무지부가 형성되며, 상기 센터 핀은 상기 전극집합체의 양극과 상기 탑캡부재를 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a cylindrical lithium ion secondary battery capable of solving the problem that a positive electrode tab is located within a jelly roll electrode.
Further, the present invention provides a jelly roll type electrode assembly comprising a jelly roll type electrode assembly wound in a laminated state of an anode, a separator, and a cathode, a can member having an opening at an end thereof and incorporating therein the jelly roll type electrode assembly, A center pin inserted into the center of the can pin, and a top cap member closing the open end of the can pin, and engaging with an end of the center pin, And the center pin electrically connects the anode of the electrode assembly and the top cap member.

Description

원통형 리튬 이온 이차전지{CYLINDRICAL LITHIUM ION SECONDARY BATTERY}[0001] CYLINDRICAL LITHIUM ION SECONDARY BATTERY [0002]

본 발명은 원통형 리튬 이온 이차전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 양극텝이 젤리 롤 전극 내에 위치하여 발생하는 문제점을 해결하기 할 수 있는 원통형 리튬 이온 이차전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a cylindrical lithium ion secondary battery, and more particularly, to a cylindrical lithium ion secondary battery capable of solving the problem that a positive electrode tab is located within a jellyroll electrode.

물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.Cells and batteries that generate electrical energy through the physical reaction or chemical reaction of a material and supply power to the outside can not acquire the AC power supplied to the building depending on the living environment surrounded by various electric and electronic devices Or when DC power is needed.

이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.Among such cells, a primary cell and a secondary cell, which are chemical cells using a chemical reaction, are generally used. A primary cell is a consumable cell which is collectively referred to as a dry cell. Also, a secondary battery is a rechargeable battery in which a redox process between a current and a substance is repeatedly manufactured using a material capable of repeatedly repeating. When a reduction reaction is performed on a material by current, the power source is charged, When the power is discharged, the power is discharged. Such charging-discharging is repeatedly performed to generate electricity.

한편, 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극 조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다. In a lithium ion battery of a secondary battery, an active material is coated on a positive electrode conductive foil and a negative electrode conductive foil to have a predetermined thickness, and a separation membrane is interposed between the positive and negative electrode foils, thereby forming a jelly roll or a cylindrical shape. The electrode assembly produced by winding is housed in a cylindrical or square can, a pouch, or the like, and sealed.

종래의 젤리롤형 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지의 기술이 대한민국 등록특허공보 제10-0833741호에 의해 공지되어 있다.BACKGROUND ART [0002] A conventional jelly roll type electrode assembly and a secondary battery having the same are known from Korean Patent Registration No. 10-0833741.

이러한 젤리 롤 형태로 제작한 전극 조립체는 양극 무지부에 알루미늄 재질의 탭을 초음파 융착하여 제작함에 따라 양극텝이 젤리 롤 전극 내에 위치함으로써 단차로 인한 비대칭이 발생하는 문제점이 있다.The electrode assembly manufactured in the form of a jelly roll is manufactured by ultrasonically fusing an aluminum tab to an uncoated region, thereby causing asymmetry due to step difference due to the anode tab being located in the jelly roll electrode.

그리고 권심을 이용한 와인딩(winding) 공정으로 젤리 롤 코어 빈공간 만큼 용량 손실이 있다는 문제점이 있다.In addition, there is a problem in that a capacity loss is caused by the winding process using the winding core as much as the empty space of the jelly roll core.

또한, 별도의 레이저 혹은 심(seam) 방식의 용접 공정에 의한 양극탭과 탑캡의 용접 및 포밍(forming) 공정으로 공간 손실 및 전극 손상 등의 성능 및 품질 저하와 미함침된 전해액으로 인한 설비 오염 및 발화 등의 문제점이 있다.In addition, due to the welding and forming process of the positive electrode tab and the top cap by a separate laser or seam type welding process, performance and quality deterioration such as space loss and electrode damage, facility pollution caused by an impregnated electrolyte, There is a problem such as ignition.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 센터 핀이 탑캡과 결합하여 양극탭을 대체할 수 있는 원통형 리튬 이온 이차전지를 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 provide a cylindrical lithium ion secondary battery in which a center pin is combined with a top cap to replace a positive electrode tab.

본 발명에 따른 원통형 리튬 이온 이차전지는 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되는 젤리 롤 형 전극집합체, 단부가 개구되며, 내부에 상기 젤리 롤 형 전극집합체가 내장되는 캔부재, 상기 젤리 롤 형 전극집합체의 권취 중심에 삽입되는 센터 핀, 상기 캔부재의 개구된 단부를 마감하며, 상기 센터 핀의 단부와 결합하는 탑캡부재를 포함하고, 상기 양극에는 활물질이 도포 되지 않은 상태로 상기 센터 핀을 감싸는 양극 포일 무지부가 형성되며, 상기 센터 핀은 상기 전극집합체의 양극과 상기 탑캡부재를 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 한다.The cylindrical lithium ion secondary battery according to the present invention comprises a jelly roll type electrode assembly wound in a laminated state of a cathode, a separator and a cathode, a can member having an end opened and having the jelly roll type electrode assembly embedded therein, A center pin inserted into the center of winding of the center electrode assembly, a top cap member closing an opened end of the can member and engaged with an end of the center pin, And the center pin electrically connects the anode of the electrode assembly and the top cap member.

상기 탑캡부재에는 삽입홈이 형성되고, 상기 센터 핀의 단부는 탄성을 가지고 상기 삽입홈에 삽입될 수 있다.An insertion groove is formed in the top cap member, and an end of the center pin can be inserted into the insertion groove with elasticity.

상기 센터 핀은 본체부와, 용수철 형상으로 탄성을 가지며, 상기 본체부의 단부와 일체로 결합되는 탄성 결합부를 더 포함할 수 있다.The center pin may further include a body portion, and an elastic coupling portion having elasticity in a spring shape and integrally coupled to an end portion of the body portion.

상기 센터 핀은 상기 양극 포일 무지부에 초음파 융착 방식 또는 테이프 접착 방식 중 어느 하나 이상에 의해 부착될 수 있다.The center pin may be attached to the non-coated portion of the anode foil by at least one of an ultrasonic fusion bonding method and a tape bonding method.

상기 탑캡부재와 상기 캔 부재 간의 압입력에 의해 상기 센터 핀의 일단과 상기 탑캡부재가 서로 결합될 수 있다.And one end of the center pin and the top cap member can be coupled to each other by the pressure input between the top cap member and the can member.

상기 센터 핀은 스테인리스 재질일 수 있다.The center pin may be made of stainless steel.

본 발명에 따르면, 권취 중심에 배치되는 센터 핀을 탑캡에 연결함으로써 양극과 탑캡을 전기적으로 연결하여 별도의 양극탭을 부착하지 않고도 원활한 기능을 수행할 수 있는 원통형 리튬 이온 이차전지가 제공된다.According to the present invention, a cylindrical lithium ion secondary battery is provided which is capable of performing a smooth function without connecting a separate positive electrode tab by electrically connecting the positive electrode and the top cap by connecting the center pin disposed at the winding center to the top cap.

또한, 센터 핀이 탑캡의 홈 내에 삽입되는 방식으로 결합됨으로써 단순하면서 견고한 결합구조가 제공될 수 있다.In addition, a simple and rigid coupling structure can be provided by coupling the center pin in such a manner that it is inserted into the groove of the top cap.

또한, 스테인리스 재질의 센터 핀을 사용하여 센터 핀 고유의 기능인 방열 및 통기 기능을 유지하면서 높은 강도에 의한 탄성을 이용한 요철 방식으로 탑캡과의 결합이 용이한 장점이 있다.Also, there is an advantage that the center pin is made of stainless steel and easy to be coupled with the top cap by a concavo-convex method using elasticity due to high strength while maintaining heat radiation and ventilating function which is a function inherent to the center pin.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차전지의 내부 주요부가 보이도록 일부를 절단하여 단면에서 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극집합체를 전개하여 센터 핀과 함께 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센터 핀을 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센터 핀을 도시한 구성도이다.
도 5는 도 4에서 센터 핀의 단부를 확대하여 도시한 일부 사시도이다. 1 is a cross-sectional view of a portion of a cylindrical lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention, together with a center pin. FIG.
3 is a view illustrating a center pin according to an embodiment of the present invention.
4 is a view illustrating a center pin according to another embodiment of the present invention.
5 is an enlarged partial perspective view of an end portion of the center pin in FIG.

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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차전지의 일부를 확대하여 중요부를 도시한 구성도이다.FIG. 1 is an enlarged view of an important part of a cylindrical lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이온 이차전지는 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되는 젤리 롤 형 전극집합체(10), 단부가 개구되며, 내부에 상기 젤리 롤 형 전극집합체(10)가 내장되는 캔부재(1), 상기 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심에 삽입되는 센터 핀(20), 상기 캔부재(1)의 개구된 단부를 마감하며, 상기 센터 핀(20)의 단부와 결합하는 탑캡부재(3)를 포함한다.1, a cylindrical lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a jelly roll type electrode assembly 10 wound with a positive electrode, a separator, and a negative electrode laminated, an end opened, A cans member 1 in which the jelly roll type electrode assembly 10 is embedded, a center pin 20 inserted in the winding center of the jelly roll type electrode assembly 10, And a top cap member (3) which is engaged with the end of the center pin (20).

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극집합체를 전개하여 센터 핀과 함께 도시한 도면이다.FIG. 2 is an exploded view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention, together with a center pin. FIG.

도 2를 참조하여 전극집합체(10)의 양극에는 활물질이 도포 되지 않은 양극 포일 무지부(11)가 형성된다.Referring to Fig. 2, a positive electrode foil uncoiled portion 11 having no active material applied thereto is formed on the positive electrode of the electrode assembly 10.

그리고 센터 핀(20)은 양극 포일 무지부(11)에 의해 감싸져 전극집합체(10)의 양극과 탑캡부재(3)를 전기적으로 연결한다.The center pin 20 is surrounded by the anode foil uncoated portion 11 to electrically connect the anode of the electrode assembly 10 and the top cap member 3. [

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센터 핀을 도시한 구성도이다.3 is a view illustrating a center pin according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따르면, 센터 핀(20)은 전극집합체(10)의 권취 중심을 따라 봉형 또는 막대형 또는 기둥형 등으로 형성되는 본체부(21)와 단부의 둘레가 본체부(21)의 둘레보다 짧아지게 단턱부(21a)가 형성되며, 탑캡부재(3)의 삽입홈(3a)에 단턱부(21a)가 삽입되어 센터 핀(20)과 탑캡부재(3)가 요철 결합한다.3, the center pin 20 includes a main body 21 formed along a winding center of the electrode assembly 10 such as a rod-like, rod-like, columnar, or the like, The step portion 21a is inserted into the insertion groove 3a of the top cap member 3 so that the center pin 20 and the top cap member 3 ).

이러한 요철결합 구조에 의하여 센터핀이 탑캡부재에 긴밀하게 결합될 수 있다. By this uneven coupling structure, the center pin can be tightly coupled to the top cap member.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센터 핀을 도시한 구성도이고, 도 5는 도 4에서 센터 핀의 단부를 확대하여 도시한 일부 사시도이다.FIG. 4 is a view illustrating a center pin according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an enlarged partial perspective view of an end portion of the center pin in FIG.

도 4 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 센터 핀(20)은 전극집합체(10)의 권취 중심을 따라 봉형 또는 막대형 또는 기둥형 등으로 형성되는 본체부(21)와 용수철 형상으로 탄성을 가지며, 상기 본체부(21)의 단부와 일체로 결합되는 탄성 결합부(21b)를 더 포함한다.4 to 5, according to another embodiment of the present invention, the center pin 20 includes a main body portion 21 formed in a rod shape, a rod shape or a column shape along the winding center of the electrode assembly 10 And an elastic coupling portion 21b having elasticity in a spring shape and integrally coupled with an end portion of the main body portion 21. [

그리고 탑캡부재(3)는 센터 핀(20)과 접촉하는 측에 삽입홈(3a)이 형성되고, 센터 핀(20)의 단부에 결합된 탄성 결합부(21b)는 탄성을 가지고 상기 삽입홈(3a)에 삽입되어 센터 핀(20)과 탑캡부재(3)가 요철 결합한다.The insertion hole 3a is formed on the side of the top cap member 3 in contact with the center pin 20 and the elastic coupling portion 21b coupled to the end of the center pin 20 is resilient, 3a so that the center pin 20 and the top cap member 3 engage with each other.

여기서 탑캡부재(3)를 캔 부재(1)에 결합하는 상호 간의 압입력에 의해 센터 핀(20)의 일단에 형성된 탄성 결합부(22)와 탑캡부재(3)가 서로 결합하며 이때, 탄성 결합부(22)의 탄성에 의해 탑캡부재(3)와의 접촉력을 극대화할 수 있다.The elastic coupling portion 22 and the top cap member 3 formed at one end of the center pin 20 are coupled to each other by the pressure input between the top member 3 and the can member 1, The contact force with the top cap member 3 can be maximized by the elasticity of the portion 22.

한편, 센터 핀(20)은 양극 포일 무지부(11)에 본체부(21)가 초음파 융착 방식 또는 테이프 접착 방식 중 어느 하나 이상에 의해 부착될 수 있다.On the other hand, the center pin 20 may be attached to the anode foil non-coated portion 11 by one or more of the ultrasonic welding method or the tape bonding method.

그리고 본 발명에 따른 센터 핀(20)은 스테인리스 재질로 형성하여 발열 및 통기 기능이 가능하게 하고 높은 강도를 갖는 특성에 의해 본체부(21)의 단부에 탄성 결합부(22)를 일체로 결합하는 것이 가능하게 한다.
In addition, the center pin 20 according to the present invention is formed of stainless steel to enable the heat generating and ventilating functions, and the elastic coupling portion 22 is integrally joined to the end portion of the main body portion 21 by the high- Lt; / RTI >

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 원통형 리튬 이온 이차전지는 권취 중심에 배치되는 센터 핀을 탑캡에 연결함으로써 양극과 탑캡을 전기적으로 연결하여 별도의 양극탭을 부착하지 않고도 원활한 기능을 수행할 수 있는 원통형 리튬 이온 이차전지가 제공되고, 센터 핀이 탑캡의 홈 내에 삽입되는 방식으로 결합됨으로써 단순하면서 견고한 결합구조가 제공될 수 있고, 스테인리스 재질의 센터 핀을 사용하여 센터 핀 고유의 기능인 방열 및 통기 기능을 유지하면서 높은 강도에 의한 탄성을 이용한 요철 방식으로 탑캡과의 결합이 용이한 장점이 있다.
The cylindrical lithium ion secondary battery according to the present invention constructed as described above can connect the center pin disposed at the center of winding to the top cap to electrically connect the positive electrode and the top cap to perform a smooth function without attaching a separate positive electrode tab A cylindrical lithium ion secondary battery is provided and the center pin is inserted in the groove of the top cap to provide a simple and solid connection structure. By using a stainless steel center pin, heat dissipation and ventilation And it is easy to engage with the top cap in a concavo-convex manner using elasticity by high strength.

이상과 같이 본 발명에 따른 원통형 리튬 이온 이차전지를 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the cylindrical lithium ion secondary battery according to the present invention has been described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and drawings, Various modifications and changes may be made by those skilled in the art.

1: 캔부재
3: 탑캡부재
3a: 삽입홈
10: 전극집합체
11: 양극 포일 무지부
20: 센터 핀
21: 본체부
21a: 단턱부
21b: 탄성 결합부1: Can member
3:
3a: insertion groove
10: electrode assembly
11: anode foil non-
20: center pin
21:
21a:
21b:

Claims (6)

양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되는 젤리 롤 형 전극집합체(10);
단부가 개구되며, 내부에 상기 젤리 롤 형 전극집합체(10)가 내장되는 캔부재(1);
상기 캔부재(1)의 개구된 단부를 마감하며, 상기 전극집합체(10)의 권취 중심과 마주보는 측에 오목한 삽입홈(3a)이 형성된 탑캡부재(3); 및
상기 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심에 삽입되고, 단부가 탄성을 가지고 상기 삽입홈(3a)에 삽입되는 스테인리스 재질의 센터 핀(20); 을 포함하고,
상기 양극에는 활물질이 도포되지 않은 상태로 상기 센터 핀(20)을 감싸는 양극 포일 무지부(11)가 형성되며,
상기 센터 핀(20)은,
상기 양극 포일 무지부(11)에 부착되도록 봉형 또는 막대형 또는 기둥형으로 형성된 본체부(21)와,
용수철 형상으로 탄성을 가지며, 둘레가 상기 본체부(21)의 둘레보다 짧으면서 상기 본체부(21)의 단부와 일체로 결합되어 상기 삽입홈(3a)에 삽입되는 탄성 결합부(22)를 포함하고,
상기 센터 핀(20)은 상기 전극집합체(10)의 양극과 상기 탑캡부재(3)를 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차전지. A jelly roll type electrode assembly 10 wound in a laminated state of a cathode, a separator, and a cathode;
A can member (1) having an end opened and having the jelly roll type electrode assembly (10) embedded therein;
A top cap member (3) having an open end of the can member (1) closed and having a concave insertion groove (3a) formed on a side facing the winding center of the electrode assembly (10); And
A stainless steel center pin 20 inserted into the winding center of the jelly roll type electrode assembly 10 and having an end inserted into the insertion groove 3a with elasticity; / RTI >
The anode has a cathode foil uncoated portion 11 surrounding the center pin 20 in a state where no active material is applied,
The center pin (20)
A main body 21 formed in a rod-like shape, a rod-like shape or a columnar shape so as to be attached to the cathode foil nonwoven fabric 11,
(22) integrally formed with the end of the main body part (21) and inserted into the insertion groove (3a), the elastic coupling part (22) having elasticity in the form of a spring and having a circumference smaller than the circumference of the main body and,
Wherein the center pin (20) electrically connects the anode of the electrode assembly (10) and the top cap member (3). 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 센터 핀(20)은 상기 양극 포일 무지부(11)에 초음파 융착 방식 또는 테이프 접착 방식 중 어느 하나 이상에 의해 부착되는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차전지.The method according to claim 1,
Wherein the center pin (20) is attached to the cathode foil uncoiler (11) by at least one of an ultrasonic fusion bonding method and a tape bonding method. 청구항 4에 있어서,
상기 탑캡부재(3)와 상기 캔 부재(1) 간의 압입력에 의해 상기 센터 핀(20)의 일단과 상기 탑캡부재(3)가 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 원통형 리튬 이온 이차전지.The method of claim 4,
Wherein one end of the center pin (20) and the top cap member (3) are coupled to each other by a pressure input between the top cap member (3) and the can member (1). 삭제delete
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