KR101914746B1 - Cylindrical Battery Including Pressuring Part and Manufacturing Method for the Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극, 분리막, 및 음극을 포함하는 전극조립체(젤리-롤); 상기 전극조립체와 전해액이 함께 수납되는 수납부를 포함하는 원통형 캔; 상기 원통형 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리; 상기 캡 어셈블리에 내장되어 있고 원통형 전지 내부에 존재하는 가스의 압력 의해 파열되도록 노치가 형성되어 있는 안전벤트; 및 상기 안전벤트와 수납부 사이에 위치하고, 수납부와 연통되어 있으며, 가스에 의해 수납부에 소정의 압력을 가하는 가압부;를 포함하고, 상기 양극은 양극 활물질로서 하기 화학식 1로 표현되는 리튬 복합 전이금속 산화물을 포함하여, 수명 특성이 현저하게 상승 된 원통형 전지에 관한 것이다.
Li1 + aNibMcMn2 -(b+c)O4- z (1)
상기 식에서, M은 Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn 및 2주기 전이금속들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고, 0≤a≤0.1, 0.4≤b≤0.5, 0≤c≤0.1, 0≤z≤0.1이다.
The present invention relates to an electrode assembly (jelly-roll) comprising a cathode, a separator, and a cathode; A cylindrical can including a housing portion in which the electrode assembly and the electrolyte solution are housed together; A cap assembly mounted on an open upper end of the cylindrical can; A safety vent built in the cap assembly and having a notch formed therein to rupture by the pressure of gas existing in the cylindrical battery; And a pressurizing portion located between the safety vent and the accommodating portion and communicating with the accommodating portion and applying a predetermined pressure to the accommodating portion by gas, wherein the positive electrode includes a lithium composite material represented by the following Formula 1 The present invention relates to a cylindrical battery including a transition metal oxide, the life characteristic of which is remarkably increased.
Li 1 + a Ni b M c Mn 2 - (b + c) O 4 - z (1)
Wherein M is one or more selected from the group consisting of Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn and two period transition metals, and 0? A? 0.1, 0.5, 0? C? 0.1, 0? Z? 0.1.

Description

가압부를 포함하는 원통형 전지 및 이의 제조 방법 {Cylindrical Battery Including Pressuring Part and Manufacturing Method for the Same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a cylindrical battery including a pressing portion,

본 발명은 가압부를 포함하는 원통형 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cylindrical battery including a pressing portion and a method of manufacturing the same.

화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지나 청정에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.Due to the rapid increase in the use of fossil fuels, the demand for the use of alternative energy or clean energy is increasing. As a part of this, the most active field of research is electric power generation and storage.

현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.At present, a typical example of an electrochemical device utilizing such electrochemical energy is a secondary battery, and the use area thereof is gradually increasing.

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. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.The secondary battery is classified into a cylindrical battery and a prismatic battery in which the electrode assembly is housed in a cylindrical or rectangular metal can according to the shape of the battery case, and a pouch-shaped battery in which the electrode assembly is housed in a pouch-shaped case of an aluminum laminate sheet . Among them, the cylindrical battery has a relatively large capacity and is structurally stable.

또한, 전지케이스에 내장되는 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 incorporated in the battery case is a charge / dischargeable power generation device composed of a laminate structure of a positive electrode / separator / negative electrode. The electrode assembly is composed of a jelly-roll type battery having a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode coated with an active material, , And a plurality of positive electrodes and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked in a state in which the separator is interposed therebetween. Among them, the jelly-roll type electrode assembly has an advantage of being easy to manufacture and having a high energy density per weight.

한편, 일반적으로 리튬 이차전지는 양극 활물질로는 리튬 함유 코발트 산화물(LiCoO2)이 주로 사용되고 있고, 그 외에 층상 결정구조의 LiMnO2, 스피넬 결정구조의 LiMn2O4 등의 리튬 함유 망간 산화물과, 리튬 함유 니켈 산화물(LiNiO2)도 사용되고 있다.On the other hand, in lithium secondary batteries, lithium-containing cobalt oxide (LiCoO 2 ) is mainly used as a cathode active material, and lithium-containing manganese oxides such as LiMnO 2 having a layered crystal structure and LiMn 2 O 4 having a spinel crystal structure, Lithium-containing nickel oxide (LiNiO 2 ) is also used.

상기 양극 활물질들 중에 LiCoO2은 우수한 사이클 특성 등 제반 물성이 우수하여 현재 많이 사용되고 있지만, 안전성이 낮으며, 원료로서 코발트의 자원적 한계로 인해 고가라는 문제가 있다. LiNiO2 등의 리튬 니켈계 산화물은 상기 LiCoO2보다 비용이 저렴하면서도 4.25V로 충전되었을 때, 높은 방전 용량을 나타내지만 높은 생산비용, 전지에서의 가스 발생에 의한 스웰링, 낮은 화학적 안정성, 높은 pH 등의 문제들을 가지고 있다.Among the above cathode active materials, LiCoO 2 has excellent properties such as excellent cycle characteristics and is widely used at present, but its safety is low and there is a problem that it is expensive due to the resource limit of cobalt as a raw material. Lithium nickel oxide such as LiNiO 2 exhibits a high discharge capacity when charged at 4.25 V at a lower cost than LiCoO 2 , but has a high production cost, swelling due to gas generation in the battery, low chemical stability, high pH And so on.

또한, LiMnO2, LiMn2O4 등의 리튬 망간 산화물은 원료로서 자원이 풍부하고 환경친화적인 망간을 사용한다는 장점을 가지고 있으므로, LiCoO2를 대체할 수 있는 양극 활물질로서 많은 관심을 모으고 있다. 특히, 그 중에서도 LiMn2O4는 상대적으로 저렴한 가격 및 고출력 등의 장점을 가지고 있지만, 에너지 밀도가 LiCoO2 및 3성분계 활물질들에 비해 낮은 단점이 있다.In addition, lithium manganese oxides such as LiMnO 2 and LiMn 2 O 4 have the advantage of using manganese which is rich in resources and environment-friendly as a raw material, and thus attracts much attention as a cathode active material that can replace LiCoO 2 . Particularly, LiMn 2 O 4 has advantages such as relatively low cost and high output, but has a disadvantage that energy density is lower than LiCoO 2 and ternary active materials.

이러한 단점을 극복하기 위하여 LiMn2O4에서 Mn의 일부를 Ni로 치환하게 되면 원래 가지던 작동전위(약 4V)에 비하여 높은 작동전위(약 4.7V)를 가지게 된다. 높은 작동전위를 가지게 됨에 따라 Li1 + aNixMn2 - xO4 -z(0≤a≤0.1, 0.4≤x≤0.5, 0≤z≤0.1)의 조성을 가지는 스피넬 물질은 고에너지 및 고출력 성능이 요구되는 전기자동차(Electric Vehicle, EV)를 비롯한 중대형용 리튬 이온 전지의 양극 활물질로 이용될 가능성이 높은 재료이다. 하지만 높은 충방전 전압 전위로 인하여, 양극 활물질 재료의 Mn 용출(dissolution) 및 전해액 부반응으로 인한 전지의 수명 특성 저하가 문제된다.In order to overcome this disadvantage, replacing a part of Mn with Ni in LiMn 2 O 4 has a higher operating potential (about 4.7 V) than the original operating potential (about 4 V). Spinel materials having a composition of Li 1 + a Ni x Mn 2 - x O 4 -z (0? A? 0.1, 0.4? X? 0.5, 0? Z? 0.1) have high energy and high output It is a material highly likely to be used as a cathode active material for medium and large-sized lithium ion batteries including electric vehicles (EV) which require high performance. However, due to the high charging / discharging voltage potential, dissolution of Mn of the cathode active material and deterioration of battery lifetime due to electrolyte side reaction are problematic.

따라서, 상기와 같이 Mn을 고함량으로 함유하는 양극 활물질을 사용하면서도, 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technique capable of improving the lifetime characteristics of a battery while using a positive electrode active material containing a high Mn content as described above.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention 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, 이후 설명하는 바와 같이, Mn을 고함량으로 함유하는 양극 활물질을 사용하는 원통형 이차전지가, 안전벤트와 수납부 사이에, 수납부에 소정의 압력을 가하는 가압부를 포함하는 경우, 예상치 못하게 우수한 효과를 달성할 수 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments and have found that a cylindrical secondary battery using a cathode active material containing a high Mn content is provided between a safety vent and a storage portion, The present invention has been accomplished on the basis of confirming that an unexpectedly excellent effect can be achieved when a pressurizing portion for applying a predetermined pressure is included.

따라서, 본 발명에 따른 원통형 전지는, 양극, 분리막, 및 음극을 포함하는 전극조립체(젤리-롤); 상기 전극조립체와 전해액이 함께 수납되는 수납부를 포함하는 원통형 캔; 상기 원통형 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리; 상기 캡 어셈블리에 내장되어 있고 원통형 전지 내부에 존재하는 가스의 압력 의해 파열되도록 노치가 형성되어 있는 안전벤트; 및 상기 안전벤트와 수납부 사이에 위치하고, 수납부와 연통되어 있으며, 가스에 의해 수납부에 소정의 압력을 가하는 가압부;를 포함하고, 상기 양극은 양극 활물질로서 하기 화학식 1로 표현되는 리튬 복합 전이금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, a cylindrical battery according to the present invention includes: an electrode assembly (jelly-roll) including a cathode, a separator, and a cathode; A cylindrical can including a housing portion in which the electrode assembly and the electrolyte solution are housed together; A cap assembly mounted on an open upper end of the cylindrical can; A safety vent built in the cap assembly and having a notch formed therein to rupture by the pressure of gas existing in the cylindrical battery; And a pressurizing portion located between the safety vent and the accommodating portion and communicating with the accommodating portion and applying a predetermined pressure to the accommodating portion by gas, wherein the positive electrode includes a lithium composite material represented by the following Formula 1 And a transition metal oxide.

Li1 + aNibMcMn2 -(b+c)O4- z (1)Li 1 + a Ni b M c Mn 2 - (b + c) O 4 - z (1)

상기 식에서, M은 Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn 및 2주기 전이금속들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고, 0≤a≤0.1, 0.4≤b≤0.5, 0≤c≤0.1, 0≤z≤0.1이다.Wherein M is one or more selected from the group consisting of Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn and two period transition metals, and 0? A? 0.1, 0.5, 0? C? 0.1, 0? Z? 0.1.

상기 화학식 1과 같이 Mn을 고함량으로 함유하고 있는 상기 양극 활물질을 사용하는 경우에는 충방전 사이클이 진행됨에 따라 용량의 감소가 심하게 일어난다. 하지만, 상기 가압부를 포함하는 경우, 용량 감소를 억제하여 수명 특성을 향상시키는 효과가 있다.When the positive electrode active material containing Mn in a high content as shown in Formula 1 is used, a decrease in capacity is severely caused as the charge / discharge cycle progresses. However, when the pressing portion is included, there is an effect of reducing the capacity and improving the life characteristic.

*이러한 용량 감소의 원인은 다양하지만, 대표적으로 충방전 시 전해액의 분해 반응에 의해 발생하는 가스들이 모여서 생성되는 가스트랩(gas trap), 전해액에 포함되어 있는 리튬염의 분해 반응에 의해 생성되는 불산(HF)과 음극 표면에 불균일한 형태로 생성되는 불화리튬(LiF) 층, 및 양극 활물질 내에 존재하는 Mn2 +의 전해액으로의 용출(dissolution) 등을 들 수 있다.The reasons for such capacity reduction are various, but gas traps (gas traps) are produced by collecting the gases generated by the decomposition reaction of the electrolytic solution during charge and discharge, and hydrofluoric acid produced by the decomposition reaction of the lithium salt contained in the electrolytic solution HF), a lithium fluoride (LiF) layer formed on the surface of the negative electrode in a nonuniform manner, and dissolution of Mn 2 + existing in the positive electrode active material into an electrolytic solution.

가스트랩의 생성과 관련하여, Mn이 고함량으로 함유된 양극 활물질을 사용하는 경우, 고전압 전위에서 활성화 또는 작동하므로 작동 전위가 전해액의 산화전위에 도달하여 전해액의 분해가 더욱 많이 발생하므로 가스트랩의 생성도 많아진다. 가스트랩이 생성된 부분에는 전해액이 접근할 수 없고, 따라서, 활물질 간의 리튬 이온 교환이 불가능하므로 해당 부피만큼의 용량 감소를 유발한다.Regarding the generation of the gas trap, when the cathode active material containing Mn in a high content is used, since the activation potential is reached at the oxidation potential of the electrolytic solution due to activation or operation at the high voltage potential, The generation also increases. The portion where the gas trap is generated is inaccessible to the electrolyte, and therefore lithium ion exchange between the active materials is not possible, resulting in a capacity reduction by the corresponding volume.

이와 관련하여, 기체의 압력과 그 부피는 서로 반비례하므로(보일의 법칙), 본 발명에서와 같이 전지 내부에 압력을 가하면, 같은 양의 가스가 발생하더라도 가스트랩의 부피를 줄일 수 있고, 전지의 용량 감소 또한 줄일 수 있다. 따라서, 상기 가압부를 통해 수납부에 압력을 가하게 되면, 가스트랩의 부피를 감소시켜 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.In this regard, since the pressure of the gas and the volume thereof are inversely proportional to each other (Boyle's law), the pressure of the inside of the cell as in the present invention can reduce the volume of the gas trap even if the same amount of gas is generated, Capacity reduction can also be reduced. Therefore, when the pressure is applied to the storage portion through the pressing portion, the volume of the gas trap can be reduced to improve the life characteristics of the battery.

한편, HF과 LiF과 관련하여, 이들 물질은 전해액에 포함되어 있는 리튬염, 예를 들어 LiPF6의 분해 반응에 의해 주로 생성된다. 특히, HF는 전해액을 산성화시켜 양극 활물질에서 Mn의 용출을 가속화 시킴으로써 양극 활물질의 결정 구조를 파괴하여 전지의 용량 감소를 유발한다.On the other hand, with respect to HF and LiF, these materials are mainly produced by the decomposition reaction of a lithium salt contained in an electrolytic solution, for example, LiPF 6 . In particular, HF accelerates the dissolution of Mn in the cathode active material by acidifying the electrolytic solution, thereby destroying the crystal structure of the cathode active material, thereby causing a decrease in capacity of the battery.

LiF는 음극 표면 상에 생성되며, 얇고 균일하게 생성되는 경우에는 큰 문제를 일으키지 않으나, 불균일하고 두껍게 생성되는 경우에는 해당 부분에서 리튬 이온의 교환을 어렵게 만들어, 전지의 용량 감소를 유발한다.LiF is generated on the surface of the negative electrode. Thin and uniformly generated lithium ions do not cause a serious problem. However, when lithium ions are generated unevenly and thickly, lithium ions are hardly exchanged at the lithium ion batteries.

본 발명의 발명자들이 확인한 바에 의하면, 낮은 압력 하에서 전지를 작동 시키는 경우, 가스발생에 의해 국부적으로 가스트랩이 발생하면, 그 부위에 과전압(overpotential)이 생겨 전해액 분해 반응 등의 부반응이 집중적으로 발생하고, 그에 따라 음극 표면 상에 국부적으로 LiF가 두껍게 형성된다.According to the inventors of the present invention, when a battery is operated under a low pressure, when a gas trap is locally generated due to generation of gas, overpotential is generated at the site, and a side reaction such as an electrolyte decomposition reaction is concentrated , Thereby locally forming LiF thick on the cathode surface.

하지만 이와 달리, 높은 압력 하에서 전지를 작동시키는 경우, 전극 표면 전체에서 반응이 균일하게 일어나므로, 음극 표면 상에 LiF 층이 생성되더라도 얇고 균일하게 생성된다. 따라서, 본 발명에서와 같이 가압부를 포함하여 전지 내부에 압력을 가하는 경우, 전지에서의 균일한 반응에 의해 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.In contrast, when the battery is operated at a high pressure, the reaction occurs uniformly over the entire surface of the electrode, so that even if a LiF layer is formed on the surface of the negative electrode, it is thinly and uniformly produced. Therefore, when pressure is applied to the inside of the battery including the pressing portion as in the present invention, the life characteristic of the battery can be improved by a uniform reaction in the battery.

이와 같이, 전지 내부에 가압부를 위치시키는 것은, 전지의 구조적 안정성을 고려할 때, 라미네이트 시트를 열융착하는 방식의 내구성이 취약한 파우치형 전지보다는, 원통형의 캔을 사용하여 내부 압력에 대한 내구성이 뛰어난 원통형 전지에 더 적합하다.In this manner, the pressing portion is positioned inside the battery, in consideration of the structural stability of the battery, a cylindrical type can is used instead of the pouch type battery in which the durability of the pouch type battery in which the laminate sheet is thermally fused is poor, It is more suitable for batteries.

하나의 구체적인 예에서, 상기 가압부는 3 내지 25 기압의 가스를 포함할 수 있고, 상세하게는 10 내지 25 기압의 가스를 포함할 수 있으며, 더욱 상세하게는 15 내지 25기압의 가스를 포함 할 수 있다.In one specific example, the pressurizing portion may comprise a gas of 3 to 25 atmospheres of pressure, in particular a gas of 10 to 25 atmospheres of pressure, more specifically of 15 to 25 atmospheres of gas have.

가압부가 3 기압 미만의 가스를 포함하는 경우에는, 수납부에 압력을 가하여 가스트랩의 부피를 감소시키거나 부반응을 감소시키는 효과가 크지 않으며, 25 기압을 초과하는 경우에는 전지의 안전성에 위협이 될 수 있으므로 바람직하지 않다.In the case where the pressurizing part contains gas less than 3 atmospheres, the effect of reducing the volume of the gas trap or decreasing the side reaction is not great by applying pressure to the receiving part, and if it exceeds 25 atmospheres, It is not preferable.

한편, 상기 가스는 전지 활성화를 위한 충방전 시 전해액의 분해 반응에 의해 생성된 가스를 포함할 수 있다. 전지 활성화를 위한 충방전 시에는 부반응에 의해 많은 양의 가스가 발생하는데, 이러한 가스를 활용하여 가압부에 소망하는 압력을 생성하면, 별도의 가스 주입 과정이 필요하지 않아 공정을 간소화 시킬 수 있고, 공정 비용을 절감할 수 있다.On the other hand, the gas may include a gas generated by a decomposition reaction of an electrolytic solution upon charge and discharge for battery activation. A large amount of gas is generated due to the side reaction during the charge and discharge for activating the battery. If a desired pressure is generated in the pressurizing portion by using such gas, a separate gas injection process is not necessary, The process cost can be reduced.

하나의 구체적인 예에서, 상기 가압부의 부피는 수납부의 부피 대비 0.1% 내지 20%일 수 있고, 상세하게는 0.1% 내지 10%일 수 있으며, 더욱 상세하게는 0.1% 내지 2%일 수 있다.In one specific example, the volume of the pressing portion may be from 0.1% to 20%, more specifically from 0.1% to 10%, and more specifically from 0.1% to 2% of the volume of the receiving portion.

가압부의 부피가 0.1% 미만인 경우에는 가압부의 압력이 과도하게 높아질 수 있어 전지의 안전성에 위협이 될 수 있고, 20% 초과인 경우에는 전지의 공간 효율성이 낮고 에너지 밀도 또한 낮아지게 되어 바람직하지 않다.If the volume of the pressing portion is less than 0.1%, the pressure of the pressing portion may excessively increase, which may be a threat to the safety of the battery. If it exceeds 20%, the space efficiency of the battery is low and the energy density is also low.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전해액은 전극조립체가 완전히 침지되도록 과잉으로 포함될 수 있다.In one specific example, the electrolyte may be excessively included so that the electrode assembly is completely immersed.

전극조립체가 전해액에 완전히 침지되지 않고, 전해액을 적당히 함침하고 있는 경우에는, 전해액의 유동성이 상대적으로 낮으므로 전극조립체 내부에 가스가 발생되더라도 전극조립체 외부로 배출되기 어렵고, 내부에 남아 가스트랩을 생성할 가능성이 더 높아지는 문제가 있다. In the case where the electrode assembly is not completely immersed in the electrolytic solution and the electrolytic solution is appropriately impregnated, the fluidity of the electrolytic solution is relatively low, so that even if gas is generated in the electrode assembly, the electrode assembly is difficult to be discharged to the outside of the electrode assembly, There is a problem that the possibility of doing so is higher.

반면, 전극조립체가 전해액에 완전히 침지되어 있는 경우에는, 전해액의 유동에 의해, 전극조립체 내부에 발생된 가스가 전극조립체 외부로 쉽게 배출되어 가스트랩이 생성될 가능성이 낮아진다.On the other hand, when the electrode assembly is completely immersed in the electrolyte solution, the gas generated in the electrode assembly is easily discharged to the outside of the electrode assembly due to the flow of the electrolyte, thereby reducing the possibility of gas traps.

하나의 구체적인 예에서, 상기 음극은 음극 활물질로서, 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) 등의 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 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료; 티타늄 산화물, 및 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 금속 산화물 등을 사용할 수 있다.In one specific example, the negative electrode is a negative electrode active material, for example, carbon such as non-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' : Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, Halogen, 0 &lt; x &lt; Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; 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 Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials; Titanium oxide, and a lithium metal oxide represented by the following formula (2).

LiaM’bO4 - cAc (2) Li a M ' b O 4 - ca c (2)

상기 식에서, M’은 Ti, Sn, Cu, Pb, Sb, Zn, Fe, In, Al 및 Zr로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이고; In the above formula, M 'is at least one element selected from the group consisting of Ti, Sn, Cu, Pb, Sb, Zn, Fe, In, Al and Zr;

a 및 b는 0.1≤a≤4; 0.2≤b≤4의 범위에서 M’의 산화수(oxidation number)에 따라 결정되며;a and b are 0.1? a? 4; Is determined according to the oxidation number of M 'in the range of 0.2? B? 4;

c는 0≤c<0.2의 범위에서 산화수에 따라 결정되고;c is determined according to the oxidation number in the range of 0? c <0.2;

A는 -1 또는 -2가의 하나 이상의 음이온이다.A is one or more of an anion of -1 or -2.

상세하게는, 상기 화학식 2의 리튬 금속 산화물은 하기 화학식 3으로 표시되는 리튬 티타늄 산화물(LTO)일 수 있고, 구체적으로 Li0 . 8Ti2 . 2O4, Li2 . 67Ti1 . 33O4, LiTi2O4, Li1 . 33Ti1 . 67O4, Li1 . 14Ti1 . 71O4 등일 수 있으나, 리튬 이온을 흡장/방출할 수 있는 것이면 그 조성 및 종류에 있어 별도의 제한은 없으며, 더욱 상세하게는, 충방전시 결정 구조의 변화가 적고 가역성이 우수한 스피넬 구조의 Li1 . 33Ti1 . 67O4 또는 LiTi2O4일 수 있다.Specifically, the lithium metal oxide of Formula 2 may be a lithium titanium oxide (LTO) of the formula (3) to, specifically, Li 0. 8 Ti 2 . 2 O 4 , Li 2 . 67 Ti 1 . 33 O 4 , LiTi 2 O 4 , Li 1 . 33 Ti 1 . 67 O 4 , Li 1 . 14 Ti 1 . 71 O 4, etc. However, there is no particular limitation on the composition and type of lithium ions, as long as they can absorb / release lithium ions. More specifically, there is provided a spinel Li 1 . 33 Ti 1 . 67 O 4 or LiTi 2 O 4 .

LiaTibO4 (3)Li a Ti b O 4 (3)

상기 식에서, 0.5≤a≤3, 1≤b≤2.5 이다.In the above formula, 0.5? A? 3, 1? B? 2.5.

상대적으로 고전위를 가지는 스피넬 리튬 복합 전이금속 산화물을 양극 활물질로 사용하는 경우, 높은 전위를 갖는 LTO를 음극 활물질로 사용하면 레이트 특성을 향상 시킬 수 있고, 음극에서의 Li 플레이팅(Li plating)을 방지할 수 있다.When a spinel-lithium composite transition metal oxide having a relatively high electric potential is used as a cathode active material, the rate characteristic can be improved by using LTO having a high electric potential as an anode active material, and Li plating .

한편, 상기 안전벤트는 전지의 비정상적인 작동 또는 전지 구성요소들의 열화로 인한 전지 내부 압력의 상승시 가스를 외부로 배출시켜 전지의 안전성을 담보하는 일종의 안전소자이다. 예를 들어, 전지의 내부에서 가스가 발생하여 임계치 이상으로 내압이 증가하였을 때, 안전벤트가 파열되고, 그러한 파열 부위로 배출되는 가스는 상단 캡에 형성되어 있는 하나 또는 둘 이상의 가스 배출구를 통해 외부로 배출될 수 있다.Meanwhile, the safety vent is a kind of safety element that secures the safety of the battery by discharging the gas to the outside when the internal pressure of the battery increases due to abnormal operation of the battery or deterioration of the battery components. For example, when gas is generated inside the battery and the internal pressure is increased beyond the threshold value, the safety vent ruptures, and the gas discharged to the ruptured portion is discharged through one or two gas outlets formed in the upper cap .

본 발명에서, 상기 안전벤트는 25 기압 초과의 압력에서 파열되도록 설정될 수 있으며, 상세하게는 30 기압 이상의 압력에서 파열되도록 설정될 수 있다.In the present invention, the safety vent may be set to be ruptured at a pressure exceeding 25 atm, and more specifically, may be set to rupture at a pressure of 30 atm or higher.

하나의 구체적인 예에서, 상기 캡 어셈블리는 안전벤트의 외주면을 따라 접속되어 있는 돌출형의 상단 캡을 더 포함할 수 있고, 상기 상단 캡의 외주면에 장착되어 있는 가스켓을 더 포함할 수 있으며, 상기 캡 어셈블리의 상단 캡과 안전벤트 사이에는 전지의 내부 온도 상승 시 전지 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(positive temperature coefficient element)가 개재될 수 있다.In one specific example, the cap assembly may further include a protruding upper cap connected along an outer circumferential surface of the safety vent, and may further include a gasket mounted on an outer circumferential surface of the upper cap, Between the upper cap of the assembly and the safety vent, a positive temperature coefficient (PTC) element may be interposed to block the current when the internal temperature of the battery rises.

또한, 상기 캡 어셈블리 내부에는 전지의 비정상적인 작동 전류를 차단하고 내압을 해소하기 위한 전류차단부재(Current Interruptive Device; CID)도 장착될 수 있다.In addition, a current interrupting device (CID) may be installed in the cap assembly to block an abnormal operation current of the battery and to relieve the internal pressure.

이하에서는, 상기 원통형 전지의 기타 구성 성분들에 대해서 설명한다.Hereinafter, other components of the cylindrical battery will be described.

상기 양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The anode is prepared by applying a mixture of a cathode active material, a conductive material and a binder on a cathode current collector, followed by drying and pressing. If necessary, a filler may be further added to the mixture.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 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. Examples of the positive electrode current collector include stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, aluminum or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like may be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 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 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the cathode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black 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, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 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 which assists in bonding of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, 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.

반면에, 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.On the other hand, the negative electrode is manufactured by applying, drying and pressing an anode active material on an anode current collector, and may optionally further include a conductive material, a binder, a filler, and the like as described above.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 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 current 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 electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples of the anode current collector include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, a 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 collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.

상기 분리막은 양극과 음극 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 separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.

*상기 전해액은 리튬염을 함유하고 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The electrolytic solution contains a lithium salt, and as the electrolytic solution, a non-aqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and the like are used, but the present invention is not limited thereto.

상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 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 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate Nonionic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like 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 중합제 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, A polymer containing an ionic dissociation group and the like may 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 and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can 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, (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 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide.

경우에 따라서는, 상기 전해액에 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 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.In some cases, for the purpose of improving the charge-discharge characteristics and flame retardancy of the electrolytic solution, it is possible to use, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, n-glyme, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride, May be added. In some cases, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability. In order to improve the high-temperature storage characteristics, carbon dioxide gas may be further added. FEC (Fluoro-Ethylene Carbonate, PRS (Propene sultone), and the like.

하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.In one specific example, LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiN (SO 2 CF 3) 2 , such as a lithium salt, a highly dielectric solvent of DEC, DMC or EMC Fig solvent cyclic carbonate and a low viscosity of the EC or PC of And then adding it to a mixed solvent of linear carbonate to prepare a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte.

본 발명은 또한, 상기 원통형 전지를 포함하는 디바이스를 제공한다.The present invention also provides a device comprising the cylindrical battery.

이러한 디바이스의 구체적인 예로는, 컴퓨터, 휴대폰, 파워 툴(power tool) 등의 소형 디바이스와, 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등의 중대형 디바이스를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of such devices include small devices such as computers, mobile phones, power tools, and the like; power tools powered by an electric motor; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); An electric golf cart; Power storage systems, and the like, but are not limited thereto.

상기 전지팩과 디바이스의 구조 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.The structure of the battery pack and the device is well known in the art, so a detailed description thereof will be omitted herein.

본 발명은 또한, 상기 원통형 전지의 제조 방법을 제공하며, 이러한 제조 방법은, The present invention also provides a method of manufacturing the cylindrical battery,

(a) 원통형 캔의 수납부에 양극, 분리막, 및 음극을 포함하는 전극조립체(젤리-롤)를 수납하는 과정;(a) storing an electrode assembly (jelly-roll) including a positive electrode, a separator, and a negative electrode in a receiving portion of a cylindrical can;

(b) 상기 수납부에 주입하는 전해액의 양을 조절하여, 안전벤트와 수납부 사이에 형성되는 가압부와 수납부의 상대적 부피를 조절하는 과정; 및(b) adjusting an amount of the electrolyte injected into the accommodating portion to adjust a relative volume of the pressing portion and the accommodating portion formed between the safety vent and the accommodating portion; And

(c) 상기 원통형 캔의 개방 상단부에 캡 어셈블리를 탑재하는 과정;(c) mounting the cap assembly on the open upper end of the cylindrical can;

을 포함한다..

하나의 구체적인 예에서, 상기 제조 방법은 과정(c) 이후에 하기 과정을 더 포함할 수 있다:In one specific example, the method may further comprise the following steps after step (c):

(d) 상기 원통형 전지의 활성화를 위한 충방전을 수행하여 상기 충방전에서 발생된 가스를 가압부에 포집함으로써 소정의 압력을 생성하는 과정.(d) generating a predetermined pressure by performing charge and discharge for activating the cylindrical battery and collecting the gas generated in the charge and discharge in a pressurizing portion.

상기 수납부와 가압부는 연통되어 있으며, 전지 내에서 발생하는 가스를 포집함으로써 소정의 압력을 생성할 수 있으므로, 가압부와 수납부의 상대적 부피에 따라 가압부의 압력이 결정될 수 있다.The storage portion and the pressing portion communicate with each other and collect a gas generated in the battery to generate a predetermined pressure so that the pressure of the pressing portion can be determined according to the relative volume of the pressing portion and the receiving portion.

상기 가압부의 압력은 전지의 구체적인 구성 및 원하는 성능에 따라 달라질 수 있으며, 전해액의 주입량을 조절하여 가압부와 수납부의 상대적 부피를 조절함으로써 필요한 압력을 얻을 있도록 유연하게 대응할 수 있다.The pressure of the pressing part can be changed according to the specific configuration and the desired performance of the battery. The pressure of the pressing part can be adjusted by adjusting the amount of the electrolyte injected, so that the required pressure can be flexibly obtained.

하나의 구체적인 예에서, 상기 과정(b)에서, 가압부의 부피는 수납부의 부피 대비 0.1% 내지 20%, 상세하게는 0.1% 내지 10%, 더욱 상세하게는 0.1% 내지 2%가 되도록 조절할 수 있다.In one specific example, in the process (b), the volume of the pressing portion may be adjusted to be 0.1% to 20%, more specifically 0.1% to 10%, more specifically 0.1% to 2% have.

상기 과정(d)에서, 소정의 압력은 3 내지 25 기압일 수 있고, 상세하게는 10 내지 25 기압일 수 있으며, 더욱 상세하게는 15 내지 25 기압일 수 있다.In the step (d), the predetermined pressure may be 3 to 25 atm, more specifically 10 to 25 atm, and more particularly 15 to 25 atm.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원통형 전지 및 이의 제조 방법은, 수납부에 소정의 압력을 가하는 가압부를 포함하여, 가스트랩의 부피를 줄이고, 부반응을 감소시킬 수 있고, 이를 통해, 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, the cylindrical battery and the method of manufacturing the same according to the present invention include a pressing portion that applies a predetermined pressure to the storage portion, thereby reducing the volume of the gas trap and reducing the side reaction, Life characteristics can be improved.

도 1은 일반적인 원통형 전지의 수직 단면 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지의 부분 단면도이다;
도 3은 도 2의 원통형 전지와 전해액 주입량을 달리한 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지의 부분 단면도이다;
도 4 내지 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 전지에서, 안전벤트 및 CID의 작동에 의해 전류가 차단되고 고압 가스가 배출되는 일련의 과정에 대한 수직 단면도들이다;
도 7은 원통형 전지에 사용된 안전벤트의 사시도이다;
도 8은 본 발명의 실시예 1과 비교예 1의 수명 특성을 비교한 그래프이다;
도 9는 본 발명의 실시예 1과 실시예 2의 수명 특성을 비교한 그래프이다.
1 is a vertical cross-sectional perspective view of a typical cylindrical battery;
2 is a partial cross-sectional view of a cylindrical battery according to one embodiment of the present invention;
3 is a partial cross-sectional view of a cylindrical battery according to one embodiment of the present invention which differs from the cylindrical battery of FIG. 2 in the amount of electrolyte injection;
FIGS. 4 to 6 are vertical cross-sectional views of a series of processes in which a current is cut off and a high-pressure gas is discharged by operation of a safety vent and a CID in a cylindrical battery according to another embodiment of the present invention; FIG.
7 is a perspective view of a safety vent used in a cylindrical battery;
8 is a graph comparing lifetime characteristics of Example 1 of the present invention and Comparative Example 1;
9 is a graph comparing life characteristics of Example 1 and Example 2 of the present invention.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.

도 1에는 일반적인 원통형 전지의 수직단면 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2 및 도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 전지의 부분 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional perspective view of a typical cylindrical battery, and FIGS. 2 and 3 schematically show a partial cross-sectional view of a cylindrical battery according to one embodiment of the present invention.

우선, 도 1 및 도 2를 참조하면, 원통형 전지(100)는 젤리-롤형(권취형) 전극조립체(110)를 원통형 캔(200)의 수납부(230)에 수납하고, 원통형 캔(200) 내에 전극조립체(110)가 완전히 침지되도록 수납부(230)에 전해액을 주입한 후에, 원통형 캔(200)의 개방 상단에 캡 어셈블리(300)를 탑재하여 제작한다. 1 and 2, a cylindrical battery 100 includes a jelly-roll type (wound type) electrode assembly 110 housed in a housing part 230 of a cylindrical can 200, The cap assembly 300 is mounted on the open upper end of the cylindrical can 200 after the electrolyte is injected into the housing part 230 so that the electrode assembly 110 is completely immersed in the electrode assembly 110.

캡 어셈블리(300)에 내장되어 있는 안전벤트(320)와 원통형 캔(200)의 수납부(230) 사이에는 가압부(500)가 위치하며, 가압부(500)는 수납부(230)와 연통되어 있으며, 가스에 의해 수납부(230)에 소정의 압력을 가한다.The pressing portion 500 is positioned between the safety vent 320 built in the cap assembly 300 and the receiving portion 230 of the cylindrical can 200. The pressing portion 500 communicates with the receiving portion 230 And a predetermined pressure is applied to the accommodating portion 230 by gas.

전극조립체(110)는 양극과 음극, 및 분리막을 차례로 적층하여 둥근 형태로 감은 구조로서, 전극조립체(110)의 중심부에는 원통형의 센터 핀(120)이 삽입되어 있다. 센터 핀(120)은 일반적으로 소정의 강도를 부여하기 위해 금속 소재로 이루어져 있으며, 판재를 둥글게 절곡한 중공형의 원통형 구조로 이루어져 있다. 경우에 따라서는, 전극조립체(110)의 전극을 원통형 캔(200) 또는 캡 어샘블리(300)와 용접한 후 센터 핀(120)을 제거할 수도 있다.The electrode assembly 110 has a structure in which an anode, a cathode, and a separator are sequentially stacked and wound in a round shape. A cylindrical center pin 120 is inserted into the center of the electrode assembly 110. The center pin 120 is generally made of a metal material in order to impart a predetermined strength, and is formed of a hollow cylindrical structure in which a plate material is bent in a round shape. In some cases, after the electrode of the electrode assembly 110 is welded to the cylindrical can 200 or the cap assembly 300, the center pin 120 may be removed.

캡 어셈블리(300)는 원통형 캔(200)의 클림핑부(202)와 비딩부(210)의 상부 내면에 장착되는 기밀유지용 가스켓(400) 내부에 상단 캡(310)과 내부 압력 강하용 안전벤트(320)가 밀착되어 있는 구조로 이루어져 있고, 상단 캡(310)은 중앙이 상향 돌출되어 있어서 외부 회로와의 접속에 의한 양극 단자로서의 역할을 수행하고, 돌출부 주변을 따라 캔(200) 내부의 가스가 배출될 수 있는 관통구(312)가 다수 개 형성되어 있다.The cap assembly 300 includes an upper cap 310 and a safety vent for internal pressure drop 310. The cap 310 includes a clamping portion 202 of the cylindrical can 200 and a sealing gasket 400 mounted on the upper inner surface of the beading portion 210, And the upper cap 310 protrudes upward to serve as a positive terminal by connection with an external circuit and the gas inside the can 200 along the periphery of the protrusion A plurality of through-holes 312 are formed.

안전벤트(320)는 전류가 통하는 박막 구조물로서, 그것의 중앙부는 함몰되어 만입형 중앙부(322)를 형성하고 있고, 중앙부(322)의 상절곡 및 하절곡 부위에는 각각 깊이를 달리하는 2 개의 노치들(324, 326)이 형성되어 있다.The safety vent 320 is a thin film structure through which the current passes. The central portion of the safety vent 320 is depressed to form a recessed central portion 322. The upper and lower bent portions of the central portion 322 are formed with two notches 324 and 326 are formed.

전극조립체(110)의 상단면에는 전극리드(600)와의 접촉을 방지하기 위한 절연성 플레이트(220)가 장착되어 있어서, 전극조립체(110)와 전극리드(600)의 접촉에 의한 단락을 방지하게 된다.The upper surface of the electrode assembly 110 is provided with an insulating plate 220 for preventing contact with the electrode leads 600 to prevent a short circuit due to contact between the electrode assembly 110 and the electrode leads 600 .

한편, 노치들(324, 326) 중 상부에 형성되는 제 1 노치(324)는 폐곡선을 이루고 있고, 하부에 형성되는 제 2 노치(326)는 일측이 개방된 개곡선의 구조로 되어 있다. 하나의 예에서, 제 2 노치(326)의 결합력은 제 1 노치(324)의 결합력보다 작도록 구성되어 있어서, 제 2 노치(326)는 제 1 노치(324)보다 깊게 파여 있다.Meanwhile, the first notch 324 formed in the upper portion of the notches 324 and 326 forms a closed curve, and the second notch 326 formed in the lower portion has an open curve structure with one side opened. In one example, the engaging force of the second notch 326 is configured to be smaller than the engaging force of the first notch 324, so that the second notch 326 is deeper than the first notch 324.

이 경우, 캔(200)의 내부압력이 임계 압력 이상으로 상승하게 되면, 안전벤트(320)의 제 2 노치(326)가 압력을 견디지 못하고 파단되면서 캔(200) 내부의 가스가 상단 캡(310)의 관통구(312)를 통해 외부로 빠져나가게 된다.In this case, when the internal pressure of the can 200 rises above the critical pressure, the second notch 326 of the safety vent 320 fails to withstand the pressure, Through the through-hole 312 of the base plate 311. As shown in FIG.

가압부(500)의 부피는 수납부(230)의 부피와 상대적이며, 수납부(230)에 주입하는 전해액의 양에 따라 가압부(500)와 수납부(230) 사이의 상대적 부피를 조절할 수 있다. 원통형 전지(100)의 절연성 플레이트(220)까지 전해액이 주입되어 있으며, 이때 가압부(500)의 부피는 h1에 비례하고, 수납부(230)의 부피는 H1에 비례한다.The volume of the pressing portion 500 is relatively large with respect to the volume of the receiving portion 230 and the relative volume between the pressing portion 500 and the receiving portion 230 can be adjusted according to the amount of the electrolyte injected into the receiving portion 230 have. The electrolytic solution is injected into the insulating plate 220 of the cylindrical battery 100. The volume of the pressing part 500 is proportional to h1 and the volume of the receiving part 230 is proportional to H1.

도 2와 비교하여 도 3을 참조하면, 원통형 전지(100a)는 원통형 전지(100)에 비해 전해액이 더 많이 주입되어 있으며, 절연성 플레이트(220) 위쪽까지 전해액이 주입되어 있다. 이 경우, 수납부(230)는 절연성 플레이트(220)위쪽에 전해액이 주입되어 있는 부분까지이며, 원통형 전지(100)에 비해 수납부(230)의 부피가 더 증가하였고, 그 부피는 H2에 비례한다. 수납부(230)의 부피가 증가함에 따라 가압부(500)의 부피는 상대적으로 감소하였으며, 가압부(500)의 부피는 h2에 비례한다.3, the cylindrical battery 100a has more electrolyte than the cylindrical battery 100, and the electrolyte is injected up to the upper side of the insulating plate 220. As shown in FIG. In this case, the storage portion 230 is located above the insulating plate 220 to the portion where the electrolyte is injected. The volume of the storage portion 230 is further increased compared to the cylindrical battery 100, and the volume thereof is proportional to H2 do. As the volume of the storage part 230 increases, the volume of the pressing part 500 decreases relatively, and the volume of the pressing part 500 is proportional to h2.

도 4 내지 도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 전지에서 안전벤트 및 CID가 작동하는 일련의 과정이 단계적으로 도시되어 있으며, 도 7에는 안전벤트의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.FIGS. 4 to 6 show a series of processes of operating the safety vent and the CID in the cylindrical battery according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a perspective view of the safety vent.

이들 도면을 참조하면, 상단 캡(310)은 돌출된 형태로 양극 단자를 형성하고 배기구가 천공되어 있으며, 그것의 하부에 전지 내부의 온도 상승시 전지 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(700), 정상적인 상태에서는 하향 돌출된 형상으로 되어 있고 전지 내부의 압력 상승시 돌출되면서 파열되어 가스를 배기하는 안전벤트(320), 및 상단 일측 부위가 안전벤트(320)에 결합되어 있고 하단 일측이 전극조립체(110)의 양극에 연결되어 있는 전류차단부재(800)가 순차적으로 위치되어 있다. 안전벤트(320)와 전극조립체(110) 사이에는 가압부(500)가 위치하고 있다. 또한, 전류차단부재(800)를 고정하기 위한 전류차단부재용 가스켓(810)이 전류차단부재(800)의 외면을 감싸고 있다. Referring to these drawings, the upper cap 310 is formed with a protruded anode terminal, an exhaust port is punched therein, and a PTC element (not shown) A safety vent 320 that protrudes downward in a normal state and protrudes when the pressure inside the battery rises and ruptures to exhaust gas, and a safety vent 320 at one side of the upper end is coupled to the safety vent 320, And a current blocking member 800 connected to the positive electrode of the electrode assembly 110 are sequentially positioned. A pressing portion 500 is positioned between the safety vent 320 and the electrode assembly 110. Further, a gasket 810 for a current blocking member for fixing the current blocking member 800 surrounds the outer surface of the current blocking member 800.

따라서, 정상적인 작동조건에서 전극조립체(110)의 양극은 전극 리드(600), 전류차단부재(800), 안전벤트(320) 및 PTC 소자(700)를 경유하여 상단 캡(310)에 전기적으로 연결되어 통전을 이룬다.The anode of the electrode assembly 110 is electrically connected to the upper cap 310 via the electrode lead 600, the current blocking member 800, the safety vent 320, and the PTC device 700 under normal operating conditions Thereby achieving energization.

그러나, 과충전 등과 같은 원인에 의해 가스가 발생하여 가압부(500)의 압력이 증가하면, 도 5에서와 같이, 안전벤트(320)는 그것의 형상이 역전되면서 상향 돌출되게 되고, 이때, 안전벤트(320)가 전류차단부재(800)로부터 분리되어 전류가 차단되게 된다. 따라서, 과충전이 더 이상 진행되지 않도록 하여 안전성을 확보한다. 그럼에도 불구하고, 계속적으로 내압이 증가하면, 도 6에서와 같이, 안전벤트(320)가 파열되고 가압 가스는 그러한 파열 부위를 경유하여 상단 캡(310)의 배기구를 통해 배기됨으로써, 전지의 폭발을 방지하게 된다.However, when gas is generated due to overcharging or the like and the pressure of the pressurizing part 500 increases, as shown in FIG. 5, the safety vent 320 protrudes upward while its shape is reversed. At this time, (320) is disconnected from the current blocking member (800) to cut off the current. Therefore, the overcharging is prevented from further proceeding to secure safety. Nevertheless, if the internal pressure continuously increases, as shown in FIG. 6, the safety vent 320 is ruptured and the pressurized gas is exhausted through the exhaust port of the upper cap 310 via the rupture portion, .

이하에서는, 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but it should be understood that the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

LiNi0 . 5Mn1 . 5O4를 양극 활물질로 사용하고 도전재(Super-P), 바인더(PVdF)를 각각 90: 5: 5 의 중량비로 NMP에 넣고 믹싱하여 양극 합제를 제조한 후 20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일에 코팅하고, 압연 및 건조하여 양극을 제조하였다. LiNi 0 . 5 Mn 1 . 5 O 4 was used as a positive electrode active material, and a conductive material (Super-P) and a binder (PVdF) were mixed in NMP at a weight ratio of 90: 5: 5 respectively and mixed to prepare a positive electrode mixture. , Rolled and dried to prepare a positive electrode.

음극 활물질(Li1 . 33Ti1 . 67O4), 도전재(Super-P), 바인더(PVdF)를 90: 5: 5의 중량비로 NMP에 넣고 믹싱하여 음극 합제를 제조하고, 20 ㎛ 두께의 구리 호일에 코팅한 후 압연 및 건조하여 음극을 제조하였다. Negative electrode active material (.. Li 1 33 Ti 1 67 O 4), a conductive material (Super-P), a binder (PVdF) of 90: 5: producing a negative electrode material mixture to 5. The weight ratio of the insert to the NMP mixing, and 20 ㎛ thickness Coated on a copper foil, rolled and dried to prepare a negative electrode.

이렇게 제조된 음극과 양극 사이에 분리막(두께: 20 ㎛)을 개재하여 전극조립체를 제조하고, 상기 전극조립체를 원통형 캔에 수납한 후, 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate: EC), 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate: DMC) 및 에틸메틸카보네이트(ethyl methyl carbonate: EMC)가 부피를 기준으로 1:1:1로 혼합되어 있고, 리튬염으로 LiPF6를 1 M의 농도로 포함하고 있는 전해액을 4.2 g 주입한 다음, 캡 어셈블리를 원통형 캔의 개방 상단에 탑재하고 밀봉하여 원통형 전지를 제조하였고, 이때, 가압부의 부피 는 수납부의 부피 대비 2%였다.An electrode assembly was fabricated with a separator (thickness: 20 占 퐉) interposed between the anode and the cathode thus prepared. The electrode assembly was housed in a cylindrical can, and then ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed in a volume ratio of 1: 1: 1 and 4.2 g of an electrolyte solution containing LiPF 6 as a lithium salt in a concentration of 1 M was injected, The cap assembly was mounted on the open upper end of the cylindrical can and was sealed to manufacture a cylindrical battery, wherein the volume of the pressing portion was 2% of the volume of the receiving portion.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

상기 실시예 1에서, 원통형 캔에 전해액을 3.4 g 주입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 원통형 전지를 제조하였고, 이때, 가압부의 부피 는 수납부의 부피 대비 2.5%였다.A cylindrical battery was produced in the same manner as in Example 1, except that 3.4 g of the electrolyte solution was injected into the cylindrical can in Example 1. At this time, the volume of the pressing portion was 2.5% of the volume of the receiving portion.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

상기 실시예 1에서, 전극조립체 및 전해액을 원통형 캔 대신 파우치형 전지케이스에 수납한 후 열융착하여 파우치형 전지를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 전지를 제조하였다.In Example 1, a battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that the electrode assembly and the electrolyte were housed in a pouch-shaped battery case instead of the cylindrical can, and then heat-sealed to manufacture a pouch-shaped battery.

<실험예 1><Experimental Example 1>

상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 전지를 25℃ 챔버에서 1C로 충방전을 실시하면서 초기 용량 대비 용량 유지율을 측정하여, 그 결과를 도 8 및 도 9에 나타내었다.The cells of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were charged and discharged at 1 C in a chamber of 25 ° C, and the capacity retention ratio relative to the initial capacity was measured. The results are shown in FIG. 8 and FIG.

도 8을 참조하면, 비교예 1의 파우치형 전지는 충방전이 진행됨에 따라 용량이 급격히 떨어지는 반면, 실시예 1의 원통형 전지는 100 사이클 후에도 높은 용량 유지율을 보인다. Referring to FIG. 8, the capacity of the pouch-type battery of Comparative Example 1 dropped sharply as the charge and discharge proceeded, while the cylindrical battery of Example 1 exhibited a high capacity retention rate even after 100 cycles.

이러한 결과는 Mn을 고함량으로 함유하고 있는 양극 활물질을 사용하는 경우에 있어서, 가압부를 포함하지 않는 파우치형 전지에 사용하는 경우보다는, 가압부를 포함하는 원통형 전지에 사용하는 것이 전지의 수명 특성을 현저하게 증가시킬 수 있음을 보여준다.These results show that, in the case of using a positive electrode active material containing Mn in a high content, the use of the positive electrode active material in a cylindrical battery including a pressing portion is superior to that of a pouch type battery containing no pressing portion, .

도 9를 참조하면, 실시예 2는 40 사이클 정도에서 용량 유지율이 약95% 정도로 감소하는 반면, 실시예 1은 120 사이클 후에도 용량 유지율이 약 97% 정도를 유지하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, in Example 2, the capacity retention rate is reduced to about 95% at about 40 cycles, while the capacity retention rate at about 120% is maintained at about 97% in Example 1.

가압부의 부피가 실시예 2에 비해 상대적으로 작은 실시예 1은, 가압부 압력이 실시예 2에 비해 더 높게 생성되었으며, 이러한 압력의 차이로 인해 수명 특성이 더욱 향상되었음을 알 수 있다.In Example 1 in which the volume of the pressing portion was relatively smaller than that in Example 2, the pressing portion pressure was higher than that in Example 2, and it was found that the life characteristics were further improved due to the difference in pressure.

이상 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims.

Claims (8)

하기 화학식 1의 리튬 복합 전이금속 산화물을 양극 활물질로 포함한 양극, 분리막, 및 음극을 포함하는 전극조립체(젤리-롤); 상기 전극조립체의 상단부에 위치하는 절연성 플레이트; 상기 전극조립체 및 전해액이 수납되는 수납부를 포함하는 원통형 캔; 상기 원통형 캔의 개방 상단부에 탑재되는 캡 어셈블리; 상기 캡 어셈블리에 내장되어 있고, 상기 원통형 전지 내부의 가스 압력 의해 파열되도록 노치가 형성되어 있는 안전벤트; 및 상기 안전벤트와 상기 수납부 사이에 위치하고, 상기 수납부와 연통되어 가스에 의해 상기 수납부에 압력을 가하는 가압부;를 포함한 원통형 전지의 제조 방법으로서,
(a) 상기 수납부에 상기 전극조립체를 수납하는 과정;
(b) 상기 전극조립체가 완전히 침지되도록 상기 절연성 플레이트의 위쪽까지 수납부에 전해액을 주입하여, 상기 가압부의 부피가 상기 수납부의 부피에 대해 0.1 내지 2%로 되도록 상기 가압부와, 상기 수납부의 상대적 부피를 조절하는 과정;
(c) 상기 원통형 캔의 개방 상단부에 캡 어셈블리를 탑재하는 과정; 및
(d) 상기 원통형 전지의 충방전을 수행하여, 상기 수납부에 가해지는 압력이 3 내지 25기압으로 되도록 상기 충방전시의 발생 가스를 가압부에 포집하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 전지의 제조 방법:
[화학식 1]
Li1+aNibMcMn2-(b+c)O4-z (1)
상기 식에서, M은 Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn 및 2주기 전이금속들로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고, 0≤a≤0.1, 0.4≤b≤0.5, 0≤c≤0.1, 0≤z≤0.1이다.
An electrode assembly (jelly-roll) comprising a cathode, a separator, and a cathode comprising a lithium complex transition metal oxide represented by Formula 1 as a cathode active material; An insulating plate positioned at an upper end of the electrode assembly; A cylindrical can including the electrode assembly and a housing portion in which the electrolyte solution is housed; A cap assembly mounted on an open upper end of the cylindrical can; A safety vent embedded in the cap assembly and having a notch formed to rupture by the gas pressure inside the cylindrical battery; And a pressurizing portion located between the safety vent and the accommodating portion and communicating with the accommodating portion to apply pressure to the accommodating portion by gas, the method comprising:
(a) storing the electrode assembly in the accommodating portion;
(b) an electrolytic solution is injected into the accommodating portion up to the upper side of the insulating plate so that the electrode assembly is completely immersed so that the volume of the pressing portion becomes 0.1 to 2% with respect to the volume of the accommodating portion; A process of adjusting the relative volume of the sample;
(c) mounting the cap assembly on the open upper end of the cylindrical can; And
(d) performing charging and discharging of the cylindrical battery, and collecting the generated gas at the time of charging and discharging in the pressing portion such that the pressure applied to the receiving portion is 3 to 25 atm. Method of producing battery:
[Chemical Formula 1]
Li 1 + a Ni b M c Mn 2- (b + c) O 4-z (1)
Wherein M is at least one element selected from the group consisting of Ti, Co, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zr, Zn and two period transition metals, b? 0.5, 0? c? 0.1, and 0? z? 0.1.
제 1 항에 있어서, 상기 안전벤트는 25 기압 초과의 압력에서 파열되도록 설정된 것을 특징으로 하는 원통형 전지의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the safety vent is configured to rupture at a pressure greater than 25 atmospheres. 제 1 항에 있어서, 상기 음극은 음극 활물질로서 하기 화학식 2로 표시되는 리튬 금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 전지의 제조 방법:
[화학식 2]
Lia'M'b'O4 - c'Ac' (2)
상기 식에서, M'은 Ti, Sn, Cu, Pb, Sb, Zn, Fe, In, Al 및 Zr로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 원소이고; a', b' 및 c'는 각각 0.1≤a'≤4, 0.2≤b'≤4 및 0≤c'<0.2의 범위에서 M'의 산화수(oxidation number)에 따라 결정되며; A는 -1 또는 -2가의 음이온이다.
The method for manufacturing a cylindrical battery according to claim 1, wherein the negative electrode comprises a lithium metal oxide represented by the following formula (2) as a negative electrode active material:
(2)
Li a ' M' b ' O 4 - c' A c ' (2)
In the above formula, M 'is at least one element selected from the group consisting of Ti, Sn, Cu, Pb, Sb, Zn, Fe, In, Al and Zr; a ', b' and c 'are determined according to the oxidation number of M' in the range of 0.1? a '? 4, 0.2? b'? 4 and 0? c '<0.2, respectively; A is an anion of -1 or -2 valence.
제 3 항에 있어서, 상기 화학식 2의 리튬 금속 산화물은 하기 화학식 3으로 표시되는 리튬 티타늄 산화물(Lithium Titanium Oxide: LTO)을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 전지의 제조 방법:
[화학식 3]
Lia"Tib"O4 (3)
상기 식에서, 0.5≤a"≤3, 1≤b"≤2.5 이다.
[4] The method of claim 3, wherein the lithium metal oxide represented by Formula 2 comprises lithium titanium oxide (LTO) represented by Formula 3 below:
(3)
Li a " Ti b " O 4 (3)
In the above formula, 0.5? A?? 3, 1? B?
제 1 항에 있어서, 상기 캡 어셈블리는 상기 안전벤트의 외주면을 따라 접속되어 있는 돌출형의 상단 캡을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 전지의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the cap assembly further comprises a protruding top cap connected along an outer circumferential surface of the safety vent. 제 5 항에 있어서, 상기 캡 어셈블리는 상기 상단 캡의 외주면에 장착되어 있는 가스켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 전지의 제조 방법.6. The method of claim 5, wherein the cap assembly further comprises a gasket mounted on an outer circumferential surface of the upper cap. 제 5 항에 있어서, 상기 캡 어셈블리의 상단 캡과 상기 안전벤트 사이에는 PTC 소자가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 전지의 제조 방법.6. The method of claim 5, wherein a PTC device is interposed between the upper cap of the cap assembly and the safety vent. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 원통형 전지.A cylindrical battery produced by the method of any one of claims 1 to 7.
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