KR102464006B1 - Cylindrical Secondary Battery Comprising More Than Two Jelly-Roll Type Electrode Assembly and Manufacturing Method Thereof - Google Patents

Cylindrical Secondary Battery Comprising More Than Two Jelly-Roll Type Electrode Assembly and Manufacturing Method Thereof Download PDF

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Abstract

본원 발명은 양극 시트, 분리 시트, 음극 시트 및 분리 시트가 순차적으로 적층된 상태에서 권취된 구조의 제1권취형 전극조립체; 및
내부에 중공이 형성된 원통 구조로 이루어지고, 상기 제1권취형 전극조립체를 내부에 위치한 상태에서 상기 제1권취형 전극조립체의 외측면을 둘러싸도록 위치하는 제2권취형 전극조립체;
를 포함하고,
상기 제2권취형 전극조립체는 양극 시트, 분리 시트, 음극 시트 및 분리 시트가 순차적으로 적층된 상태에서 권취된 구조이며,
상기 제1권취형 전극조립체 및 제2권취형 전극조립체는 서로 독립적인 구조이나, 결합된 상태에서는 전체적으로 하나의 직렬로 연결된 전극조립체 형태로 이루어진 권취형 전극조립체에 대한 것이다.The present invention relates to a first wound-type electrode assembly having a structure in which a positive electrode sheet, a separation sheet, a negative electrode sheet and a separation sheet are sequentially stacked and wound; and
a second wound-type electrode assembly having a cylindrical structure having a hollow formed therein, and positioned to surround an outer surface of the first wound-type electrode assembly in a state in which the first wound-type electrode assembly is located inside;
including,
The second winding type electrode assembly has a structure in which a positive electrode sheet, a separation sheet, a negative electrode sheet, and a separation sheet are sequentially wound in a stacked state,
The first wound-type electrode assembly and the second wound-type electrode assembly have structures independent of each other, but in a combined state, they relate to a wound-up electrode assembly formed in the form of an electrode assembly connected in series as a whole.

Description

2개 이상의 권취형 전극조립체를 포함하는 원통형 이차전지 및 이의 제조방법 {Cylindrical Secondary Battery Comprising More Than Two Jelly-Roll Type Electrode Assembly and Manufacturing Method Thereof}Cylindrical Secondary Battery Comprising More Than Two Jelly-Roll Type Electrode Assembly and Manufacturing Method Thereof

본원 발명은 2개 이상의 권취형 전극조립체를 포함하는 원통형 이차전지 및 이의 제조방법에 대한 것으로서, 구체적으로 독립적인 구조로 이루어진 원기둥 구조의 제1권취형 전극조립체 및 상기 제1권취형 전극조립체의 외면을 둘러싸는 구조의 제2권취형 전극조립체를 직렬 연결하여 전체적으로 하나의 전극조립체 형태로 이루어진 권취형 전극조립체를 포함하는 원통형 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cylindrical secondary battery including two or more wound electrode assemblies and a method for manufacturing the same, and specifically, a first wound-type electrode assembly having a cylindrical structure and an outer surface of the first wound-type electrode assembly having an independent structure It relates to a cylindrical secondary battery including a wound-type electrode assembly formed of one electrode assembly as a whole by serially connecting a second winding-type electrode assembly having a structure surrounding the electrode assembly, and a method for manufacturing the same.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 충방전이 가능한 이차전지는 다양한 모바일 기기의 에너지원으로 사용되고 있다. 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로도 주목받고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, rechargeable batteries capable of charging and discharging are being used as energy sources for various mobile devices. Secondary batteries are attracting attention as an energy source for electric vehicles and hybrid electric vehicles, which are proposed as alternatives to conventional gasoline and diesel vehicles that use fossil fuels.

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

전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 및 소정 크기의 다수의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.The electrode assembly built into the battery case is a charging/discharging power generating element comprising a positive electrode, a negative electrode, and a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode. It is classified into a wound jelly-roll type and a stack type in which a separator is interposed between a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size and sequentially stacked. Among them, the jelly-roll type electrode assembly is easy to manufacture and has the advantage of high energy density per weight.

한편, 고전압을 필요로 하는 디바이스에는 복수의 이차전지를 직렬 연결하여 사용하고 있다. 증가되는 전압의 크기와 비례하여 직렬 연결에 사용되는 전지의 개수가 증가하기 때문에 전체적인 전지팩의 크기가 커지게 된다. 고전압에 필요한 전지의 단위 수가 증가함에 따라 컴팩트한 디바이스에 고전압의 전지를 적용하기 어려운 문제가 있다. 또한 필요한 전압에 따라 복수 개의 이차전지를 한 단위로 관리해야 하는 번거로움이 있다.On the other hand, a plurality of secondary batteries are connected in series to a device requiring a high voltage. Since the number of batteries used in series connection increases in proportion to the magnitude of the increased voltage, the overall size of the battery pack increases. As the number of units of the battery required for high voltage increases, there is a problem in that it is difficult to apply the high voltage battery to a compact device. In addition, there is a cumbersome management of a plurality of secondary batteries as a unit depending on the required voltage.

특허문헌 1은 2개의 셀이 연속적으로 연결되면서 나선형으로 감겨진 전극 어셈블리를 포함하는 배터리를 개시하고 있으나, 상기 셀들은 양전극 및 음전극 사이에 폴리머 전해질이 개재된 구조이며, 원통형 전지의 외측 끝단에서 연속적으로 권취가 이루어지는 구조인 바, 전체적인 부피가 증가되는 구조인 점에서, 상기의 문제점을 해결하지 못한다.Patent Document 1 discloses a battery including an electrode assembly wound in a spiral while two cells are continuously connected, but the cells have a structure in which a polymer electrolyte is interposed between a positive electrode and a negative electrode, and are continuous at the outer end of the cylindrical battery. Since it is a structure in which the winding is made with a structure in which the overall volume is increased, the above problem cannot be solved.

특허문헌 2는 서로 간에 결합된 단위셀들이 파우치형 전지케이스에 수납되는 구조의 이차전지를 개시하고 있는 바, 전체적인 이차전지의 두께가 증가하게 될 뿐 아니라, 에너지 밀도가 높은 원통형 이차전지에 적용하기 어려운 구조인 문제가 있다.Patent Document 2 discloses a secondary battery having a structure in which unit cells coupled to each other are accommodated in a pouch-type battery case, which increases the overall thickness of the secondary battery and is applied to a cylindrical secondary battery with high energy density. There is a problem with a difficult structure.

이와 같이, 높은 에너지 밀도를 갖는 원통형 이차전지를 단위셀로 포함하는 고전압 전지팩을 제조할 수 있으면서, 전체적인 전지팩의 크기가 증가하는 것을 방지할 수 있는 기술에 대한 뚜렷한 해결책은 아직까지 제시되지 않았다.As such, a clear solution to a technology capable of preventing an increase in the size of the overall battery pack while being able to manufacture a high-voltage battery pack including a cylindrical secondary battery having a high energy density as a unit cell has not yet been proposed. .

대한민국 공개특허공보 제2001-0072615호Republic of Korea Patent Publication No. 2001-0072615 대한민국 공개특허공보 제2009-0051132호Republic of Korea Patent Publication No. 2009-0051132

본원 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전체적인 전극조립체의 크기가 증가되지 않으면서 고전압의 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a secondary battery of high voltage without increasing the size of the overall electrode assembly.

이러한 목적을 달성하기 위한 본원 발명에 따른 권취형 전극조립체는,A wound-up electrode assembly according to the present invention for achieving this object,

양극 시트, 분리 시트, 음극 시트 및 분리 시트가 순차적으로 적층된 상태에서 권취된 구조의 제1권취형 전극조립체; 및a first winding-type electrode assembly having a structure in which the positive electrode sheet, the separation sheet, the negative electrode sheet, and the separation sheet are sequentially stacked; and

내부에 중공이 형성된 원통 구조로 이루어지고, 상기 제1권취형 전극조립체를 내부에 위치한 상태에서 상기 제1권취형 전극조립체의 외측면을 둘러싸도록 위치하는 제2권취형 전극조립체;a second wound-type electrode assembly having a cylindrical structure having a hollow formed therein, and positioned to surround an outer surface of the first wound-type electrode assembly in a state in which the first wound-type electrode assembly is located inside;

를 포함하고,including,

상기 제2권취형 전극조립체는 양극 시트, 분리 시트, 음극 시트 및 분리 시트가 순차적으로 적층된 상태에서 권취된 구조이며,The second winding type electrode assembly has a structure in which a positive electrode sheet, a separation sheet, a negative electrode sheet, and a separation sheet are sequentially wound in a stacked state,

상기 제1권취형 전극조립체 및 제2권취형 전극조립체는 서로 독립적인 구조이나, 결합된 상태에서는 전체적으로 직렬로 연결된 하나의 전극조립체 형태로 이루어질 수 있다.The first winding type electrode assembly and the second winding type electrode assembly are independent from each other, but in a combined state, they may be formed in the form of one electrode assembly connected in series as a whole.

즉, 본원 발명에 따른 권취형 전극조립체는, 종래의 권취형 전극조립체의 외경보다 작은 크기를 갖는 제1권취형 전극조립체, 및 내부에 중공이 형성되어 있고 종래의 권취형 전극조립체의 외경과 대응되는 크기를 갖는 제2권취형 전극조립체를 포함하고, 상기 제2권취형 전극조립체의 내부 중공에 상기 제1권취형 전극조립체가 위치하는 구조로 이루어진다.That is, the wound type electrode assembly according to the present invention is a first wound type electrode assembly having a size smaller than the outer diameter of the conventional wound type electrode assembly, and a hollow is formed therein and corresponds to the outer diameter of the conventional wound type electrode assembly and a second wound-type electrode assembly having a size of

또한, 상기 제1권취형 전극조립체 및 상기 제2권취형 전극조립체는 서로 독립적인 구조이나, 직렬로 연결되는 구조인 바, 상기 직렬 연결에 의하여 전체적인 전압이 증가된 전극조립체를 형성할 수 있다.In addition, the first wound-type electrode assembly and the second wound-type electrode assembly are independent from each other, but are connected in series, and thus an electrode assembly having an overall voltage increased by the series connection can be formed.

따라서, 상기 제1권취형 전극조립체 및 상기 제2권취형 전극조립체가 결합된 상태의 전체적인 외관 및 크기는 종래의 권취형 전극조립체의 외관 및 크기와 대응된다. 따라서, 전극조립체의 크기는 유지할 수 있으면서 전압이 증가된 전극조립체 및 이차전지를 제공할 수 있다.Accordingly, the overall appearance and size of the first wound-type electrode assembly and the second wound-type electrode assembly combined correspond to the appearance and size of the conventional wound-up electrode assembly. Accordingly, it is possible to provide an electrode assembly and a secondary battery having an increased voltage while maintaining the size of the electrode assembly.

상기 제1권취형 전극조립체는 외주면을 분리 시트가 감싸는 구조로 이루어지는 바, 상기 제1권취형 전극조립체와 상기 제2권취형 전극조립체가 결합된 상태에서 전기적인 절연이 유지될 수 있다.Since the first wound-up electrode assembly has a structure in which a separation sheet surrounds an outer circumferential surface, electrical insulation may be maintained in a state in which the first wound-type electrode assembly and the second wound-type electrode assembly are combined.

또한, 상기 제2권취형 전극조립체의 내측면에 추가적으로 분리 시트를 위치시킨 후 권취하는 경우에는 절연성이 더욱 향상될 수 있다.In addition, when the separation sheet is additionally positioned on the inner surface of the second take-up type electrode assembly and then wound up, insulation may be further improved.

한편, 본 발명과 같이, 서로 간에 독립적인 구조로 이루어진 제1권취형 전극조립체 및 제2권취형 전극조립체를 사용하는 경우에는, 어느 하나의 전극조립체가 불량이거나 손상되는 경우에, 불량 내지 손상된 전극조립체만의 교체가 가능한 바, 경제적인 사용이 가능하고, 손상을 복구하기 위한 시간의 단축이 가능할 수 있다.On the other hand, as in the present invention, in the case of using the first winding-type electrode assembly and the second winding-type electrode assembly having structures independent of each other, if any one electrode assembly is defective or damaged, defective or damaged electrodes Since it is possible to replace only the assembly, economical use is possible, and it may be possible to shorten the time for repairing damage.

하나의 구체적인 예에서, 상기 제1권취형 전극조립체의 외측면과 제2권취형 전극조립체의 내측면은 서로 대면하도록 인접 배열될 수 있으며, 전극조립체의 용량 감소를 최소화 하기 위하여, 상기 제1권취형 전극조립체의 외측면과 제2권취형 전극조립체의 내측면이 서로 접하도록 배열되는 것이 바람직하다.In one specific example, the outer surface of the first wound-type electrode assembly and the inner surface of the second wound-type electrode assembly may be adjacently arranged to face each other, and in order to minimize a decrease in the capacity of the electrode assembly, the first winding It is preferable that the outer surface of the type electrode assembly and the inner surface of the second winding type electrode assembly are arranged so as to be in contact with each other.

상기 권취형 전극조립체는 제1권취형 전극조립체 및 제2권취형 전극조립체 간에 직렬 연결이 이루어지는 바, 상기 제1권취형 전극조립체는 양극 탭 및 음극 탭이 상향 돌출되도록 부착되어 있고, 상기 제2권취형 전극조립체는 양극 탭은 상향 돌출되고 음극 탭은 하향 돌출되도록 부착되어 있다.In the wound-type electrode assembly, a serial connection is made between a first wound-type electrode assembly and a second wound-type electrode assembly, and the first wound-type electrode assembly is attached such that the positive electrode tab and the negative electrode tab protrude upward, and the second In the wound-up electrode assembly, the positive electrode tab protrudes upward and the negative electrode tab protrudes downward.

즉, 상기 제1권취형 전극조립체의 음극 탭은 상기 제2권취형 전극조립체의 양극 탭과 결합하는 구조로 이루어지는 바, 상기 제1권취형 전극조립체의 양극 탭은 양극 단자와 결합하고, 상기 제2권취형 전극조립체의 음극 탭은 음극 단자와 결합하여 외부 디바이스와 연결될 수 있다.That is, the negative electrode tab of the first wound-up electrode assembly has a structure coupled to the positive electrode tab of the second winding-type electrode assembly, and the positive electrode tab of the first winding-type electrode assembly is coupled to the positive terminal, and the first The negative electrode tab of the two-winding electrode assembly may be coupled to the negative terminal to be connected to an external device.

하나의 구체적인 예에서, 상기 음극 탭 및 양극 탭 사이에는 클래드 부재가 개재되고, 상기 클래드 부재는 음극 탭과 대면하는 구리부 및 상기 양극 탭과 대면하는 알루미늄부가 결합된 구조일 수 있다.In one specific example, a clad member may be interposed between the negative electrode tab and the positive electrode tab, and the clad member may have a structure in which a copper part facing the negative electrode tab and an aluminum part facing the positive electrode tab are combined.

상기와 같이, 구리부 및 알루미늄부로 이루어진 클래드 부재를 사용하기 때문에, 일반적으로 구리 소재로 제조되는 음극 탭 및 알루미늄 소재로 제조되는 양극 탭 간의 용접성이 떨어지는 문제를 해결할 수 있다.As described above, since the clad member made of the copper part and the aluminum part is used, it is possible to solve the problem of poor weldability between the negative electrode tab generally made of a copper material and the positive electrode tab made of an aluminum material.

본원 발명에 따른 제1권취형 전극조립체와 제2권취형 전극조립체는 결합할 수 있는 전극 탭이 상향 또는 하향 돌출되었기 때문에 독립적으로 동시에 권취된 후 조립할 수 있다. 반면에 특허문헌 1은 직렬로 연결을 위해서 연속적으로 귄취가 되어야 하므로 전체적인 권취에 오랜 시간이 걸린다는 단점이 있다.The first wound-type electrode assembly and the second wound-type electrode assembly according to the present invention can be assembled after being independently wound at the same time because the electrode tabs that can be combined protrude upward or downward. On the other hand, Patent Document 1 has a disadvantage that it takes a long time for the overall winding because it must be wound continuously in order to connect in series.

상기 권취형 전극조립체는 제1권취형 전극조립체 및 제2권취형 전극조립체가 직렬 연결로 결합되는 바, 상기 권취형 전극조립체의 전압은 상기 제1권취형 전극조립체의 전압과 상기 제2권취형 전극조립체의 전압의 합과 동일하게 형성될 수 있다.In the wound-type electrode assembly, a first wound-type electrode assembly and a second wound-type electrode assembly are coupled in series connection, and the voltage of the wound-type electrode assembly is the voltage of the first wound-type electrode assembly and the second wound-type electrode assembly. It may be formed equal to the sum of the voltages of the electrode assembly.

상기 제1권취형 전극조립체의 전압과 상기 제2권취형 전극조립체의 전압은 서로 동일할 수 있고, 상이할 수 있는 바, 서로 상이한 전압의 전극조립체들을 사용하는 경우에는 다양한 전압을 갖는 이차전지를 조립할 수 있고, 서로 동일한 전압의 전극조립체들을 사용하는 경우에는 전지 전압의 설계를 획일적으로 할 수 있으므로 공정의 간소화가 가능하다.The voltage of the first winding-type electrode assembly and the voltage of the second winding-type electrode assembly may be the same as or different from each other. When electrode assemblies having different voltages are used, a secondary battery having various voltages It can be assembled, and when electrode assemblies having the same voltage are used, the battery voltage can be uniformly designed, so that the process can be simplified.

상기 권취형 전극조립체는, 전체적인 권취형 전극조립체의 크기를 일정하게 유지하면서 고전압을 갖는 전지를 제공하기 위하여, 상기 제2권취형 전극조립체의 외측면을 감싸도록 권취된 구조의 제3권취형 전극조립체를 더 포함하고, 상기 제1권취형 전극조립체 및 상기 제2권취형 전극조립체는 양극 탭 및 음극 탭이 상향 돌출되도록 부착되어 있고, 상기 제3권취형 전극조립체는 양극 탭은 상향 돌출되고 음극 탭은 하향 돌출되도록 부착되어 있는 구조일 수 있다.The wound-type electrode assembly is a third wound-type electrode having a structure wound around the outer surface of the second wound-type electrode assembly in order to provide a battery having a high voltage while maintaining a constant size of the overall wound-type electrode assembly Further comprising an assembly, wherein the first winding-up electrode assembly and the second winding-type electrode assembly are attached such that a positive electrode tab and a negative electrode tab protrude upward, and in the third wound type electrode assembly, the positive electrode tab protrudes upward and the negative electrode assembly The tab may have a structure attached to protrude downward.

상기와 같이 제1권취형 전극조립체 및 제2권취형 전극조립체로 구성되거나, 추가적으로 제3권취형 전극조립체가 부가되는 경우, 전체적인 전극조립체의 외형이 일정하게 유지될 수 있으나, 이와 달리, 전극 시트 및 분리 시트의 폭을 증가시켜 권취형 전극조립체의 권취축 방향의 길이가 늘어난 전극조립체를 제조할 수 있다.As described above, when the first winding type electrode assembly and the second winding type electrode assembly are formed, or when the third winding type electrode assembly is additionally added, the overall shape of the electrode assembly may be kept constant, but, in contrast, the electrode sheet And by increasing the width of the separation sheet, it is possible to manufacture an electrode assembly in which the length in the winding axis direction of the wound-type electrode assembly is increased.

이와 같은 경우, 종래에 권취축 방향의 길이가 일정한 권취형 전극조립체를 전지케이스에 수납한 상태에서 직렬 연결을 하는 경우에는 복수의 이차전지들 각각에 캡 어셈블리가 결합된 구조를 사용하기 때문에, 권취축 방향의 길이가 늘어난 전극조립체를 전지케이스에 수납함으로써 한 개의 캡 어셈블리가 결합된 구조보다 불필요한 길이가 연장되는 것을 방지할 수 있다.In this case, in the case of serial connection in a state in which a conventionally wound-type electrode assembly having a constant length in the direction of the winding axis is accommodated in a battery case, since a structure in which a cap assembly is coupled to each of a plurality of secondary batteries is used, the winding is wound up. By accommodating the electrode assembly having the lengthened length in the axial direction in the battery case, it is possible to prevent an unnecessary length from extending beyond the structure in which one cap assembly is combined.

본원 발명은 또한, 상기 권취형 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 포함하는 원통형 이차전지를 제공할 수 있다.The present invention may also provide a cylindrical secondary battery in which the wound electrode assembly is included in a battery case together with an electrolyte.

상기 원통형 이차전지는, 상기 제1권취형 전극조립체의 양극 탭이 캡 어셈블리와 결합하고, 상기 제2권취형 전극조립체의 음극 탭이 상기 전지케이스와 결합하는 구조로 이루어질 수 있다.The cylindrical secondary battery may have a structure in which the positive electrode tab of the first wound-up electrode assembly is coupled to the cap assembly, and the negative electrode tab of the second wound-type electrode assembly is coupled to the battery case.

본원 발명은 또한, 상기 원통형 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지팩을 제공할 수 있다.The present invention may also provide a battery pack including the cylindrical secondary battery as a unit cell.

구체적으로, 상기 전지팩은 고온 안전성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 이러한 디바이스의 상세한 예로는, 모바일 전자기기(mobile device), 웨어러블 전자기기(wearable device), 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); 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specifically, the battery pack may be used as a power source for devices requiring high temperature stability, long cycle characteristics, and high rate characteristics, and specific examples of such devices include a mobile device, a wearable device, and the like. ), a power tool powered by an omniscient motor; electric vehicles, including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), and the like; electric two-wheeled vehicles including electric bicycles (E-bikes) and electric scooters (E-scooter); electric golf carts; and an energy storage system, but is not limited thereto.

이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.Since the structure of these devices and a method of manufacturing the same are known in the art, detailed description thereof will be omitted herein.

본원 발명은 또한, 상기 권취형 전극조립체의 제조방법을 제공하는 바, The present invention also provides a method for manufacturing the wound-type electrode assembly,

(a) 양극 시트, 분리 시트, 음극 시트 및 분리 시트를 순차적으로 적층하고 권취하여 제1권취형 전극조립체를 제조하는 단계;(a) sequentially stacking and winding a positive electrode sheet, a separation sheet, a negative electrode sheet, and a separation sheet to prepare a first wound-type electrode assembly;

(b) 양극 시트, 분리 시트, 음극 시트 및 분리 시트를 순차적으로 적층하고 권취하여 제2권취형 전극조립체를 제조하는 단계; 및(b) sequentially stacking and winding a positive electrode sheet, a separation sheet, a negative electrode sheet, and a separation sheet to prepare a second wound-type electrode assembly; and

(c) 상기 제1권취형 전극조립체의 음극 탭과 상기 제2권취형 전극조립체의 양극 탭을 결합하는 단계;(c) coupling the negative electrode tab of the first winding-type electrode assembly and the positive electrode tab of the second winding-type electrode assembly;

를 포함할 수 있다.may include

즉, 본원 발명에 따른 권취형 전극조립체는 제1권취형 전극조립체와 제2권취형 전극조립체가 서로 독립적으로 제조되고, 이후 서로 간의 결합을 통해 전기적인 연결이 이루어지는 바, 제조에 소요되는 시간을 단축할 수 있고, 권취형 전극조립체의 전체적인 크기가 종래의 권취형 전극조립체보다 커지지 않도록 설계할 수 있다.That is, in the wound-up electrode assembly according to the present invention, the first wound-type electrode assembly and the second wound-type electrode assembly are manufactured independently of each other, and thereafter, an electrical connection is made through coupling between them, so the time required for manufacturing is reduced. It can be shortened, and the overall size of the wound-type electrode assembly can be designed so that it does not become larger than that of the conventional wound-type electrode assembly.

상기 제2권취형 전극조립체의 내경은 상기 제1권취형 전극조립체의 외경과 동일하거나 크게 형성되어, 상기 제1권취형 전극조립체가 상기 제2권취형 전극조립체의 중심부에 삽입될 수 있으며, 상기 제1권취형 전극조립체와 상기 제2권취형 전극조립체 사이가 이격되는 공간이 형성되는 경우에는 사공간으로 불필요하게 낭비되는 공간이 형성되는 바, 상기 제1권취형 전극조립체 및 상기 제2권취형 전극조립체는 밀착 배열되는 것이 바람직하다.The inner diameter of the second wound-type electrode assembly is formed to be the same as or larger than the outer diameter of the first wound-type electrode assembly, so that the first wound-type electrode assembly can be inserted into the center of the second wound-type electrode assembly, and the When a space spaced apart between the first winding type electrode assembly and the second winding type electrode assembly is formed, an unnecessary wasted space is formed as a dead space, and the first winding type electrode assembly and the second winding type electrode assembly are formed. The electrode assembly is preferably arranged in close contact.

상기 단계 (c)에서, 상기 음극 탭 및 양극 탭 사이에 클래드 부재가 개재된 상태에서 용접이 진행될 수 있는 바, 상기 클래드 부재가 구리부 및 알루미늄부가 결합된 구조로 이루어지는 경우에는 서로 다른 소재로 이루어지는 양극 탭 및 음극 탭 간의 용접성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.In step (c), welding can be performed in a state where the clad member is interposed between the negative electrode tab and the positive electrode tab. It is possible to prevent deterioration of weldability between the positive electrode tab and the negative electrode tab.

이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 권취형 전극조립체 및 이를 포함하는 원통형 이차전지는 중공이 형성된 튜브 형태의 제2권취형 전극조립체 내부에 원통형의 제1권취형 전극조립체가 수납된 구조로 이루어지고, 상기 제1권취형 전극조립체 및 제2권취형 전극조립체가 직렬로 연결되면서 전체적으로 하나의 권취형 전극조립체 형태로 이루어지는 바, 상기 제2권취형 전극조립체의 외경을 종래의 권취형 전극조립체의 외경과 일치시키는 경우에는, 전체적인 전극조립체의 크기를 유지하면서 고전압을 갖는 전극조립체 및 이를 포함하는 원통형 이차전지를 제공할 수 있다.As described above, the wound-up electrode assembly and the cylindrical secondary battery including the same according to the present invention have a structure in which the cylindrical first wound-up electrode assembly is accommodated inside the hollow tube-shaped second wound-type electrode assembly. and the first wound-type electrode assembly and the second wound-type electrode assembly are connected in series, and as a whole, a single wound-type electrode assembly form is formed. In the case of matching the outer diameter, it is possible to provide an electrode assembly having a high voltage while maintaining the overall size of the electrode assembly and a cylindrical secondary battery including the same.

따라서, 종래에 사용했던 원통형 이차전지를 단위셀로 포함하는 전지팩 구조체를 그대로 이용 가능한 장점이 있다.Therefore, there is an advantage in that the battery pack structure including the conventional cylindrical secondary battery as a unit cell can be used as it is.

또한 본원 발명에 따른 제1권취형 전극조립체 및 제2권취형 전극조립체는 외부로 돌출된 전극 탭으로 인해서 각각을 독립적으로 동시에 제조할 수 있기 때문에 제조에 소요되는 시간을 단축할 수 있다는 장점이 있다.In addition, the first wound-type electrode assembly and the second wound-type electrode assembly according to the present invention can be independently manufactured at the same time due to the electrode tab protruding to the outside, so that the manufacturing time can be shortened. .

도 1은 제1권취형 전극조립체의 제조과정을 나타내는 사시도이다.
도 2는 제2권취형 전극조립체의 제조과정을 나타내는 사시도이다.
도 3은 제1권취형 전극조립체 및 제2권취형 전극조립체의 결합과정을 나타내는 사시도이다.
도 4는 제1권취형 전극조립체와 제2권취형 전극조립체가 결합된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 전극 탭들 사이에 클래드가 개재된 상태의 분해도이다.1 is a perspective view illustrating a manufacturing process of a first wound-type electrode assembly.
2 is a perspective view illustrating a manufacturing process of a second wound-type electrode assembly.
3 is a perspective view illustrating a coupling process of a first wound-type electrode assembly and a second wound-type electrode assembly.
4 is a perspective view illustrating a state in which a first wound-type electrode assembly and a second wound-type electrode assembly are coupled.
5 is an exploded view of a state in which a clad is interposed between electrode tabs.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, embodiments in which those skilled in the art can easily practice the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, when it is determined that a detailed description of a related well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention in describing the operating principle of the preferred embodiment of the present invention in detail, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and functions. Throughout the specification, when it is said that a part is connected to another part, it includes not only a case in which it is directly connected, but also a case in which it is indirectly connected with another element interposed therebetween. In addition, the inclusion of a certain component does not exclude other components unless otherwise stated, but means that other components may be further included.

본원 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다. The present invention will be described with reference to detailed embodiments according to the drawings.

도 1은 제1권취형 전극조립체의 제조과정을 나타내는 사시도이다.1 is a perspective view illustrating a manufacturing process of a first wound-type electrode assembly.

도 1을 참조하면, 제1권취형 전극조립체(100)는 양극 시트(110), 분리 시트(130), 음극 시트(120) 및 분리 시트(130)가 순차적으로 적층된 상태에서 권취된 구조로 이루어진다. 도 1에서는 생략되었지만, 양극 시트(110) 및 음극 시트(120)의 적어도 하나의 일측 끝단에는 양극 탭 또는 음극 탭이 부착되어 있고, 상기 양극 탭 및 음극 탭이 부착되는 부분에는 전극 합제층이 형성되지 않은 미코팅부가 형성되고, 나머지 부분에는 전극 합제층이 형성되어 있다.Referring to FIG. 1 , the first winding type electrode assembly 100 has a structure in which a positive electrode sheet 110 , a separation sheet 130 , a negative electrode sheet 120 , and a separation sheet 130 are sequentially stacked. is done Although omitted in FIG. 1 , a positive electrode tab or a negative electrode tab is attached to at least one end of the positive electrode sheet 110 and the negative electrode sheet 120 , and an electrode mixture layer is formed on the portion to which the positive electrode tab and the negative electrode tab are attached. An uncoated portion is formed, and an electrode mixture layer is formed on the remaining portion.

제1권취형 전극조립체(100)는 전체적으로 원기둥 형태로 이루어지는 바, 도 2의 제2권취형 전극조립체의 중심부에 위치할 수 있다.The first wound-type electrode assembly 100 is formed in a cylindrical shape as a whole, and may be located in the center of the second wound-type electrode assembly of FIG. 2 .

도 2는 제2권취형 전극조립체의 제조과정을 나타내는 사시도이다.2 is a perspective view illustrating a manufacturing process of a second wound-type electrode assembly.

도 2를 참조하면, 제2권취형 전극조립체(200)는 양극 시트(210), 분리 시트(230), 음극 시트(220) 및 분리 시트(230)가 순차적으로 적층된 상태에서 권취된 구조로 이루어진다. 도 2에서는 생략되었지만, 양극 시트(210) 및 음극 시트(220)의 적어도 하나의 일측 끝단에는 양극 탭 또는 음극 탭이 부착되어 있고, 상기 양극 탭 및 음극 탭이 부착되는 부분에는 전극 합제층이 형성되지 않은 미코팅부가 형성되고, 나머지 부분에는 전극 합제층이 형성되어 있다.Referring to FIG. 2 , the second winding type electrode assembly 200 has a structure in which a positive electrode sheet 210 , a separation sheet 230 , a negative electrode sheet 220 , and a separation sheet 230 are sequentially stacked. is done Although omitted in FIG. 2 , a positive electrode tab or a negative electrode tab is attached to at least one end of the positive electrode sheet 210 and the negative electrode sheet 220 , and an electrode mixture layer is formed on the portion to which the positive electrode tab and the negative electrode tab are attached. An uncoated portion is formed, and an electrode mixture layer is formed on the remaining portion.

제2권취형 전극조립체(200)는 제1권취형 전극조립체(100)를 삽입할 수 있도록 전체적으로 내부 중심이 비어 있는 튜브 형태로 이루어진다.The second winding type electrode assembly 200 is formed in the form of a tube having an empty inner center as a whole so that the first winding type electrode assembly 100 can be inserted thereinto.

도 3은 제1권취형 전극조립체 및 제2권취형 전극조립체의 결합과정을 도시하고, 도 4는 제1권취형 전극조립체와 제2권취형 전극조립체가 결합된 상태를 도시하고 있다.FIG. 3 shows a coupling process of the first winding type electrode assembly and the second winding type electrode assembly, and FIG. 4 shows a state in which the first winding type electrode assembly and the second winding type electrode assembly are coupled.

도 3 및 도 4를 참조하면, 제1권취형 전극조립체(100)는 양극 탭(111) 및 음극 탭(121)이 상향 돌출되어 있고, 제2권취형 전극조립체(200)는 양극 탭(211)은 상향 돌출되어 있고, 음극 탭(221)은 하향 돌출되어 있다. 따라서, 제1권취형 전극조립체(100)와 제2권취형 전극조립체(200)를 결합한 상태에서, 제1권취형 전극조립체(100)의 음극 탭(121)은 제2권취형 전극조립체(200)의 양극 탭(211)과 인접하게 배치되는 바, 음극 탭(121)과 양극 탭(211)의 결합이 용이하게 이루어질 수 있다. 또한, 이와 같은 직렬 연결에 의하여 전체적인 전압은 제1권취형 전극조립체(100)의 전압과 제2권취형 전극조립체(200)의 전압의 합과 동일한 크기의 전압을 갖는 전극조립체를 제조하게 된다.3 and 4 , in the first winding type electrode assembly 100 , the positive electrode tab 111 and the negative electrode tab 121 protrude upward, and the second winding type electrode assembly 200 has the positive electrode tab 211 . ) protrudes upward, and the negative electrode tab 221 protrudes downward. Therefore, in the state in which the first wound-type electrode assembly 100 and the second wound-type electrode assembly 200 are combined, the negative electrode tab 121 of the first wound-type electrode assembly 100 is the second wound-type electrode assembly 200 . ) is disposed adjacent to the positive electrode tab 211 , the negative electrode tab 121 and the positive electrode tab 211 may be easily coupled. In addition, by such a series connection, an electrode assembly having the same voltage as the sum of the voltage of the first winding-type electrode assembly 100 and the voltage of the second winding-type electrode assembly 200 is manufactured.

제1권취형 전극조립체(100)의 양극 탭(111)은 양극 단자와 결합하고, 제2권취형 전극조립체(200)의 음극 탭(221)은 음극 단자와 결합하여 원통형 이차전지의 전극 단자를 구성하고, 상기 전극 단자는 외부 디바이스와 결합하여 전원을 공급하게 된다.The positive electrode tab 111 of the first winding type electrode assembly 100 is coupled to the positive terminal, and the negative electrode tab 221 of the second winding type electrode assembly 200 is coupled with the negative terminal to connect the electrode terminal of the cylindrical secondary battery. configured, and the electrode terminal is coupled with an external device to supply power.

제1권취형 전극조립체(100)의 외경(d1) 크기는 제2권취형 전극조립체(200)의 내경(d2) 크기와 동일하거나 더 작게 형성될 수 있으며, 전극조립체들의 팽창 정도를 고려하여, 적절한 크기로 설계할 수 있다.The size of the outer diameter (d1) of the first winding-up electrode assembly 100 may be the same as or smaller than the size of the inner diameter (d2) of the second winding-type electrode assembly 200. Considering the degree of expansion of the electrode assemblies, It can be designed to the appropriate size.

도 5는 전극 탭들 사이에 클래드가 개재된 상태의 분해도이다.5 is an exploded view of a state in which a clad is interposed between electrode tabs.

도 5를 참조하면, 양극 탭(211)과 음극 탭(121)이 서로 다른 소재로 이루어지는 경우에는, 소재 특성상 용접성이 낮아질 수 있는 바, 도 5와 같이 양극 탭(211)과 음극 탭(121) 사이에 클래드 부재(230)가 개재된 상태에서 용접하는 경우에는, 양극 탭(211)과 클래드 부재의 알루미늄부(231) 및 음극 탭(121)과 클래드 부재의 구리부(232)간의 결합력이 향상될 수 있으므로, 용접 불량에 따른 문제를 방지할 수 있다.Referring to FIG. 5 , when the positive electrode tab 211 and the negative electrode tab 121 are made of different materials, weldability may be lowered due to the characteristics of the material. As shown in FIG. 5 , the positive electrode tab 211 and the negative electrode tab 121 . In the case of welding with the clad member 230 interposed therebetween, the bonding force between the positive electrode tab 211 and the aluminum portion 231 of the clad member and the negative electrode tab 121 and the copper portion 232 of the clad member is improved. Therefore, it is possible to prevent problems due to poor welding.

본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

100 : 제1권취형 전극조립체
110, 210 : 양극 시트
111, 211 : 양극 탭
120, 220 : 음극 시트
121, 221 : 음극 탭
130, 230 : 분리 시트
200 : 제2권취형 전극조립체
300 : 권취형 전극조립체
230 : 클래드 부재
231 : 알루미늄부
232 : 구리부
d1 : 제1권취형 전극조립체의 외경
d2 : 제2권취형 전극조립체의 내경100: first winding type electrode assembly
110, 210: anode sheet
111, 211: positive tab
120, 220: negative electrode sheet
121, 221: negative electrode tab
130, 230: separation sheet
200: second winding type electrode assembly
300: wound type electrode assembly
230: clad member
231: aluminum part
232: copper part
d1: outer diameter of the first winding type electrode assembly
d2: inner diameter of the second winding type electrode assembly

Claims (12)

양극 시트, 분리 시트, 음극 시트 및 분리 시트가 순차적으로 적층된 상태에서 권취된 구조의 제1권취형 전극조립체; 및
내부에 중공이 형성된 원통 구조로 이루어지고, 상기 제1권취형 전극조립체를 내부에 위치한 상태에서 상기 제1권취형 전극조립체의 외측면을 둘러싸도록 위치하는 제2권취형 전극조립체;
를 포함하고,
상기 제2권취형 전극조립체는 양극 시트, 분리 시트, 음극 시트 및 분리 시트가 순차적으로 적층된 상태에서 권취된 구조이며,
상기 제1권취형 전극조립체 및 제2권취형 전극조립체는 서로 독립적인 구조이나, 결합된 상태에서는 전체적으로 직렬로 연결된 하나의 전극조립체 형태로 이루어지고,
상기 제1권취형 전극조립체는 양극 탭 및 음극 탭이 상향 돌출되도록 부착되어 있고,
상기 제2권취형 전극조립체는 양극 탭은 상향 돌출되고 음극 탭은 하향 돌출되도록 부착되어 있으며,
상기 제1권취형 전극조립체의 음극 탭은 상기 제2권취형 전극조립체의 양극 탭과 결합하는 구조로 이루어진 권취형 전극조립체.a first winding-type electrode assembly having a structure in which the positive electrode sheet, the separation sheet, the negative electrode sheet, and the separation sheet are sequentially stacked; and
a second wound-type electrode assembly having a cylindrical structure having a hollow formed therein, and positioned to surround an outer surface of the first wound-type electrode assembly in a state in which the first wound-type electrode assembly is located inside;
including,
The second winding type electrode assembly has a structure in which a positive electrode sheet, a separation sheet, a negative electrode sheet, and a separation sheet are sequentially wound in a stacked state,
The first winding type electrode assembly and the second winding type electrode assembly are independent of each other, but in a combined state, they are formed in the form of one electrode assembly connected in series as a whole,
The first winding type electrode assembly is attached so that the positive electrode tab and the negative electrode tab protrude upward,
The second winding type electrode assembly is attached so that the positive electrode tab protrudes upward and the negative electrode tab protrudes downward,
The negative electrode tab of the first wound-up electrode assembly has a structure coupled to the positive electrode tab of the second winding-type electrode assembly. 제1항에 있어서, 상기 제1권취형 전극조립체의 외측면과 제2권취형 전극조립체의 내측면은 서로 대면하도록 인접 배열되는 권취형 전극조립체.The wound-up electrode assembly according to claim 1, wherein an outer surface of the first wound-up electrode assembly and an inner surface of the second wound-type electrode assembly are arranged adjacent to each other to face each other. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 음극 탭 및 양극 탭 사이에는 클래드 부재가 개재되고,
상기 클래드 부재는 음극 탭과 대면하는 구리부 및 상기 양극 탭과 대면하는 알루미늄부가 결합된 구조인 권취형 전극조립체.According to claim 1, wherein a clad member is interposed between the negative electrode tab and the positive electrode tab,
The clad member has a structure in which a copper part facing the negative electrode tab and an aluminum part facing the positive electrode tab are combined. 제1항에 있어서, 상기 권취형 전극조립체의 전압은 상기 제1권취형 전극조립체의 전압과 상기 제2권취형 전극조립체의 전압의 합과 동일한 권취형 전극조립체.The wound-up electrode assembly of claim 1, wherein a voltage of the wound-type electrode assembly is equal to a sum of a voltage of the first wound-type electrode assembly and a voltage of the second wound-type electrode assembly. 제1항에 있어서, 상기 제2권취형 전극조립체의 외측면을 감싸도록 권취된 구조의 제3권취형 전극조립체를 더 포함하고,
상기 제1권취형 전극조립체 및 상기 제2권취형 전극조립체는 양극 탭 및 음극 탭이 상향 돌출되도록 부착되어 있고,
상기 제3권취형 전극조립체는 양극 탭은 상향 돌출되고 음극 탭은 하향 돌출되도록 부착되어 있는 권취형 전극조립체.The method according to claim 1, further comprising a third wound-type electrode assembly having a structure wound around the outer surface of the second wound-type electrode assembly,
The first winding type electrode assembly and the second winding type electrode assembly are attached such that the positive electrode tab and the negative electrode tab protrude upward,
The third wound-type electrode assembly is attached so that the positive electrode tab protrudes upward and the negative electrode tab protrudes downward. 제1항, 제2항, 제5항 내지 제7항중 어느 하나에 따른 권취형 전극조립체를 전해액과 함께 전지케이스에 포함하는 원통형 이차전지.A cylindrical secondary battery comprising the wound-up electrode assembly according to any one of claims 1, 2, and 5 to 7 in a battery case together with an electrolyte. 제8항에 있어서, 상기 원통형 이차전지는, 상기 제1권취형 전극조립체의 양극 탭이 캡 어셈블리와 결합하고, 상기 제2권취형 전극조립체의 음극 탭이 상기 전지케이스와 결합하는 원통형 이차전지.The cylindrical secondary battery of claim 8, wherein, in the cylindrical secondary battery, the positive electrode tab of the first wound-up electrode assembly is coupled to the cap assembly, and the negative electrode tab of the second wound-type electrode assembly is coupled to the battery case. 제1항, 제2항, 제5항 내지 제7항 중 어느 하나에 따른 권취형 전극조립체의 제조방법으로서,
(a) 양극 시트, 분리 시트, 음극 시트 및 분리 시트를 순차적으로 적층하고 권취하여 제1권취형 전극조립체를 제조하는 단계;
(b) 양극 시트, 분리 시트, 음극 시트 및 분리 시트를 순차적으로 적층하고 권취하여 제2권취형 전극조립체를 제조하는 단계; 및
(c) 상기 제1권취형 전극조립체의 음극 탭과 상기 제2권취형 전극조립체의 양극 탭을 결합하는 단계;
를 포함하고,
상기 제1권취형 전극조립체가 상기 제2권취형 전극조립체의 중심부에 삽입되는 권취형 전극조립체의 제조방법.A method for manufacturing a wound-up electrode assembly according to any one of claims 1, 2, and 5 to 7, comprising:
(a) sequentially stacking and winding a positive electrode sheet, a separation sheet, a negative electrode sheet, and a separation sheet to prepare a first wound-type electrode assembly;
(b) sequentially stacking and winding a positive electrode sheet, a separation sheet, a negative electrode sheet, and a separation sheet to prepare a second wound-type electrode assembly; and
(c) coupling the negative electrode tab of the first winding-type electrode assembly and the positive electrode tab of the second winding-type electrode assembly;
including,
A method for manufacturing a wound-up electrode assembly in which the first wound-type electrode assembly is inserted into the center of the second wound-type electrode assembly. 제10항에 있어서, 상기 제2권취형 전극조립체의 내경은 상기 제1권취형 전극조립체의 외경과 동일하거나 크게 형성되는 권취형 전극조립체의 제조방법.The method of claim 10 , wherein an inner diameter of the second wound-type electrode assembly is equal to or greater than an outer diameter of the first wound-type electrode assembly. 제10항에 있어서, 상기 단계 (c)에서, 상기 음극 탭 및 양극 탭 사이에 클래드 부재가 개재된 상태에서 용접이 진행되는 권취형 전극조립체의 제조방법.
The method of claim 10 , wherein, in step (c), welding is performed with a clad member interposed between the negative electrode tab and the positive electrode tab.
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