KR200326873Y1 - Li-ION BATTERY WITH PRISMATIC CAN HOUSING - Google Patents
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Abstract
본 고안은 각형(角形) 리튬이온 전지의 외부 케이스로 사용되는 캔의 단면 구조를 외부 모서리는 직각으로 처리하고 내부 모서리는 곡률 반경을 주어 곡선으로 처리한 전지의 외부 케이스를 사용하여 제작한 리튬이온 이차 전지를 제공한다. 이러한 캔을 각형 리튬 이온 전지 제조에 적용하여 캔의 개구부를 덮개로 용접시 가로, 세로 및 곡선인 세단계의 용접 공정을 가로 및 세로 용접 공정의 두 단계로 단축하였으며, 내부적으로 전지 캔 내부의 곡선 처리에 의하여 젤리 롤(jelly roll)과 전지 캔 내부 모서리와의 정합도를 높여 전지 충,방전에 따른 젤리 롤의 찌그러짐과 음극 전극 표면에서의 부분적인 리튬 금속 석출을 균일하게 함으로써 안전성이 향상된 전지를 제공한다.The present invention treats the cross-sectional structure of a can used as an outer case of a rectangular Li-ion battery at right angles to the outer edge and gives a radius of curvature to the inner edge of the can. It provides a secondary battery. The cans were applied to the production of rectangular lithium-ion batteries to reduce the three stages of horizontal, vertical and curved welding processes to two stages of horizontal and vertical welding processes when welding the openings of the cans with the lids. By increasing the degree of matching between the jelly roll and the inner edge of the battery can by the treatment, it is possible to uniform the distortion of the jelly roll and partial lithium metal deposition on the surface of the negative electrode due to the charge and discharge of the battery. to provide.
Description
본 고안은 각형(角形) 캔을 이용한 리튬이온 전지에 관한 것이다. 특히, 본 고안은 내부 모서리는 곡선으로 되고 외부 모서리는 직각으로 된 리튬이온 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium ion battery using a rectangular can. In particular, the present invention relates to a lithium ion battery in which the inner edge is curved and the outer edge is perpendicular.
휴대용 전자 기기에 적용되어 왔던 전지가 니켈 수소 전지에서 리튬이온 전지로 바뀌면서 주류로 등장하였던 원통형 리튬이온 전지가, 좀더 작고 얇은 휴대용 전자 기기에 적용하기 위하여 각형 리튬이온 전지로 급격히 바뀌어가고 있다.Cylindrical lithium ion batteries, which have emerged as mainstream as batteries used in portable electronic devices have been changed from nickel hydrogen batteries to lithium ion batteries, are rapidly changing to rectangular lithium ion batteries for application to smaller and thinner portable electronic devices.
이와 같은 종래 각형 리튬이온 전지는, 전지 덮개 밀봉에 프레스 공정 한 단계만을 적용한 원통형 전지에 비하여, 모서리 부분이 곡선으로 되어있어서 덮개 밀봉을 위하여 가로, 세로 및 곡선 부위의 세 단계 공정을 거쳐야만 하였다. 또한 외부 모서리와 내부 모서리가 동일한 곡률 반경을 갖게 되어 있는 구조로 인하여 전지 내부의 젤리 롤과 캔 모서리간에 곡률 반경의 불일치를 초래하게 되었다. 젤리 롤과 캔 모서리간 곡률 반경의 불일치는 계속된 충,방전에 의해 젤리 롤의 변형을 초래하게 되어 전지 안전성에도 영향을 끼치게 되었다.The conventional rectangular lithium ion battery has a curved edge portion and has to go through three steps of horizontal, vertical and curved parts in order to seal the cover, compared to a cylindrical battery in which only one step of pressing is applied to sealing the battery cover. In addition, the outer and inner corners have the same radius of curvature, resulting in a mismatch in the radius of curvature between the jelly roll and the can edges inside the cell. Inconsistencies in the radius of curvature between the jelly roll and the can edges result in deformation of the jelly roll due to continuous charging and discharging, thus affecting battery safety.
본 고안의 목적은 각형 캔 외부 및 내부의 곡률 반경에 차별을 두어, 우선 캔 외부의 각 모서리는 직각화 하여 종래 전지 조립의 캔 덮개 용접 단계에서 가로, 세로, 및 곡선 용접의 세 단계를 거치는 공정을 가로, 세로 용접의 두 단계 공정으로 단축하고, 또한 캔 내부 모서리는 곡선으로 처리하여 젤리 롤과 캔 내부모서리의 정합성을 높여서 충,방전에 따른 젤리 롤 부피 변화를 최소화하여 음전극 표면의 불균일한 리튬 금속 석출을 방지함으로써 리튬이온 전지의 안전성을 향상시키는 데에 있다.The object of the present invention is to discriminate the radius of curvature of the inside and outside of the rectangular can, and first, each corner of the outside of the can is squared so that the three steps of horizontal, vertical, and curved welding are performed in the can lid welding step of conventional battery assembly. This process is shortened by two-step process of horizontal and vertical welding, and the inner edge of the can is curved to improve the consistency between the jelly roll and the inner edge of the can, thereby minimizing the variation of the volume of the jelly roll due to charging and discharging. It is to improve the safety of a lithium ion battery by preventing metal precipitation.
도 1은 각형 리튬이온 이차 전지의 구조도.1 is a structural diagram of a rectangular lithium ion secondary battery.
도 2는 종래의 리튬이온 전지에 사용되는 각형 캔의 단면도.2 is a cross-sectional view of a rectangular can used in a conventional lithium ion battery.
도 3은 본 고안에 따른 각형 캔의 단면도3 is a cross-sectional view of the rectangular can according to the present invention
도 4a는 종래의 각형 캔에 적용한 젤리 롤 및 음극 전극 표면을 나타낸 도면.4A is a view showing a jelly roll and a cathode electrode surface applied to a conventional rectangular can.
도 4b는 본 고안의 각형 캔에 적용한 젤리 롤 및 음극전극 표면을 나타낸 도면.Figure 4b is a view showing the surface of the jelly roll and the cathode electrode applied to the rectangular can of the present invention.
도 5는 일반 캔을 사용한 각형 전지와 본 고안의 각형 캔을 사용한 경우의 파괴 시험 결과를 나타낸 그래프.5 is a graph showing the destruction test results in the case of using a rectangular battery using a common can and a rectangular can of the present invention.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
11 : 각형 캔 뚜껑11: square can lid
12 : 양극 단자12: positive terminal
13 : 젤리 롤13: jelly roll
14 : 각형 캔14: square can
도 1은 양극에 리튬 코발트 산화물 활물질, 음극에 탄소계 활물질을 사용한 각형 리튬이온 전지의 구조도이다.1 is a structural diagram of a rectangular lithium ion battery using a lithium cobalt oxide active material as a positive electrode and a carbon-based active material as a negative electrode.
도 2는 종래 각형 리튬이온 전지 캔의 단면도로써 캔 외부 및 내부의 곡률 반경이 동일하다.2 is a cross-sectional view of a conventional rectangular Li-ion battery can having the same radius of curvature outside and inside the can.
도 3은 본 고안의 각형 캔의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the rectangular can of the present invention.
종래 각형 캔의 경우 캔 내부 및 외부의 곡률 반경이 동일한데 비하여 본 고안의 각형 캔은 캔 내부에 곡률 반경을 주어 곡선으로 제작하고 외부는 직각으로 제작하였다. 캔 외부를 직각으로 제작함으로써 캔 덮개를 덮은 후 레이저 용접 단계에서 가로 세로 두 단계의 공정으로 처리할 수 있다. 그러나 종래 각형 캔의 경우 캔 내부 및 외부의 곡률 반경을 동일하게 적용함으로 써 캔 뚜껑을 덮은 후 모서리 부분의 레이저 용접을 위하여 모서리 부분의 곡률 반경에 맞게 용접기가 회전하는 공정 또는 캔이 회전하는 공정이 필요하였다. 또한 계속적인 충,방전으로 인한 젤리 롤의 팽창 수축으로 인하여 캔 모서리부분과 인접한 젤리 롤 부분의 일부가 찌그러지고, 또한 리튬 금속이 불균일 석출하였다. 이를 막기 위하여 본 고안에서는 캔 내부를 곡선 처리하여 젤리 롤의 곡률 반경과 근접한 곡률 반경을 주어 충방전에 따른 젤리 롤의 팽창 수축을 억제하는 역할을 함으로써 리튬이온 전지의 안정성을 향상시켰다.In the case of the conventional rectangular cans, the radius of curvature of the inside and the outside of the can is the same, but the rectangular can of the present invention is manufactured in a curved shape by giving a radius of curvature to the inside of the can, and the outside is made at right angles. By fabricating the outside of the can at a right angle, the can is covered and then processed in a two-step process in the laser welding step. However, in the case of the conventional rectangular can, the process of rotating the welder or the process of rotating the can according to the radius of curvature of the corner part for laser welding of the corner part after covering the can lid by applying the same radius of curvature inside and outside the can. Needed. In addition, due to expansion and contraction of the jelly roll due to continuous charging and discharging, a part of the jelly roll portion adjacent to the edge of the can is crushed, and lithium metal is unevenly deposited. In order to prevent this, in the present design, the inside of the can is curved to give a radius of curvature close to the radius of curvature of the jelly roll, thereby suppressing expansion and contraction of the jelly roll due to charge and discharge, thereby improving stability of the lithium ion battery.
도 4a 및 도 4b는 종래의 각형 캔 및 본 고안의 각형 캔에 적용한 젤리 롤 및 음극의 표면 비교이다. 즉, 도 4a는 종래의 각형 캔에 적용한 젤리 롤 및 음전극 표면이고, 도 4b는 본 고안의 각형 캔에 적용한 젤리 롤 및 음전극 표면이다.4A and 4B are surface comparisons of a jelly roll and a cathode applied to a conventional rectangular can and a rectangular can of the present invention. That is, FIG. 4A is a jelly roll and a negative electrode surface applied to a conventional rectangular can, and FIG. 4B is a jelly roll and a negative electrode surface applied to a rectangular can of the present invention.
도 5는 일반 캔을 사용한 각형 전지와 본 고안이 적용된 각형 캔을 사용한 경우의 파괴 시험 결과이다.5 is a fracture test results in the case of using a square battery using a common can and a square can to which the present invention is applied.
도 4와 도 5는 이하의 실시 예에서 상세히 설명될 것이다.4 and 5 will be described in detail in the following embodiments.
이하에서 본 고안을 실시 예를 통하여 더욱 상세히 설명하지만, 실시 예는 본 고안의 범위를 제한하기 위한 것이 아니며, 당업자들은 본 고안의 정신을 훼손함이 없이 본 고안의 균등물이 채용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention, and those skilled in the art can appreciate that equivalents of the present invention may be employed without compromising the spirit of the present invention. You will know.
실시예 1Example 1
양극에 리튬 코발트 산화물, 음극에 탄소 활물질을 사용한 전극을 올레핀계 전해막으로 분리한 젤리 롤을 제작하였다. 이것을 도 2에서와 같은 캔 내부 및 외부의 곡률 반경이 0.6 mm이며, 크기는 폭 34 mm 높이 48 mm 두께 8.3 mm의 각형(角形) 캔에 삽입한 후, 에틸렌카보네이트(EC), 디에틸렌카보네이트(DEC), 리튬염(LiPF6)으로 구성된 전해액을 주입하고, 캔 덮개를 덮은 다음 가장자리를 레이저 용접하여 각형 리튬이온 전지를 제작하였다.The jelly roll which isolate | separated the electrode which used the lithium cobalt oxide for the positive electrode and the carbon active material for the negative electrode with the olefin type electrolyte membrane was produced. This was inserted into a rectangular can of 0.6 mm in curvature inside and outside the can as shown in FIG. 2 and the size was 34 mm wide by 48 mm high by 8.3 mm thick, and then ethylene carbonate (EC) and diethylene carbonate ( An electrolyte consisting of DEC) and lithium salt (LiPF6) was injected, the can lid was covered, and the edge was laser welded to fabricate a rectangular lithium ion battery.
실시예 2Example 2
실시예 1과 같은 양극 및 음극으로 이루어진 젤리 롤을 도 2에서와 같이 캔 내부 모서리 부분은 곡률 반경 0.3 mm이며 외부는 직각인 모서리를 갖도록 하여 실시 예 1과 같은 크기의 각형 캔에 넣은 다음 실시 예 1과 동일한 전해액을 주입한 후 캔 덮개를 덮고 가장자리를 레이저 용접하여 각형 리튬이온 전지를 제조하였다.A jelly roll made of a positive electrode and a negative electrode as in Example 1 was placed in a rectangular can of the same size as in Example 1 with the inner corner portion of the can having a radius of curvature of 0.3 mm and the outer corner as shown in FIG. After injecting the same electrolyte solution as 1, the lid was covered and the edge was laser welded to manufacture a rectangular lithium ion battery.
실시예 3Example 3
실시예 1 및 실시예 2에서 제작한 각형 리튬이온 전지를 충,방전 시험기를 이용하여 충방전 조건 1/2C로 50회 충,방전을 실시하였으며, 50회 충,방전이 완료된 후 충전 1/2C로 1회 더 실시한 후, 전지를 분해하여 젤리 롤의 외관 상태 및 젤리 롤의 모서리 부분의 전극 표면을 관찰하였다. 실시 예 1에서 사용된 모서리 내외에서 동일한 곡률 반경을 갖는 캔과 실시 예 2에서 사용된 본 고안의 캔을 적용한 경우의 젤리 롤 및 음극 표면을 관찰한 결과는 도 4와 같다. 동일 곡률 반경의 캔에 적용된 젤리 롤의 경우 모서리 부분의 전극이 찌그러져 있었으며 젤리 롤을 펼쳐본 결과 모서리 부분의 음극 전극 표면의 색이 불균일하게 황동색을 나타내었다. 이와 반대로 본 고안의 캔인 경우 젤리 롤의 외관은 찌그러짐이 없음을 확인하였으며 음전극 표면은 황동색이 균일하게 분포하고 있음을 확인하였다.The square lithium ion batteries prepared in Examples 1 and 2 were charged and discharged 50 times at a charge and discharge condition of 1 / 2C using a charge and discharge tester. After one more time, the battery was disassembled to observe the appearance state of the jelly roll and the electrode surface at the corners of the jelly roll. The results of observing the surface of the jelly roll and the cathode when the can having the same radius of curvature in and around the corners used in Example 1 and the can of the present invention used in Example 2 are shown in FIG. 4. In the case of the jelly roll applied to the can of the same radius of curvature, the electrode of the corner part was crushed. As a result of unfolding the jelly roll, the surface of the cathode electrode of the corner part showed uneven color of brass. On the contrary, in the case of the can of the present invention, it was confirmed that the appearance of the jelly roll was not crushed, and the surface of the negative electrode was uniformly distributed in brass color.
실시예 4Example 4
실시예 3에서와 같이 각형 전지를 제조하여 충,방전을 실시한 후 전지의 안전성을 확인하기 위하여 UL1642 규격에 의한 충격 시험을 실시하였다. 충격 시험은 높이 60 cm 위치에서 중량 9 kg인 물체를 낙하시켜 전지의 가운데에 충격을 가하여 내부 단락이 발생하도록 하였다. 실시예 1의 전지와 실시예 2의 전지의 안전판(vent)이 작동되는 시간을 비교한 결과, 도 5에서와 같이 본 고안이 적용된 캔을 사용한 실시예 2의 전지가 안전판 작동 시간이 1 분 이상 지연되거나 작동되지 않는 것으로 보아 동일한 외부 충격에 인한 내부 단락으로 발생되는 가스 발생량이 감소함을 알 수 있었다.As in Example 3, a rectangular battery was manufactured and subjected to an impact test according to the UL1642 standard in order to confirm the safety of the battery after charging and discharging. The impact test dropped an object weighing 9 kg at a height of 60 cm to impact the center of the cell, causing an internal short circuit. As a result of comparing the operation time of the vent of the battery of Example 1 and the battery of Example 2, the battery of Example 2 using a can to which the present invention was applied as shown in FIG. Delayed or inoperative, it can be seen that the amount of gas generated by the internal short circuit due to the same external impact is reduced.
본 고안에 따른 리튬이온 전지는 종래의 가로, 세로 및 곡선 세 단계의 용접 공정을 가로 및 세로의 두 단계 용접 공정으로 단축하였으며, 내부적으로 전지 캔 내부의 곡선 처리에 의하여 젤리 롤(jelly roll)과 전지 캔 내부 모서리와의 정합도를 높여 전지 충,방전에 따른 젤리 롤의 찌그러짐과 음극 전극 표면의 부분적인 리튬 금속의 석출을 균일하게 함으로써 전지 안정성을 향상시켰다.The lithium ion battery according to the present invention has shortened the conventional three-step welding process of horizontal, vertical, and curved into two-step welding process of horizontal and vertical, and internally has a jelly roll and The battery stability was improved by increasing the degree of matching with the inner edge of the battery can to uniform the dent of the jelly roll and the partial deposition of lithium metal on the surface of the negative electrode according to battery charging and discharging.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| U107 | Dual application of utility model | ||
| REGI | Registration of establishment | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20090720 Year of fee payment: 7 |
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| EXPY | Expiration of term |