KR20040022718A - Jelly-roll type electrode assembly and secondary battery applying the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극조립체에 있어서 전극 탭의 용접에도 활물질 탈락 현상을 방지할 수 있도록 구조가 개선된 젤리-롤형의 전극조립체와 이를 채용한 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a jelly-roll type electrode assembly having a structure improved to prevent an active material dropping phenomenon even when welding an electrode tab in an electrode assembly, and a secondary battery employing the same.
이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴전지나, 니켈-수소전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고있는 추세이다.Secondary batteries (secondary battery) is a battery that can be charged and discharge, unlike a primary battery that can not be charged, and is widely used in the field of advanced electronic devices such as cellular phones, notebook computers, camcorders. In particular, lithium secondary batteries have a working voltage of 3.6V, which is three times higher than nickel-cadmium batteries or nickel-hydrogen batteries, which are widely used as electronic equipment power sources, and is rapidly increasing in terms of high energy density per unit weight. .
이러한 리튬이차전지는 주로 정극 활물질로 리튬계 산화물, 부극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로, 전해액의 종류에 따라 액체전해질 전지와 고분자전해질 전지로 분류되며, 액체전해질을 사용하는 전지를 리튬이온전지라 하고, 고분자전해질을 사용하는 전지를 리튬폴리머전지라고 한다. 또한, 리튬이차전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형, 그리고 파우치형이 있다.Such lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxides as positive electrode active materials and carbon materials as negative electrode active materials. In general, a battery is classified into a liquid electrolyte battery and a polymer electrolyte battery according to the type of electrolyte. A battery using a liquid electrolyte is called a lithium ion battery, and a battery using a polymer electrolyte is called a lithium polymer battery. In addition, lithium secondary batteries are manufactured in various shapes, and typical shapes include cylindrical, rectangular, and pouch types.
상기와 같은 이차전지에 채용되는 전극조립체로는 정극판, 세퍼레이터, 부극판을 적층하고 이를 권취한 젤리-롤 전극 조립체와, 정극판과 부극판을 세퍼레이터를 개재시켜 적층한 적층형 전극 조립체 등이 있으며, 이 중 젤리 롤 전극 조립체는 주로 리튬 이온 전지에서 많이 사용되고 있다.The electrode assembly employed in the secondary battery includes a jelly-roll electrode assembly in which a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are stacked and wound thereon, and a stacked electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated through a separator. Among these, jelly roll electrode assemblies are mainly used in lithium ion batteries.
도 1에는 상기 전지 형태 중 각형 이차 전지를 나타내었는 데, 상기 전극 조립체의 형태 중 젤리 롤 전극 조립체를 채용하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 각형 이차 전지(10)는 일면이 개구된 직육면체의 각형 캔(11)의 내부에 전극 조립체(20)와 전해질 물질이 수용된다. 상기 젤리 롤 전극 조립체(20)는 전극 활물질이 도포된 정극판과 부극판을 세퍼레이터로 상호 격리시키고, 상기 정극판, 부극판 및, 세퍼레이터를 젤리 롤(jelly roll)의 형태로 감아서 형성된 것으로, 전극 조립체(20)의 일측에는 상기 정극판 및 부극판과 각각 연결된 정극 탭(25) 및 부극 탭(24)이 형성된다. 상기 캔(11)의 개구부에는 캡 조립체가 결합되어 캔을 밀봉하는 데, 상기 캡 조립체는 캔(11)의 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트(12)와, 상기 캡플레이트(12)에 형성된 삽입공(12a)에 삽입되는 절연 튜브(17)와, 상기 절연 튜브(17)에 형성된 구멍에 삽입되고 상기 전극 조립체(20)의 부극 탭(24)에 전기적으로 연결되는 핀(16)과, 상기 부극 탭(24)과 캡 플레이트(12)를 전기적으로 절연시키는 절연 플레이트(13)을 구비한다. 도면 번호 12b로 표시된 것은 전해액 주입구로서, 캡 플레이트(12)가 캔(11)에 조립된 이후에 전해액을 그것을 통해 주입하고 도시되지 아니한 플러그로 밀폐하게 된다. 한편, 핀(16)은 상기 절연 플레이트(13)의 하부에서 단자 플레이트(14)와 더 결합되고, 이러한 캡 플레이트와 전극 조립체(20)의 사이에는 전극 조립체(20)의 요동을 방지하기 위한 절연 케이스(15)가 더 개재된다. 또한, 상기 핀(16)에 연결되지 않는 전극 조립체(20)의 정극 탭(25)은 캔(11)의 내면이나, 캡 플레이트(12)의 저면에 용접된다. 이렇게 조립된 각형 이차전지는 상기 핀(16)이 부극으로 작용하게 되고, 이 핀을 제외한 캡 플레이트(12) 및 캔(11) 전체가 정극으로 작용하게 된다.1 shows a rectangular secondary battery in the form of a battery, but a jelly roll electrode assembly is employed in the form of the electrode assembly. As shown in FIG. 1, the rectangular secondary battery 10 accommodates an electrode assembly 20 and an electrolyte material in a rectangular can 11 of a rectangular parallelepiped having one surface open. The jelly roll electrode assembly 20 is formed by isolating the positive electrode plate and the negative electrode plate coated with the electrode active material with a separator, and winding the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator in the form of a jelly roll, One side of the electrode assembly 20 is provided with a positive electrode tab 25 and a negative electrode tab 24 connected to the positive electrode plate and the negative electrode plate, respectively. A cap assembly is coupled to an opening of the can 11 to seal the can. The cap assembly includes a cap plate 12 that seals the opening of the can 11, and an insertion hole formed in the cap plate 12. An insulating tube 17 inserted into 12a, a pin 16 inserted into a hole formed in the insulating tube 17 and electrically connected to the negative electrode tab 24 of the electrode assembly 20, and the negative electrode tab The insulating plate 13 which electrically insulates the 24 and the cap plate 12 is provided. Designated by reference numeral 12b is an electrolyte inlet, and after the cap plate 12 is assembled to the can 11, the electrolyte is injected through it and sealed with a plug (not shown). On the other hand, the pin 16 is further coupled to the terminal plate 14 in the lower portion of the insulating plate 13, the insulation for preventing the swing of the electrode assembly 20 between the cap plate and the electrode assembly 20 The case 15 is further interposed. In addition, the positive electrode tab 25 of the electrode assembly 20, which is not connected to the pin 16, is welded to the inner surface of the can 11 or the bottom surface of the cap plate 12. In this assembled rectangular battery, the pin 16 acts as a negative electrode, and the cap plate 12 and the can 11 as a whole except the pin act as a positive electrode.
상기와 같은 리튬 이차전지의 전극 조립체(20)는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 부극판(21)과 정극판(22)의 사이에 두 장의 절연용 세퍼레이터(23)를 삽입시킨 후 이를 권심(미도시)에 의해 젤리-롤 형태로 권취하는 것으로, 상기 권취 전에 정극판(22)과 부극판(21)에 각각 전극 단자로 사용될 정극 탭(미도시) 및 부극 탭(24)을 용접하고, 여기에 보호 테이프(27)를 접착시킨다.As shown in FIG. 2, the electrode assembly 20 of the lithium secondary battery as described above is inserted into two insulating separators 23 between the negative electrode plate 21 and the positive electrode plate 22 and then wound up. Winding in the form of a jelly-roll by (not shown) by welding the positive electrode tab (not shown) and the negative electrode tab 24 to be used as electrode terminals to the positive electrode plate 22 and the negative electrode plate 21 before the winding, The protective tape 27 is adhered thereto.
리튬 이차 전지에 있어서, 상기 정극판(22)은 정극 집전체(22a)에 정극 활물질이 코팅된 정극 코팅부(22b)와, 코팅되지 않은 정극 무지부(22c)로 이루어져 있으며, 부극판(21)의 경우도 마찬가지로, 부극 집전체(21a)에 부극 활물질이 도포된부극 코팅부(21b)와, 코팅되지 않은 부극 무지부(21c)로 이루어져 있다. 상기 정극 탭 및 부극 탭(24)은 각각 상기 정극 무지부(22c) 및 부극 무지부(21c)에 용접되는 것이다. 도면에서 정극 탭은 극판의 길이방향의 반대편에 용접되어진다. 일반적인 리튬 이차 전지에서, 상기 정극 집전체(22a)로는 알루미늄 박막이 사용되고, 부극 집전체(21a)로는 구리박막이 사용된다. 그리고, 상기 정극 탭에는 알루미늄이 사용되며, 상기 부극 탭(24)에는 니켈이 주로 사용된다.In the lithium secondary battery, the positive electrode plate 22 is composed of a positive electrode coating portion 22b coated with a positive electrode active material on the positive electrode current collector 22a, and an uncoated positive electrode non-coating portion 22c, and a negative electrode plate 21. ) Is similarly made up of the negative electrode coating portion 21b on which the negative electrode active material is applied to the negative electrode current collector 21a, and the uncoated negative electrode non-coating portion 21c. The positive electrode tab and the negative electrode tab 24 are welded to the positive electrode uncoated portion 22c and the negative electrode uncoated portion 21c, respectively. In the figure, the positive electrode tab is welded to the opposite side in the longitudinal direction of the electrode plate. In a typical lithium secondary battery, an aluminum thin film is used as the positive electrode current collector 22a, and a copper thin film is used as the negative electrode current collector 21a. Aluminum is used for the positive electrode tab, and nickel is mainly used for the negative electrode tab 24.
이러한 정극 및 부극 탭은 각 전극 집전체의 무지부에 초음파 용접에 의해 용접된다. 도 3에는 그 중 부극 탭(24)의 용접상태를 도시한 것인데, 이처럼 초음파 용접은 용접온도가 낮고 HAZ도 양호해 이종의 금속박판간의 용접이나, 세선 용접에 많이 사용된다. 도면을 참조하면, 상기 용접 공정은 연속선상으로 공급되는 부극 집전체(21a)의 부극 무지부(21c)를 용접기의 앤빌(31: Anvil)에 받쳐 놓고, 그 위로 부극 탭(24)을 놓은 후 그 상부에서 초음파 혼(32: Horn)이 상기 부극 탭(24)을 가압한다. 이 때, 혼 팁(33: Horn Tip)이 상기 부극 탭(24)을 가압한 상태에서 상기 초음파 혼(32)을 통해 초음파 진동이 부극 탭(24)으로 전달되고, 이 진동에너지에 의해 발생되는 열에 의해 상기 부극 탭(24)은 부극 무지부(21c)에 접합된다.These positive electrode and negative electrode tabs are welded by ultrasonic welding to the uncoated portion of each electrode current collector. 3 shows a welding state of the negative electrode tab 24. In this way, the ultrasonic welding has a low welding temperature and a good HAZ, and thus is widely used for welding between thin metal sheets or thin wire welding. Referring to the drawings, the welding process supports the anvil 31 of the negative electrode collector 21c of the negative electrode current collector 21a supplied in a continuous line on an anvil 31 of the welding machine, and then places the negative electrode tab 24 thereon. At its top, an ultrasonic horn 32 presses the negative electrode tab 24. At this time, while the horn tip 33 presses the negative electrode tab 24, ultrasonic vibration is transmitted to the negative electrode tab 24 through the ultrasonic horn 32, and the vibration energy is generated by the vibration energy. The negative electrode tab 24 is joined to the negative electrode uncoated portion 21c by heat.
그런데, 상기와 같은 초음파 용접에 있어서는 초음파 혼(32)으로 전달되는 진동에너지를 이용하기 때문에, 이 진동에 의해 상기 부극 코팅부(21b)의 부극 활물질이 상기 집전체(21a)로부터 이탈되는 문제가 발생한다. 특히, 상기 활물질층에는 집전체와의 결착강도를 높이기 위하여 바인더가 첨가되는 데, 최근에 전지의 고용량화를 위해 부극 바인더로 사용되는 수계 바인더인 SBR은 상기 결착강도가 다소 약하여 부극 탭(24)의 초음파 용접시 부극 집전체(21a)로부터 탈리되는 현상이 자주 발생된다. 이러한 문제는 정극 탭의 용접에서도 동일하게 발생된다.However, in the ultrasonic welding as described above, since the vibration energy transmitted to the ultrasonic horn 32 is used, there is a problem that the negative electrode active material of the negative electrode coating portion 21b is separated from the current collector 21a by this vibration. Occurs. In particular, a binder is added to the active material layer in order to increase the binding strength with the current collector. In recent years, SBR, which is an aqueous binder used as a negative electrode binder to increase the capacity of the battery, is slightly weakened, so that the binding strength of the negative electrode tab 24 may be reduced. The phenomenon of detachment from the negative electrode current collector 21a frequently occurs during ultrasonic welding. This problem also occurs in the welding of the positive electrode tab.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전극 집전체의 무지부에 전극 탭을 초음파 용접법에 의해 용접할 때에 초음파 진동에 의한 전극 활물질의 탈락을 방지할 수 있도록 그 구조가 개선된 젤리-롤형의 전극조립체와 이를 채용한 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, the jelly-roll type of the structure is improved to prevent the falling off of the electrode active material due to ultrasonic vibration when welding the electrode tab to the uncoated portion of the electrode current collector by the ultrasonic welding method Its purpose is to provide an electrode assembly and a secondary battery employing the same.
도 1은 종래의 각형 이차전지를 도시한 분리 사시도.1 is an exploded perspective view showing a conventional rectangular secondary battery.
도 2는 종래의 젤리-롤형의 전극 조립체의 부분 분리 사시도.Figure 2 is a partially separated perspective view of a conventional jelly-roll electrode assembly.
도 3은 종래의 전극판에 전극 탭을 초음파 용접하는 상태를 도시한 도면.Figure 3 is a view showing a state of ultrasonic welding the electrode tab to the conventional electrode plate.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 젤리-롤형의 전극 조립체의 부극판을 도시한 부분 사시도.Figure 4 is a partial perspective view showing a negative electrode plate of the jelly-roll type electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 젤리-롤형의 전극 조립체의 부극판에 부극 탭을 초음파 용접하는 상태를 도시한 도면.5 is a view illustrating a state in which the negative electrode tab is ultrasonically welded to the negative electrode plate of the jelly-roll type electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 젤리-롤형의 전극 조립체의 단면도.6 is a cross-sectional view of a jelly-roll type electrode assembly according to a preferred embodiment of the present invention.
도 7은 도 6의 전극조립체를 구비한 각형 이차전지의 분리사시도.7 is an exploded perspective view of a rectangular secondary battery having the electrode assembly of FIG. 6.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 젤리-롤형의 전극 조립체를 구비한 파우치형 이차전지의 분리사시도.Figure 8 is an exploded perspective view of a pouch-type secondary battery having a jelly-roll electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
도 9는 도 8에 도시된 전극 조립체의 단면도.9 is a cross-sectional view of the electrode assembly shown in FIG. 8.
〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉<Brief description of the major symbols in the drawings>
40: 부극판40a: 부극 코팅부40: negative electrode plate 40a: negative electrode coating portion
40b: 부극 무지부41: 부극 집전체40b: negative electrode uncoated portion 41: negative electrode current collector
42: 부극합제43: 부극 탭42: negative electrode mixture 43: negative electrode tab
50: 정극판50a: 정극 코팅부50: positive electrode plate 50a: positive electrode coating portion
50b: 정극 무지부51: 정극 집전체50b: positive electrode blank 51: positive electrode current collector
52: 정극합제53: 정극 탭52: positive electrode mixture 53: positive electrode tab
46,56: 진동흡수부재60,60': 전극 조립체46,56: vibration absorbing member 60,60 ': electrode assembly
61: 세퍼레이터71: 각형 캔61: separator 71: square can
72: 캡 조립체81: 파우치 본체72: cap assembly 81: pouch body
82: 파우치 덮개82: pouch cover
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 부극 집전체와 상기 부극 집전체의 적어도 일면에 부극 활물질을 포함하는 부극합제가 형성된 부극 코팅부와 부극합제가 형성되지 않은 부극 무지부를 구비하여 권취되는 부극판과, 정극 집전체와 상기 정극 집전체의 적어도 일면에 정극 활물질이 포함하는 정극합제가 형성된 정극 코팅부와 정극합제가 형성되지 않은 정극 무지부를 구비하여 권취되는 정극판과, 상기 부극판과 정극판의 사이에 개재되어 이들을 절연시키는 세퍼레이터와, 상기 부극 무지부에 접합되는 부극 탭과, 상기 정극 무지부에 접합되는 정극 탭과, 상기 부극 무지부 및 정극 무지부 중 적어도 하나의 적어도 그 일면에 상기 부극 탭 및 정극 탭과 분리되도록 형성되어 진동을 흡수하는 진동흡수부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 젤리-롤형의 전극 조립체를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a negative electrode current collector and the negative electrode coating portion formed on the at least one surface of the negative electrode current collector and the negative electrode coating portion formed with the negative electrode active material containing the negative electrode active material and the negative electrode non-coating portion is not formed A positive electrode plate, a positive electrode plate including a positive electrode current collector and a positive electrode coating portion on which at least one surface of the positive electrode current collector includes a positive electrode active material including a positive electrode active material, and a positive electrode non-coating portion on which a positive electrode mixture is not formed, and the negative electrode plate and the positive electrode A separator interposed between the plates to insulate them, a negative electrode tab bonded to the negative electrode non-coated portion, a positive electrode tab bonded to the positive electrode non-coated portion, and at least one surface of at least one of the negative electrode non-coated portion and the positive electrode non-coated portion. And a vibration absorbing member formed to be separated from the negative electrode tab and the positive electrode tab to absorb vibration. A jelly-roll type electrode assembly provides.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 진동흡수부재는 그것이 형성된 상기 부극 무지부 및 정극 무지부 중 적어도 하나에 접합된 상기 부극 탭 및 정극 탭과 소정거리 이격되어 형성될 수 있다.According to another feature of the invention, the vibration absorbing member may be formed spaced apart from the negative electrode tab and the positive electrode tab bonded to at least one of the negative electrode and the positive electrode non-coating portion formed thereon.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 진동흡수부재는 그것이 형성된 상기 부극 무지부 및 정극 무지부 중 적어도 하나에 접합된 상기 부극 탭 및 정극 탭에 인접되도록 형성될 수 있다.According to another feature of the present invention, the vibration absorbing member may be formed to be adjacent to the negative electrode tab and the positive electrode tab bonded to at least one of the negative electrode non-coating portion and the positive electrode non-coating portion on which it is formed.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 부극 탭 및 정극 탭 중 적어도 하나는 상기 부극 무지부 및 정극 무지부에 각각 초음파 용접된 것일 수 있다.According to another feature of the present invention, at least one of the negative electrode tab and the positive electrode tab may be ultrasonically welded to the negative electrode non-coating portion and the positive electrode non-coating portion, respectively.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 진동흡수부재는 우레탄재 또는 러버재로 구비될 수 있다.According to another feature of the invention, the vibration absorbing member may be provided with a urethane material or rubber material.
본 발명은 또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 부극 집전체와 상기 부극 집전체의 적어도 일면에 부극 활물질을 포함하는 부극합제가 형성된 부극 코팅부와 부극합제가 형성되지 않은 부극 무지부를 구비한 부극판과, 정극 집전체와 상기 정극 집전체의 적어도 일면에 정극 활물질이 포함하는 정극합제가 형성된 정극 코팅부와 정극합제가 형성되지 않은 정극 무지부를 구비한 정극판이 세퍼레이터를 개재하여 권취되고, 상기 부극 및 정극 무지부에 각각 부극 및 정극 탭이 접합되며, 상기 부극 무지부 및 정극 무지부 중 적어도 하나의 적어도 그 일면에 상기 부극 탭 및 정극 탭과 분리되도록 진동흡수부재가 형성된 전극 조립체 및 상기 전극 조립체가 수용되고, 상기 부극 탭 및 정극 탭과 전기적으로 연결된 부극 및 정극 단자부를 구비한 전지 케이스를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention also provides a negative electrode current collector and a negative electrode coating portion having a negative electrode mixture including a negative electrode active material formed on at least one surface of the negative electrode current collector and a negative electrode non-coating portion where the negative electrode mixture is not formed. A positive electrode plate having a positive electrode current collector and a positive electrode coating portion on which at least one surface of the positive electrode current collector and the positive electrode active material contained in the positive electrode active material is formed, and a positive electrode non-coating portion on which the positive electrode mixture is not formed is wound through a separator. And a negative electrode and a positive electrode tab respectively bonded to the positive electrode non-coating portion, the vibration absorbing member being formed on at least one surface of at least one of the negative electrode non-coating portion and the positive electrode non-coating portion so as to be separated from the negative electrode tab and the positive electrode tab. And a negative electrode and a positive electrode terminal portion electrically connected to the negative electrode tab and the positive electrode tab. It provides a secondary battery, characterized in that made in a case.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 진동흡수부재는 그것이 형성된 상기 부극 무지부 및 정극 무지부 중 적어도 하나에 접합된 상기 부극 탭 및 정극 탭과 소정거리 이격되어 형성될 수 있다.According to another feature of the invention, the vibration absorbing member may be formed spaced apart from the negative electrode tab and the positive electrode tab bonded to at least one of the negative electrode and the positive electrode non-coating portion formed thereon.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 진동흡수부재는 그것이 형성된 상기 부극 무지부 및 정극 무지부 중 적어도 하나에 접합된 상기 부극 탭 및 정극 탭에 인접되도록 형성될 수 있다.According to another feature of the present invention, the vibration absorbing member may be formed to be adjacent to the negative electrode tab and the positive electrode tab bonded to at least one of the negative electrode non-coating portion and the positive electrode non-coating portion on which it is formed.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 부극 탭 및 정극 탭 중 적어도 하나는 상기 부극 무지부 및 정극 무지부에 각각 초음파 용접된 것일 수 있다.According to another feature of the present invention, at least one of the negative electrode tab and the positive electrode tab may be ultrasonically welded to the negative electrode non-coating portion and the positive electrode non-coating portion, respectively.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 진동흡수부재는 우레탄재 또는 러버재로 구비될 수 있다.According to another feature of the invention, the vibration absorbing member may be provided with a urethane material or rubber material.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이하 설명될 도면에 있어서, 상술한 종래기술에 따른 도면의 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호로 나타내었다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings to be described below, the same components as those in the above-described prior art drawings are denoted by the same reference numerals.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 젤리-롤형 전극 조립체의 부극판을 나타낸 것이다.Figure 4 shows a negative electrode plate of a jelly-roll type electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
도 4에 나타난 바와 같은 부극판(40)은 리튬 이온 전지의 부극판을 나타낸 것이나, 이는 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 지나지 않는 것으로 본 발명은 이 밖에도 사용 가능한 모든 이차 전지에 적용될 수 있음은 물론이다.As shown in FIG. 4, the negative electrode plate 40 shows a negative electrode plate of a lithium ion battery, but this is only one preferred embodiment of the present invention, and the present invention can be applied to all other secondary batteries. Of course.
도 4를 참조하면, 상기 부극판(40)은 박판의 부극 집전체(41)와, 그 적어도 일면에 형성된 부극 활물질을 포함한 부극합제(42)로 구비된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 부극 집전체(41)는 구리 박판이 사용될 수 있고, 부극 활물질로는 탄소재료가 사용될 수 있으며, 부극합제(42)는 상기 부극 활물질에 카본 블랙(carbon black)과 같은 도전재와 활물질의 고정을 위한 PVDF, SBR, PTFE 등의 바인더 등이 혼합된 물질을 사용할 수 있다. 이러한 부극합제(42)는 상기 부극 집전체(41)의 적어도 일면에 형성되어 부극 코팅부(40a)를 형성하며, 상기 부극 집전체(41) 중 부극합제가 형성되지 않은 부분은 부극 무지부(40b)가 된다.Referring to FIG. 4, the negative electrode plate 40 includes a negative electrode current collector 41 of a thin plate and a negative electrode mixture 42 including a negative electrode active material formed on at least one surface thereof. According to an exemplary embodiment of the present invention, the negative electrode current collector 41 may be formed of a thin copper plate, a carbon material may be used as the negative electrode active material, and the negative electrode mixture 42 may be formed of carbon black on the negative electrode active material. A mixture of a conductive material such as a) and a binder such as PVDF, SBR, or PTFE for fixing the active material may be used. The negative electrode mixture 42 is formed on at least one surface of the negative electrode current collector 41 to form a negative electrode coating portion 40a. A portion of the negative electrode current collector 41 in which the negative electrode mixture is not formed is a negative electrode non-coating portion ( 40b).
상기와 같은 부극판(40)의 부극 무지부(43)에는 전지 케이스(미도시)의 부극 단자부에 전기적으로 연결될 부극 탭(43)이 접합되는 데, 상기 부극 탭(43)은 Ni 박판으로 사용될 수 있다. 그리고, 이 부극 탭(43)이 접합된 상부로는 절연성 소재로 구비된 보호 테이프(44)가 접착되고, 상기 부극 탭(43)의 상기 부극 집전체(41) 밖으로 노출되는 부분에는 절연 테이프(45)가 더 부착되어 타전극과의 단락을 방지한다.The negative electrode tab 43 to be electrically connected to the negative electrode non-coated portion 43 of the negative electrode plate 40 is bonded to the negative electrode terminal portion of the battery case (not shown), and the negative electrode tab 43 is used as a Ni thin plate. Can be. A protective tape 44 made of an insulating material is bonded to the upper portion to which the negative electrode tab 43 is bonded, and an insulating tape is formed at a portion of the negative electrode tab 43 exposed outside the negative electrode current collector 41. 45) is further attached to prevent short circuit with other electrode.
이러한 구조의 부극판(40)에 있어서, 상기 부극 무지부(40b)에는 적어도 그 일면에 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이 진동흡수부재(46)가 더 구비될 수 있다. 상기 진동흡수부재(46)는 상기 부극 무지부(40b) 및 정극 무지부 중 적어도 하나에 형성될 수 있는 것으로, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 부극 무지부(40b) 중 상기 부극 탭(43)과 분리되도록 형성된다. 이 진동흡수부재(46)는 자체 탄성력을 구비하여 진동을 흡수할 수 있는 소재로 형성되는 것이 바람직한 데, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 러버재나 우레탄재 등이 사용될 수 있으며, 이 밖에도 진동을 흡수할 수 있는 어떠한 물질도 사용 가능하다.In the negative electrode plate 40 having such a structure, the negative electrode non-coating portion 40b may further include a vibration absorbing member 46 on at least one surface thereof, as shown in FIG. 4. The vibration absorbing member 46 may be formed on at least one of the negative electrode non-coating portion 40b and the positive electrode non-coating portion, and as shown in FIG. 4, the negative electrode tab 43 of the negative electrode non-coating portion 40b. It is formed to be separated from). The vibration absorbing member 46 is preferably formed of a material capable of absorbing vibration by having its own elastic force. According to a preferred embodiment of the present invention, a rubber material or a urethane material may be used. Any material capable of absorbing can be used.
상기 진동흡수부재(46)는 이처럼 상기 부극 탭(43)의 주위에 형성되는 것으로 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 상기 부극 탭(43)을 부극 무지부(40b)에 초음파 용접에 의해 용접할 때에 그 진동이 부극 코팅부(40a)에 전달되는 것을 방지해 부극 합제(42)가 상기 부극 집전체(41)로부터 이탈되는 것을 방지하는 기능을 한다. 즉, 도 5에서 볼 수 있듯이, 연속적으로 공급되는 부극판(40) 중 부극 무지부(40b)에 부극 탭(43)을 초음파 용접함에 있어서, 초음파 혼(32)의 혼 팁(33)이 부극 탭(43)을 가압하여 진동을 가할 때에 상기 진동 흡수부재(46)는 이 부극 탭(43)의 주위에 설치되어 있어 상기 혼 팁(33)으로부터의 진동이 미처 부극 코팅부(40a)로 전달되기 이전에 어느 정도 그 진동을 흡수하는 기능을 하여 부극 코팅부(40a)를 보다 안전하게 보호하는 것이다. 상기 진동 흡수부재(46)가 형성되는 위치와 형성되는 형상은 도 5에 나타난 바와 같이 상기 부극 탭(43)을 중심으로 앤빌(31)의 너비만큼 이격되도록 하여 부극 무지부(40b)의 양면에 형성되도록 할 수도 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상술한 바와 같이 진동을 흡수할 수 있는 어떠한 구조라도 가능하다. 즉, 비록 도면으로 나타내지는 않았지만, 상기 진동흡수부재(46)는 상기 부극 탭을 제외한 부극 무지부의 전면에 균일하게 코팅될 수 있으며, 부극 탭과는 소정 거리 이격되어 형성될 수도 있다. 또한, 상기 부극판(40)이 권취될 때 부피를 줄이고 권취된 모양을 좋게 하기 위하여 부극 탭(43)이 형성된 면에만 형성되도록 할 수 있다. 이상 설명한 것은 부극판(40)에 형성되어 있는 진동흡수부재에 대한 것이나, 상기 진동흡수부재는 정극판에도 동일하게 형성될 수 있다.As the vibration absorbing member 46 is formed around the negative electrode tab 43 as shown in FIG. 5, when the negative electrode tab 43 is welded to the negative electrode non-coating portion 40b by ultrasonic welding. The vibration is prevented from being transmitted to the negative electrode coating portion 40a to prevent the negative electrode mixture 42 from being separated from the negative electrode current collector 41. That is, as shown in FIG. 5, in the ultrasonic welding of the negative electrode tab 43 to the negative electrode non-coating portion 40b among the negative electrode plates 40 continuously supplied, the horn tip 33 of the ultrasonic horn 32 is the negative electrode. When the tab 43 is pressed to apply vibration, the vibration absorbing member 46 is provided around the negative electrode tab 43 so that vibration from the horn tip 33 is transferred to the negative electrode coating portion 40a. It functions to absorb the vibration to some extent before it is to protect the negative electrode coating portion 40a more securely. The position and shape of the vibration absorbing member 46 are formed so as to be spaced apart by the width of the anvil 31 with respect to the negative electrode tab 43, as shown in Figure 5 on both sides of the negative electrode uncoated portion (40b) It may be formed, but is not necessarily limited to this, any structure that can absorb the vibration as described above is possible. That is, although not shown in the drawings, the vibration absorbing member 46 may be uniformly coated on the entire surface of the negative electrode non-coating portion except for the negative electrode tab, and may be formed to be spaced apart from the negative electrode tab by a predetermined distance. In addition, in order to reduce the volume and improve the wound shape when the negative electrode plate 40 is wound, it may be formed only on the surface on which the negative electrode tab 43 is formed. The above description is for the vibration absorbing member formed in the negative electrode plate 40, but the vibration absorbing member may be formed in the positive electrode plate in the same manner.
상기와 같은 진동흡수부재는 또한, 전극 탭이 부착된 부분에서 전극 조립체의 권취 구조를 보다 안정적으로 지탱해주는 기능도 겸비한다. 즉, 작은 부분으로 전극 탭이 부착되어 있을 때에는 충방전에 따른 활물질의 활성화와 더불어 전극 탭을 중심으로 잔류되었던 응력이 풀리면서 자칫 전극 조립체의 권취구조가 무너질 수 있는 데, 본 발명과 같이 전극 탭의 주위로 진동흡수부재가 형성된 경우에는 보다 넓은 면적으로 지지구조를 형성하게 되어 권취구조가 보다 안정적일 수 있다.The vibration absorbing member as described above also has a function of more stably supporting the winding structure of the electrode assembly at the portion where the electrode tab is attached. That is, when the electrode tab is attached to a small portion, the winding structure of the electrode assembly may collapse as the stress remaining around the electrode tab is released along with activation of the active material due to charging and discharging. When the vibration absorbing member is formed in the vicinity of the support structure to form a wider area, the winding structure can be more stable.
도 6은 이렇게 본 발명에 의해 형성된 부극판과 정극판이 세퍼레이터를 개재하여 권취된 젤리-롤형의 전극 조립체를 나타낸 것이다.Fig. 6 shows a jelly-roll electrode assembly in which the negative electrode plate and the positive electrode plate thus formed according to the present invention are wound through a separator.
도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 정극판(50)도 역시 박판의 정극 집전체(51)와, 그 적어도 일면에 형성된 정극 활물질을 포함한 정극합제(52)로 구비된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 정극 집전체(51)는 알루미늄 박판이 사용될 수 있고, 정극 활물질로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 등이 사용될 수 있으며, 정극합제(52)는 상기 정극 활물질에 카본 블랙(carbon black)이나 흑연분말과 같은 도전재와 바인더 등이 혼합된 물질을 사용할 수 있다. 이러한 정극합제(52)는 상기 정극 집전체(51)의 적어도 일면에 형성되어 정극 코팅부(50a)를 형성하며, 상기 정극 집전체(51) 중 정극합제가 형성되지 않은 부분은 정극 무지부(50b)가 된다. 그리고, 상기 정극 무지부(50b)에는 알루미늄 박판으로 구비될 수 있는 정극 탭(53)이 접합되고, 그 주위로 진동흡수부재(56)들이 더 형성될 수 있다. 이 때, 도 6에서 볼 수 있듯이, 정극 무지부(50b)에 형성되는 진동흡수부재(56)는 상기 정극 집전체(51)에 보다 많은 양의 정극합제(52)를 형성하기 위해 정극 무지부(50b)의 일면에만 형성되도록 하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 부극판(40)과 같이 양면에 형성할 수도 있다. 그리고, 이러한 정극판(50)과 부극판(40)은 그 사이에 세퍼레이터(61)를 개재하여 권취된다.As can be seen in the figure, the positive electrode plate 50 is also provided with a positive electrode current collector 51 of a thin plate and a positive electrode mixture 52 including a positive electrode active material formed on at least one surface thereof. In the positive electrode current collector 51 according to an embodiment of the present invention, a thin aluminum plate may be used, and as the positive electrode active material, LiCoO 2, LiNiO 2, LiMn 2 O 4, or the like may be used, and the positive electrode mixture 52 may include carbon in the positive electrode active material. A material in which a conductive material such as carbon black or graphite powder and a binder are mixed may be used. The positive electrode mixture 52 is formed on at least one surface of the positive electrode current collector 51 to form a positive electrode coating portion 50a, and a portion of the positive electrode current collector 51 in which the positive electrode mixture is not formed is a positive electrode uncoated portion ( 50b). In addition, the positive electrode tab 50b may be bonded to the positive electrode tab 53, which may be provided with a thin aluminum plate, and vibration absorbing members 56 may be further formed around the positive electrode tab 53. At this time, as shown in Figure 6, the vibration absorbing member 56 formed in the positive electrode non-coating portion (50b) to form a larger amount of positive electrode mixture 52 in the positive electrode current collector (51) Although only one surface of 50b is formed, the present invention is not limited thereto and may be formed on both surfaces of the negative electrode plate 40. The positive electrode plate 50 and the negative electrode plate 40 are wound around the separator 61 via the separator 61 therebetween.
상기와 같이 권취되어 형성된 젤리-롤형 전극 조립체(60)는 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이 전지 케이스에 장착될 수 있다. 도 7에 도시된 것은 상기 젤리-롤형의 전극 조립체(60)를 각형의 전지 케이스에 장착한 상태를 나타낸 것이다.The jelly-roll electrode assembly 60 wound and formed as described above may be mounted in the battery case as shown in FIG. 7. 7 shows a state in which the jelly-roll electrode assembly 60 is mounted in a rectangular battery case.
도 7에서 볼 수 있듯이, 상기 전극 조립체(60)는 각형의 캔(71)에 삽입되고, 이 각형 캔(71)의 개구부는 캡 조립체(72)에 의해 밀봉된다. 상기 캡 조립체(72)는 개구부를 밀봉하는 캡 플레이트(73)에 단자 핀(74)이 절연부재(75)가 개재된 체 결합되어 있으며, 상기 단자 핀(74)은 캡 플레이트(73)의 하부에서 절연 플레이트 및 단자 플레이트(미도시) 등에 의해 결합된다. 그리고, 상기 캡 조립체(72)와 전극 조립체(60)의 사이에는 절연 케이스(76)가 더 개재되어 전극 조립체(60)의 요동을 방지할 수 있다.As can be seen in FIG. 7, the electrode assembly 60 is inserted into a rectangular can 71 and the opening of the rectangular can 71 is sealed by a cap assembly 72. The cap assembly 72 is coupled to the cap plate 73 sealing the opening with a terminal pin 74 interposed with an insulating member 75, and the terminal pin 74 has a lower portion of the cap plate 73. In the insulating plate and the terminal plate (not shown) are coupled by. In addition, an insulating case 76 may be further interposed between the cap assembly 72 and the electrode assembly 60 to prevent the electrode assembly 60 from shaking.
상기와 같은 전지 케이스에 수납된 전극 조립체(60)는 그 부극 탭(43)은 상기 단자 핀(74)에 접합되어 상기 단자 핀(74)이 부극 단자로서 기능하게 하며, 상기 정극 탭(53)은 캡 플레이트(73)의 저면이나 캔(71)의 내면에 용접되어 상기 케이스 전체가 정극 단자로서 기능을 하게 한다.The negative electrode tab 43 of the electrode assembly 60 accommodated in the battery case is bonded to the terminal pin 74 to allow the terminal pin 74 to function as a negative electrode terminal, and the positive electrode tab 53. Is welded to the bottom surface of the cap plate 73 or the inner surface of the can 71 so that the whole case functions as a positive electrode terminal.
이렇게 상기 젤리-롤형의 전극 조립체는 이러한 각형 캔에 수납되는 외에 원통형의 캔에도 수납되어질 수 있을 뿐 아니라, 도 8에서 볼 수 있듯이, 파우치형 전지 케이스에도 수납될 수 있다.As described above, the jelly-roll electrode assembly may not only be accommodated in the rectangular can, but may also be accommodated in a cylindrical can, and may also be accommodated in a pouch type battery case as shown in FIG. 8.
상기 파우치형 전지 케이스는 소정의 공간부(81a)를 구비한 파우치 본체(81)와 이 공간부(81a)를 밀폐하는 파우치 커버(82)로 구비되며, 상기 파우치 본체(81) 및 파우치 커버(82)는 알루미늄 박판에 수지재가 코팅되어 있는 복합재로 구비될 수 있다.The pouch-type battery case is provided with a pouch body 81 having a predetermined space portion 81a and a pouch cover 82 sealing the space portion 81a. The pouch body 81 and the pouch cover ( 82 may be provided as a composite material in which a resin material is coated on a thin aluminum sheet.
이러한 파우치형 전지 케이스에 수납되는 젤리-롤형의 전극 조립체(60')는 부극판(40)과 정극판(50)이 세퍼레이터(61)를 개재하여 권취된 것으로, 각 전극판으로부터 부극 탭(43)과 정극 탭(53)이 접합되어 돌출되고, 이 부극 탭(43) 및 정극 탭(53)에 각각 부극 리드(62) 및 정극 리드(63)가 접합되어 상기 전지 케이스 외부로 노출될 수 있다. 이 때, 상기 부극 리드(62) 및 정극 리드(63)는 각각 부극 단자부 및 정극 단자부를 형성하게 된다.The jelly-roll type electrode assembly 60 ′ housed in the pouch-type battery case is a negative electrode plate 40 and a positive electrode plate 50 wound around a separator 61, and the negative electrode tab 43 from each electrode plate. ) And the positive electrode tab 53 are bonded to each other, and the negative electrode lead 43 and the positive electrode lead 63 are respectively bonded to the negative electrode tab 43 and the positive electrode tab 53 to be exposed to the outside of the battery case. . At this time, the negative electrode lead 62 and the positive electrode lead 63 form a negative electrode terminal portion and a positive electrode terminal portion, respectively.
상기와 같은 파우치형 전지 케이스에 수납되는 전극 조립체(60')는 그 권취형태가 상술한 도 6에 도시된 전극 조립체(60)와 다소 상이할 수 있는 데, 즉, 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 부극 탭(43)과 정극 탭(53)이 모두 권취 시작부분에 위치하며, 권심으로부터 대칭이 되도록 좌우로 배치되어 있다. 이는 파우치형 전지 케이스에 수납하고 그 단자부와의 연결을 위한 것이다. 상기와 같이 도 9에서 볼 수 있는 바와 같은 전극 조립체(60')에서는 그 밖의 모든 구성은 상술한 도 6에서 볼 수 있는 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 다만, 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 부극 및 정극 무지부(40b)(50b)의 양면에 각각 진동흡수부재(46)(56)를 형성할 수 있다.The electrode assembly 60 ′ accommodated in the pouch-shaped battery case may have a somewhat different winding form from the electrode assembly 60 shown in FIG. 6 described above, that is, as shown in FIG. 9. Similarly, both the negative electrode tab 43 and the positive electrode tab 53 are positioned at the beginning of the winding, and are arranged left and right so as to be symmetrical from the core. This is for storing in the pouch type battery case and for connecting to the terminal portion. As described above, in the electrode assembly 60 ′ as shown in FIG. 9, all other configurations are the same as those in the above-described embodiment of FIG. 6, and thus detailed descriptions thereof will be omitted. 9, the vibration absorbing members 46 and 56 may be formed on both surfaces of the negative electrode and the positive electrode non-coating portion 40b and 50b, respectively.
상술한 바와 같이 구성된 젤리-롤형의 전극 조립체와 이를 이용한 이차전지에 따르면, 전극판의 무지부에 전극 탭을 초음파 용접하여도 상기 초음파 진동이 중간에 흡수되어 용접에 따른 전극합제의 탈락 현상이 방지될 수 있으며, 전극 탭이 형성된 부분을 보다 견고하게 지탱해 주어 전극 조립체가 구조적으로 더욱 안정화될 수 있다.According to the jelly-roll type electrode assembly configured as described above and the secondary battery using the same, even if the electrode tab is ultrasonically welded to the non-coated portion of the electrode plate, the ultrasonic vibration is absorbed in the middle to prevent the dropping of the electrode mixture due to the welding. The electrode assembly may be more firmly supported to structurally stabilize the portion where the electrode tab is formed.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Could be. Accordingly, the true scope of protection of the invention should be defined only by the appended claims.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |