KR20040107999A

KR20040107999A - Secondary battery

Info

Publication number: KR20040107999A
Application number: KR1020030038729A
Authority: KR
Inventors: 강준원
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2004-12-23
Also published as: KR100529097B1

Abstract

PURPOSE: Provided is a secondary battery, which can prevent distortion of the shape of an electrode assembly, and thus avoids problems of an increase in battery thickness and a decrease in battery capacity. CONSTITUTION: The secondary battery comprises: an electrode assembly(10) formed by winding a cathode, anode and a separator; an insulation tape(44) for fixing the end portion of the electrode assembly(10) to retain the wound state; a casing for housing the electrode assembly and an electrolyte therein; and a cap assembly for sealing the opening of the casing, wherein the insulation tape has a perforated portion(42) which permits the insulation tape(44) to be elongated and broken when the volume of the electrode assembly(10) is expanded.

Description

Secondary Battery {SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기한 충방전시에 전극 조립체의 형상이 왜곡되는 것을 방지할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a secondary battery capable of preventing the shape of the electrode assembly from being distorted during the charging and discharging.

통상적으로, 이차 전지(secondary battery)는 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨트, 캠코더등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.In general, a secondary battery refers to a battery capable of charging and discharging, and is widely used in the field of advanced electronic devices such as a cellular phone, a notebook computer, a camcorder, and the like.

상기한 이차 전지 중에서 특히 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.7V로서, 휴대 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.Among the secondary batteries described above, the lithium secondary battery has an operating voltage of 3.7 V, which is three times higher than a nickel-cadmium battery or a nickel-hydrogen battery, which is widely used as a power source for portable electronic equipment, and has a high energy density per unit weight. The trend is growing.

이러한 리튬 이차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와, 고분자 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 구분된다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 후막의 금속재로 된 원통형이나 각형과, 박막의 금속층과 폴리머층의 복합재로 된 파우치형을 들 수 있다.The lithium secondary battery is classified into a lithium ion battery using a liquid electrolyte and a lithium polymer battery using a polymer electrolyte according to the type of electrolyte. Moreover, although lithium secondary batteries are manufactured in various shapes, typical shapes include a cylindrical or square shape made of a metal material of a thick film, and a pouch type made of a composite material of a metal layer and a polymer layer of a thin film.

이 중에서, 각형 리튬 이차 전지는 캔 내부에 수납되는 전극 조립체를 구비하는데, 이 조립체가 도 1에 도시되어 있다.Among these, the rectangular lithium secondary battery has an electrode assembly housed inside a can, which is shown in FIG.

상기한 전극 조립체(100)는 통상 양극과 음극 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 함께 권취한 후 압착하여 제조되는데, 상기한 전극 조립체(100)의 단부는 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 재질의 절연 테이프(102)에 의해 고정된다. 이와 같이 절연 테이프(102)를 사용하여 전극 조립체(100)의 단부를 고정하는 이유는 전극 조립체(100)의 풀림을 방지하고, 상기 조립체(100)를 캔 내부에 용이하게 삽입할 수 있도록 하기 위한 것이다. 도 1에서 미설명 도면부호 104는 전극 조립체를 캔과 절연하기 위한 절연 테이프를 나타낸다.The electrode assembly 100 is usually manufactured by winding together a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed therebetween, and then compressing the end of the electrode assembly 100 with polypropylene (PP) or polyethylene terephthalate (PET). It is fixed by the insulating tape 102 of the material. The reason for fixing the end of the electrode assembly 100 using the insulating tape 102 as described above is to prevent loosening of the electrode assembly 100 and to easily insert the assembly 100 into the can. will be. In FIG. 1, reference numeral 104 denotes an insulating tape for insulating the electrode assembly from the can.

그런데, 상기한 종래의 절연 테이프를 사용한 이차 전지는 다음과 같은 문제점이 발생된다.By the way, the following problem arises with the secondary battery using the conventional insulating tape mentioned above.

일반적으로, 리튬 이온 이차 전지를 충방전할 때에는 전극 조립체(100)의 양극 및 음극을 형성하는 극판이 팽창되어 전극 조립체(100)의 체적 변화가 발생되는데, 이때, 상기 전극 조립체(100)의 단부가 절연 테이프(102)에 의해 고정되어 있으므로, 전극 조립체(100)의 체적 변화가 왜곡된 형상, 일반적으로는 길이방향 중간 부분이 외측으로 부풀어오르는 형상으로 발생된다.In general, when charging and discharging a lithium ion secondary battery, a pole plate forming the positive electrode and the negative electrode of the electrode assembly 100 is expanded to generate a volume change of the electrode assembly 100. In this case, an end of the electrode assembly 100 Is fixed by the insulating tape 102, the volume change of the electrode assembly 100 is generated in a distorted shape, generally a shape in which the longitudinal middle portion bulges outward.

그리고, 상기한 전극 조립체의 왜곡된 체적 변화는 전지 두께 증가 및 용량 저하의 문제점을 초래하게 된다.In addition, the distorted volume change of the electrode assembly causes problems of increase in battery thickness and decrease in capacity.

이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로,The present invention is to solve the above problems,

양극, 음극 및 세퍼레이터를 권취하여 형성한 전극 조립체와;An electrode assembly formed by winding an anode, a cathode, and a separator;

상기 전극 조립체의 단부를 고정하여 권취 상태를 유지하는 절연 테이프와;An insulating tape fixing an end of the electrode assembly to maintain a wound state;

상기 전극 조립체 및 전해액을 내부에 수납하는 케이스와;A case accommodating the electrode assembly and the electrolyte therein;

상기 케이스의 개구부를 밀폐하는 캡 조립체;A cap assembly for sealing an opening of the case;

를 포함하며, 상기 절연 테이프는 전극 조립체의 체적이 팽창할 때 상기 절연 테이프의 연신 및 파단이 가능하도록 하는 천공부를 구비하는 이차 전지를 제공한다.It includes, The insulating tape provides a secondary battery having a perforation to enable the stretching and breaking of the insulating tape when the volume of the electrode assembly is expanded.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 천공부는 절연 테이프의 전체 면적에 걸쳐 균일하게 형성할 수도 있고, 전극 조립체에 부착되지 않는 일부 면적에만 형성할 수도 있다.According to a preferred feature of the invention, the perforations may be formed uniformly over the entire area of the insulating tape, or may be formed only in a partial area which is not attached to the electrode assembly.

이러한 구성의 절연 테이프에 의하면, 충방전에 따라 전극 조립체의 체적이 팽창할 때 상기 천공부 사이 부분에서 연신 및 파단이 발생하므로, 전극 조립체의체적 팽창이 캔 내부에서 자유롭게 일어나게 된다. 따라서, 절연 테이프의 사용으로 인한 왜곡된 체적 팽창 현상을 방지할 수 있다.According to the insulating tape of such a configuration, since the stretching and breaking occurs in the portion between the perforations when the volume of the electrode assembly expands due to charging and discharging, the volume expansion of the electrode assembly occurs freely inside the can. Therefore, it is possible to prevent the distorted volume expansion phenomenon due to the use of the insulating tape.

도 1은 종래 기술에 따른 전극 조립체의 사시도.1 is a perspective view of an electrode assembly according to the prior art.

도 2는 본 발명에 따른 이차 전지의 단면도.2 is a cross-sectional view of a secondary battery according to the present invention.

도 3은 도 2의 전극 조립체를 도시한 사시도.3 is a perspective view of the electrode assembly of FIG. 2;

도 4는 본 발명의 전극 조립체에 사용하는 절연 테이프의 다른 실시예를 나타내는 정면도.4 is a front view showing another embodiment of the insulating tape used in the electrode assembly of the present invention.

도 5a 내지 5c는 도 3 및 도 4의 절연 테이프에 형성하는 천공부의 다양한 변형 실시예들을 나타내는 정면도.5A to 5C are front views illustrating various modified embodiments of perforations formed in the insulating tape of FIGS. 3 and 4.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 단면도를 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 전극 조립체의 사시도를 도시한 것이다.2 is a cross-sectional view of a rechargeable battery according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a perspective view of the electrode assembly of FIG. 2.

도시한 바와 같이, 본 실시예의 각형 리튬 이차 전지는 전극 조립체(10)와, 와, 이 조립체(10)를 수납하는 캔(20)과, 캔(20)의 상측 개구에 용접 설치되는 캡 조립체(30)를 포함한다.As shown, the rectangular lithium secondary battery of this embodiment includes an electrode assembly 10, a can 20 for housing the assembly 10, and a cap assembly welded to an upper opening of the can 20. 30).

상기 전극 조립체(10)는 양극(12) 및 음극(14) 사이에 세퍼레이터(16)를 개재하여 권취한 젤리-롤형의 전극 조립체로서, 통상적으로, 상기한 전극 조립체(10)의 양극(12)은 스트립 형상의 금속 박판, 예를 들면 알루미늄 박판으로 된 양극 집전체의 적어도 일면에 양극 활물질을 포함한 양극합제가 코팅되어 이루어지며, 이 조립체(10)의 음극(14)은 스트립 형상의 금속 박판, 예를 들면 구리 박판으로 된 음극 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질을 포함한 음극합제가 코팅되어 이루어진다.The electrode assembly 10 is a jelly-roll type electrode assembly wound between the positive electrode 12 and the negative electrode 14 via a separator 16, and typically, the positive electrode 12 of the electrode assembly 10 is described above. A positive electrode mixture including a positive electrode active material is coated on at least one surface of a positive electrode current collector made of silver strip-shaped metal thin plate, for example, aluminum thin plate, and the negative electrode 14 of the assembly 10 includes a strip metal thin plate, For example, a negative electrode mixture including a negative electrode active material is coated on at least one surface of a negative electrode current collector made of a thin copper plate.

여기에서, 상기 양극합제는 리튬계 산화물의 양극 활물질에 바인더, 가소제, 도전재 등을 함유시켜 제조할 수 있고, 음극합제는 탄소재의 음극 활물질에 바인더 가소제, 도전재 등을 함유시켜 제조할 수 있다.Here, the positive electrode mixture may be prepared by containing a binder, a plasticizer, a conductive material, and the like in the positive electrode active material of the lithium oxide, and the negative electrode mixture may be prepared by containing a binder plasticizer, a conductive material, etc. in the negative electrode active material of the carbon material. have.

상기한 전극 조립체(10)의 상부로는 상기 집전체에 전기적으로 연결된 탭(18,18')이 인출된다.Tabs 18 and 18 'electrically connected to the current collector are drawn out of the electrode assembly 10.

이러한 구성의 전극 조립체(10)는 절연 테이프(40)에 의해 단부가 고정된 상태에서 캔(20) 내부에 수납되는데, 상기한 절연 테이프(40)에는 도시한 바와 같이 전체 면적에 걸쳐 천공부(42)가 형성되어 있다.The electrode assembly 10 having such a configuration is accommodated in the can 20 in a state where the end thereof is fixed by the insulating tape 40. The insulating tape 40 has a perforated portion over the entire area as shown. 42) is formed.

도 2 및 도 3에서, 미설명 도면부호 44는 전극 조립체(10)의 하부면을 감싸므로써 이 조립체(10)를 캔(20)과 절연하는 절연 테이프를 나타내며, 이 테이프는 상기한 절연 테이프(40)와 동일한 재질, 예를 들면 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 재질로 이루어질 수 있다.2 and 3, reference numeral 44 denotes an insulating tape which insulates the assembly 10 from the can 20 by wrapping the lower surface of the electrode assembly 10, which is referred to as the above-described insulating tape ( 40 may be made of the same material, for example, polypropylene (PP) or polyethylene terephthalate (PET) material.

그리고, 상기한 전극 조립체(10)가 수납된 캔(20)의 상측 개방부는 캡 조립체(30)에 의해 밀폐되는데, 상기 캡 조립체(30)는 전해액 주입구(미도시함) 및 안전장치(미도시함)가 구비된 캡 플레이트(32)와, 전극 조립체(10)의 양극 또는 음극 중에서 어느 한 전극을 인출하도록 캡 플레이트(32)에 설치되는 인출 단자(34)와, 이 단자(34)와 캡 플레이트(32) 사이에 설치되는 절연판(36)과 가스켓(38) 등을 포함한다.The upper opening of the can 20 in which the electrode assembly 10 is accommodated is sealed by the cap assembly 30, and the cap assembly 30 is an electrolyte injection hole (not shown) and a safety device (not shown). A cap plate 32 provided with the cap plate 32, an extracting terminal 34 provided on the cap plate 32 so as to extract any one of the positive electrode and the negative electrode of the electrode assembly 10, and the terminal 34 and the cap. And an insulating plate 36 and a gasket 38 provided between the plates 32.

이러한 구성의 이차 전지는 충방전으로 인해 전극 조립체(10)의 체적이 팽창하게 될 때, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 절연 테이프(40)에 화살표 방향으로 힘이 작용하게 된다. 따라서, 상기한 절연 테이프(40)는 상기 힘의 크기에 따라 천공부(42) 사이 부분이 연신되거나 또는 파단되며, 이로 인해 전극 조립체(10)가 캔(20) 내부에서 자유롭게 팽창할 수 있게 되어 전극 조립체(10)의 체적 팽창이 왜곡된 형상으로 이루어지게 되는 것을 방지할 수 있다.In the secondary battery having such a configuration, when the volume of the electrode assembly 10 is expanded due to charging and discharging, a force acts on the insulating tape 40 in the direction of the arrow as shown in FIG. 3. Thus, the insulating tape 40 is stretched or broken between the perforations 42 according to the magnitude of the force, thereby allowing the electrode assembly 10 to freely expand inside the can 20. It is possible to prevent the volume expansion of the electrode assembly 10 from becoming a distorted shape.

그리고, 상기한 천공부(42) 사이의 부분이 파단되더라도 전극 조립체(10)가 캔(20) 내부에 수납되어 있으므로, 전지의 성능에는 변함이 없다.In addition, even if the portion between the perforations 42 is broken, since the electrode assembly 10 is housed in the can 20, the performance of the battery does not change.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 테이프를 도시한 것이다.4 illustrates an insulating tape according to another embodiment of the present invention.

본 실시예의 절연 테이프는 일부 영역, 바람직하게는 절연 테이프의 중간 영역(C)에만 천공부(42)가 형성된 것으로, 절연 테이프(40)의 연신 및 파단이 전극 조립체(10)의 단부 부근에서 일어나기 때문에 상기한 중간 영역(C)에만 천공부(42)들을 형성하여도 무방하다.In the insulating tape of this embodiment, the perforations 42 are formed only in a partial region, preferably in the middle region C of the insulating tape, and the drawing and breaking of the insulating tape 40 occur near the end of the electrode assembly 10. Therefore, the perforations 42 may be formed only in the intermediate region C.

그리고, 도 5는 절연 테이프에 형성된 천공부의 다양한 실시예들을 나타낸 것으로, 상기한 천공부는 도 5a 내지 5c에 도시한 바와 같이 타원형, 사각형, 마름모형 등의 다양한 형상으로 형성할 수 있으며, 또한, 천공부의 크기 및 천공부 사이의 간격 등은 적절한 범위내에서 조절이 가능하다.And, Figure 5 shows various embodiments of the perforated portion formed in the insulating tape, the perforated portion can be formed in various shapes such as oval, square, rhombus, as shown in Figure 5a to 5c, The size of the perforations and the spacing between the perforations can be adjusted within an appropriate range.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 이차 전지는 충방전으로 인해 전극 조립체의 체적이 팽창할 때, 상기한 절연 테이프가 연신 또는 파단되어 상기한 체적 팽창을 억제하는 요인이 제거되므로, 상기한 전극 조립체가 캔 내부에서 자유롭게 팽창할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명은 전지의 두께 증가 및 용량 저하의 원인을 근본적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.As described above, in the secondary battery of the present invention, when the volume of the electrode assembly is expanded due to charging and discharging, the insulating tape is stretched or broken so that the factor of suppressing the volume expansion is eliminated. Can freely expand inside the can. Therefore, the present invention has the effect of fundamentally eliminating the cause of the increase in thickness and capacity of the battery.

Claims

An electrode assembly formed by winding an anode, a cathode, and a separator;

An insulating tape fixing an end of the electrode assembly to maintain a wound state;

A case accommodating the electrode assembly and the electrolyte therein;

A cap assembly for sealing an opening of the case;

Includes, wherein the insulating tape is a secondary battery having a perforation to enable the stretching and breaking of the insulating tape when the volume of the electrode assembly is expanded.

The secondary battery of claim 1, wherein the perforation part is formed uniformly over the entire area of the insulating tape.

The secondary battery of claim 1, wherein the perforation part is formed only in a portion of the insulating tape.

The cap assembly of claim 2 or 3, wherein the cap assembly is provided between the cap plate, a lead terminal provided on the cap plate to pull out one of the positive electrode and the negative electrode of the electrode assembly, and the lead terminal and the cap plate. Secondary battery comprising an insulating member.