KR20050118847A - Electrodes assembly and secondary battery using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 구조를 개선해서 전해액의 낭비를 방지한 이차 전지로, 외장캔; 상기 외장캔에 수납되고, 길이 방향을 따라 중공부를 형성하고 있는 권취심을 중심으로 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 감겨져 형성된 전극군; 상기 권취심의 중공부에 위치해서 빈 공간을 채우는 스페이서; 상기 외장캔에 조립되며, 상기 전극 조립체를 밀폐하면서 전류를 리드하는 캡 조립체; 및, 상기 양극판과 음극판에 선택적으로 연결되어서 전류를 리드하는 집전판;을 포함해서 구성된 다.The present invention is a secondary battery that improves the electrode structure to prevent waste of the electrolyte, the outer can; An electrode group accommodated in the outer can and formed by winding a positive electrode plate and a negative electrode plate with a separator interposed therebetween with a winding core forming a hollow portion along a longitudinal direction; A spacer located in the hollow of the winding core to fill an empty space; A cap assembly assembled to the outer can and configured to lead a current while sealing the electrode assembly; And a current collector plate selectively connected to the positive electrode plate and the negative electrode plate to lead a current.

Description

전극 조립체 및 이를 구비한 이차 전지{ELECTRODES ASSEMBLY AND SECONDARY BATTERY USING THE SAME}ELECTRODES ASSEMBLY AND SECONDARY BATTERY USING THE SAME

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세히는 전지 구조를 개선한 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly to a secondary battery having an improved battery structure.

이차 전지는 포장 형태에 따라, 수 개의 전지 셀을 팩 형태로 포장해서 사용하는 저용량 이차 전지(이하, '소형 전지)와, 전지 셀을 수십 개 모아 사용하는 전지 팩 단위의 모터 구동용 대용량 이차 전지(이하, '대형 전지')로 구분할 수 있다.The secondary battery is a low-capacity secondary battery (hereinafter, referred to as a "small battery") that packs several battery cells in a pack form according to a packaging form, and a high-capacity secondary battery for motor driving in a battery pack unit that collects and uses dozens of battery cells. (Hereinafter referred to as 'large battery').

이중, 소형 전지는 주로 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 소형 전자장치의 전원으로 사용되며, 대형 전지는 하이브리드 자동차에서처럼 모터 구동용 전원으로 사용된다.Dual batteries are mainly used as power sources for small electronic devices such as cellular phones, notebook computers and camcorders, and large batteries are used as power sources for driving motors as in hybrid vehicles.

이 소형 전지의 구성을 살펴보면, 띠 상의 양, 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 이를 와류 상으로 감아 전극 조립체(또는, 젤리롤)를 형성하고, 이를 원통형의 캔 내부에 삽입해서 전지를 구성한다.Looking at the configuration of this small battery, the electrode assembly (or jelly roll) is formed by vortexing through a separator, which is an insulator, between the positive and negative plates on a strip to form an electrode assembly (or jelly roll), which is inserted into a cylindrical can. Configure

한편, 상기 양, 음극판에는 리드 단자 즉, 전지의 작용시 양, 음극판에서 발생된 전류를 집전하기 위한 역할로서 도전성 탭(tap)이 각기 부착되며, 이 도전성 탭은 전극 조립체에 용접 등으로 부착되어 각기 양, 음극판에 발생된 전류를 양, 음극 단자로 유도하게 된다.On the other hand, the positive and negative electrodes are attached to the lead terminals, that is, a role of collecting current generated in the positive and negative plates when the battery is in operation, and the conductive tabs are attached to the respective electrodes, and the conductive tabs are attached to the electrode assembly by welding or the like. The current generated in the positive and negative plates respectively is induced to the positive and negative terminals.

이처럼 구성된 소형 전지의 구조를 그대로 대형 전지에 적용하는 경우에는 용량이나 출력면에서 대형전지의 동작 특성을 만족시키지 못하기 때문에, 복수의 탭을 전극 조립체 사이에 부착하여 사용하는 멀티탭 구조가 제안되었고, 나아가 탭을 대신하는 판상의 집전판이 제안되었다.In the case where the structure of the small battery configured as described above is applied to the large battery as it is, it does not satisfy the operation characteristics of the large battery in terms of capacity and output. Therefore, a multi-tap structure in which a plurality of tabs are attached between the electrode assemblies and used is proposed. Furthermore, a plate-shaped collector plate was substituted for the tab.

또한, 대형 전지는 대략 5미터(m) 정도 길이의 극판을 감아서 전극 조립체를 형성하게 된다. 따라서, 그 감는 횟수가 많게 되므로 전극 조립체의 구조를 보강하고 형상을 제대로 유지하기 위해서 전극 조립체 중심에 상하가 연통된 홀을 갖는 원기둥의 권취심을 삽입하게 된다. 상기 홀은 캔과 전극 조립체 사이에 용접을 이루기 위해서 필요하다. 또한, 이 홀은 전해질이 전극 조립체에 투입되는 것을 가이드한다.In addition, the large-size battery is wound around the pole plate of about 5 meters (m) long to form an electrode assembly. Therefore, since the number of windings is increased, in order to reinforce the structure of the electrode assembly and maintain the shape properly, the winding cores of the cylinders having holes communicating with the top and bottom are inserted in the center of the electrode assembly. The hole is necessary to make a weld between the can and the electrode assembly. This hole also guides the introduction of electrolyte into the electrode assembly.

한편, 상기 홀은 전지의 전기 화학 반응이 일어나지 않는 영역이다. 그럼에도 불구하고, 전해액을 함침하는 경우에 이 홀도 전해액이 채워져 전해액을 낭비하게 된다. 또한, 전지의 무게도 그만큼 추가되는 문제가 있다. On the other hand, the hole is a region in which the electrochemical reaction of the battery does not occur. Nevertheless, when the electrolyte is impregnated, this hole is also filled with the electrolyte, which wastes the electrolyte. In addition, there is a problem that the weight of the battery is added as much.

이에, 본 발명에서는 상술한 문제점을 해결해서 전지 구조를 개선해서 전해액이 필요 이상으로 과도하게 사용되는 것을 방지한 본 발명을 제공하는데 있다.In view of the above, the present invention has been made to solve the above-described problems, to improve the battery structure, and to provide the present invention which prevents excessive use of the electrolyte solution more than necessary.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전극 조립체는,In order to achieve the above object, the electrode assembly according to the present invention,

길이 방향을 따라 중공부를 형성하고 있는 권취심;A winding core forming a hollow portion along the longitudinal direction;

상기 권취심을 중심으로 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 감겨져 형성된 전극군; 및,An electrode group formed by winding a positive electrode plate and a negative electrode plate with the separator interposed around the winding core; And,

상기 권취심의 중공부에 위치해서 빈 공간을 채우는 스페이서;를 포함해서 구성된다.And a spacer positioned in the hollow portion of the winding core to fill the empty space.

이때, 상기 스페이서의 내부가 밀폐된 중공으로 형성됨이 바람직하며, 이에 따라 상기 스페이서를 에어백(air bag)으로 구성할 수 있다.At this time, it is preferable that the inside of the spacer is formed in a sealed hollow, so that the spacer can be configured as an air bag.

그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는,And, a secondary battery according to another embodiment of the present invention,

외장캔;External cans;

상기 외장캔에 수납되고, 길이 방향을 따라 중공부를 형성하고 있는 권취심을 중심으로 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 감겨져 형성된 전극군;An electrode group accommodated in the outer can and formed by winding a positive electrode plate and a negative electrode plate with a separator interposed therebetween with a winding core forming a hollow portion along a longitudinal direction;

상기 권취심의 중공부에 위치해서 빈 공간을 채우는 스페이서;A spacer located in the hollow of the winding core to fill an empty space;

상기 외장캔에 조립되며, 상기 전극 조립체를 밀폐하면서 전류를 리드하는 캡 조립체; 및,A cap assembly assembled to the outer can and configured to lead a current while sealing the electrode assembly; And,

상기 양극판과 음극판에 선택적으로 연결되어서 전류를 리드하는 집전판;을 포함해서 구성된다.And a current collecting plate selectively connected to the positive electrode plate and the negative electrode plate to lead a current.

바람직하게, 상기 양극판과 음극판의 서로 대향하는 폭 방향 단부에는 각각 활물질이 도포되지 않은 무지부가 형성되고, 집전판이 각각의 무지부에 서로 마주보게 연결된다.Preferably, each of the positive electrode plate and the negative electrode plate opposite to each other in the width direction end portion is formed with a non-coating active material, the current collector plate is connected to each of the non-coated portion facing each other.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다. 이를 참조해서 본 발명의 이차 전지를 설명하면 다음과 같다.1 is a perspective view illustrating a rechargeable battery according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to this, the secondary battery of the present invention will be described.

본 실시예의 이차전지는 일부가 개방된 외장캔(11)에, 절연 물질인 세퍼레이터(21)를 사이에 두고 양극(23) 및 음극(22)의 집전체를 권취해서 형성한 전극 조립체(20)를 삽입하고, 외장캔(11)의 개방된 부분을 캡 조립체(30)로 밀봉한 형태로 이루어진다.In the secondary battery of the present embodiment, an electrode assembly 20 formed by winding a current collector of the positive electrode 23 and the negative electrode 22 with a separator 21 as an insulating material interposed in an external can 11 having a part opened. And insert an open portion of the outer can 11 into the cap assembly 30.

외장캔(11)은 알루미늄이나 알루미늄 합금 등과 같은 도전성 금속재로 이루어지는데, 그 형상은 상기 전극 조립체(20)가 삽입 안착될 수 있는 공간이 형성된 원통형으로 형성됨이 바람직하나, 이에 한정될 필요는 없다.The outer can 11 is made of a conductive metal such as aluminum or an aluminum alloy, and the shape thereof is preferably formed in a cylindrical shape having a space in which the electrode assembly 20 can be inserted and seated, but is not limited thereto.

다음으로, 캡 조립체(30)는 외장캔(11)과 결합되어 외장캔(11)을 밀폐하는 것으로, 외부단자(31a)를 가지는 캡 플레이트(31)와, 상기 외장캔(11)과 상기 캡 플레이트(31)를 절연시키는 가스킷(32)을 포함하는데, 이 캡 조립체(30)에는 내부 압력을 완충시킬수 있는 공간부를 가지며 설정된 압력에서 파손되어 가스를 방출함으로써 전지의 폭발을 방지하는 안전변을 가지는 밴트 플레이트(33)가 더욱 포함될 수 있다. 상기 안전변은 밴트 플레이트(33)에 형성된 것에 한정되지 않고, 설정된 압력하에서 전극 조립체(20)와 외부단자(31a)를 전기적으로 단락시킬 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다.Next, the cap assembly 30 is coupled to the outer can 11 to seal the outer can 11, a cap plate 31 having an external terminal 31 a, the outer can 11, and the cap. A gasket 32 for insulating the plate 31, the cap assembly 30 having a space for buffering internal pressure and having a safety valve to prevent explosion of the battery by breaking at a set pressure and releasing gas. Plate 33 may be further included. The safety valve is not limited to the one formed in the vent plate 33, and may be any structure as long as it can electrically short the electrode assembly 20 and the external terminal 31a under a set pressure.

이처럼 구성된 캡 조립체(30)는 리드선(60)을 통해서 본 발명에 따른 전극 조립체(20)와 전기적으로 연결된다.The cap assembly 30 configured as described above is electrically connected to the electrode assembly 20 according to the present invention through the lead wire 60.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조해서 본 발명에 따른 전극 조립체에 대해서 설명한다.Hereinafter, an electrode assembly according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4.

본 발명에서, 전극 조립체(20)는 권취심(40)을 중심으로 세퍼레이터(21)를 사이에 두고 양극판(23)과 음극판(22)을 교대로 횡권해서 구성된다. 그리고, 상기 권취심(40)의 중공부(40a)에는 스페이서(41)가 위치해서 빈 공간을 채우게 된다.In the present invention, the electrode assembly 20 is configured by alternately winding the positive electrode plate 23 and the negative electrode plate 22 with the separator 21 interposed around the winding core 40. The spacer 41 is positioned in the hollow portion 40a of the winding core 40 to fill the empty space.

보다 상세히, 각각의 양, 음극용 활물질(22a, 23a)을 집전체(221, 231)에 코팅해서 양극판(23)과 음극판(22)을 구성하고, 이들을 감아 젤리롤(jelly roll) 타입으로 전극군을 형성한다.In more detail, the positive and negative electrode active materials 22a and 23a are coated on the current collectors 221 and 231 to form the positive electrode plate 23 and the negative electrode plate 22, and the electrodes are wound in a jelly roll type. Form a group.

이때, 상기 전극군의 중심에는 형태를 유지하고, 극판(23, 22)들을 권취하기 편리하도록 길이방향으로 중공부(40a)를 갖는 권취심(40)이 위치한다. 그리고, 상기 중공부(40a)의 빈 공간을 채우는 스페이서(41)가 상기 중공부(40a)에 설치된다. At this time, the winding core 40 having the hollow portion 40a in the longitudinal direction is positioned to maintain the shape at the center of the electrode group and to facilitate winding of the electrode plates 23 and 22. In addition, a spacer 41 filling the empty space of the hollow portion 40a is installed in the hollow portion 40a.

이렇게 함으로써, 캔과 전극 조립체 사이의 용접 작업을 가능하게 하면서도, 상기 중공부(40a)에 의해서 형성된 공간을 선택적으로 채워주므로, 이 곳에서 쓸모없이 소비되는 전해액을 줄일 수 있도록 한다. 상기 스페이서(41)는 전해액의 함침 공정이 끝난 후에 상기 권취심(40)에 설치함이 바람직하다.In this way, the welding operation between the can and the electrode assembly can be performed, while also selectively filling the space formed by the hollow portion 40a, thereby reducing the amount of electrolyte consumed at this point. The spacer 41 is preferably installed on the winding core 40 after the impregnation process of the electrolyte solution.

또한, 상기 스페이서(41)는 내부가 밀폐된 중공(41a)을 구비하도록 형성함이 바람직하다. 이에 따라, 전해액이 필요 이상으로 추가되는 것을 방지할 수 있으면서도 전지의 전체 무게를 줄일 수 있게 된다. 따라서, 에어백(air bag)이 바람직하게 사용될 수 있다.In addition, the spacer 41 is preferably formed to have a hollow 41a sealed inside. As a result, the total weight of the battery can be reduced while preventing the electrolyte from being added more than necessary. Therefore, an air bag can be preferably used.

그리고, 상기 권취심(40)과 스페이서(41)의 재질은 전지의 전기 화학 반응에 대해서 안정한 폴리에틸린(PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)와 같은 물질로 제작됨이 바람직하다.The winding core 40 and the spacer 41 are made of a material such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), or polytetrafluoroethylene (PTFE) that is stable to the electrochemical reaction of the battery. Is preferred.

그리고, 양극판(23)과, 음극판(22) 각각은 폭 방향 단부, 즉 집전체 가장 자에 활물질이 도포되지 않은 무지부(22b, 23b)가 형성되어 집전판과 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 상기 무지부는 전극군을 사이에 두고 양극판과 음극판이 서로 대향하게 배치된다. 그래서, 양극의 집전판(70)은 상부에 위치해서 캡 조립체(30)와 연결되어 전지의 양극을 형성하고, 음극의 집전판(50)은 외장캔(11)과 연결되어 음극을 형성한다.In addition, each of the positive electrode plate 23 and the negative electrode plate 22 may have non-coating portions 22b and 23b having no active material applied to the widthwise end, that is, the edge of the current collector, to be electrically connected to the current collector plate. At this time, the uncoated portion is disposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate with the electrode group therebetween. Thus, the current collector plate 70 of the positive electrode is positioned at the top and connected to the cap assembly 30 to form a positive electrode of the battery, and the current collector plate 50 of the negative electrode is connected to the outer can 11 to form a negative electrode.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

본 발명에 따르면, 상술한 문제점을 해결해서 전해액이 불필요하게 낭비되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해서, 종전보다 무게를 줄일 수 있으므로, 휴대가 편리해지는 장점이 있다. According to the present invention, the above-mentioned problem can be solved and unnecessary waste of electrolyte can be prevented. As a result, since the weight can be reduced than before, there is an advantage that it is convenient to carry.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a rechargeable battery according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2는 전극군의 모습을 도시한 사시도이다.2 is a perspective view showing a state of an electrode group.

도 3은 권취심과 스페이서의 모습을 도시한 사시도이다.3 is a perspective view showing a state of the winding core and the spacer.

도 4는 권취심과 스페이스의 결합 단면을 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a combined cross section of a winding core and a space.

Claims (10)

길이 방향을 따라 중공부를 형성하고 있는 권취심;A winding core forming a hollow portion along the longitudinal direction; 상기 권취심을 중심으로 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 감겨져 형성된 전극군; 및,An electrode group formed by winding a positive electrode plate and a negative electrode plate with the separator interposed around the winding core; And, 상기 권취심의 중공부에 위치해서 빈 공간을 채우는 스페이서;를 포함해서 이루어지는 이차 전지용 전극 조립체.And a spacer positioned in the hollow portion of the winding core to fill an empty space. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스페이서의 내부가 밀폐된 중공으로 형성되는 전극 조립체.Electrode assembly formed in the interior of the spacer is sealed hollow. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 스페이서가 에어백(air bag)으로 이루어지는 전극 조립체.An electrode assembly, wherein said spacer is comprised of an air bag. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스페이서가 폴리에틸린(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 같은 물질로 이루어지는 전극 조립체.And the spacer is made of a material such as polyethylen (PE), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE). 외장캔;External cans; 상기 외장캔에 수납되고, 길이 방향을 따라 중공부를 형성하고 있는 권취심을 중심으로 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 감겨져 형성된 전극군;An electrode group accommodated in the outer can and formed by winding a positive electrode plate and a negative electrode plate with a separator interposed therebetween with a winding core forming a hollow portion along a longitudinal direction; 상기 권취심의 중공부에 위치해서 빈 공간을 채우는 스페이서;A spacer located in the hollow of the winding core to fill an empty space; 상기 외장캔에 조립되며, 상기 전극 조립체를 밀폐하면서 전류를 리드하는 캡 조립체; 및,A cap assembly assembled to the outer can and configured to lead a current while sealing the electrode assembly; And, 상기 양극판과 음극판에 선택적으로 연결되어서 전류를 리드하는 집전판;을 포함해서 구성되는 이차 전지.And a current collector plate selectively connected to the positive electrode plate and the negative electrode plate to lead a current. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 양극판과 음극판의 서로 대향하는 폭 방향 단부에는 각각 활물질이 도포되지 않은 무지부가 형성되고, 집전판이 각각의 무지부에 서로 마주보게 연결되는 이차 전지.The secondary battery of the positive electrode plate and the negative electrode plate opposite to each other in the width direction is formed with a non-coating active material, respectively, and the current collector plate is connected to each of the uncoated parts facing each other. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 스페이서의 내부가 중공으로 형성되는 이차 전지.Secondary battery is formed in the interior of the spacer hollow. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 스페이서가 에어백으로 이루어지는 이차 전지.A secondary battery, wherein the spacer is an air bag. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 스페이서가 폴리에틸린(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 같은 물질로 이루어지는 이차 전지.The secondary battery of the spacer is made of a material such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE). 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 외장캔이 원통형으로 이루어지는 이차 전지.Secondary battery is made of the outer can cylindrical.
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