KR20090105544A - Center pin and secondary battery using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 센터핀과 상기 센터핀을 포함하는 이차전지에 대한 것이다. The present invention relates to a secondary battery including a center pin and the center pin.
모바일 기기가 다양화되고, 그에 대한 수요가 증가하면서 그 전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 이러한 모바일 기기의 전원으로서 각광을 받고 있다.As mobile devices are diversified and demand for them increases, many researches have been conducted on secondary batteries used as power sources. Such secondary batteries include nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries are rechargeable, compact, and large in capacity, and are attracting attention as power sources for such mobile devices because of their high operating voltage and high energy density per unit weight.
모바일 기기에 대한 기술개발이 진행되고, 그에 대한 수요가 증가함에 따라 고에너지 밀도와 높은 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해서도 많은 연구가 이루어지고 있다. As technology development for mobile devices progresses and demand for them increases, many researches have been conducted on lithium secondary batteries having high energy density and high discharge voltage.
일반적으로 원통형 리튬 이차전지에는, 전극조립체와, 상기 전극조립체와 전해액을 수용하는 원통형 캔과, 상기 원통형 캔의 상부에 조립되어 상기 원통형 캔을 밀봉하며 상기 전극조립체에서 발생 되는 전류를 외부 장치로 흐르게 하는 캡조 립체를 포함하여 형성된다. In general, a cylindrical lithium secondary battery includes an electrode assembly, a cylindrical can for accommodating the electrode assembly and an electrolyte, and is assembled to an upper portion of the cylindrical can to seal the cylindrical can and allow a current generated in the electrode assembly to flow to an external device. It is formed including a cap assembly.
전극조립체는 음극과 양극 사이에 양극과 음극을 전기적으로 절연시키는 분리막이 개재된 상태로 맨드렐을 중심으로 선 감김이 시도되고, 젤리-롤(jellyroll)방식으로 권취시켜 만든다. 이 후 맨드렐을 제거한 다음 전극 조립체를 캔에 삽입하고 전해액을 주입하게 된다. 전해액을 삽입한 후 캡조립체를 캔의 상부에 결합시키는 것에 의하여 전지의 조립이 완성된다. 이때 상기 맨드렐을 제거한 젤리-롤의 권심부에는 전극조립체가 권심방향으로 변형되는 것을 방지하고, 전지 내부의 온도가 상승하여 가스가 발생하면 안전벤트 방향으로 가스방출 및 순환유지를 위한 통로의 역할을 하기 위하여 원통형의 센터핀이 삽입된다.The electrode assembly is prewound around the mandrel with a separator interposed between the cathode and the anode to electrically insulate the anode and the cathode, and is made by winding in a jelly-roll method. After removing the mandrel, the electrode assembly is inserted into the can and the electrolyte is injected. After the electrolyte is inserted, the assembly of the battery is completed by coupling the cap assembly to the top of the can. In this case, the electrode assembly is prevented from being deformed in the core direction of the core of the jelly-roll from which the mandrel is removed, and when gas is generated due to an increase in the temperature inside the battery, a role of a passage for gas discharge and circulation maintenance in the safety vent direction is provided. The cylindrical center pin is inserted to make.
종래에는 센터핀의 형상으로 맨드렐을 제거한 젤리-롤의 권심부분의 형상과 대응되는 원통형의 센터핀을 사용하였다. 그런데 충방전 과정에서 발생한 응력이 센터핀의 세로 방향의 중앙에 집중되고, 응력이 집중된 가운데 부분은 다른 부분보다 많이 변형되게 되는데, 이 변형에 의하여 전극조립체를 가압하므로 전극의 단선이 발생되는 문제가 있었다.Conventionally, a cylindrical center pin corresponding to the shape of the core portion of the jelly-roll having the mandrel removed in the shape of a center pin was used. However, the stress generated during the charging and discharging process is concentrated in the center of the longitudinal direction of the center pin, and the center of the stress concentration is more deformed than the other parts. This deformation causes the electrode assembly to pressurize the electrode assembly. there was.
또한, 전지 조립 과정 중 미세한 이물이 발생할 수 있는데, 이물들이 집중되고 분리막 두께 이상으로 이물 클러스터(cluster)가 형성되는 경우 분리막의 절연성이 파괴되어 내부 단락이 발생하고, 연속적인 반응에 의하여 전지의 발열, 발화로 이어져 안전성에 위험을 초래할 가능성이 높아진다. 그런데 이러한 이물들은 젤리-롤과 센터핀 사이의 틈에 집중되는 경향이 있었다.In addition, fine foreign matters may occur during battery assembly.If foreign matters are concentrated and foreign matter clusters are formed above the thickness of the separator, the insulation of the separator is broken and an internal short circuit occurs, and the battery generates heat by a continuous reaction. As a result, the risk of safety is increased, leading to ignition. These foreign materials tended to concentrate in the gap between the jelly-roll and the center pin.
이차전지는 모바일 기기와 같이 사용자가 휴대하고 다니는 장치에 사용되므 로, 이차전지에 대한 안정성 확보 및 성능저하 방지는 매우 중요하다.Since the secondary battery is used in a device that a user carries, such as a mobile device, it is very important to secure stability and prevent performance deterioration of the secondary battery.
최근에는 이러한 전지의 안정성을 확보하기 위하여 센터핀의 내부에 소화물질 등을 충전하여 센터핀의 변형에 따라 소화물질들을 방출하여 내부의 발화 등을 방지할 수 있도록 하는 구조가 개발되었다. 그러나 이러한 센터핀은 내부에 별도의 소화물질을 충전하는 등 그 제조과정이 복잡하고, 센터핀 고유의 목적인 전지 내부의 가스 방출 및 순환의 역할이 제대로 이루어지지 못하는 단점이 있었다.Recently, in order to secure the stability of such a battery, a structure has been developed in which a fire extinguishing material is discharged in accordance with the deformation of the center pin by filling a fire extinguishing material in the center pin. However, such a center pin has a disadvantage in that the manufacturing process is complicated, such as filling a separate extinguishing material inside, and the role of gas discharge and circulation inside the battery, which is a purpose of the center pin, is not properly performed.
따라서, 전지의 안정성을 확보할 수 있고, 제조 과정이 단순하면서도 센터핀 고유의 기능을 유지하고 있는 센터핀 및 이를 포함하는 이차전지의 개발이 절실히 요구된다.Therefore, there is an urgent need for the development of a center pin and a secondary battery including the same, which can secure stability of the battery and maintain a function unique to the center pin while having a simple manufacturing process.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 안전성이 향상된 센터핀과 이를 포함하는 이차전지를 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide a secondary pin including the center pin and improved safety.
본 발명에 의한 센터핀은 중공이 형성된 통형의 몸체를 가지고, 상기 몸체의 상하부의 직경은 상기 몸체의 중앙부의 직경보다 큰 것을 특징으로 한다.Center pin according to the present invention has a hollow cylindrical body, characterized in that the upper and lower diameters of the body is larger than the diameter of the central portion of the body.
또한, 상기 몸체의 상하부의 직경과 상기 몸체의 중앙부의 직경의 차이는 0.2~2mm일 수 있다.In addition, the difference between the upper and lower diameter of the body and the diameter of the central portion of the body may be 0.2 ~ 2mm.
또한, 상기 센터핀은 상부에서 중앙부로 갈수록 폭이 점점 좁아지도록 테이퍼지고, 중앙부에서 센터핀의 하부로 갈수록 폭이 점점 넓어지도록 테이퍼진 형태일 수 있다.In addition, the center pin may be tapered so that the width becomes narrower gradually from the upper portion to the center portion, and the width becomes gradually wider from the center portion toward the lower portion of the center pin.
또한, 상기 센터핀의 상부 및 하부의 모서리는 라운딩 처리한 것일 수 있다.In addition, the upper and lower edges of the center pin may be rounded.
또한, 상기 센터핀은 금속, 합금, 고분자 물질 중에서 선택되는 재질로 이루어질 수 있다.In addition, the center pin may be made of a material selected from metals, alloys, and polymer materials.
본 발명에 의한 이차전지는 전극조립체와, 상기 전극조립체를 수용하는 캔과, 상기 캔의 상단개구부를 밀봉하는 캡조립체와, 상기 전극조립체의 권심부분에 삽입되며 중공이 형성된 통형의 몸체를 가지고, 상기 몸체의 상하부의 직경은 상기 몸체의 중앙부의 직경보다 큰 센터핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.The secondary battery according to the present invention has an electrode assembly, a can housing the electrode assembly, a cap assembly for sealing the upper opening of the can, and a cylindrical body inserted into the core part of the electrode assembly and having a hollow body. The upper and lower diameters of the body is characterized in that it comprises a center pin larger than the diameter of the central portion of the body.
또한, 상기 센터핀의 상기 몸체의 상하부의 직경과 상기 몸체의 중앙부의 직경의 차이는 0.2~2mm일 수 있다.In addition, the difference between the diameter of the upper and lower portions of the body of the center pin and the diameter of the center portion of the body may be 0.2 ~ 2mm.
또한, 상기 센터핀은 상부에서 중앙부로 갈수록 폭이 점점 좁아지도록 테이퍼지고, 중앙부에서 센터핀의 하부로 갈수록 폭이 점점 넓어지도록 테이퍼진 형태일 수 있다.In addition, the center pin may be tapered so that the width becomes narrower gradually from the upper portion to the center portion, and the width becomes gradually wider from the center portion toward the lower portion of the center pin.
또한, 상기 센터핀의 상부 및 하부의 모서리는 라운딩 처리된 것일 수 있다In addition, the upper and lower edges of the center pin may be rounded.
또한, 상기 센터핀은 금속, 합금, 고분자 물질 중에서 선택되는 재질로 이루어지는 것일 수 있다.In addition, the center pin may be made of a material selected from a metal, an alloy, and a polymer material.
또한, 상기 센터핀의 상부와 상기 전극조립체의 권심부분 사이의 간격 및 상기 센터핀의 하부와 상기 전극조립체의 권심부분 사이의 간격은 각각 50~200㎛일 수 있다.In addition, the interval between the upper portion of the center pin and the core portion of the electrode assembly and the interval between the lower portion of the center pin and the core portion of the electrode assembly may be 50 ~ 200㎛.
본 발명에 의하면 제조비용이 저렴하고, 센터핀에 의한 전지의 가스방출 및 내부순환의 역할을 유지하면서도 전지의 안정성을 확보할 수 있다.According to the present invention, the manufacturing cost is low and the stability of the battery can be ensured while maintaining the role of gas discharge and internal circulation of the battery by the center pin.
본 발명에 의한 이차전지(100)는 원통형 캔(20)과, 캔 내부에 수용되는 젤리-롤 형태의 전극조립체(30) 및 캔(20)의 상부에 결합되는 캡 어셈블리(40)로 구성되어 있다.The
상기 원통형 캔(20)은 상기 원통형 전극조립체(30)가 수용될 수 있는 소정 공간이 형성되도록 일정 직경을 갖는 원통형 측면판과 상기 원통형 측면판의 하부를 밀폐하는 하면판을 포함하여 형성된다. 상기 원통형 측면판의 상부는 상기 전극조립체(30)를 삽입하기 위하여 개구되어 있다. 또한, 상기 원통형 캔(20)은 일반적으로 니켈(Ni), 철(Fe) 또는 이들의 합금으로 형성된다. The
상기 원통형 캔(20)의 내부에는 전극조립체(30)가 수용되는데, 전극조립체(30)는 양극(32)과 음극(31) 사이에 분리막(33)을 개재한 상태로 젤리-롤 형태로 감은 구조로 되어 있으며, 양극(32)에는 양극탭(34)이 부착되어 캡어셈블리(40)에 접속되어 있고, 음극(31)에는 음극탭(35)이 부착되어 캔(20)의 하단에 접속되어 있다. 상기 원통형 캔(20)의 하면판 중앙에 상기 전극조립체(30)의 음극 탭(35)이 접합 됨으로써, 상기 원통형 캔(20) 자체는 음극 역할을 수행하게 된다. The
상기 양극(31)은 양극집전체와, 상기 양극집전체의 양면에 코팅된 양극활물질층을 포함한다. 상기 양극집전체는 양극활물질로부터 전자를 모아서 외부회로로 이동시킬 수 있도록 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil), 니켈호일, 스테인레스 호일 등으로 이루어진다. The
또한, 상기 양극활물질층은 전극 반응물질인 리튬을 흡입 및 방출 가능한 플러스극 재료를 1종 이상 포함하고, 필요에 따라 탄소재료 등의 도전재 및 폴리 불화 비닐리덴 등의 결착제를 포함할 수 있다. 리튬을 흡입 및 방출 가능한 재료로는 황화티탄(TiS2), 황화 몰리브덴(MoS2), 셀렌화 니오브(NbSe2), 산화바나듐(V2O5), 리 튬코발드 복합산화물(LixCoO2), 리튬 니켈 복합 산화물(LixNiO2), 리튬 니켈 코발트 복합산화물(LixNi1 - zCozO2 , Z<1)등의 금속 황화물, 금속 셀렌화물, 금속 산화물 등이 있다.In addition, the cathode active material layer may include at least one positive electrode material capable of inhaling and releasing lithium as an electrode reactant, and may include a conductive material such as a carbon material and a binder such as polyvinylidene fluoride as necessary. . Materials that can inhale and release lithium include titanium sulfide (TiS 2 ), molybdenum sulfide (MoS 2 ), niobium selenide (NbSe 2 ), vanadium oxide (V 2 O 5 ), and lithium cobalt composite oxides (Li x CoO 2). ), lithium-nickel composite oxide (Li x NiO 2), lithium nickel cobalt composite oxide (Li x Ni 1 - and the like metal sulfides, metal selenides, metal oxides such as z Co z O 2, z < 1).
상기 양극(32)의 양 말단에는 양극활물질층이 형성되지 않은 양극집전체 영역, 즉, 양극무지부가 형성된다. 상기 양극무지부의 일단에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 형성되며, 전극조립체(30)의 상부로 일정 길이 돌출되는 양극탭(34)이 접합되어 있다. At both ends of the
또한, 상기 음극(31)은 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극집전체와, 그 양면에 코팅된 음극활물질층을 포함하고 있다. 상기 음극활물질층은 음극활물질을 포함하고, 필요에 따라 도전재 및 결착재 등을 더 포함할 수 있다.In addition, the
상기 음극활물질은 리튬과 합금을 형성 가능한 금속 원소 또는 반금속 원소인데, 구체적으로 마그네슘(Mg), 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 비스머스(Bi), 카드뮴(Cd), 은(Ag), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 파라듐(Pd), 백금(Pt) 및 천연 흑연, 인조흑연, 난흑연화 탄소, 역흑연화 탄소 등의 탄소재료 등에서 선택하여 사용될 수 있다.The negative electrode active material is a metal element or semimetal element capable of forming an alloy with lithium, and specifically, magnesium (Mg), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), Germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), bismuth (Bi), cadmium (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y) , Palladium (Pd), platinum (Pt) and carbonaceous materials such as natural graphite, artificial graphite, non-graphitized carbon, reverse graphitized carbon and the like can be used.
상기 음극(31)의 양 말단에는 음극활물질층이 형성되지 않은 음극집전체 영역, 즉 음극무지부가 형성된다. 상기 음극무지부의 일단에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 형성되며, 전극조립체(30)의 하부로 일정 길이 돌출된 음극 탭(35)이 접합 되어있다. Both ends of the
더불어 상기 전극조립체의 상부에는 캡 어셈블리(40)가 형성된다. 상기 캡 어셈블리는 양극 단자를 형성하는 상단캡(41)과, PTC소자(Positive temperature coefficient element, 42), 안전벤트(43), 절연 부재(44), 양극에 연결된 양극탭(34)이 접속되어 있는 캡플레이트(45)가 순차적으로 적층되어 있는 구조로 되어있다. 상기 PTC소자는 전지 내부의 온도가 상승하면 전지저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 소자이며, 상기 안전벤트는 전지 내부의 압력이 상승시 전류를 차단하거나 가스를 배기하기 위해 형성되며, 안전벤트와 캡플레이트를 전기적으로 분리시키기 위하여 절연 부재가 형성된다.In addition, a
상기 전극조립체(30)는 양극(32), 음극(31), 분리막(33)을 함께 적층 하여 젤리-롤형태로 권취하는데, 권취한 상기 전극조립체를 원통형 캔(20)에 삽입한 후, 상기 전극조립체에 센터핀(200)을 삽입한다. The
본 발명에 의한 센터핀은 중공이 형성된 통 모양의 몸체를 가진다. 본 발명에 의한 센터핀은 젤리-롤의 형상을 유지할 수 있도록 권심 부분의 형태와 유사한 타원형 또는 원형의 가로 단면을 가지는 것이 바람직하며, 도 2에서 도시된 바와 같이 몸체의 상하부의 직경(x)은 중앙부의 직경(y)보다 크다. 센터핀의 상하부의 직경(x)과 중앙부의 직경(y)간의 직경의 차이는 0.2~2mm인 것이 바람직하다. 종래의 원통형의 센터핀의 경우 응력이 가운데로 집중되지만, 이처럼 중앙부보다 상하부의 직경이 크도록 센터핀을 형성시키면, 응력이 효율적으로 분산되어 센터핀 가 운데 부분의 팽창에 의한 전극 단락을 방지할 수 있다.The center pin according to the present invention has a hollow cylindrical body. The center pin according to the present invention preferably has a horizontal cross section of an elliptical or circular shape similar to the shape of the core portion so as to maintain the shape of the jelly-roll, and as shown in FIG. 2, the diameter (x) of the upper and lower parts of the body is It is larger than the diameter y of the center portion. It is preferable that the difference of the diameter between the diameter (x) of the upper and lower part of a center pin, and the diameter (y) of a center part is 0.2-2 mm. In the case of the conventional cylindrical center pin, the stress is concentrated in the center, but if the center pin is formed such that the diameter of the upper and lower parts is larger than the center part, the stress is efficiently distributed to prevent the electrode short circuit due to the expansion of the center pin part. Can be.
도 2에서는 상부(210)에서 중앙부(230)로 갈수록 점점 그 직경이 줄어들고, 하부(220)에서 중앙부(230)로 갈수록 점점 직경이 줄어드는, 중앙부를 중심으로 상하부를 향하여 테이퍼진 형태의 센터핀을 도시하였으나, 응력이 집중되는 중앙부의 변형에 따른 전극의 단선을 막기 위한 것이므로 중앙부가 상하부보다 좁은 직경을 가지는 형태라면 어떠한 것이라도 무방하다.In FIG. 2, the diameter decreases gradually from the
응력의 집중에 따른 센터핀의 변형에 의한 전극의 단선을 막기 위하여 종래의 원통형의 형상을 가지는 센터핀이 충방전에 따라 부풀더라도 젤리-롤의 권심부분의 직경보다 작을 수 있도록, 센터핀 전체의 직경을 종래보다 줄이면 이러한 센터핀의 변형시 전극의 단선 위험이 줄어든다. 그러나 센터핀 자체의 직경을 전체적으로 감소시키는 경우, 도 1을 참고로 보면 센터핀과 젤리-롤의 권심간에 간격(z)이 증가하므로 보이드 볼륨(void volumn)이 증가하게 된다. 일반적으로 전극의 단선이 발생하거나, 이차전지의 충방전 과정에서 과충전이 되는 등으로 인하여 가스 등이 발생하면 캡 조립체에 형성시킨 안전벤트를 통하여 전지 내부에 발생된 가스가 발화나 폭발 전에 밖으로 빠져나갈 수 있도록 하여 이차전지의 안전성을 확보할 수 있도록 한다. 그런데 이러한 보이드 볼륨이 증가하게 되면 전지 내부의 발열로 인하여 전지 내부의 압력이 증가하더라도, 보이드 볼륨에 해당하는 만큼의 압력이 더 필요하기 때문에 안전벤트의 동작시간이 지연되는 문제가 있다. In order to prevent the disconnection of the electrode due to the deformation of the center pin due to the concentration of stress, the center pin having a conventional cylindrical shape may be smaller than the diameter of the core portion of the jelly-roll even if it is swollen by charging and discharging. Reducing the diameter compared with the prior art reduces the risk of disconnection of the electrode when the center pin is deformed. However, when the diameter of the center pin itself is reduced as a whole, referring to FIG. 1, the void volume is increased because the interval z increases between the center pin and the core of the jelly-roll. Generally, when gas is generated due to disconnection of the electrode or overcharging during the charge / discharge process of the secondary battery, the gas generated inside the battery may escape through the safety vent formed in the cap assembly before ignition or explosion. To ensure the safety of the secondary battery. However, when the void volume increases, even if the pressure inside the battery increases due to heat generation inside the battery, the operation time of the safety vent is delayed because more pressure is required as the void volume.
또한, 상기 센터핀과 젤리-롤의 권심 사이의 간격(z)이 증가함에 따라 전지의 조립시 발생하는 이물이 이 간격 부분에 집중되는 문제도 있다. 즉, 전지의 조 립시 발생하는 이물이 이러한 간격(z) 사이에 집중되기 때문에 분리막 두께 이상으로 이물 클러스터가 생성되는 경우 분리막의 절연성이 파괴되어 내부 단락이 발생하고, 연속적인 반응에 의하여 전지의 발열, 발화로 이어져 전지의 안전성에 위험을 초래할 가능성이 커진다.In addition, as the distance z between the center pin and the core of the jelly-roll increases, foreign matters generated during assembly of the battery may be concentrated in this gap portion. That is, since foreign matters generated during assembly of the battery are concentrated between these intervals (z), when foreign matter clusters are formed beyond the thickness of the separator, the insulation of the separator is broken and an internal short circuit occurs, and the battery generates heat by a continuous reaction. As a result, it is more likely to cause ignition and pose a danger to the safety of the battery.
따라서, 본 발명에서는 센터핀의 상하부의 직경(x)은 젤리-롤의 권심의 직경과 거의 일치시켜 이물의 집중을 방지하고, 응력이 집중되는 센터핀의 중앙부의 직경(y)만을 상하단부에 비하여 좁아지도록 하여 전지 내의 보이드 볼륨의 증가가 크지 않도록 한다. 따라서 안전벤트의 작동이 지연되지 않으면서도 전지의 안정성을 확보할 수 있다.Therefore, in the present invention, the diameter (x) of the upper and lower parts of the center pin is almost equal to the diameter of the core of the jelly-roll to prevent concentration of foreign matter, and only the diameter (y) of the center part of the center pin where stress is concentrated is on the upper and lower ends. Compared to the above, the increase in the void volume in the battery is not large. Therefore, it is possible to secure the stability of the battery without delaying the operation of the safety vent.
이물의 집중 방지를 위해서는 센터핀의 상하부의 직경과 젤리-롤의 권심부분의 직경을 일치시키는 것이 바람직하겠지만, 센터핀은 전극조립체의 권취 후 삽입되므로 센터핀의 삽입용이성을 위하여 센터핀의 상하부와 젤리-롤의 권심부사이의 간격(z)은 50~200㎛인 것이 바람직하다. It is preferable to match the diameter of the upper and lower parts of the center pin with the diameter of the core part of the jelly-roll to prevent the concentration of foreign matter. However, since the center pin is inserted after the winding of the electrode assembly, It is preferable that the space | interval z between the core parts of a jelly roll is 50-200 micrometers.
이에 따라 본 발명에서는 센터핀의 응력 집중에 의한 변형으로 발생하는 전극의 단선을 방지와, 이물 집중에 따른 내부단락을 모두 방지할 수 있어 전지의 안정성이 향상된다.Accordingly, in the present invention, it is possible to prevent the disconnection of the electrode caused by the deformation due to the stress concentration of the center pin, and to prevent the internal short circuit due to the concentration of foreign substances, thereby improving the stability of the battery.
또한 본 발명에 의한 센터핀은 도 3의 오른쪽에 도시한 것과 같이 모서리를 라운딩 처리할 수 있는데, 이에 따라 센터핀의 삽입이 원활해지고, 유동 중 발생할 수 있는 모서리에 의한 젤리-롤의 권심부의 파열 현상을 방지할 수 있다. In addition, the center pin according to the present invention can be rounded corners as shown in the right side of Figure 3, according to the smooth insertion of the center pin, the core portion of the core of the jelly-roll due to the edge that may occur during the flow The bursting phenomenon can be prevented.
본 발명에 의한 센터핀은 전지 내부에서 사용되기 때문에 내화학성 및 내산 성이 우수하여야 하며, 내가공성, 생산성이 우수한 것을 재료로 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 재료로는 니켈, 구리, 알루미늄, 티타늄, 크롬, 탄소, 철, 코발트, 몰리브덴, 금, 은, 바나듐, 스테인리스 강과 같은 금속이나, 이들의 합금 또는 고분자 물질등을 사용할 수 있다. 사용될 수 있는 고분자물질의 비제한적인 예로는 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리스티렌, 폴리페닐렌에테르(PPE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리비닐클로라이트(PVC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리아마이드, 폴리카프로락탐, 폴리카보네이트(PC), 폴리-(p-자일렌), 폴리이미드(PI), 폴리옥시벤조에이트(POB), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르술폰(PES), 폴리술폰(PSU), 실리콘 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 고무, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리아세트알데히드, 폴리포름알데히드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드 등이 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다Since the center pin according to the present invention is used inside the battery, it should be excellent in chemical resistance and acid resistance, and it is preferable to use a material having excellent porosity and productivity. As such a material, a metal such as nickel, copper, aluminum, titanium, chromium, carbon, iron, cobalt, molybdenum, gold, silver, vanadium, stainless steel, alloys thereof, or polymer materials may be used. Non-limiting examples of polymeric materials that can be used include ethylene vinyl acetate (EVA), polystyrene, polyphenylene ether (PPE), polychlorotrifluoroethylene, polyvinyl chlorite (PVC), polyethylene terephthalate (PET), Polyamide, polycaprolactam, polycarbonate (PC), poly- (p-xylene), polyimide (PI), polyoxybenzoate (POB), polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS) ), Polyether sulfone (PES), polysulfone (PSU), silicone resin, acrylic resin, urethane resin, epoxy resin, rubber, polyethylene, polypropylene, polybutene, polyacetaldehyde, polyformaldehyde, polypropylene oxide, poly Methyl methacrylate, polyvinylidene chloride, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride and the like, and these may be used alone or in combination of two or more thereof.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 설명하되, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.
실시예Example 1 One
원통형 리튬 이차전지의 젤리-롤 권심에 본 발명에 의한 센터핀을 삽입한 후, 충방전을 100회 연속적으로 진행하였다. After inserting the center pin according to the present invention into the jelly-roll core of the cylindrical lithium secondary battery, charge and discharge were performed 100 times in succession.
실시예Example 2 2
실시예 1과 동일하게 진행하되, 충방전을 200회 진행하였다.Proceeded in the same manner as in Example 1, but charged and discharged 200 times.
실시예Example 3 3
실시예 1과 동일하게 진행하되, 충방전을 300회 진행하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out, but charging and discharging was performed 300 times.
비교예Comparative example 1 One
실시예 1과 동일하게 진행하되, 센터핀은 본 발명에 의한 센터핀이 아닌 기존의 센터핀인 원통형의 센터핀을 사용하였다.Proceed in the same manner as in Example 1, the center pin was used as the center pin of the existing center pin, not the center pin according to the present invention.
실시예Example 4 4
실시예 1과 동일하게 제작한 센터핀을 삽입한 젤리-롤을 캔에 삽입하여 조립하였다. 조립 전 젤리-롤의 상,하단부에 세라믹성분으로 이루어진 1~10㎛의 원형분말형태의 이물질을 투입하여 제작하였고, 제작 후 충방전을 10회 반복하고, 충방전 완료 후 캔을 분해하여 젤리롤 내의 이물 유동을 관찰하였다.The jelly-roll with the center pin prepared in the same manner as in Example 1 was inserted into the can and assembled. Before assembly, it was prepared by inserting 1 ~ 10㎛ circular powder of foreign substance composed of ceramic component on the upper and lower ends of jelly-roll. After fabrication, the charge and discharge was repeated 10 times. The foreign body flow in it was observed.
비교예Comparative example 2 2
실시예 4와 동일하게 진행하되, 본 발명에 의한 센터핀 대신 원통형 센터핀을 사용하였다.Proceeded in the same manner as in Example 4, instead of using a center pin according to the present invention, a cylindrical center pin was used.
젤리-롤의 변형도 측정Determination of the strain of jelly-roll
실시예 1 내지 실시예 3의 젤리-롤의 전체 부피팽창을 관찰하고, 또한 충방전 완료후의 젤리-롤의 상, 중, 하부의 직경을 측정하였다. The total volume expansion of the jelly-rolls of Examples 1 to 3 was observed, and the diameters of the upper, middle, and lower portions of the jelly-rolls after completion of charging and discharging were measured.
전체 부피는 실시예 1 보다는 실시예 2 및 실시예 3이 더 많이 증가하였고, 실시예 2보다는 실시예 3의 부피가 더 많이 팽창하였다.The total volume increased more in Examples 2 and 3 than in Example 1 and expanded more in Example 3 than in Example 2.
또한, 젤리-롤의 상하부의 직경에 비해 젤리-롤의 중앙부의 직경은 크게 차이가 없었다. In addition, the diameter of the center portion of the jelly-roll was not significantly different from the diameter of the upper and lower portions of the jelly-roll.
그러나, 비교예 1의 경우 전체의 부피의 팽창은 실시예 1과 유사하나, 젤리-롤의 중앙부의 직경이 상하부의 직경보다 더 많이 팽창하여, 단선이 일어나고, 이에 의한 발열이 시작되었다.However, in the case of Comparative Example 1, the expansion of the entire volume is similar to that of Example 1, but the diameter of the center portion of the jelly-roll expands more than the diameter of the upper and lower portions, so that disconnection occurs, thereby generating heat generation.
따라서, 기존의 센터핀을 사용하는 경우 응력이 중앙부에 집중되어 젤리-롤의 중앙부의 변형이 가장 많이 일어나지만 본 발명에 의한 센터핀을 사용하는 경우 젤리-롤의 중앙부의 변형이 다른부분과 유사함을 알 수 있었다.Therefore, in the case of using the existing center pin, the stress is concentrated in the center part, and the deformation of the center part of the jelly roll occurs most. However, when using the center pin according to the present invention, the deformation of the center part of the jelly roll is similar to other parts. I could see.
이에 따라 본 발명에 의한 센터핀을 사용하는 경우 젤리-롤의 변형에 따른 단선이 방지됨을 알 수 있었다.Accordingly, when using the center pin according to the present invention it can be seen that the disconnection caused by the deformation of the jelly-roll is prevented.
이물유동의 관찰Observation of Foreign Body Flow
비교예 2와 실시예 4를 비교하여 이물의 이동을 살펴보았다.Comparative Example 2 and Example 4 was compared to examine the movement of the foreign material.
비교예 2의 경우 이물이 젤리-롤의 권심의 상,하부에 집중되어 있었고, 내부 단락에 의한 발열이 시작되었으나, 실시예 4의 경우 권심의 상하부에 이물이 집중되지 않았고 발열도 관찰되지 않았다.In Comparative Example 2, the foreign material was concentrated on the upper and lower portions of the core of the jelly-roll, and heat generation started due to an internal short circuit, but in Example 4, no foreign material was concentrated on the upper and lower portions of the core and no heating was observed.
이에 따라 본 발명에 의한 센터핀을 사용하는 경우 이물 집중에 따른 내부 단락의 위험이 줄어들 수 있음을 알 수 있었다.Accordingly, when using the center pin according to the present invention was found that the risk of internal short circuit due to foreign matter concentration can be reduced.
도 1은 본 발명에 의한 센터핀을 포함하는 이차전지의 단면을 모식적으로 도시한 것이다.1 is a schematic cross-sectional view of a secondary battery including a center pin according to the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 센터핀의 일 실시예를 도시한 것이다.Figure 2 shows one embodiment of a center pin according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 센터핀의 모서리를 라운딩 처리 전과 후를 비교하여 도시한 것이다.Figure 3 shows the edge of the center pin according to the present invention compared before and after the rounding process.
<도면의 부호에 대한 간략한 설명><Brief description of the symbols in the drawings>
100 : 이차 전지100: secondary battery
20: 캔20: cans
30 : 전극조립체30: electrode assembly
31 : 음극, 32 : 양극, 33 : 분리막, 34 : 양극탭, 35 : 음극탭31: negative electrode, 32: positive electrode, 33: separator, 34: positive electrode tab, 35: negative electrode tab
40 : 캡어셈블리40: cap assembly
41 : 상단캡, 42 :PTC 소자, 43 : 안전벤트, 44 : 절연부재, 45 : 캡플레이트41: upper cap, 42: PTC element, 43: safety vent, 44: insulating member, 45: cap plate
200 : 센터핀200: center pin
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