KR20140089630A - Mandrel for Preparation of Jelly-roll Type Electrode Assembly - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a mandrel that is used in a winding process for manufacturing a jelly-roll type electrode assembly as a sheet type laminate including a positive electrode/separation membrane/negative electrode structure. The mandrel has a long axis and a short axis in a vertical cross section vertical to a central axis of rotation, and includes a first mandrel portion positioned on one side and a second mandrel portion positioned on the opposite side, each of which is variable in a long-axis direction with respect to a central portion where an end portion of the sheet type laminate is inserted and fixed.

Description

젤리-롤형 전극조립체 제조용 권심 {Mandrel for Preparation of Jelly-roll Type Electrode Assembly}{Mandrel for Preparation of Jelly-roll Type Electrode Assembly}

본 발명은 젤리-롤형 전극조립체 제조용 권심에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극/분리막/음극 구조를 포함하는 시트형의 적층체로 젤리-롤형 전극조립체의 제조를 위한 권취 공정에 사용되는 권심으로서, 상기 권심은 회전 중심축에 대한 수직 단면 상으로 장축과 단축을 가진 형상이고, 시트형 적층체의 단부가 삽입 고정되는 중앙부에 대해 장축 방향으로 각각 가변 되도록 일 측에 위치한 제 1 권심부와 대향 측에 위치한 제 2 권심부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 권심에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a winding core for manufacturing a jelly-roll type electrode assembly, and more particularly, to a winding core for use in a winding process for manufacturing a jelly-roll type electrode assembly using a laminate of a sheet type including a positive electrode / separator / The winding core has a shape having a long axis and a short axis on a vertical cross section with respect to the rotation center axis and is located on the opposite side to the first winding core located on one side so that the end portions of the sheet- And a second core part.

이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.The secondary battery is classified into a cylindrical battery and a prismatic battery in which the electrode assembly is housed in a cylindrical or rectangular metal can according to the shape of the battery case, and a pouch-shaped battery in which the electrode assembly is housed in a pouch-shaped case of an aluminum laminate sheet .

또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 가장 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.In addition, the electrode assembly incorporated in the battery case is a chargeable / dischargeable power generation device formed of a lamination structure of a positive electrode / separator / negative electrode. The electrode assembly is a jelly-roll type electrode assembly in which a separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode coated with an active material, A stacked type in which a plurality of positive electrodes and cathodes of a predetermined size are stacked in a state interposed in a separator, and a stacked / folded type in which stacked unit cells are wound in a long separation film. Among them, the jelly-roll type electrode assembly has the advantages of easiness to manufacture and high energy density per weight.

이러한 젤리-롤형 전극조립체는 양극 활물질이 알루미늄 호일에 도포되어 있는 양극 시트와 음극 활물질이 구리 호일에 도포되어 있는 음극 시트 사이에 분리막을 개재한 후 둥글게 권취하여 제조하게 된다. 상기 권취는 권심(mandrel)에 분리막을 우선 감은 후 양극 시트와 음극 시트를 함께 감는 과정으로 수행하게 된다.The jelly-roll type electrode assembly is manufactured by winding a separator between a cathode sheet coated with a positive electrode active material on an aluminum foil and a negative electrode sheet coated with a negative electrode active material on a copper foil, and wound round. The winding is performed by winding the separator first on a mandrel, and winding the positive electrode sheet and the negative electrode sheet together.

한편, 도 1에는 종래의 권심에 대한 수직 단면도가 도시되어 있다.1 is a vertical cross-sectional view of a conventional core.

도 1을 참조하면, 종래의 전극조립체 제조용 권심(10)의 경우, 전극조립체의 권취가 완료된 후에 분리하는 공정 중에서, 젤리-롤형 전극조립체와 면접촉되어 있던 양측 권심부들(20, 30) 중에서 회전 중심축(11)을 기준으로 일측 권심부(30)만 측면으로 이동(d)하면서 권심(10)의 취출 과정이 수행되었다. 따라서, 분리과정에서 전극조립체가 용이하게 분리되지 못하고 꽁지 빠짐 현상 등으로 인한 불량률이 증가하는 문제점이 있다.Referring to FIG. 1, in the case of a conventional winding core 10 for manufacturing an electrode assembly, in the process of separating after the winding of the electrode assembly is completed, the winding core portions 20 and 30, which are in surface contact with the jelly- The extraction process of the core 10 is performed while only the one winding portion 30 is moved to the side (d) with respect to the rotation center shaft 11. Therefore, the electrode assembly can not be easily separated during the separation process, and the defect rate due to the loss of the tail is increased.

구체적으로, 일반적으로 젤리-롤형 전극조립체의 제조에는 양극/분리막/음극의 적층체의 단부에 권심(mandrel)을 끼워 원통형으로 권취한 후 권심을 제거하는 공정이 포함되어 있다. 그러나, 상기 권심을 제거하는 공정시 최내층에 위치하는 분리막과 권심 사이의 마찰력에 의해 전극 또는 분리막을 포함한 시트의 일부가 권취된 전극조립체 밖으로 누락되는 현상('꽁지 빠짐 현상') 등의 불량이 발생하여 생산 효율이 저하되거나, 전극의 단선 및 내부 단락(short) 등 전지의 안전성을 저하시키는 문제가 발생한다.Specifically, generally, in the manufacture of a jelly-roll type electrode assembly, a step of winding a cylindrical mandrel in an end portion of an anode / separator / cathode laminate body and then removing the core is included. However, in the process of removing the core, there is a problem that a part of the sheet including the electrode or the separation membrane is missing out of the wound electrode assembly due to the friction between the separation membrane located at the innermost layer and the core (" There is a problem that the production efficiency is lowered or the safety of the battery is deteriorated such as disconnection of the electrode and internal short-circuit.

따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technology that can fundamentally solve these problems.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 발명의 목적은 젤리-롤형 전극조립체를 권취한 후, 분리하는 과정에서 권심과 전극조립체 사이에 여유 공간이 확보되도록 함으로써, 권심과 전극조립체 사이의 마찰력을 감소시켜 전극조립체를 분리하는 과정에서 발생되는 꽁지 빠짐 현상 등에 의한 불량률을 크게 감소시킬 수 있는 공정성이 향상된 권심을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a jelly-roll type electrode assembly in which a gap is ensured between a winding core and an electrode assembly in a process of winding and separating the jelly-roll type electrode assembly, thereby reducing frictional force between the winding core and the electrode assembly, Which can greatly reduce the defective rate due to the detachment of the tongue, and the like.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 권심은,In order to achieve the above object, according to the present invention,

양극/분리막/음극 구조를 포함하는 시트형의 적층체로 젤리-롤형 전극조립체의 제조를 위한 권취 공정에 사용되는 권심으로서,As a winding core used in a winding process for manufacturing a jelly-roll type electrode assembly with a sheet-like laminate including a positive electrode / separator / negative electrode structure,

상기 권심은 회전 중심축에 대한 수직 단면 상으로 장축과 단축을 가진 형상이고, 시트형 적층체의 단부가 삽입 고정되는 중앙부에 대해 장축 방향으로 각각 가변 되도록 일 측에 위치한 제 1 권심부와 대향 측에 위치한 제 2 권심부를 포함하는 구조일 수 있다.Wherein the winding core has a shape having a long axis and a short axis on a vertical cross section with respect to the rotation center axis and has a first winding core located on one side and a second winding core located on the opposite side And a second winding core positioned at the second winding center.

따라서, 젤리-롤형 전극조립체 권취 종료 후에 취출하는 과정에서 제 1 권심부 및 제 2 권심부가 동시에 양측으로 이동함으로써, 권심과 전극조립체의 사이에 마찰력이 감소되어 전극조립체가 용이하게 분리될 수 있다.Therefore, in the course of taking out the jelly-roll type electrode assembly after completion of winding, the first winding core portion and the second winding core portion simultaneously move to both sides, so that the frictional force is reduced between the winding core and the electrode assembly, .

상기 권심은 장축 방향에서 양측 단부 쪽으로 폭이 좁아지는 형상으로 이루어진 구조일 수 있다.The crimping may have a structure in which the width is narrowed toward the both side ends in the major axis direction.

하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 권심부와 제 2 권심부는 회전 중심축을 기준으로 2 내지 4 mm 이내에서 가변 범위를 갖는 구조일 수 있다.In one specific example, the first winding core and the second winding core may be of a structure having a variable range within 2 to 4 mm with respect to the rotational center axis.

따라서, 젤리-롤형 전극조립체와 권심과의 사이에 여유 공간이 형성되어 분리 공정이 용이하게 수행된다.Accordingly, a clearance space is formed between the jelly-roll type electrode assembly and the core, thereby facilitating the separation process.

바람직하게는, 상기 제 1 권심부와 제 2 권심부는 권취가 완료된 후, 각각 시트형 적층체가 삽입되어 맞물린 상태에서 회전 중심축 방향으로 동시에 이동하여 시트형 적층체가 권취된 전극조립체를 분리하는 구조일 수 있다. Preferably, the first winding portion and the second winding portion are structures in which after the winding is completed, the sheet-like laminate is inserted and engaged with each other and simultaneously moves in the direction of the rotation center axis to separate the electrode assembly wound with the sheet- have.

경우에 따라서는, 상기 권취된 전극조립체는 상기 제 1 권심부 및 제 2 권심부와 비접촉 상태에서 분리되는 구조일 수도 있다.In some cases, the wound electrode assembly may be separated from the first winding core portion and the second winding core portion in a non-contact state.

본 발명은, 상기 권심을 사용하여 제조된 젤리-롤형 전극조립체와 이러한 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀을 제공하며, 바람직하게는, 상기 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있다.The present invention provides a jelly-roll type electrode assembly manufactured using the above-mentioned winding, and a battery cell in which such an electrode assembly is embedded in a battery case together with an electrolyte, and the battery cell may be a lithium secondary battery .

권심은 양극, 분리막 및 음극의 시트형 적층체를 권취한 후 제거되며, 이렇게 권취된 젤리-롤형 전극조립체는 원통형 금속 캔에 내장되거나 또는 각형 금속 캔 또는 알루미늄 라미네이트의 파우치형 케이스에 내장된다. 리튬 이차전지는 이러한 전극조립체에 리튬 전해질을 주입한 후 밀봉함으로써 제조된다.The winding is removed after winding the sheet-type laminate of the positive electrode, the separator and the negative electrode, and the wound jelly-roll type electrode assembly is embedded in a cylindrical metal can or embedded in a pouch-shaped case of a square metal can or an aluminum laminate. A lithium secondary battery is manufactured by injecting a lithium electrolyte into such an electrode assembly and then sealing it.

전지의 기타 구성 및 그것의 구체적인 제조방법은 당업계에 공지되어 있으므로 그에 대한 설명을 본 명세서에서는 생략한다.Other configurations of the battery and a specific manufacturing method thereof are well known in the art, and a description thereof will be omitted herein.

본 발명은 또한, 상기 리튬 이차전지를 전원으로 사용하는 디바이스를 제공한다.The present invention also provides a device using the lithium secondary battery as a power source.

본 발명에 따른 각형 이차전지에 사용될 수 있는 디바이스의 구체적인 예로는, 휴대폰, 스마트 패드, 노트북 컴퓨터, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치 등을 들 수 있다.Specific examples of the device that can be used in the prismatic secondary battery according to the present invention include a cell phone, a smart pad, a notebook computer, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage device.

휴대폰, 스마트 패드, 노트북 컴퓨터, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력저장 장치 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.A mobile phone, a smart pad, a notebook computer, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, a power storage device, and the like are well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted here.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 젤리-롤형 전극조립체를 제조하기 위한 권심은, 젤리-롤형 전극조립체를 권취한 후, 분리하는 과정에서 권심과 전극조립체 사이에 여유 공간이 확보되도록 함으로써, 권심과 전극조립체 사이의 마찰력을 감소시켜 전극조립체를 분리하는 과정에서 발생되는 꽁지 빠짐 등으로 인한 불량을 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 간단히 권심의 내부 구조만의 변경으로 기존 설비들의 별도의 구조 변경 없이 확대 적용이 가능하다는 장점이 있다.As described above, in order to manufacture the jelly-roll type electrode assembly according to the present invention, the jelly-roll type electrode assembly is wound and separated so as to secure a clearance space between the core and the electrode assembly, It is possible to reduce the frictional force between the electrode assembly and the electrode assembly, thereby greatly reducing the defect due to the separation of the electrode assembly from the separation of the tail. In addition, there is an advantage that it is possible to enlarge the existing equipment without changing the structure of the existing equipment simply by changing the internal structure of the equipment.

도 1은 종래의 권심의 단면도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 권심의 단면도이다;
도 3은 도 2의 권심의 사시도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional winding;
Figure 2 is a cross-sectional view of a winding according to one embodiment of the present invention;
Figure 3 is a perspective view of the winding of Figure 2;

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.

도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 권심의 단면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 권심의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a winding according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 schematically shows a perspective view of the winding of FIG.

이들 도면을 참조하면, 권심(100)은 회전 중심축(150)에 대한 수직 단면이 장축과 단축을 가진 형상이고, 시트형 적층체(도시하지 않음)의 단부가 삽입 고정되는 중앙부위를 중심으로 좌측에 위치한 제 1 권심부(110)와 우측에 위치한 제 2 권심부(120)로 분리되어 있다.Referring to these drawings, the core 100 has a shape in which a vertical section with respect to the rotation center shaft 150 has a long axis and a short axis, and a center portion in which an end portion of the sheet-like laminate (not shown) And a second winding core 120 disposed on the right side of the first winding core 110. [

제 1 권심부(110)와 제 2 권심부(120)는, 시트형 적층체의 단부가 권심(100)의 중앙부위에 삽입되어 권취될 때, 권심(100)의 회전 중심축(150)에 대한 수직 단면이 장축과 단축을 가진 형상으로서 권심(100)의 회전 중심축(30)에 대한 수직 단면 형상에서, 장축의 길이(2L)가 단축 길이(H)의 약 4배로 이루어져 있다.The first winding core portion 110 and the second winding core portion 120 are formed so that the ends of the sheet-like laminate are wound around the center axis 150 of the winding core 100 when the ends of the sheet- The length 2L of the major axis is about 4 times the minor axis length H in the vertical sectional shape of the winding core 100 with respect to the rotation center axis 30 as a vertical cross section having a long axis and a short axis.

제 1 권심부(110)와 제 2 권심부(20)는 회전 중심축(30)에 대해 전방과 후방 부위에, 전방과 후방으로 각각 돌출된 체결부들(60, 62)이 권심 회전 장치(도시하지 않음)에 장착되어 있는 구조로 이루어진다.The first winding core portion 110 and the second winding core portion 20 are provided with fastening portions 60 and 62 protruding forward and backward from the front and rear portions with respect to the rotational center shaft 30, (Not shown).

권심 회전 장치(도시하지 않음)에 의한 권취 과정 종료 후, 회전 중심축(150)을 중심으로 제 1 권심부(110)와 제 2 권심부(120)가 좌측 및 우측으로 가변 범위(D) 만큼인 1.5mm 씩 각각 동시에 이동함으로써, 시트형 적층체(도시하지 않음)와 권심(100) 사이에 유동 공간이 확보되어 권심(100) 제거가 용이하게 이루어진다.
The first winding core portion 110 and the second winding core portion 120 are shifted to the left and right by a variable range D about the rotation center axis 150 after the winding process by the winding core winding unit (Not shown) and the core 100, the core 100 can be easily removed.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.

Claims (10)

양극/분리막/음극 구조를 포함하는 시트형의 적층체로 젤리-롤형 전극조립체의 제조를 위한 권취 공정에 사용되는 권심으로서,
상기 권심은 회전 중심축에 대한 수직 단면 상으로 장축과 단축을 가진 형상이고, 시트형 적층체의 단부가 삽입 고정되는 중앙부에 대해 장축 방향으로 각각 가변 되도록 일 측에 위치한 제 1 권심부와 대향 측에 위치한 제 2 권심부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 권심.As a winding core used in a winding process for manufacturing a jelly-roll type electrode assembly with a sheet-like laminate including a positive electrode / separator / negative electrode structure,
Wherein the winding core has a shape having a long axis and a short axis on a vertical cross section with respect to the rotation center axis and has a first winding core located on one side and a second winding core located on the opposite side And a second winding core positioned at the second winding core. 제 1 항에 있어서, 상기 권심은 장축 방향에서 양측 단부 쪽으로 폭이 좁아지는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 권심.The core according to claim 1, wherein the winding has a shape in which the width is narrowed toward both side ends in the major axis direction. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 권심부와 제 2 권심부는 회전 중심축을 기준으로 2 내지 4 mm 이내에서 가변 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 권심.The core according to claim 1, wherein the first winding core and the second winding core have a variable range within 2 to 4 mm with respect to the rotation center axis. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 권심부와 제 2 권심부는 권취가 완료된 후, 각각 시트형 적층체가 삽입되어 맞물린 상태에서 회전 중심축 방향으로 동시에 이동하여 시트형 적층체가 권취된 전극조립체를 분리하는 것을 특징으로 하는 권심.The method according to claim 1, wherein after the winding is completed, the first winding part and the second winding part simultaneously move in the rotation center axis direction with the sheet-like laminate inserted and engaged, thereby separating the electrode assembly wound with the sheet- Features as a feature. 제 4 항에 있어서, 상기 권취된 전극조립체는 상기 제 1 권심부 및 제 2 권심부와 비접촉 상태에서 분리되는 것을 특징으로 하는 권심.5. The core according to claim 4, wherein the wound electrode assembly is separated from the first winding core portion and the second winding core portion in a non-contact state. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나에 따른 권심을 사용하여 제조된 젤리-롤형 전극조립체.A jelly-roll type electrode assembly manufactured using the winding according to any one of claims 1 to 5. 제 6 항에 따른 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 6, wherein the electrode assembly is embedded in the battery case together with the electrolyte solution. 제 7 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.The battery cell according to claim 7, wherein the battery cell is a lithium secondary battery. 제 8 항에 따른 리튬 이차전지를 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.A device comprising the lithium secondary battery according to claim 8 as a power source. 제 9 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 스마트 패드, 노트북 컴퓨터, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.
10. The device of claim 9, wherein the device is a mobile phone, a smart pad, a notebook computer, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage device.
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