KR20170001378A - 원통형 이차전지 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 이차전지의 젤리 롤 형 전극집합체에 가해지는 외부충격에 의한 데미지를 줄일 수 있는 원통형 이차전지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되는 젤리 롤 형 전극집합체 및 상기 젤리 롤 형 전극집합체의 권취 중심에 마련되어 상기 젤리 롤 형 전극집합체에 가해지는 외부 충격을 흡수하는 완충 코어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

원통형 이차전지 및 그의 제조방법{CYLINDRICAL SECONDARY BATTERY AND METHOD OF MANUFACTURING FOR THE SAME}

본 발명은 원통형 이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 원통형 이차전지의 젤리 롤 형 전극집합체에 가해지는 외부충격에 의한 데미지를 줄일 수 있는 원통형 이차전지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.

이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.

한편, 이차 전지 중 리튬이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극 조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.

여기서 젤리롤 형 전극 조립체는 외부의 충격에 의해 전극 조립체의 안정성에 문제가 발생할 수 있는데 이러한 문제점을 방지하기 위한 종래의 외부 충격에 대한 안전성이 향상된 원통형 전지가 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0047637호에 의해 공지되어 있다.

하지만, 이러한 종래의 기술은 외부적 충격이 발생하면 센터 핀이 파괴되어 전지의 안정성을 도모하는 방법이기 때문에 센터 핀이 파괴된 전지는 더 이상 사용할 수 없다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 외부 충격을 흡수하여 젤리 롤 형 전극집합체의 손상을 방지할 수 있는 원통형 리튬 이온 이차전지를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 원통형 이차전지는 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되는 젤리 롤 형 전극집합체 및 상기 젤리 롤 형 전극집합체의 권취 중심에 마련되어 상기 젤리 롤 형 전극집합체에 가해지는 외부 충격을 흡수하는 완충 코어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 완충 코어는 열에 의해 팽창할 수 있다.

상기 완충 코어는 열에 의해 팽창하여 상기 젤리 롤 형 전극집합체의 권취 중심에 밀착될 수 있다.

상기 완충 코어는 폴리머(polymer) 재질일 수 있다.

본 발명에 따른 원통형 이차전지의 제조방법은 양극, 분리막, 음극을 적층한 상태에서 권취하여 젤리 롤 형 전극집합체를 제작하는 제작 단계, 상기 젤리 롤 형 전극집합체의 권취 중심에 열 흡수 시에 팽창하는 소재로 마련되는 완충 코어를 삽입하는 삽입단계, 상기 완충 코어가 팽창하여 상기 권취 중심에 밀착되도록 열을 가하는 가열단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 완충 코어를 전극집합체의 권취 중심에 마련하여 외부 충격을 완충 코어가 흡수하게 함에 따라 전지의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 완충 코어가 열에 의해 팽창하여 전극 집합체의 권취 중심에 밀착되게 함에 따라 전극 집합체에 완충 코어를 조립하는 것을 쉽게 하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 완충 코어는 열에 의해 팽창하여 전극 집합체의 권취 중심에 밀착되는 폴리머(polymer) 재질로 형성되어 완충 코어의 형상을 다양하게 제작할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지의 주요부를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지에서 젤리 롤 형 전극집합체에 조립된 완충 코어가 가열되기 전의 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 완충 코어가 가열되어 팽창된 상태에서 젤리 롤 형 전극집합체의 권취 중심에 밀착된 것을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지의 완충 코어를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지의 완충 코어를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지의 제조방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지의 주요부를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지는 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되는 젤리 롤 형 전극집합체(10) 및 상기 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심에 마련되어 상기 젤리 롤 형 전극집합체(10)에 가해지는 외부 충격을 흡수하는 완충 코어(20)를 포함한다.

그리고 원통형 이차전지는 젤리 롤 형 전극집합체(10)를 캔부재 등에 수용하는 구조를 갖는다.

이러한 원통형 이차전지는 외부에서 충격이 가해질 경우 외부 충격이 내부의 젤리 롤 형 전극집합체(10)에 그대로 전달되어 젤리 롤 형 전극집합체(10)에 손상이 발생될 수 있는데, 특히 전지의 안정성 검사를 위한 임팩트(impact), 크러쉬(crush) 등의 시험 시에 가해지는 외부 충격이 젤리 롤 형 전극집합체(10)를 손상시키는 경우가 있다.

완충 코어(20)는 이와 같은 젤리 롤 형 전극집합체(10)에 가해지는 외부 충격을 흡수하기 위하여 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심(10a)에 조립된다.

상기 완충 코어(20)는 열에 의해 팽창하여 충격을 흡수할 수 있도록 폴리머(polymer) 재질로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 열팽창 특성을 가지는 발포성분을 포함하고 충격을 흡수 할 수 있는 재질이라면 다른 재질도 적용이 가능하다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지에서 젤리 롤 형 전극집합체에 조립된 완충 코어가 가열되기 전의 상태를 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 완충 코어(20)는 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심(10a)에 삽입되도록 조립되는데, 초기 조립 상태에서는 완충 코어(20)의 외측 둘레가 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심(10a)의 내측 둘레보다 작아서 완충 코어(20)가 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심(10a)에 밀착되지 않기 때문에 조립이 쉽다.

도 4는 도 3의 완충 코어가 가열되어 팽창된 상태에서 젤리 롤 형 전극집합체의 권취 중심에 밀착된 것을 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 완충 코어(20)가 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심(10a)에 삽입된 상태에서 완충 코어(20)가 가열되면 열팽창하여(도 3에서 열팽창 방향을 화살표로 표시) 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심(10a)에 밀착되어 조립이 완성된다.

이때, 완충 코어(20)의 가열은 이차 전지의 활성화 충방전 과정에서 발생하는 열에 의해 완충 코어(20)가 가열되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않고 이차 전지 제작의 여러가지 공정상 발생하는 열에 의해 가열될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지의 완충 코어를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지의 완충 코어를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 완충 코어(20)는 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심(10a)에 열에 의해 밀착되어 젤리 롤 형 전극집합체(10)가 받는 외부 충격을 흡수할 수 있다면 다양한 형상으로 제작이 가능하다.

도면을 참조하여 예를 들어 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 완충 코어(20a)는 복수의 접촉부(21a)와 복수의 접촉부(21a)를 상호 연결하는 연결부(23a)로 형성될 수 있다.

연결부(23a)는 접촉부(21a)에 비해 둘레의 길이가 짧게 형성되어 완충 코어(20a)가 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심(10a)에 삽입된 상태에서 완충 코어(20a)의 열팽창시 접촉부(21a)의 외측 둘레가 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심(10a)에 밀착되게 함에 따라 전체의 둘레가 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심(10a)에 밀착되는 일 실시예에 비해 완충 코어(20a)의 제작 재료를 절감할 수 있다.

그리고 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 완충 코어(20b)는 복수의 접촉부(21b)의 내측 단부가 상호 연결되고 인접하는 접촉부(21b)의 외측 단부는 상호 소정의 각도(θ) 만큼 이격 될 수 있다.

그리고 완충 코어(20b)가 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심(10a)에 삽입된 상태에서 완충 코어(20b)가 열팽창 하게 되면 접촉부(21b)의 외측 단부가 젤리 롤형 전극집합체(10)의 권취 중심(10a)에 밀착되고 상호 소정의 각도(θ) 만큼 이격된 복수의 접촉부(21b)의 외측 단부 사이에는 유로가 형성되어 이차전지 내부에서 발생되는 가스의 이동로를 형성하게 할 수 있다.

도 7을 참조하여 상술한 원통형 이차전지의 제조방법을 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지의 제조방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지의 제조방법은 제작 단계(S1), 삽입단계(S2) 및 가열단계(S3)를 포함한다.

제작 단계(S1)는 양극, 분리막, 음극을 적층한 상태에서 권취하여 젤리 롤 형 전극집합체(10)를 제작하는 단계이다.

이러한 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 제작 과정은 일반적인 기술 내용으로 상세한 설명은 생략한다.

삽입 단계(S2)는 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심(10a)에 열 흡수 시에 팽창하는 소재로 마련되는 완충 코어(20)를 삽입하는 단계이다.

이때, 완충 코어(20)의 외측 둘레는 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심(10a)의 내측 둘레보다 짧아 완충 코어(20)를 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심(10a)에 삽입하는 것을 쉽게 하는 것이 좋다.

가열단계(S3)는 완충 코어(20)가 팽창하여 권취 중심(10a)에 밀착되도록 열을 가하는 가열단계이다.

이와 같이 완충 코어(20)를 가열하여 열팽창하게 함에 따라 완충 코어(20)의 외측 둘레가 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심(10a) 내측 둘레에 밀착되게 하여 완충 코어(20)가 젤리 롤 형 전극집합체(10)에 견고하게 조립되게 한다.

이때, 완충 코어(20)의 가열 방법은 이차 전지의 활성화 충방전 과정에서 발생하는 열에 의해 완충 코어(20)를 가열하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 완충 코어를 전극집합체의 권취 중심에 마련하여 외부 충격을 완충 코어가 흡수하게 함에 따라 전지의 내구성을 향상시키는 효과가 있고, 완충 코어가 열에 의해 팽창하여 전극 집합체의 권취 중심에 밀착되게 함에 따라 전극 집합체에 완충 코어를 조립하는 것을 쉽게 하는 효과가 있고, 완충 코어는 열에 의해 팽창하여 전극 집합체의 권취 중심에 밀착되는 폴리머(polymer) 재질로 형성되어 완충 코어의 형상을 다양하게 제작할 수 있다는 장점이 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 원통형 이차전지 및 그의 제조방법을 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

10: 젤리 롤 형 전극집합체
20: 완충 코어

Claims (5)

1. 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태로 권취되는 젤리 롤 형 전극집합체(10); 및
   상기 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심(10a)에 마련되어 상기 젤리 롤 형 전극집합체(10)에 가해지는 외부 충격을 흡수하는 완충 코어(20); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 완충 코어(20)는 열에 의해 팽창하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 완충 코어(20)는 열에 의해 팽창하여 상기 젤리 롤 형 전극집합체(10)의 권취 중심(10a)에 밀착되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 완충 코어(20)는 폴리머(polymer) 재질인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지.
5. 양극, 분리막, 음극을 적층한 상태에서 권취하여 젤리 롤 형 전극집합체를 제작하는 제작 단계(S1);
   상기 젤리 롤 형 전극집합체의 권취 중심에 열 흡수 시에 팽창하는 소재로 마련되는 완충 코어를 삽입하는 삽입단계(S2);
   상기 완충 코어가 팽창하여 상기 권취 중심에 밀착되도록 열을 가하는 가열단계(S3); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지 제조방법.

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