KR20170044973A

KR20170044973A - Secondary battery

Info

Publication number: KR20170044973A
Application number: KR1020150144747A
Authority: KR
Inventors: 민건우; 장욱희; 정상석; 이영목; 이길영
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2017-04-26

Abstract

The present invention relates to a secondary battery which improves the structure of a top cap assembly. Also, the present invention includes an electrode assembly of the secondary battery and a can member which receives the electrode assembly inside and has one end finished by the top cap assembly, wherein the top cap assembly includes base plate which finishes one end of the can member and a rivet which is prepared to pass through the base plate and is directly connected to the electrode assembly. Accordingly, the present invention can reduce the generation of weak welding by minimizing a reactive current.

Description

Secondary Battery {SECONDARY BATTERY}

본 발명은 2차 전지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 탑캡 조립체의 구조를 개선하는 2차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a secondary battery that improves the structure of a top cap assembly.

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.Cells and batteries that generate electrical energy through the physical reaction or chemical reaction of a material and supply power to the outside can not acquire the AC power supplied to the building depending on the living environment surrounded by various electric and electronic devices Or when DC power is needed.

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.Among such cells, a primary cell and a secondary cell, which are chemical cells using a chemical reaction, are generally used. A primary cell is a consumable cell which is collectively referred to as a dry cell. Also, a secondary battery is a rechargeable battery in which a redox process between a current and a substance is repeatedly manufactured using a material capable of repeatedly repeating. When a reduction reaction is performed on a material by current, the power source is charged, When the power is discharged, the power is discharged. Such charging-discharging is repeatedly performed to generate electricity.

한편, 이차 전지 중 리튬 이온 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. In a lithium ion battery of a secondary battery, an active material is coated on a positive electrode conductive foil and a negative electrode conductive foil to have a predetermined thickness, and a separation membrane is interposed between the positive and negative electrode foils, thereby forming a jelly roll or a cylindrical shape. The electrode assembly produced by winding is housed in a cylindrical or square can, a pouch, or the like, and sealed.

일본 공개특허공보 제2002-164025호에는 종래의 각형 2차 전지가 개시되어 있다.Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-164025 discloses a conventional prismatic secondary battery.

이와 같은 종래의 각형 이차 전지는 탑캡 조립체가 캔에 결합되어 캔을 밀봉하면서 캔의 내부에 내장된 전극조립체를 캔의 외부와 전기적으로 연결한다.In such a conventional prismatic secondary battery, the top cap assembly is coupled to the can to seal the can while electrically connecting the electrode assembly built in the can to the outside of the can.

그리고 전극조립체의 탭과 탑캡 조립체를 용접 결합 시 전극조립체의 탭을 탑캡 조립체의 로우 플레이트에 결합하는 시리즈(series) 저항 용접을 하는데 이때, 로우 플레이트에서 발생하는 유효 전류로 인하여 발생하는 열이 탭과 로우 플레이트를 용접한다.When the tabs of the electrode assembly and the top cap assembly are welded together, series resistance welding is performed to connect the tabs of the electrode assembly to the row plates of the top cap assembly. At this time, Weld the low plate.

그런데, 탭의 니켈(Ni) 순도가 높으면 저항이 낮아져 무효 전류가 증가하고, 유효 전류가 감소하게 되는데 유효 전류가 감소하게 되면 탭과 로우 플레이트 간에 약용접이 발생하는 문제점이 있다.However, if the nickel (Ni) purity of the tab is high, the resistance is low and the reactive current is increased and the effective current is decreased. However, if the effective current is decreased, there is a problem that weak welding occurs between the tab and the row plate.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 탑캡 조립체를 개선하여 무효 전류를 최소화하여 약용접 발생을 감소시킬 수 있는 2차 전지를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a secondary battery capable of reducing the occurrence of weak welding by minimizing the reactive current by improving the top cap assembly.

본 발명에 따른 2차 전지는 2차 전지의 전극 집합체 및 상기 전극 집합체를 내부에 수용하며 일단이 탑캡 조립체에 의해 마감되는 캔부재를 포함하며, 상기 탑캡 조립체는 상기 캔부재의 일단을 마감하는 베이스 플레이트 및 상기 베이스 플레이트를 관통하게 마련되며, 상기 전극 집합체와 직접 연결되는 리베트를 포함하는 것을 특징으로 한다.The secondary battery according to the present invention includes an electrode assembly of a secondary battery and a can member in which the electrode assembly is housed and one end of which is closed by a top cap assembly, And a rivet which penetrates through the base plate and is directly connected to the electrode assembly.

상기 베이스 플레이트의 외면과 상기 리베트의 사이를 절연하게 마련되는 가스켓 부재를 포함할 수 있다.And a gasket member provided between the outer surface of the base plate and the rivet.

상기 베이스 플레이트의 내면과 상기 리베트의 사이를 절연하게 마련되는 절연부재를 포함할 수 있다.And an insulating member provided between the inner surface of the base plate and the rivet.

상기 전극 집합체는 상기 탑캡 조립체 측으로 전극 탭이 연장되며, 상기 전극 탭은 상기 리베트의 내측단에 직접 결합될 수 있다.The electrode assembly extends an electrode tab toward the top cap assembly, and the electrode tab can be directly coupled to an inner end of the rivet.

상기 전극 탭은 상기 리베트에 직접 용접 결합될 수 있다.The electrode tab may be welded directly to the rivet.

본 발명에 따르면, 전극 탭과 리베트가 직접 용접되기 때문에 무효 전류를 최소화하여 약용접 발생을 감소시키는 효과가 있다.According to the present invention, since the electrode tab and the rivet are directly welded, there is an effect of minimizing the reactive current and reducing the occurrence of the weak welding.

본 발명에 따르면, 탑캡 조립체의 부품수를 감소하여 원가를 절감하는 효과가 있다.According to the present invention, the number of parts of the top cap assembly can be reduced to reduce the cost.

또한, 부품수 감소로 인하여 제작이 쉽다는 장점이 있다.In addition, it has an advantage in that it is easy to manufacture due to a reduction in the number of parts.

또한, 탑캡 조립체의 부피가 줄어들어 캔부재 내부 공간을 확보하여 전해액 주액 공간을 증가시킴에 따른 2차 전지의 성능을 향상시키는 효과가 있다.Also, the volume of the top cap assembly is reduced, thereby securing a space inside the can member to increase the electrolyte injection space, thereby improving the performance of the secondary battery.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지의 주요부를 나타내기 위해 내부가 보이도록 일부 절개하여 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 일부를 확대하여 리베트와 전극 탭이 용접 결합되는 것을 도시한 사용상태도이다.
도 3은 종래의 탑캡 조립체의 주요부를 도시한 구성도이다.FIG. 1 is a partially cutaway view showing an interior of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
Fig. 2 is a state diagram showing a part of Fig. 1 enlarged and showing that the rivet and the electrode tab are welded together.
3 is a block diagram showing a main portion of a conventional top cap assembly.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차 전지에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.In the drawings, the size of each element or a specific part constituting the element is exaggerated, omitted or schematically shown for convenience and clarity of description. Therefore, the size of each component does not entirely reflect the actual size. In the following description, it is to be understood that the detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지의 주요부를 나타내기 위해 내부가 보이도록 일부 절개하여 도시한 도면이다.FIG. 1 is a partially cutaway view showing an interior of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지는 2차 전지의 전극 집합체(1) 및 상기 전극 집합체(1)를 내부에 수용하며 일단이 탑캡 조립체(100)에 의해 마감되는 캔부재(3)를 포함하며, 상기 탑캡 조립체(100)는 상기 캔부재(3)의 일단을 마감하는 베이스 플레이트(110) 및 상기 베이스 플레이트(110)를 관통하게 마련되며, 상기 전극 집합체(1)와 직접 연결되는 리베트(120)를 포함한다.1, a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes an electrode assembly 1 of the secondary battery and the electrode assembly 1, and one end of the electrode assembly 1 is supported by the top cap assembly 100 Wherein the top cap assembly 100 includes a base plate 110 for finishing one end of the can member 3 and a base plate 110 for passing through the base plate 110, And a rivet 120 which is directly connected to the rivet 1.

전극 집합체(1)는, 예를 들어, 양극 활물질이 도포된 양극과 음극 활물질이 도포된 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 복수 회 적층하여 제작할 수 있다. The electrode assembly 1 can be manufactured, for example, by laminating a plurality of separators interposed between a cathode coated with a cathode active material and a cathode coated with a cathode active material, and an anode and a cathode.

다만, 본 발명은 이에 한하지 않으며, 전극 집합체(1)는 양극과 분리막 및 음극을 적층한 적층체를 젤리 롤 형태로 권취하여 제작할 수도 있다.However, the present invention is not limited to this, and the electrode assembly 1 may be manufactured by winding a laminate in which a positive electrode, a separation membrane, and a negative electrode are laminated in the form of a jelly roll.

양극은 알루미늄 판일 수 있으며, 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와, 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부를 포함할 수 있다.The anode may be an aluminum plate, and may include a cathode active material portion coated with the cathode active material, and a cathode uncoated portion not coated with the cathode active material.

양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMnO4와 같은 리튬 함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물일 수 있다.The cathode active material may be a lithium-containing transition metal oxide such as LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMnO4, or a lithium chalcogenide compound.

양극 활물질부는 예를 들어, 알루미늄 판의 적어도 어느 한 면의 일부에 양극 활물질을 도포하여 형성하며, 양극 활물질이 미 도포된 알루미늄 판의 나머지 부분이 양극 무지부가 될 수 있다.For example, the cathode active material portion may be formed by applying a cathode active material to at least a portion of at least one surface of the aluminum plate, and the remaining portion of the aluminum plate to which the cathode active material is not applied may be anode uncoated.

음극은 구리 판일 수 있으며, 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부를 포함할 수 있다. The negative electrode may be a copper plate, and may include a negative electrode active material portion coated with the negative electrode active material and a negative electrode uncoated portion not coated with the negative electrode active material.

음극 활물질은, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유와 같은 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금 등일 수 있다.The negative electrode active material may be a carbon material such as crystalline carbon, amorphous carbon, carbon composite, carbon fiber, lithium metal, lithium alloy, or the like.

음극 활물질부는 예를 들어, 구리 판의 적어도 어느 한 면의 일부에 음극 활물질을 도포하여 형성하며, 음극 활물질이 미 도포된 구리 판의 나머지 부분이 음극 무지부가 될 수 있다.The negative electrode active material portion may be formed, for example, by applying a negative electrode active material to at least a portion of at least one surface of the copper plate, and the remaining portion of the copper plate to which the negative electrode active material is not applied may be negatively charged.

분리막은 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 기재에 폴리비닐리덴 플로우라이드-헥사플로로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP co-polymer)를 코팅함으로써 제조될 수 있다.The separator may be made of any one material selected from the group consisting of polyethylene (PE), polystyrene (PS), polypropylene (PP) and a copolymer of polyethylene (PE) and polypropylene (PP) (PVDF-HFP co-polymer) to a polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer.

캔부재(3)는 각형 리튬이온 2차 전지에서 대략 직육면체에서 위쪽이 개방된 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 일반적으로 가볍고 부식에 대처가 용이한 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용된다. The can member 3 is a metal type container having a rectangular parallelepiped shape opened upward in a rectangular type lithium ion secondary battery and generally made of aluminum or aluminum alloy which is light and easy to cope with corrosion.

캔부재(3)는 전극 집합체(1)와 전해액(미도시)의 용기가 되고, 전극 집합체(1)가 캔부재(3)의 개방된 상단, 즉, 상단개구부를 통해 캔부재(3)에 삽입된 뒤 캔부재(3)의 상단개구부는 탑캡 조립체(100)에 의해 봉해진다.The can member 3 serves as a container for the electrode assembly 1 and an electrolytic solution (not shown), and the electrode assembly 1 is attached to the can member 3 via the open upper end of the can member 3, The top opening of the inserted can member 3 is sealed by the top cap assembly 100.

탑캡 조립체(100)는 적어도 캔부재(3)의 개구부와 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형의 베이스 플레이트(110)와 리베트(120)를 포함하여 형성된다.The top cap assembly 100 is formed to include at least a flat base plate 110 and a rivet 120 having a size and shape corresponding to the opening of the can member 3.

베이스 플레이트(110)는 캔부재(3)의 상단개구부의 대응되는 크기와 형상을 가지는 평판형으로 형성되며, 중앙부에는 관통공(111)이 형성된다.The base plate 110 is formed in a flat plate shape having a corresponding size and shape of the upper end opening of the can member 3, and a through hole 111 is formed at the center thereof.

한편, 도면에는 도시되지 않았지만 베이스 플레이트(110)의 일측에는 캔부재(3)의 내부에 전해액을 주액하기 위한 전해액 주입구가 구비될 수 있다.Although not shown in the drawing, an electrolyte injection port for injecting electrolyte into the can member 3 may be provided at one side of the base plate 110.

리베트(120)는 베이스 플레이트(110) 상에 형성된 관통공(111)에 관통되어 결합되며, 베이스 플레이트(110)의 외면과 리베트(120)의 사이에는 고무나 합성수지 등의 소재로 형성되는 절연체인 가스켓 부재(130)가 설치되어 베이스 플레이트(110)의 외면과 리베트(120)의 사이를 전기적으로 절연한다. The rivet 120 is inserted through the through hole 111 formed on the base plate 110 and is inserted between the outer surface of the base plate 110 and the rivet 120. The rivet 120 is made of rubber or synthetic resin, A gasket member 130 is provided to electrically insulate the outer surface of the base plate 110 and the rivet 120 from each other.

그리고 베이스 플레이트(110)의 내면과 리베트(120)의 사이에는 고무나 합성수지 등의 소재로 형성되는 절연체인 절연부재(140)가 설치되어, 베이스 플레이트(110)의 내면과 리베트(120)의 사이를 전기적으로 절연한다.An insulating member 140 is disposed between the inner surface of the base plate 110 and the rivet 120. The insulating member 140 is made of rubber or synthetic resin and is disposed between the inner surface of the base plate 110 and the rivet 120. [ Lt; / RTI >

도 2는 도 1의 일부를 확대하여 리베트와 전극 탭이 용접 결합되는 것을 도시한 사용상태도이다.Fig. 2 is a state diagram showing a part of Fig. 1 enlarged and showing that the rivet and the electrode tab are welded together.

도 2에 도시된 바와 같이, 전극 집합체(1)는 탑캡 조립체(100) 측으로 전극 탭(5)이 연장되어, 전극 탭(5)이 리베트(120)의 내측 단에 직접 접촉한다.2, the electrode assembly 1 has the electrode tab 5 extended to the top cap assembly 100 side, and the electrode tab 5 directly contacts the inner end of the rivet 120. As shown in Fig.

그리고 전극 탭(5)이 리베트(120)에 직접 접촉한 상태에서 하나의 용접봉(W1)은 리베트(120)의 외측 단에 접촉하고 다른 하나의 용접봉(W2)은 전극 탭(5)에 접촉하여 리베트(120)와 전극 탭(5)을 직접(direct) 용접 방식으로 결합한다.One electrode W1 is in contact with the outer end of the rivet 120 and the other electrode W2 is in contact with the electrode tab 5 with the electrode tab 5 in direct contact with the rivet 120 The rivets 120 and the electrode tabs 5 are coupled by a direct welding method.

이때, 리베트(120)와 전극 탭(5) 사이에는 유효 전류(I)만이 발생하여 양용접 발생을 극소화 시킬 수 있다.At this time, only the effective current (I) is generated between the rivet (120) and the electrode tab (5), so that occurrence of positive welding can be minimized.

도 3은 종래의 탑캡 조립체의 주요부를 도시한 구성도이다.3 is a block diagram showing a main portion of a conventional top cap assembly.

즉, 리베트(120)와 전극 탭(5)을 직접 용접 방식으로 결합시킬 수 있는 것은 절연부재(140)가 리베트(120)와 베이스 플레이트(110)의 사이를 절연함에 따라 도 3에 도시된 바와 같은 종래의 하부 가스켓(b)과 하부 플레이트(c)가 베이스 플레이트(110)의 하부에 결합되는 구조에 비해 탑캡 조립체(100)의 하부 구조를 단순화시켰기 때문에 가능한 것이다.That is, the rivet 120 and the electrode tab 5 can be directly welded together as the insulating member 140 insulates between the rivet 120 and the base plate 110, This is possible because the lower structure of the top cap assembly 100 is simplified as compared with the structure in which the conventional lower gasket b and the lower plate c are coupled to the lower portion of the base plate 110.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 전극 탭과 리베트가 직접 용접되기 때문에 무효 전류를 최소화하여 약용접 발생을 감소시키는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, since the electrode tab and the rivet are directly welded, there is an effect of minimizing the reactive current and reducing the occurrence of the weak welding.

또한, 본 발명에 따르면, 탑캡 조립체의 부품수를 감소하여 원가를 절감하는 효과가 있다.Further, according to the present invention, the number of parts of the top cap assembly can be reduced to reduce the cost.

이상과 같이 본 발명에 따른 2차 전지를 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.As described above, the secondary battery according to the present invention has been described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and drawings, It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made.

1: 전극 집합체
3: 캔부재
5: 전극 탭
100: 탑캡 조립체
110: 베이스 플레이트
111: 관통공
120: 리베트
130: 가스켓 부재
140: 절연 부재1: electrode assembly
3: can member
5: Electrode tab
100: Top cap assembly
110: base plate
111: Through hole
120: Rivet
130: gasket member
140: Insulation member

Claims

An electrode assembly (1) of a secondary battery; And
A can member (3) which houses the electrode assembly (1) therein and whose one end is closed by the top cap assembly (100); / RTI >
The top cap assembly (100)
A base plate 110 for closing one end of the can member 3; And
A rivet 120 penetrating through the base plate 110 and directly connected to the electrode assembly 1; And a secondary battery.

The method according to claim 1,
And a gasket member (130) provided between the outer surface of the base plate (110) and the rivet (120) to insulate the outer surface of the rivet (120).

The method according to claim 1,
And an insulation member (140) insulated from the inner surface of the base plate (110) and the rivet (120).

The method according to claim 1,
The electrode assembly (1) has an electrode tab (5) extended toward the top cap assembly (100)
Wherein the electrode tab (5) is directly coupled to an inner end of the rivet (120).

The method of claim 4,
Wherein the electrode tab (5) is directly welded to the rivet (120).