KR20230054256A - Electrode assembly, cylindrical battery cell, and battery pack and vehicle including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전극 조립체, 원통형 배터리 셀, 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode assembly, a cylindrical battery cell, and a battery pack and automobile including the same.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 자동차(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. Secondary batteries, which are highly applicable to each product group and have electrical characteristics such as high energy density, are used not only in portable devices but also in electric vehicles (EVs) or hybrid electric vehicles (HEVs) driven by an electrical driving source. It is universally applied.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 장점 또한 갖기 때문에 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.These secondary batteries have not only the primary advantage of significantly reducing the use of fossil fuels, but also the advantage of not generating any by-products due to the use of energy, so they are attracting attention as a new energy source for eco-friendliness and energy efficiency improvement.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수 및 전기적 연결 형태는 요구되는 출력 전압 및/또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.Currently, types of secondary batteries widely used include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, nickel zinc batteries, and the like. The operating voltage of such a unit secondary battery cell, that is, a unit battery cell is about 2.5V to 4.5V. Therefore, when an output voltage higher than this is required, a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in series. In addition, a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in parallel according to a charge/discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack and the type of electrical connection may be variously set according to a required output voltage and/or charge/discharge capacity.
한편, 단위 이차 전지 셀의 종류로서, 원통형, 각형 및 파우치형 배터리 셀이 알려져 있다. 원통형 배터리 셀의 경우, 양극과 음극 사이에 절연체인 분리막을 개재하고 이를 권취하여 젤리롤 형태의 전극 조립체를 형성하고, 이를 전지 캔 내부에 삽입하여 전지를 구성한다. 그리고 상기 양극 및 음극 각각의 무지부에는 스트립 형태의 전극 탭이 연결될 수 있으며, 전극 탭은 전극 조립체와 외부로 노출되는 전극 단자 사이를 전기적으로 연결시킨다. 참고로, 양극 전극 단자는 전지 캔의 개방구를 밀봉하는 밀봉체의 캡 플레이트이고, 음극 전극 단자는 전지 캔이다. 그런데, 이와 같은 구조를 갖는 종래의 원통형 배터리 셀에 의하면, 양극 무지부 및/또는 음극 무지부와 결합되는 스트립 형태의 전극 탭에 전류가 집중되기 때문에 저항이 크고 열이 많이 발생하며 집전 효율이 좋지 않다는 문제점이 있었다.Meanwhile, as types of unit secondary battery cells, cylindrical, prismatic, and pouch-type battery cells are known. In the case of a cylindrical battery cell, a separator, which is an insulator, is interposed between a positive electrode and a negative electrode, and the electrode assembly in the form of a jelly roll is formed by winding the separator, and the electrode assembly is inserted into the battery can to configure the battery. An electrode tab in the form of a strip may be connected to the non-coated portion of each of the positive and negative electrodes, and the electrode tab electrically connects the electrode assembly and an electrode terminal exposed to the outside. For reference, the positive electrode terminal is a cap plate of a sealing body sealing the opening of the battery can, and the negative electrode terminal is the battery can. However, according to the conventional cylindrical battery cell having such a structure, since current is concentrated on the strip-shaped electrode tab coupled to the positive electrode uncoated portion and/or the negative electrode uncoated portion, resistance is high, a lot of heat is generated, and the current collection efficiency is poor. There was a problem that it wasn't.
18650이나 21700의 폼 팩터를 가진 소형 원통형 배터리 셀은 저항과 발열이 큰 이슈가 되지 않는다. 하지만, 원통형 배터리 셀을 전기 자동차에 적용하기 위해 폼 팩터를 증가시킬 경우, 급속 충전 과정에서 전극 탭 주변에서 많은 열이 발생하면서 원통형 배터리 셀이 발화하는 문제가 발생할 수 있다.Resistance and heat generation are not a big issue for small cylindrical battery cells with 18650 or 21700 form factors. However, when the form factor of the cylindrical battery cell is increased to apply it to an electric vehicle, a problem in that a large amount of heat is generated around the electrode tab during rapid charging may cause the cylindrical battery cell to ignite.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 젤리롤 타입의 전극 조립체의 상단 및 하단에 각각 양극 무지부 및 음극 무지부가 위치하도록 설계하고, 이러한 무지부에 집전 플레이트를 용접시켜 집전 효율이 개선된 구조를 갖는 원통형 배터리 셀(소위 탭-리스(Tab-less) 원통형 배터리 셀)이 제시되었다.In order to solve this problem, a cylindrical battery having a structure in which the positive and negative uncoated regions are located at the top and bottom of the jelly roll type electrode assembly, and a current collecting plate is welded to the uncoated region to improve the current collection efficiency. A cell (a so-called tab-less cylindrical battery cell) is presented.
도 1 내지 도 3은 탭-리스 원통형 배터리 셀의 제조 과정을 보여주는 도면이다. 도 1은 전극판의 구조를 나타내고, 도 2는 전극판의 권취 공정을 나타내고, 도 3은 무지부의 절곡면에 집전 플레이트가 용접되는 공정을 나타낸다.1 to 3 are views showing a manufacturing process of a tab-less cylindrical battery cell. 1 shows the structure of an electrode plate, FIG. 2 shows a winding process of the electrode plate, and FIG. 3 shows a process of welding a current collector plate to a bent surface of a non-coated portion.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 양극판(10)과 음극판(11)은 쉬트 모양의 집전체(20)에 활물질(21)이 코팅된 구조를 가지며, 권취 방향(X)을 따라 한쪽 장변 측에 무지부(22)를 포함한다. 1 to 3 , the
전극 조립체(A)는 양극판(10)과 음극판(11)을 도 2에 도시된 것처럼 2장의 분리막(12)과 함께 순차적으로 적층시킨 후 일방향(X)으로 권취시켜 제작한다. 이 때, 양극판(10)과 음극판(11)의 무지부는 서로 반대 방향으로 배치된다.The electrode assembly (A) is manufactured by sequentially stacking a
권취 공정 이후, 양극판(10)의 무지부(10a)과 음극판(11)의 무지부(11a)는 코어측으로 절곡된다. 그 이후에는, 무지부(10a,11a)에 집전 플레이트(30, 31)를 각각 용접시켜 결합시킨다.After the winding process, the
양극 무지부(10a)와 음극 무지부(11a)에는 별도의 전극 탭이 결합되어 있지 않으며, 집전 플레이트(30, 31)가 외부의 전극 단자와 연결되며, 전류 패스가 전극 조립체(A)의 권취 축 방향(화살표 참조)을 따라 큰 단면적으로 형성되므로 배터리 셀의 저항을 낮출 수 있는 장점이 있다. 저항은 전류가 흐르는 통로의 단면적에 반비례하기 때문이다.Separate electrode tabs are not coupled to the positive
탭-리스 원통형 배터리 셀에서, 무지부(10a,11a)와 집전 플레이트(30,31)의 용접 특성을 향상시키기 위해서는 무지부(10a,11a)의 용접 지점에 강한 압력을 가하여 최대한 평평하게 무지부(10a, 11a)를 절곡시켜야 한다.In the tab-less cylindrical battery cell, in order to improve the welding characteristics of the
그런데, 무지부(10a,11a)의 용접 지점을 절곡시킬 때 무지부(10a,11a)의 모양이 불규칙하게 일그러지면서 변형될 수 있다. 이 경우, 변형된 부위가 반대 극성의 전극판과 접촉하여 내부 단락을 일으키거나 무지부(10a,11a)에 미세한 크랙을 유발할 수 있다. 또한 전극 조립체(A)의 코어에 인접한 무지부(32)가 절곡되면서 전극 조립체(A)의 코어에 있는 공동(33)을 전부 또는 상당 부분을 폐색한다. 이 경우, 전해액 주액 공정에서 문제를 일으킨다. 즉, 전극 조립체(A)의 코어에 있는 공동(33)은 전해액이 주입되는 통로로 사용된다. 그런데, 해당 통로가 폐색되면 전해액 주입이 어렵다. 또한, 전해액 주입기가 공동(33)에 삽입되는 과정에서 코어 근처의 무지부(32)와 간섭을 일으켜 무지부(32)가 찢어지는 문제가 발생할 수 있다.However, when the welding points of the
또한, 집전 플레이트(30, 31)가 용접되는 무지부(10a, 11a)의 절곡 부위는 여러 겹으로 중첩되어 있어야 하고 빈 공간(빈틈)이 존재하면 안 된다. 그래야만, 충분한 용접 강도를 얻을 수 있고 레이저 용접 등의 최신 기술을 사용하더라도 레이저가 전극 조립체(A) 내부로 침투하여 분리막이나 활물질을 융발시키는 문제를 방지할 수 있다.In addition, the bent portions of the
한편, 종래의 탭-리스 원통형 배터리 셀은 전극 조립체(A)의 상부에 전체적으로 양극 무지부(10a)가 형성되어 있다. 따라서, 전지 캔 상단의 외주면을 내부로 압입하여 비딩부를 형성할 때, 전극 조립체(A)의 상단 가장자리 영역(34)이 전지 캔에 의한 압박을 받게 된다. 이러한 압박은, 전극 조화립체(A)의 부분적인 변형을 발생시킬 수 있으며, 이 때 분리막(12)이 찢어지면서 내부 단락이 발생할 수 있다. 전지 내부에서 단락이 발생하면, 전지의 발열이나 폭발이 초래될 수 있다.On the other hand, in the conventional tab-less cylindrical battery cell, the positive electrode uncoated
종래의 분리막은 다공성 고분자 기재의 열수축 특성을 개선하기 위하여 무기물 입자를 포함하는 코팅층을 도입하였으나, 이때 다공성 고분자 기재의 일측에만 코팅층을 도입하는 단면 무기물 코팅 분리막이었다. 이러한 무기물 코팅 분리막은 젤리롤(J/R)내 전극 대면 시 한쪽이 원단, 다른 한쪽이 무기물(ceramic) 코팅층 이므로 전해액에 대한 함침 특성이 비대칭인 현상이 발생하였다. 이러한 전해액 함침 비대칭으로 양, 음극 설계시 분리막에 맞춰야 하는 관리상의 문제가 있었고, 젤리롤에 전해액을 함침 시 가압/진공 조건을 상향하여야 하므로 비용 상승의 문제가 있었으며, 적절한 함침 공정의 적용 없을시 성능이 저하하는 문제도 발생하였다. In the conventional separator, a coating layer containing inorganic particles was introduced to improve the heat shrinkage characteristics of the porous polymer substrate, but at this time, the coating layer was introduced only on one side of the porous polymer substrate. When the electrodes in the jelly roll (J/R) face each other, the inorganic coating separator has an asymmetric impregnation characteristic for the electrolyte because one side is the fabric and the other side is the inorganic (ceramic) coating layer. Due to the asymmetric impregnation of the electrolyte, there was a management problem in designing the positive and negative electrodes to fit the separator, and when impregnating the electrolyte into the jelly roll, there was a problem of cost increase because the pressurization / vacuum conditions had to be increased. The problem of this degradation also occurred.
또한, 종래의 단면 무기물 코팅 분리막은 분리막 한쪽 원단 노출되어 내열특성 한계 있음에 따라, 130℃ 이상의 고온에서 수축 폭이 커서 큰 문제가 있었다. 그 결과, 열 충격(130℃이상) 시 분리막 수축에 의한 내부 전극 단락이 유발되고, 이상반응(과충전,외부단락)으로 셀 내부 온도 상승 시 발화 위험이 증가하였다.In addition, the conventional single-sided inorganic coating separator has a large problem in that the shrinkage width is large at a high temperature of 130 ° C. or higher, as one side of the separator is exposed and has a limit in heat resistance. As a result, internal electrode short circuit caused by shrinkage of the separator during thermal shock (130 ℃ or higher), and the risk of ignition increased when the temperature inside the cell increased due to abnormal reactions (overcharging, external short circuit).
또한, 미 노칭의 젤리롤의 경우 조립 후 집전체인 호일 접힘 등으로 내, 외부 폐쇄적인 구조 형성하여 주액 시 전해액이 젤리롤속 전극으로의 이동에 간섭 발생하며, 균일하지 않은 전해액 함침 특성을 보였다. 이는 전해액 함침 시 균일하지 않은 전해액 함침 경로(path) 발생에 기인한 것으로 파악되었다. 그에 따라, 함침 균일성 감소로 전지 간 편차가 증가하여 불안정한 고체전해질계면(SEI)층이 형성되고, 저항 산포가 증가하는 문제가 있었다.In addition, in the case of non-notched jelly rolls, after assembly, an internal and external closed structure is formed by folding the foil, which is a current collector, so that the electrolyte solution interferes with the movement of the electrodes in the jelly roll during injection, and the electrolyte solution impregnation characteristics are not uniform. This was found to be due to the occurrence of a non-uniform electrolyte impregnation path during electrolyte impregnation. Accordingly, there is a problem in that an unstable solid electrolyte interface (SEI) layer is formed due to an increase in variation between cells due to a decrease in impregnation uniformity, and an increase in resistance distribution.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 배경하에서 창안된 것으로서, 전해액 함침 특성이 개선된 전극 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been conceived under the background of the prior art as described above, and an object of the present invention is to provide an electrode assembly with improved electrolyte impregnation characteristics.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는 전극 조립체의 양단에 노출된 무지부를 절곡시킬 때 무지부에 가해지는 응력 스트레스를 완화할 수 있도록 개선된 무지부 구조를 가진 전극 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an electrode assembly having an improved uncoated portion structure to relieve stress applied to the uncoated portion when bending the uncoated portion exposed at both ends of the electrode assembly.
본 발명의 다른 기술적 과제는 무지부가 절곡되더라도 전해액 주입 통로가 폐색되지 않은 전극 조립체를 제공하는데 있다.Another technical problem of the present invention is to provide an electrode assembly in which an electrolyte injection passage is not blocked even when the uncoated portion is bent.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 전지 캔의 상단이 비딩될 때 전극 조립체의 상단 가장자리와 전지 캔의 내면이 접촉되는 것을 방지할 수 있는 구조를 포함하는 전극 조립체를 제공하는데 있다.Another technical problem of the present invention is to provide an electrode assembly including a structure capable of preventing contact between the upper edge of the electrode assembly and the inner surface of the battery can when the upper end of the battery can is beaded.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 에너지 밀도가 향상되고 저항이 감소된 전극 조립체를 제공하는데 있다.Another technical problem of the present invention is to provide an electrode assembly with improved energy density and reduced resistance.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 개선된 구조의 전극 조립체를 포함하는 원통형 배터리 셀과 이를 포함하는 배터리 팩, 그리고 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하는데 있다.Another technical problem of the present invention is to provide a cylindrical battery cell including an electrode assembly having an improved structure, a battery pack including the same, and a vehicle including the battery pack.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above problem, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the invention described below.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 전극 조립체의 권취 방향을 따라 무지부를 분절하여 분절편을 구성하고, 분절편을 구성하기 위해 형성된 이웃하는 두 분절편 사이의 분할 부위의 형상과 치수를 제공한다. 상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 상기 분절편의 분할 부위와 분리막의 단부의 위치를 규정한다.In order to solve the above problems, the present invention divides the uncoated portion along the winding direction of the electrode assembly to form a segment piece, and provides the shape and size of the divided portion between two adjacent segment pieces formed to form the segment piece. . In order to solve the above problems, the present invention defines the location of the segmented segment and the end of the separation membrane.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,In order to achieve the above technical problem, according to one aspect of the present invention,
시트(sheet) 형상을 가진 제1 전극판 및 제2 전극판과 이들 사이에 개재된 분리막이 일 방향으로 권취되어 복수의 권회턴을 갖는 구조의 젤리롤 타입의 전극 조립체에 있어서, In a jelly roll type electrode assembly having a structure in which a first electrode plate and a second electrode plate having a sheet shape and a separator interposed therebetween are wound in one direction to have a plurality of winding turns,
상기 제1 및 제2 전극판은 각각 독립적으로 전도성 박막인 집전체 및 상기 집전체의 일측 또는 양측 표면상에 배치된 전극 활물질층을 포함하고,The first and second electrode plates each independently include a current collector that is a conductive thin film and an electrode active material layer disposed on one or both surfaces of the current collector,
상기 전극 활물질층은 각 전극판의 권취 방향을 따라서 소정 폭을 갖도록 배치되고, 상기 제1전극판 및 상기 제2전극판 중 적어도 하나에 포함된 집전체는 상기 전극 활물질층의 적어도 일측의 장변 단부를 따라서 전극 활물질층이 코팅되지 않고 집전체의 표면이 외부로 노출되어 있는 무지부를 포함하고, The electrode active material layer is disposed to have a predetermined width along the winding direction of each electrode plate, and a current collector included in at least one of the first electrode plate and the second electrode plate is a long side end of at least one side of the electrode active material layer. Including a non-coated portion in which the electrode active material layer is not coated along and the surface of the current collector is exposed to the outside,
상기 무지부의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용되고, At least a part of the uncoated portion is used as an electrode tab by itself,
상기 무지부의 적어도 일부 구간은 절개홈에 의해서 복수의 분절편으로 분할되어 있고,At least a portion of the uncoated region is divided into a plurality of segments by incision grooves,
상기 분절편들의 전부 또는 적어도 일부는 전극 조립체의 반경 방향 또는 반경과 반대 방향으로 절곡되고, All or at least some of the segmental pieces are bent in a radial direction or in a direction opposite to the radial direction of the electrode assembly,
상기 분절편들의 절곡은 노칭골(절개홈의 바닥)으로부터 소정 높이 상방 이격된 위치인 절곡부에서 이루어진 것이며,The segmental fragments are bent at a bent portion spaced upward by a predetermined height from the notched bone (bottom of the incision groove),
상기 무지부 중에서 권취 축 방향에 대해 가장 낮은 높이를 상기 무지부의 양단부으로 연결한 선을 기준선이라고 하고,A line connecting the lowest height in the direction of the winding axis among the uncoated portions to both ends of the uncoated portion is referred to as a reference line,
상기 노칭골은 기준선과 같거나 높으며,The notched goal is equal to or higher than the reference line,
상기 분리막의 폭 방향 말단이 상기 절곡부와 기준선 사이에 위치하거나, 기준선 하방에 위치하며The end of the separator in the width direction is located between the bent portion and the reference line or is located below the reference line,
상기 분리막은 다공성 고분자 기재; 및 상기 다공성 고분자 기재의 양면 상에 위치하고, 무기물 입자 및 바인더 고분자를 포함하는 다공성 코팅층;을 가지는 것을 특징으로 하는 전극 조립체가 제공된다.The separator may include a porous polymer substrate; and a porous coating layer located on both sides of the porous polymer substrate and containing inorganic particles and a binder polymer.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 시트 형상은 종횡비가 1을 초과하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the sheet shape may have an aspect ratio exceeding 1.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 절곡된 분절편 중 이웃하는 권회턴들의 분절편들이 반경 방향 또는 반대 방향으로 연속적으로 중첩되어 전극 조립체의 권취축 방향 상단 또는 하단에 표면 영역이 형성되며,In one embodiment of the present invention, the segment segments of neighboring winding turns among the bent segment segments are continuously overlapped in a radial direction or the opposite direction to form a surface area at the upper or lower end in the direction of the winding axis of the electrode assembly,
상기 표면 영역 중 최고점과 상기 기준선 사이의 최단 거리를 표면 영역의 높이라고 할 때, 상기 분리막의 폭 방향 말단이 상기 기준선을 기준으로 상기 표면 영역의 높이의 90% 이내로 상기 전극조립체의 외측 방향으로 위치하거나 상기 전극조립체의 내측 방향으로 위치할 수 있다.When the shortest distance between the highest point of the surface area and the reference line is the height of the surface area, the end of the separator in the width direction is positioned toward the outside of the electrode assembly within 90% of the height of the surface area based on the reference line. Or it may be located in the inner direction of the electrode assembly.
바람직하게, 상기 무지부의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용될 수 있다. 또한, 상기 무지부는, 상기 전극 조립체의 코어에 인접한 코어측 무지부, 상기 전극 조립체의 외주 표면에 인접한 외주측 무지부, 상기 코어측 무지부 및 상기 외주측 무지부 사이에 개재된 중간 무지부를 포함한다. Preferably, at least a part of the uncoated portion may be used as an electrode tab by itself. In addition, the uncoated portion includes a core-side uncoated portion adjacent to the core of the electrode assembly, an outer circumferential uncoated portion adjacent to the outer circumferential surface of the electrode assembly, and a middle uncoated portion interposed between the core-side uncoated portion and the outer circumferential uncoated portion. do.
바람직하게, 상기 코어측 무지부와 상기 외주측 무지부 중 적어도 하나는 상기 중간 무지부보다 권취 축 방향의 높이가 상대적으로 작을 수 있다.Preferably, at least one of the core-side uncoated portion and the outer circumferential uncoated portion may have a relatively smaller height than the middle uncoated portion in a winding axis direction.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 무지부는, 상기 전극 조립체의 코어에 인접한 코어측 무지부, 상기 전극 조립체의 외주 표면에 인접한 외주측 무지부, 상기 코어측 무지부 및 상기 외주측 무지부 사이에 개재된 중간 무지부를 포함하고, 상기 코어측 무지부와 상기 외주측 무지부 중 적어도 하나는 상기 중간 무지부보다 권취 축 방향의 높이가 상대적으로 작을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the uncoated portion includes a core-side uncoated portion adjacent to the core of the electrode assembly, an outer circumferential uncoated portion adjacent to an outer circumferential surface of the electrode assembly, and between the core-side uncoated portion and the outer circumferential uncoated portion. and a middle uncoated portion interposed therebetween, and at least one of the core-side uncoated portion and the outer circumferential uncoated portion may have a relatively smaller height than the intermediate uncoated portion in a winding axis direction.
바람직하게는, 상기 코어측 무지부는 상기 중간 무지부에 비해서 권취 축 방향의 높이가 상대적으로 작을 수 있다.Preferably, the core-side uncoated portion may have a relatively smaller height in the winding axis direction than the middle uncoated portion.
바람직하게는, 상기 코어측 무지부의 높이는 무지부 양단으로 연결한 선을 기준선으로 하는 것이다.Preferably, the height of the core-side uncoated portion is based on a line connecting both ends of the uncoated portion.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 코어측 무지부는 전극 조립체의 가장 내측의 권회턴에 해당되는 전극판 부분의 무지부를 포함하며, 상기 외주측 무지부는 전극 조립체의 최외측 권회턴에 해당하는 전극판 부분의 무지부를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the core-side uncoated portion includes an uncoated portion of an electrode plate corresponding to the innermost winding turn of the electrode assembly, and the outer circumferential uncoated portion corresponds to the outermost winding turn of the electrode assembly. It may include an uncoated portion of the plate portion.
바람직하게는, 상기 중간 무지부의 전부 또는 적어도 일부 구간은 복수의 분절편으로 분할되어 있는 것이다.Preferably, all or at least a portion of the middle uncoated region is divided into a plurality of segments.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 절곡선과 상기 분리막의 폭 방향 말단과의 이격 간격이 0.1mm 이상인 것이다.In one embodiment of the present invention, the separation distance between the bend line and the end of the separator in the width direction is 0.1 mm or more.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 절곡된 분절편 중 가장 작은 높이를 갖는 분절편인 최소 절곡 분절편에 대해서, 상기 분리막의 폭 방향의 말단이 상기 기준선을 기준으로 상기 최소 절곡 분절편의 높이의 30% 이내로 상기 전극 조립체의 외측 방향으로 위치하거나, 또는 상기 분리막의 폭 방향의 말단이 상기 기준선을 기준으로 상기 최소 절곡 분절편의 높이의 30% 이내로 상기 전극조립체의 내측 방향으로 위치하는 것이다.In one embodiment of the present invention, with respect to the minimum bend segment having the smallest height among the bent segments, the end of the separator in the width direction is the height of the minimum bend segment with respect to the reference line. It is located in the outer direction of the electrode assembly within 30%, or the end of the width direction of the separator is located in the inner direction of the electrode assembly within 30% of the height of the minimum bending segment based on the reference line.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 최소 절곡 분절편은 2mm 이상인 것이다.In one embodiment of the present invention, the minimum bending segment is 2 mm or more.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 최소 절곡 분절편에 있어서, 상기 절곡선을 기준으로 기준선에서 절곡선까지의 높이 A는 절곡선에서 분절편 높이 B까지의 길이와 같거나 긴 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the minimum bend segment, the height A from the reference line to the bend line based on the bend line may be equal to or longer than the length from the bend line to the segment height B.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 최소 절곡 분절편에 있어서, 상기 절곡선을 기준으로 기준선에서 절곡선까지의 높이 A는 절곡선에서 분절편 높이 B까지의 길이와 같거나 짧은 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, in the minimum bend segment, the height A from the reference line to the bend line based on the bend line may be equal to or shorter than the length from the bend line to the segment height B.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 전극 조립체는 상기 최소 절곡 분절편보다 높이가 작은 분절편(분절편 A)을 더 포함하거나, 또는 상기 최소 절곡 분절편보다 높이가 작은 분절편을 포함하지 않고 상기 최소 절곡 분절편이 최소 분절편인 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electrode assembly further includes a segment (segment A) having a height smaller than the minimum bending segment, or does not include a segment having a height smaller than the minimum bending segment. The minimum bending segment segment may be a minimum segment segment.
바람직하게는, 상기 분절편 A는 절곡되어 있지 않은 것이다.Preferably, the segment A is not bent.
바람직하게는 상기 분절편 A는 복수의 분절편 중 다른 분절편에 비해서 코어부에 가깝게 배치되어 있는 것이다.Preferably, the segment A is disposed closer to the core than other segment segments among the plurality of segment segments.
일 측면에서, 상기 중간 무지부의 적어도 일부 구간은 코어측으로부터 외주측으로 갈수록 권취 축 방향의 높이가 단계적으로 증가할 수 있다.In one aspect, the height of at least a portion of the middle uncoated portion in the direction of the winding axis may gradually increase from the core side to the outer circumferential side.
다른 측면에서, 상기 중간 무지부의 적어도 일부 구간은 복수의 분절편으로 분할되어 있을 수 있다. In another aspect, at least a portion of the middle uncoated region may be divided into a plurality of segments.
또 다른 측면에서, 상기 복수의 분절편 각각은 사각형, 사다리꼴, 삼각형, 평형사변형, 반원형 또는 반타원형의 구조를 가질 수 있다.In another aspect, each of the plurality of segments may have a quadrangular, trapezoidal, triangular, parallelogram, semicircular or semielliptical structure.
일 구현예에서, 상기 복수의 분절편 각각은 사다리꼴이고, 상기 복수의 분절편은 개별적으로 또는 그룹별로 코어측으로부터 외주측으로 갈수록 사다리꼴의 하부 내각이 증가할 수 있다.In one embodiment, each of the plurality of segment segments is a trapezoid, and the lower interior angles of the plurality of segment segments may increase individually or in groups from the core side to the outer circumference side.
바람직하게, 상기 복수의 분절편의 권취 축 방향의 높이 및 권취 방향의 폭 중 적어도 하나는 개별적으로 또는 그룹별로 코어측으로부터 외주측으로 갈수록 단계적으로 증가할 수 있다.Preferably, at least one of a height in a winding axis direction and a width in a winding direction of the plurality of segments may increase step by step from the core side to the outer circumference side individually or in groups.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 복수의 분절편은 권취 방향에서 0.05mm 내지 1mm의 이격 피치 조건을 충족하고, 상기 이격 피치는 이웃하는 두 분절편의 코너 간의 거리에 의해서 규정되며, 이웃하는 상기 분절편의 코너 부위에는 라운드 보강부가 부가된 것이다.In one embodiment of the present invention, the plurality of segment segments satisfy a spacing pitch condition of 0.05 mm to 1 mm in the winding direction, the spacing pitch is defined by a distance between the corners of two adjacent segment segments, and the neighboring segments A round reinforcement part is added to the corner of the segment fragment.
바람직하게는 상기 라운드 보강부 사이는 곧게 연결될 수 있다.Preferably, the round reinforcing parts may be connected straight.
바람직하게는 상기 라운드 보강부의 반경은 0.02mm 이상 0.1mm 이하일 수 있다.Preferably, the radius of the round reinforcing part may be greater than or equal to 0.02 mm and less than or equal to 0.1 mm.
바람직하게, 상기 복수의 분절편 각각은, 권취 방향에서 1 내지 6mm의 폭 조건; 권취 축 방향에서 2 내지 10mm의 높이 조건; 및 권취 방향에서 0.05 내지 1mm의 이격 피치 조건 중에서 적어도 하나 이상의 조건을 충족할 수 있다.Preferably, each of the plurality of segments has a width condition of 1 to 6 mm in a winding direction; height conditions of 2 to 10 mm in the direction of the winding axis; And it may satisfy at least one or more conditions among the spaced pitch conditions of 0.05 to 1 mm in the winding direction.
바람직하게, 상기 분절편의 절단 라인 하단과 상기 활물질층 사이에 갭이 존재하되, 갭은 0.2 내지 4mm일 수 있다.Preferably, a gap exists between the lower end of the cutting line of the segment and the active material layer, but the gap may be 0.2 to 4 mm.
바람직하게, 상기 복수의 분절편은 코어측으로부터 외주측으로 가면서 복수의 분절편 그룹을 형성하며, 동일한 분절편 그룹에 속한 분절편들은 권취 방향의 폭, 권취 축 방향의 높이 및 권취 방향의 이격 피치 중 적어도 하나 이상이 서로 동일할 수 있다. Preferably, the plurality of segments form a plurality of segment segment groups going from the core side to the outer circumference, and the segment segments belonging to the same segment segment group have a width in the winding direction, a height in the winding axial direction, and a spacing pitch in the winding direction. At least one or more may be identical to each other.
바람직하게, 상기 전극 조립체의 반경 방향에서 연속해서 인접하는 3개의 분절편 그룹 각각에 대한 권취 방향의 폭을 각각 W1, W2 및 W3이라고 했을 때 W2/W1 보다 W3/W2가 작은 분절편 그룹의 조합을 포함할 수 있다.Preferably, when the widths in the winding direction for each of the three consecutively adjacent segment segment groups in the radial direction of the electrode assembly are W1, W2, and W3, respectively, W3 / W2 is smaller than W2 / W1 Combination of segment segment groups can include
바람직하게, 동일한 분절편 그룹에 속한 분절편들은 코어측으로부터 외주측으로 가면서 권취 방향의 폭, 권취 축 방향의 높이 및 권취 방향의 이격 피치 중 적어도 하나가 단계적으로 증가할 수 있다.Preferably, at least one of a width in a winding direction, a height in a winding axial direction, and a spacing pitch in a winding direction may gradually increase in segment segments belonging to the same segment group from the core side to the outer circumferential side.
일 구현예에서, 복수의 분절편 그룹 중에서 적어도 일부는 전극 조립체의 동일한 권회턴에 배치될 수 있다.In one embodiment, at least some of the plurality of segments groups may be disposed on the same winding turn of the electrode assembly.
다른 구현예에서, 상기 코어측 무지부 또는 상기 외주측 무지부는 무지부의 분절구조가 없을 수 있다.In another embodiment, the core-side uncoated portion or the outer circumferential uncoated portion may not have a segmental structure of the uncoated portion.
바람직하게, 상기 복수의 분절편은 코어측으로 절곡되면서 여러 겹으로 중첩될 수 있다.Preferably, the plurality of segments may be overlapped in several layers while being bent toward the core.
바람직하게, 상기 전극 조립체의 코어에 공동이 구비되고, 상기 공동은 상기 코어측으로 절곡된 복수의 분절편에 의해 폐색되지 않을 수 있다.Preferably, a cavity is provided in the core of the electrode assembly, and the cavity may not be blocked by a plurality of segments bent toward the core.
이를 위해, 상기 코어측 무지부의 반경 방향 길이(R)와 상기 중간 무지부의 최내측 분절편의 절곡 길이(H)는 관계식 H≤R을 만족할 수 있다.To this end, the radial length (R) of the core-side uncoated portion and the bending length (H) of the innermost segment of the middle uncoated portion may satisfy a relational expression H≤R.
일 구현예에서, 상기 외주측 무지부는 코어측으로부터 외주측으로 가면서 높이가 단계적 또는 점진적으로 감소할 수 있다.In one embodiment, the outer circumferential uncoated portion may gradually or gradually decrease in height while going from the core side to the outer circumference side.
일 구현예에서, 상기 외주측 무지부는 복수의 분절편으로 분할되어 있고, 상기 외주측 무지부에 포함된 복수의 분절편은 상기 중간 무지부에 포함된 복수의 분절편보다 권취 방향의 폭, 권취 축 방향의 높이 및 권취 방향의 이격 피치 중 적어도 하나 이상이 더 클 수 있다.In one embodiment, the outer circumferential uncoated portion is divided into a plurality of segment pieces, and the plurality of segment pieces included in the outer circumferential uncoated portion have a width in the winding direction and a winding direction greater than the plurality of segment pieces included in the middle uncoated portion. At least one of the height in the axial direction and the separation pitch in the winding direction may be greater.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,In order to achieve the above technical problem, according to one aspect of the present invention,
종횡비가 1을 초과하는 쉬트(sheet) 형상을 가진 제1 전극판 및 제2 전극판과 이들 사이에 개재된 분리막이 일 방향으로 권취되어 복수의 권회턴을 갖는 구조의 젤리롤 타입의 전극 조립체에 있어서, In a jelly roll type electrode assembly having a structure in which a first electrode plate and a second electrode plate having a sheet shape with an aspect ratio exceeding 1 and a separator interposed therebetween are wound in one direction and have a plurality of winding turns in
상기 제1 및 제2 전극판은 각각 독립적으로 전도성 박막인 집전체 및 상기 집전체의 일측 또는 양측 표면상에 배치된 전극 활물질층을 포함하고,The first and second electrode plates each independently include a current collector that is a conductive thin film and an electrode active material layer disposed on one or both surfaces of the current collector,
상기 전극 활물질층은 각 전극판의 권취 방향을 따라서 소정 폭을 갖도록 배치되고, 상기 제1전극판 및 상기 제2전극판 중 적어도 하나에 포함된 집전체는 상기 전극 활물질층의 적어도 일측의 장변 단부를 따라서 전극 활물질층이 코팅되지 않고 집전체의 표면이 외부로 노출되어 있는 무지부를 포함하고, The electrode active material layer is disposed to have a predetermined width along the winding direction of each electrode plate, and a current collector included in at least one of the first electrode plate and the second electrode plate is a long side end of at least one side of the electrode active material layer. Including a non-coated portion in which the electrode active material layer is not coated along and the surface of the current collector is exposed to the outside,
상기 무지부의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용되고, At least a part of the uncoated portion is used as an electrode tab by itself,
상기 무지부의 적어도 일부 구간은 절개홈에 의해서 복수의 분절편으로 분할되어 있고,At least a portion of the uncoated region is divided into a plurality of segments by incision grooves,
상기 분절편들의 전부 또는 적어도 일부는 전극 조립체의 반경 방향 또는 반경과 반대 방향으로 절곡되고, All or at least some of the segmental pieces are bent in a radial direction or in a direction opposite to the radial direction of the electrode assembly,
상기 분절편들의 절곡은 노칭골(절개홈의 바닥)으로부터 소정 높이 상방 이격된 위치인 절곡부에서 이루어진 것이며,The segmental fragments are bent at a bent portion spaced upward by a predetermined height from the notched bone (bottom of the incision groove),
상기 무지부 중에서 권취 축 방향에 대해 가장 낮은 높이를 상기 무지부의 양단부으로 연결한 선을 기준선이라고 하고,A line connecting the lowest height in the direction of the winding axis among the uncoated portions to both ends of the uncoated portion is referred to as a reference line,
상기 노칭골은 기준선과 같거나 높으며,The notched goal is equal to or higher than the reference line,
상기 분리막의 폭 방향 말단이 상기 절곡부와 기준선 사이에 위치하거나, 기준선 하방에 위치하며The end of the separator in the width direction is located between the bent portion and the reference line or is located below the reference line,
상기 분리막은 다공성 고분자 기재; 및 상기 다공성 고분자 기재의 양면 상에 위치하고, 무기물 입자 및 바인더 고분자를 포함하는 다공성 코팅층;을 가지는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리 셀이 제공된다. The separator may include a porous polymer substrate; and a porous coating layer located on both sides of the porous polymer substrate and containing inorganic particles and a binder polymer.
본 발명의 일 측면에 따른 원통형 배터리 셀은, 쉬트 형상을 가진 제1전극판 및 제2전극판과 이들 사이에 개재된 분리막이 일 방향으로 권취된 구조를 가진 젤리롤 타입의 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되며, 상기 제1전극판 및 상기 제2전극판 중 하나와 전기적으로 연결되어 제1극성을 띠는 전지 캔; 상기 전지 캔의 개방단을 밀봉하는 밀봉체; 및 상기 제1전극판 및 상기 제2전극판 중 다른 하나와 전기적으로 연결되고, 표면이 외부로 노출된 제2극성을 띠는 단자를 포함할 수 있다.A cylindrical battery cell according to one aspect of the present invention includes a jelly roll type electrode assembly having a structure in which a first electrode plate and a second electrode plate having a sheet shape and a separator interposed therebetween are wound in one direction; a battery can in which the electrode assembly is accommodated and electrically connected to one of the first electrode plate and the second electrode plate to have a first polarity; a sealing body sealing the open end of the battery can; and a terminal having a second polarity electrically connected to the other one of the first electrode plate and the second electrode plate and having a surface exposed to the outside.
바람직하게, 상기 제1전극판 및 상기 제2전극판 중 적어도 하나는 장변 단부에 활물질층이 코팅되지 않은 무지부를 포함할 수 있다. Preferably, at least one of the first electrode plate and the second electrode plate may include a non-coated portion not coated with an active material layer at a long side end.
바람직하게, 상기 무지부의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용되고, 상기 무지부는, 상기 전극 조립체의 코어에 인접한 코어측 무지부, 상기 전극 조립체의 외주 표면에 인접한 외주측 무지부, 상기 코어측 무지부 및 상기 외주측 무지부 사이에 개재된 중간 무지부를 포함하고, 상기 코어측 무지부와 상기 외주측 무지부 중 적어도 하나는 상기 중간 무지부보다 권취 축 방향의 높이가 상대적으로 작을 수 있다.Preferably, at least a portion of the uncoated portion is used as an electrode tab by itself, and the uncoated portion includes a core-side uncoated portion adjacent to the core of the electrode assembly, an outer circumferential uncoated portion adjacent to an outer circumferential surface of the electrode assembly, and the core-side uncoated portion. and an intermediate uncoated portion interposed between the outer circumferential uncoated portion, and at least one of the core-side uncoated portion and the outer circumferential uncoated portion may have a relatively smaller height than the intermediate uncoated portion in a winding axis direction.
일 구현예에서, 상기 외주측 무지부는 상기 중간 무지부보다 권취 축 방향의 높이가 상대적으로 작고, 상기 전지 캔은 개방단에 인접한 단부에 내측을 향해 압입된 비딩부를 구비하고, 상기 전극 조립체의 상부 가장자리와 대향하는 상기 비딩부의 내주면과 상기 외주측 무지부는 소정 간격 이격되어 있을 수 있다.In one embodiment, the outer circumferential non-coated portion has a relatively smaller height in the direction of the winding axis than the intermediate non-coated portion, the battery can includes a beading portion press-fitted toward the inside at an end adjacent to an open end, and an upper portion of the electrode assembly. An inner circumferential surface of the beading portion facing the edge and the outer circumferential uncoated portion may be spaced apart by a predetermined distance.
바람직하게, 상기 비딩부의 압입 깊이(D1)와 상기 전지 캔의 내주면으로부터 상기 외주측 무지부와 상기 중간 무지부의 경계 지점까지의 거리(D2)는 관계식 D1≤D2을 만족할 수 있다.Preferably, the press-in depth (D1) of the beading part and the distance (D2) from the inner circumferential surface of the battery can to the boundary between the outer circumferential uncoated portion and the middle uncoated portion may satisfy the relational expression D1≤D2.
일 구현예에서, 본 발명에 따른 원통형 배터리 셀은, 상기 중간 무지부와 전기적으로 결합된 집전 플레이트; 및 상기 집전 플레이트를 커버하며, 가장자리가 상기 비딩부의 내주면과 상기 집전 플레이트 사이에 개재되어 고정된 인슐레이터를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the cylindrical battery cell according to the present invention includes a current collecting plate electrically coupled to the middle uncoated portion; and an insulator covering the current collecting plate and having an edge interposed and fixed between an inner circumferential surface of the beading part and the current collecting plate.
다른 구현예에서, 상기 집전 플레이트 및 상기 중간 무지부의 최외측 지름은 상기 비딩부 내주면의 최소 내경보다 작고, 상기 집전 플레이트의 지름은 상기 중간 무지부의 최외측 지름보다 같거나 더 클 수 있다. In another embodiment, outermost diameters of the current collecting plate and the intermediate uncoated portion may be smaller than a minimum inner diameter of an inner circumferential surface of the beading portion, and the diameter of the current collecting plate may be greater than or equal to an outermost diameter of the intermediate uncoated portion.
또 다른 구현예에서, 상기 집전 플레이트는, 상기 비딩부보다 더 높게 위치할 수 있다.In another embodiment, the current collecting plate may be positioned higher than the beading portion.
바람직하게, 상기 중간 무지부의 적어도 일부 구간은 외주측으로부터 코어측으로 절곡되어 있고, 상기 전극 조립체의 코어에는 공동이 구비되고, 상기 공동은 상기 중간 무지부의 절곡 구조에 의해 폐색되지 않을 수 있다.Preferably, at least a portion of the middle uncoated portion is bent from an outer circumferential side to a core side, a cavity is provided in the core of the electrode assembly, and the cavity may not be blocked by the bending structure of the middle uncoated portion.
이를 위해, 상기 중간 무지부는 상기 전극 조립체의 권취 방향을 따라 분절된 복수의 분절편을 포함하고, 상기 복수의 분절편은 상기 외주측으로부터 상기 코어측으로 절곡되고, 상기 코어측 무지부의 반경 방향의 길이(R)와 상기 중간 무지부의 최내측에 위치한 분절편의 절곡 길이(H)는 관계식 H≤R을 만족할 수 있다.To this end, the middle uncoated portion includes a plurality of segment pieces segmented along the winding direction of the electrode assembly, the plurality of segment segments are bent from the outer circumferential side to the core side, and the length of the core-side uncoated portion in the radial direction (R) and the bending length (H) of the segment segment located at the innermost side of the middle uncoated region may satisfy the relational expression H≤R.
바람직하게, 상기 복수의 분절편 각각은 사각형, 사다리꼴, 삼각형, 평형사변형, 반원형 또는 반타원형의 구조를 가질 수 있다. Preferably, each of the plurality of segments may have a quadrangular, trapezoidal, triangular, parallelogram, semicircular or semielliptical structure.
바람직하게, 상기 복수의 분절편 각각은 권취 방향에서 1 내지 6mm의 폭 조건; 권취 축 방향에서 2 내지 10mm의 높이 조건; 및 권취 방향에서 0.05 내지 1mm의 이격 피치 조건 중 적어도 하나 이상의 조건을 충족할 수 있다.Preferably, each of the plurality of segments has a width condition of 1 to 6 mm in a winding direction; height conditions of 2 to 10 mm in the direction of the winding axis; And it may satisfy at least one or more conditions of the separation pitch condition of 0.05 to 1 mm in the winding direction.
바람직하게, 상기 분절편의 절단 라인 하단과 상기 활물질층 사이에 갭이 존재하되, 갭은 0.2 내지 4mm일 수 있다.Preferably, a gap exists between the lower end of the cutting line of the segment and the active material layer, but the gap may be 0.2 to 4 mm.
바람직하게, 상기 복수의 분절편은 복수의 그룹을 구성하고, 각 그룹에 속한 분절편들은 권취 방향의 폭, 권취 축 방향의 높이 및 권취 방향의 이격 피치 중에서 적어도 하나 이상이 동일하고, 상기 복수의 그룹 중 적어도 하나는 상기 전극 조립체의 동일한 권취 턴을 구성할 수 있다.Preferably, the plurality of segments constitute a plurality of groups, and segment segments belonging to each group have the same at least one of a width in a winding direction, a height in a winding axial direction, and a spacing pitch in a winding direction, and the plurality of segments At least one of the groups may constitute the same winding turn of the electrode assembly.
바람직하게, 상기 전극 조립체의 반경 방향에서 연속해서 인접하는 3개의 분절편 그룹에 대한 권취 방향의 폭을 각각 W1, W2 및 W3이라고 했을 때 W2/W1 보다 W3/W2가 작은 분절편 그룹의 조합을 포함할 수 있다.Preferably, when the widths in the winding direction of three consecutively adjacent segment segment groups in the radial direction of the electrode assembly are W1, W2, and W3, respectively, a combination of segment groups having W3/W2 smaller than W2/W1 can include
일 구현예에서, 상기 밀봉체는, 상기 전지 캔의 개방단을 밀폐하는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트의 가장자리를 감싸며 상기 전지 캔의 상단부에 클림핑된 가스켓을 포함하며, 상기 제2극성을 띠는 단자는 상기 캡 플레이트일 수 있다.In one embodiment, the sealing body includes a cap plate sealing the open end of the battery can, and a gasket wrapped around an edge of the cap plate and crimped to the upper end of the battery can, and having the second polarity. The terminal may be the cap plate.
다른 구현예에서, 본 발명에 따른 원통형 배터리 셀은, 상기 제1극성을 띠는 제2전극판의 무지부와 전기적으로 연결되고 상기 전지 캔의 측벽에 가장자리의 적어도 일부가 결합된 집전 플레이트를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 밀봉체는, 극성이 없는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트의 가장자리를 감싸며 상기 전지 캔의 상단부에 클림핑되는 가스켓을 포함하고, 상기 전지 캔은 폐쇄면의 중앙부에 형성된 관통 홀에 절연 가능하게 설치되고 상기 제1전극판과 전기적으로 연결되어 상기 제2극성을 띠는 리벳 단자를 포함할 수 있다.In another embodiment, the cylindrical battery cell according to the present invention further includes a current collecting plate electrically connected to the uncoated portion of the second electrode plate having the first polarity and having at least a portion of an edge coupled to the sidewall of the battery can. can include In this case, the sealing body includes a cap plate without polarity, and a gasket wrapped around an edge of the cap plate and crimped at an upper end of the battery can, and the battery can is insulated in a through hole formed in a central portion of a closed surface. A rivet terminal that is possibly installed and electrically connected to the first electrode plate to have the second polarity may be included.
본 발명에 따른 기술적 과제는, 상술한 원통형 배터리 셀을 적어도 하나 포함하는 배터리 팩과, 이 배터리 팩을 적어도 하나 포함하는 자동차에 의해서도 달성될 수 있다.The technical problem according to the present invention can also be achieved by a battery pack including at least one cylindrical battery cell described above and a vehicle including at least one battery pack.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 조립체의 상부 및 하부에 돌출된 무지부 자체를 전극 탭으로서 사용함으로써 배터리 셀의 내부 저항을 감소시키고 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.According to one aspect of the present invention, internal resistance of a battery cell may be reduced and energy density may be increased by using the uncoated portion itself protruding from the upper and lower portions of the electrode assembly as an electrode tab.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전극 조립체의 무지부 구조를 개선하여 전지 캔의 비딩부 형성 과정에서 전극 조립체와 전지 캔의 내주면이 간섭을 일으키지 않도록 함으로써 전극 조립체의 부분적 변형에 따른 원통형 배터리 셀 내부의 단락을 방지할 수 있다.According to another aspect of the present invention, by improving the structure of the non-coated portion of the electrode assembly to prevent interference between the electrode assembly and the inner circumferential surface of the battery can in the process of forming the beading portion of the battery can, the inside of the cylindrical battery cell due to partial deformation of the electrode assembly Short circuit can be prevented.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전극 조립체의 무지부 구조를 개선하여 무지부가 절곡될 때 무지부가 찢어지는 현상을 방지하고 무지부의 중첩 레이어 수를 충분히 증가시켜 용접 강도를 향상시킬 수 있다.According to another aspect of the present invention, the structure of the non-coated portion of the electrode assembly is improved to prevent the uncoated portion from being torn when the uncoated portion is bent, and the welding strength can be improved by sufficiently increasing the number of overlapping layers of the uncoated portion.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전극 조립체의 코어에 인접한 무지부 구조를 개선하여 무지부가 절곡될 때 전극 조립체의 코어에 있는 공동이 폐색되는 것을 방지하여 전해액 주입 공정과 전지 캔과 집전 플레이트의 용접 공정을 용이하게 진행할 수 있다.According to another aspect of the present invention, by improving the structure of the uncoated portion adjacent to the core of the electrode assembly to prevent the cavity in the core of the electrode assembly from being blocked when the uncoated portion is bent, the electrolyte injection process and the welding of the battery can and the current collecting plate The process can be carried out easily.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 내부 저항이 낮고, 내부 단락이 방지되고, 집전 플레이트와 무지부의 용접 강도가 향상된 구조를 갖는 원통형 배터리 셀, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, it is possible to provide a cylindrical battery cell having a structure with low internal resistance, prevention of internal short circuit, and improved welding strength between a current collector plate and an uncoated region, a battery pack including the same, and an automobile.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시예에서 설명하거나, 통상의 기술자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.In addition, the present invention may have various other effects, which will be described in each embodiment, or descriptions of effects that can be easily inferred by those skilled in the art will be omitted.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래의 탭-리스 원통형 배터리 셀의 제조에 사용되는 전극판의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 2는 종래의 탭-리스 원통형 배터리 셀의 전극판 권취 공정을 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 탭-리스 원통형 배터리 셀에 있어서 무지부의 절곡면에 집전 플레이트가 용접되는 공정을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 전극판의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 전극판의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 전극판의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 7a 본 발명의 제4 실시예에 따른 전극판의 구조를 나타낸 평면도이며, 도 7b 및 도 7c는 분절편 부분을 더욱 구체적으로 나타낸 확대도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 분절편의 폭, 높이 및 이격 피치의 정의를 나타낸 도면이다.
도 9a 본 발명의 제5 실시예에 따른 전극판의 구조를 나타낸 평면도이며, 도 9b 및 도 9c는 분절편 부분을 더욱 구체적으로 나타낸 확대도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 분절편의 폭, 높이 및 이격 피치의 정의를 나타낸 도면이다.
도 11은 제1실시예의 전극판을 제1전극판(양극판) 및 제2전극판(음극판)에 적용한 젤리롤 타입의 전극 조립체를 Y축 방향(권취 축 방향)을 따라 자른 단면도이다.
도 12는 제2실시예의 전극판을 제1전극판(양극판) 및 제2전극판(음극판)에 적용한 젤리롤 타입의 전극 조립체를 Y축 방향(권취 축 방향)을 따라 자른 단면도이다.
도 13은 제3실시예 내지 제5실시예(이들의 변형예들)의 전극판들 중 어느 하나를 제1전극판(양극판) 및 제2전극판(음극판)에 적용한 젤리롤 타입의 전극 조립체를 Y축 방향(권취 축 방향)을 따라 자른 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 Y축 방향(권취 축 방향)을 따라 자른 단면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 Y축 방향(권취 축 방향)을 따라 자른 단면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 Y축 방향(권취 축 방향)을 따라 자른 단면도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀을 Y축 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 배터리 셀을 Y축 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 배터리 셀을 Y축 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 배터리 셀을 Y 축을 따라 자른 단면도이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 배터리 셀을 Y 축을 따라 자른 단면도이다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 배터리 셀을 Y 축을 따라 자른 단면도이다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 배터리 셀을 Y 축을 따라 자른 단면도이다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 배터리 셀을 Y 축을 따라 자른 단면도이다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 배터리 셀을 Y 축을 따라 자른 단면도이다.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 27은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 28은 및 도 29는 비교예에 따른 양극과 음극에 있어서 전극 각 위치별 전해액 함침량을 나타낸 것이다.
도 30 및 도 31은 실시예 1에 따른 양극과 음극에 있어서 전극 각 위치별 전해액 함침량을 나타낸 것이다.
도 32 및 도 33은 실시예 2에 따른 양극과 음극에 있어서 전극 각 위치별 전해액 함침량을 나타낸 것이다.
도 34는 각 비교예, 실시예 1 및 실시예 2에서 함침 시료를 채취한 각 위치를 표시한 것이다.The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention serve to further understand the technical idea of the present invention, the present invention is the details described in such drawings should not be construed as limited to
1 is a plan view showing the structure of an electrode plate used in manufacturing a conventional tab-less cylindrical battery cell.
2 is a view showing a winding process of an electrode plate of a conventional tab-less cylindrical battery cell.
3 shows a process of welding a current collector plate to a curved surface of a non-coated portion in a conventional tab-less cylindrical battery cell.
4 is a plan view showing the structure of an electrode plate according to a first embodiment of the present invention.
5 is a plan view showing the structure of an electrode plate according to a second embodiment of the present invention.
6 is a plan view showing the structure of an electrode plate according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7a is a plan view showing the structure of an electrode plate according to a fourth embodiment of the present invention, and FIGS. 7b and 7c are enlarged views showing segment segments in more detail.
8 is a diagram illustrating definitions of width, height, and separation pitch of segments according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9a is a plan view showing the structure of an electrode plate according to a fifth embodiment of the present invention, and FIGS. 9b and 9c are enlarged views showing a segment portion in more detail.
10 is a diagram illustrating definitions of width, height, and separation pitch of segments according to an embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view of a jelly roll type electrode assembly in which the electrode plate of the first embodiment is applied to the first electrode plate (positive electrode plate) and the second electrode plate (negative electrode plate) along the Y-axis direction (winding axis direction).
12 is a cross-sectional view of a jelly roll-type electrode assembly in which the electrode plate of the second embodiment is applied to the first electrode plate (positive electrode plate) and the second electrode plate (negative electrode plate) along the Y-axis direction (winding axis direction).
13 is a jelly roll type electrode assembly in which any one of the electrode plates of the third to fifth embodiments (modifications thereof) is applied to the first electrode plate (positive electrode plate) and the second electrode plate (negative electrode plate). is a cross-sectional view cut along the Y-axis direction (winding axis direction).
14 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention taken along the Y-axis direction (winding axis direction).
15 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention taken along the Y-axis direction (winding axis direction).
16 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention taken along the Y-axis direction (winding axis direction).
17 is a cross-sectional view of a cylindrical battery cell taken along the Y-axis direction according to an embodiment of the present invention.
18 is a cross-sectional view of a cylindrical battery cell according to another embodiment of the present invention taken along the Y-axis direction.
19 is a cross-sectional view of a cylindrical battery cell according to another embodiment of the present invention taken along the Y-axis direction.
20 is a cross-sectional view of a cylindrical battery cell according to another embodiment of the present invention taken along the Y-axis.
21 is a cross-sectional view of a cylindrical battery cell according to another embodiment of the present invention taken along the Y-axis.
22 is a cross-sectional view of a cylindrical battery cell according to another embodiment of the present invention taken along the Y-axis.
23 is a cross-sectional view of a cylindrical battery cell according to another embodiment of the present invention taken along the Y-axis.
24 is a cross-sectional view of a cylindrical battery cell taken along the Y-axis according to another embodiment of the present invention.
25 is a cross-sectional view of a cylindrical battery cell taken along the Y-axis according to another embodiment of the present invention.
26 is a diagram schematically illustrating the configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
27 is a diagram schematically illustrating a vehicle including a battery pack according to an embodiment of the present invention.
28 and 29 show the amount of electrolyte impregnation for each electrode position in the positive electrode and the negative electrode according to Comparative Example.
30 and 31 show the amount of electrolyte impregnation for each position of the electrode in the positive electrode and the negative electrode according to Example 1.
32 and 33 show the amount of electrolyte impregnation for each position of the electrode in the positive electrode and the negative electrode according to Example 2.
34 shows each position where impregnated samples were taken in each Comparative Example, Example 1 and Example 2.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventors appropriately use the concept of terms in order to best explain their invention. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention, so various alternatives can be made at the time of this application. It should be understood that there may be equivalents and variations.
또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 서로 다른 실시예에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여될 수 있다. In addition, in order to aid understanding of the present invention, the accompanying drawings may not be drawn to an actual scale, but the dimensions of some components may be exaggerated. In addition, the same reference numbers may be assigned to the same components in different embodiments.
설명의 편의상 본 명세서에서 젤리롤 형태로 감기는 전극조립체의 권취축의 길이방향을 따르는 방향을 축방향(Y)이라 지칭한다. 그리고 상기 권취축을 둘러싸는 방향을 원주방향 또는 둘레방향(X)이라 지칭한다. 그리고 상기 권취축에 가까워지거나 권취축으로부터 멀어지는 방향을 반경방향 또는 방사방향(Z)이라 지칭한다. 이들 중 특히 권취축에 가까워지는 방향을 구심방향, 권취축으로부터 멀어지는 방향을 원심방향이라 지칭한다.For convenience of description, in this specification, a direction along the longitudinal direction of the winding shaft of the electrode assembly that is wound in the form of a jelly roll is referred to as an axial direction (Y). A direction surrounding the winding shaft is referred to as a circumferential direction or a circumferential direction (X). Further, a direction closer to or away from the winding axis is referred to as a radial direction or a radial direction (Z). Among these, a direction closer to the winding axis is referred to as a centripetal direction, and a direction away from the winding axis is referred to as a centrifugal direction.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체에 관해 설명한다. 전극 조립체는 쉬트 형상을 가진 제1전극판 및 제2전극판과 이들 사이에 개재된 분리막이 일 방향으로 권취된 구조를 가진 젤리롤 타입의 전극 조립체이다. First, an electrode assembly according to an embodiment of the present invention will be described. The electrode assembly is a jelly roll type electrode assembly having a structure in which a first electrode plate and a second electrode plate having a sheet shape and a separator interposed therebetween are wound in one direction.
상기 전극 조립체는 복수의 권회턴을 갖는 구조일 수 있다. The electrode assembly may have a structure having a plurality of winding turns.
상기 쉬트 형상을 가진 제1 및 제2 전극판은 종횡비가 1을 초과하는 것일 수 있다. The sheet-shaped first and second electrode plates may have aspect ratios greater than 1.
또한, 상기 제1 및 제2 전극판은 각각 독립적으로 전도성 박막인 집전체 및 상기 집전체의 일측 또는 양측 표면상에 배치된 전극 활물질층을 포함할 수 있다.In addition, the first and second electrode plates may each independently include a current collector that is a conductive thin film and an electrode active material layer disposed on one or both surfaces of the current collector.
바람직하게, 제1전극판 및 제2전극판 중 적어도 하나는 권취 방향의 장변 단부에 활물질이 코팅되지 않은 무지부를 포함한다. 무지부의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용된다. 무지부는, 전극 조립체의 코어에 인접한 코어측 무지부, 전극 조립체의 외주 표면에 인접한 외주측 무지부, 코어측 무지부 및 외주측 무지부 사이에 개재된 중간 무지부를 포함한다. Preferably, at least one of the first electrode plate and the second electrode plate includes an uncoated portion not coated with an active material at an end of a long side in a winding direction. At least a part of the uncoated portion is used as an electrode tab by itself. The uncoated portion includes a core-side uncoated portion adjacent to the core of the electrode assembly, an outer circumferential uncoated portion adjacent to the outer circumferential surface of the electrode assembly, and an intermediate uncoated portion interposed between the core-side uncoated portion and the outer circumferential uncoated portion.
바람직하게, 코어측 무지부와 외주측 무지부 중 적어도 하나는 중간 무지부보다 높이가 상대적으로 낮다. Preferably, at least one of the core-side uncoated portion and the outer circumferential uncoated portion is relatively lower in height than the middle uncoated portion.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 전극판(40)의 구조를 나타낸 평면도이다.4 is a plan view showing the structure of the
도 4를 참조하면, 제1실시예의 전극판(40)은 금속 포일로 이루어진 집전체(41) 및 활물질층(42)을 포함한다. 금속 포일은 알루미늄 또는 구리일 수 있으며, 전극판(40)의 극성에 따라 적절하게 선택된다. 활물질층(42)은 집전체(41)의 적어도 일면에 형성되며, 권취 방향(X)의 장변 단부에 무지부(43)를 포함한다. 무지부(43)는 활물질이 코팅되지 않은 영역이다. 활물질층(42)과 무지부(43)의 경계에는 절연 코팅층(44)이 형성될 수 있다. 절연 코팅층(44)은 적어도 일부가 활물질층(42)과 무지부(43)의 경계와 중첩되도록 형성된다. 절연 코팅층(44)은 고분자 수지를 포함하고, Al2O3와 같은 무기물 필터를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4 , the
무지부(43)는 전극 조립체의 코어측과 인접한 코어측 무지부(B1), 전극 조립체의 외주측과 인접한 외주측 무지부(B3), 및 코어측 무지부(B1)와 외주측 무지부(B3) 사이에 개재된 중간 무지부(B2)를 포함한다.The
코어측 무지부(B1), 외주측 무지부(B3) 및 중간 무지부(B3)는 전극판(40)이 젤리롤 타입의 전극 조립체로 권취되었을 때 각각 코어 측에 인접한 영역의 무지부, 외주측에 인접한 영역의 무지부, 및 이들을 제외한 나머지 영역의 무지부로서 정의될 수 있다. B1/B2의 경계는 전극 조립체의 코어측으로부터 외주측으로 가면서 무지부의 높이(또는 변화 패턴)이 실질적으로 바뀌는 지점 또는 전극 조립체의 반경을 기준으로 소정 %의 지점(예컨대, 반경의 5%, 10%, 15% 지점 등)으로 적절하게 정의될 수 있다. B2/B3의 경계는 전극 조립체의 외주측으로부터 코어측으로 가면서 무지부의 높이(또는 변화 패턴)이 실질적으로 바뀌는 지점 또는 전극 조립체의 반경을 기준으로 소정 %의 지점(예컨대, 반경의 85%, 90%, 95% 지점 등)으로 정의될 수 있다. B1/B2의 경계와 B2/B3의 경계가 특정되면 중간 무지부(B2)는 자동으로 특정될 수 있다. 만약, B1/B2의 경계만 특정되는 경우 B2/B3의 경계는 전극 조립체의 외주측 근처 지점에서 적절하게 선택 가능하다. 반대로, B2/B3의 경계만 특정되는 경우 B1/B2의 경계는 전극 조립체의 코어측 근처 지점에서 적절하게 선택 가능하다. 제1실시예에서, 무지부(43)의 높이는 일정하지 않고 권취 방향(X)에서 상대적인 차이가 있다. 즉 외주측 무지부(B3)의 높이(Y축 방향의 길이)는 코어측 무지부(B1) 및 중간 무지부(B2) 보다 상대적으로 작다. The core-side uncoated portion B1, the outer circumferential uncoated portion B3, and the middle uncoated portion B3 are the uncoated portion of the area adjacent to the core side when the
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 전극판(45)의 구조를 나타낸 평면도이다. 5 is a plan view showing the structure of an
도 5를 참조하면, 제2실시예의 전극판(45)은 제1실시예와 비교하여 외주측 무지부(B3)의 높이가 외주측으로 갈수록 점진적으로 감소하는 점만 다르고 나머지 구성은 실질적으로 동일하다. Referring to FIG. 5 , the
일 변형예에서, 외주측 무지부(B3)는 높이가 단계적으로 감소하는 스텝 형상(점선 참조)으로 변형이 가능하다.In one modification, the outer circumferential uncoated portion B3 can be deformed into a step shape (see dotted line) in which the height decreases step by step.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 전극판(50)의 구조를 나타낸 평면도이다.6 is a plan view showing the structure of an
도 6을 참조하면, 제3실시예의 전극판(50)은 코어측 무지부(B1)와 외주측 무지부(B3)의 높이는 중간 무지부(B2) 보다 상대적으로 작다. 또한, 코어측 무지부(B1)와 외주측 무지부(B3)의 높이는 동일하거나 서로 다를 수 있다. Referring to FIG. 6 , in the
바람직하게, 중간 무지부(B2)의 높이는 코어측으로부터 외주측으로 갈수록 단계적으로 증가하는 스텝 형상을 가질 수 있다. Preferably, the height of the middle non-coated portion B2 may have a step shape in which the height gradually increases from the core side to the outer circumferential side.
패턴1 내지 패턴7은 무지부(43)의 높이가 변화하는 위치를 중심으로 중간 무지부(B2)를 구분한 것이다. 바람직하게, 패턴들의 수와 각 패턴의 높이(Y축 방향의 길이)와 폭(X축 방향의 길이)은 무지부(43)의 절곡 과정에서 응력을 최대한 분산시킬 수 있도록 조절될 수 있다. 응력 분산은 무지부(43)의 찢어짐을 방지하기 위한 것이다.In
코어측 무지부(B1)의 폭(dB1)은 중간 무지부(B2)의 패턴들을 코어측으로 절곡시켰을 때 전극 조립체 코어의 공동을 가리지 않는 조건을 적용하여 설계한다. The width (d B1 ) of the core-side uncoated portion (B1) is designed under the condition that the cavity of the electrode assembly core is not covered when the patterns of the middle uncoated portion (B2) are bent toward the core.
일 예에서, 코어측 무지부(B1)의 폭(dB1)은 패턴1의 절곡 길이에 비례하여 증가할 수 있다. 절곡 길이는 패턴의 절곡 지점을 기준으로 한 패턴의 높이에 해당한다.In one example, the width d B1 of the core-side uncoated portion B1 may increase in proportion to the bending length of
구체적인 예에서, 전극판(60)이 폼 팩터가 46800인 원통형 셀의 전극 조립체를 제조하는데 사용되는 경우, 코어측 무지부(B1)의 폭(dB1)은 전극 조립체 코어의 직경에 따라 180 내지 350mm로 설정할 수 있다.In a specific example, when the
일 실시예에서, 각 패턴의 폭은 전극 조립체의 동일한 권취 턴을 구성할 수 있도록 설계될 수 있다.In one embodiment, the width of each pattern can be designed to constitute the same winding turn of the electrode assembly.
일 변형예에서, 중간 무지부(B2)의 높이는 코어측으로부터 외주측으로 가면서 증가했다가 감소하는 스텝 형상을 가질 수 있다.In one modification, the height of the middle uncoated portion B2 may have a step shape in which the height increases and then decreases while going from the core side to the outer circumferential side.
다른 변형예에서, 외주측 무지부(B3)는 제2실시예와 동일한 구조를 갖도록 변형될 수 있다.In another modification, the outer circumferential uncoated portion B3 may be modified to have the same structure as the second embodiment.
또 다른 변형예에서, 중간 무지부(B2)에 적용된 패턴 구조가 외주측 무지부(B3)까지 확장될 수 있다(점선 참조).In another modification, the pattern structure applied to the middle uncoated portion B2 may extend to the outer circumferential uncoated portion B3 (see dotted line).
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 전극판(60)의 구조를 나타낸 평면도이다.7 is a plan view showing the structure of an
도 7을 참조하면, 제4실시예의 전극판(60)은 코어측 무지부(B1)와 외주측 무지부(B3)의 높이가 중간 무지부(B2) 보다 상대적으로 작다. 또한, 코어측 무지부(B1)와 외주측 무지부(B3)의 높이는 동일하거나 다를 수 있다.Referring to FIG. 7 , in the
바람직하게, 중간 무지부(B2)는 적어도 일부 구간이 복수의 분절편(61)을 포함할 수 있다. 복수의 분절편(61)은 코어측으로부터 외주측으로 가면서 높이가 단계적으로 증가할 수 있다.Preferably, at least a portion of the middle uncoated portion B2 may include a plurality of
한편, 설명의 편의상, 권취 방향의 소정의 위치에서 무지부의 축방향 연장길이(축방향으로 선단부에 이르는 거리)를 간단히 높이라 지칭하면, 제1 권취방향 위치에서 무지부의 높이가 제2 권취방향 위치에서 무지부의 높이보다 더 높다는 의미가 무엇을 의미하는지 명확하게 이해할 수 있을 것이다.On the other hand, for convenience of explanation, if the axial extension length of the uncoated portion (the distance to the tip in the axial direction) at a predetermined position in the winding direction is simply referred to as the height, the height of the uncoated portion at the first winding direction position is the second winding direction position. You will be able to clearly understand what it means to be higher than the height of the thumb in .
실시예에서 무지부의 높이를 설명함에 있어서는, 무지부의 높이의 절대값보다, 서로 다른 권취방향 위치에서 측정되는 무지부의 높이의 상대값이 의미를 가지는 것이므로, 무지부의 높이를 측정함에 있어서 그 높이 측정의 기준이 되는 선(영점)에 대한 규정은 생략하기로 한다.In describing the height of the uncoated portion in the embodiment, the relative value of the height of the uncoated portion measured at different winding direction positions has a meaning rather than the absolute value of the height of the uncoated portion. The definition of the reference line (zero point) will be omitted.
본 발명에 있어서, 상기 분절편들은 이의 전부 또는 적어도 일부가 전극 조립체의 반경 방향 또는 반경과 반대 방향으로 절곡된다. 상기 분절편들의 절곡은 노칭골(절개홈의 바닥)으로부터 소정 높이 상방 이격된 위치인 절곡부에서 이루어질 수 있다. 상기 노칭골은 기준선과 같거나 높을 수 있다.In the present invention, all or at least a portion of the segments are bent in the radial direction of the electrode assembly or in a direction opposite to the radial direction. The segmental fragments may be bent at a bent portion spaced upward by a predetermined height from the notched bone (bottom of the incision groove). The notched goal may be equal to or higher than the reference line.
상기 복수 개의 절개홈들의 바닥에 대응하는 높이는 서로 대응할 수 있다. 이와 같은 경우에는, 상기 기준선은 절개홈들의 바닥에 대응하는 위치로 규정될 수 있다.Heights corresponding to bottoms of the plurality of incision grooves may correspond to each other. In this case, the reference line may be defined as a position corresponding to the bottom of the incision grooves.
상기 복수 개의 절개홈들의 바닥에 대응하는 높이는 서로 다를 수도 있다.Heights corresponding to the bottoms of the plurality of incision grooves may be different from each other.
만약 절개홈들의 바닥의 대부분(가령 50% 이상)이 특정 높이에 위치하고, 일부 절개홈들의 바닥의 높이만 상기 특정 높이와 차이가 있는 경우에는, 상기 기준선은 상기 특정 높이에 대응하는 높이로 결정될 수 있다. 즉 이와 같은 경우에는, 권취방향으로 가장 많은 길이를 차지하는 절개홈 바닥 높이를 기준으로 상기 기준선을 결정할 수 있다. 가령 권취방향으로 절개홈 바닥이 차지하는 전체 길이 중 2/3 정도가 제1높이를 가지고 있고, 권취방향으로 절개홈 바닥이 차지하는 전체 길이 중 나머지 1/3에 해당하는 절개홈 바닥들의 높이가 제1높이와 다르다면, 상기 기준선은 상기 제1높이에 대응하는 위치로 규정될 수 있다.If most (eg, 50% or more) of the bottoms of the incisions are located at a specific height and only the height of the bottoms of some incisions differs from the specific height, the reference line may be determined as a height corresponding to the specific height. there is. That is, in this case, the reference line may be determined based on the height of the bottom of the incision groove, which occupies the largest length in the winding direction. For example, about 2/3 of the total length occupied by the bottom of the incision in the winding direction has the first height, and the height of the bottom of the incision corresponding to the remaining 1/3 of the total length occupied by the bottom of the incision in the winding direction is the first height. If different from the height, the reference line may be defined as a position corresponding to the first height.
만약 절개홈들의 바닥의 높이가 특정 높이에 집중되어 있지 않다면(가장 많이 집중된 절개홈이 50% 미만인 경우), 상기 기준선은, 상기 절개홈들의 바닥들의 높이들을 평균한 높이로 결정될 수 있다. 가령 절개홈 바닥 2mm 높이가 권취 방향으로 차지하는 길이가 30%, 절개홈 바닥 3mm 높이가 권취방향으로 차지하는 30%, 절개홈 바닥 4mm 높이가 권취 방향으로 차지하는 길이가 40%라면, 기준선은, 2*0.3+3*0.3+4*0.4 인, 3.1mm 높이 위치일 수 있다.If the heights of the bottoms of the incisions are not concentrated at a specific height (the most concentrated incisions are less than 50%), the reference line may be determined as an average height of the heights of the bottoms of the incisions. For example, if the length occupied in the winding direction by the height of 2 mm at the bottom of the incision is 30%, the height by 3 mm at the bottom of the incision is 30% in the winding direction, and the length occupied in the winding direction by the height of 4 mm at the bottom of the incision is 40%, the reference line is 2* 0.3+3*0.3+4*0.4, which can be a 3.1 mm height position.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 절곡부는 상기 노칭골로부터 약 2mm 내지 3mm 상방에 위치할 수 있으며, 기준선과 평행하도록 배치될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the bent portion may be located about 2mm to 3mm above the notching bone, and may be disposed parallel to the reference line.
분절편(61)은 레이저로 노칭된 것일 수 있다. 분절편(61)은 초음파 커팅이나 타발 등 공지의 금속박 커팅 공정으로 형성할 수 있다.The
제4실시예에서, 무지부(43)의 절곡 가공시 활물질층(42) 및/또는 절연 코팅층(44)이 손상되는 것을 방지하기 위해 분절편(61) 사이의 절단 라인 하단과 활물질층(42) 사이에 소정의 갭을 두는 것이 바람직하다. 무지부(43)가 절곡될 때 절단 라인 하단 근처에 응력이 집중되기 때문이다. 갭은 0.2 내지 4mm인 것이 바람직하다. 갭이 해당 수치범위로 조절되면, 무지부(43)의 절곡 가공시 생기는 응력에 의해 절단 라인 하단 근처의 활물질층(42) 및/또는 절연 코팅층(44)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 갭은 분절편(61)의 노칭 또는 커팅시 공차로 인한 활물질층(42) 및/또는 절연 코팅층(44)의 손상을 방지할 수 있다. 바람직하게, 전극판(40)이 전극 조립체로 권취되었을 때, 절연 코팅층(44)의 적어도 일부는 분리막의 외측으로 노출될 수 있다. 이 경우, 분절편(61)이 절곡될 때 절연 코팅층(44)이 절곡 지점을 지지할 수 있다.In the fourth embodiment, in order to prevent the
상기 분절편의 절단 라인 하단과 상기 활물질층 사이의 갭은, 바람직하게는 1.0mm 이상일 수 있다. 이는 해당 전극이 음극일 경우 더 유효할 수 있다. A gap between the lower end of the cutting line of the segmental piece and the active material layer may be preferably greater than or equal to 1.0 mm. This may be more effective when the corresponding electrode is a cathode.
상기 분절편의 절단 라인 하단과 상기 활물질층 사이의 갭은, 보다 바람직하게 2.0mm 이상일 수 있다. 이는 해당 전극이 양극일 경우 더 유효할 수 있다.A gap between the lower end of the cutting line of the fragment and the active material layer may be more preferably 2.0 mm or more. This may be more effective when the corresponding electrode is an anode.
위 범위보다 작은 갭은 상술한 손상 방지 효과를 충분히 발휘하지 못하고, 위 범위보다 큰 캡은 손상 방지 효과는 증가하지 않으면서 전극의 용량만 감소하는 결과를 초래할 수 있다.A gap smaller than the above range may not sufficiently exhibit the above-described damage preventing effect, and a cap larger than the above range may result in only a decrease in the capacity of the electrode without increasing the damage preventing effect.
상기 활물질층이 코팅되지 않은 무지부 영역과 상기 활물질층이 코팅된 영역의 경계 부위는 절연층에 의해 커버될 수 있는데, 이때 상기 분절편의 절단 라인 하단과 상기 절연층 사이에도 소정의 갭이 구비될 수 있다.A boundary between the non-coated region where the active material layer is not coated and the region where the active material layer is coated may be covered by an insulating layer. can
이러한 갭은 0.2mm 내지 1.5mm일 수 있다.This gap may be between 0.2 mm and 1.5 mm.
위 범위보다 작은 갭은 상술한 손상 방지 효과를 충분히 발휘하지 못하고, 위 범위보다 큰 캡은 손상 방지 효과는 증가하지 않으면서 절연 코팅층의 분절편 절곡 지지 효과를 감소시키는 결과를 초래할 수 있다.A gap smaller than the above range may not sufficiently exhibit the above-described damage preventing effect, and a cap larger than the above range may result in a reduced bending support effect of the segment of the insulating coating layer without increasing the damage preventing effect.
복수의 분절편(61)은 코어측에서 외주측으로 가면서 복수의 분절편 그룹을 이룰 수 있다. 동일한 분절편 그룹에 속한 분절편의 폭, 높이 및 이격 피치는 실질적으로 동일할 수 있다.The plurality of
도 7 및 도 9에서, 제4실시예의 전극판(60)의 활물질층(42) 및/또는 절연 코팅층(44)과 대면하는 분리막(SP)이 구비되어 전극 조립체로 형성될 수 있다. 7 and 9, a separator (SP) facing the
도 7a, 도 7b, 도 9a, 및 도 9b를 참조하여, 본 발명의 전극 조립체에서 전극판의 무지부쪽에 분리막의 단부가 위치하는 지점을 이하 설명한다.Referring to FIGS. 7A, 7B, 9A, and 9B, the point at which the end of the separator is located on the uncoated portion of the electrode plate in the electrode assembly of the present invention will be described below.
본 발명의 전극 조립체에서, 상기 코어측 무지부, 외주측 무지부, 및 중간 무지부 중에서 가장 작은 높이를 상기 무지부의 양단부으로 연결한 선을 기준선(DL)이라고 할 때, 상기 분리막의 폭 방향의 말단(SL)은 상기 절곡부와 기준선 사이에 위치하거나 기준선에서 전극조립체의 내측 방향으로 위치한다. 여기서 상기 전극조립체의 외측 방향은 전극판의 활물질층에서 무지부 쪽으로 향하는 방향을 말하며 내측 방향은 외측 방향의 반대 방향을 말한다.In the electrode assembly of the present invention, when a line connecting the lowest height of the core-side uncoated portion, the outer circumferential uncoated portion, and the middle uncoated portion to both ends of the uncoated portion is referred to as a reference line (DL), the width direction of the separator The end SL is positioned between the bent portion and the reference line or positioned toward the inside of the electrode assembly from the reference line. Here, the outer direction of the electrode assembly refers to a direction from the active material layer of the electrode plate toward the uncoated portion, and the inner direction refers to a direction opposite to the outer direction.
또한, 본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 전극 조립체는 상기 절곡된 분절편 중 이웃하는 권회턴들의 분절편들이 반경 방향 또는 반대 방향으로 연속적으로 중첩되어 권취축 방향 상단 또는 하단에 형성된 표면 영역을 가질 수 있다. 이때, 상기 표면 영역 중 권취축 방향 최대 높이(최고점)과 상기 기준선 사이의 최단 거리를 표면 영역의 높이(HS)라고 할 때,In addition, in one embodiment of the present invention, the electrode assembly has a surface area formed at the upper or lower end in the direction of the winding axis by continuously overlapping segment segments of neighboring winding turns among the bent segment segments in a radial direction or the opposite direction. can have At this time, when the shortest distance between the maximum height (highest point) in the winding axis direction of the surface area and the reference line is referred to as the height (HS) of the surface area,
상기 분리막의 폭 방향 말단이 상기 기준선을 기준으로 상기 표면 영역의 높이(HS)의 90% 이내로 상기 전극조립체의 외측 방향으로 위치하거나 상기 전극조립체의 내측 방향으로 배치될 수 있다.An end of the separator in the width direction may be positioned toward the outside of the electrode assembly or positioned toward the inside of the electrode assembly within 90% of the height HS of the surface area based on the reference line.
상기 코어측 무지부, 외주측 무지부, 및 중간 무지부 중에서 가장 작은 높이를 상기 무지부의 양단부으로 연결한 선인 기준선(DL)은 이웃한 분절편 사이의 바닥면에 해당되고, 이는 노칭골(절개홈의 바닥)이라고 칭할 수 있다. The reference line DL, which is a line connecting the lowest height of the core-side uncoated region, the outer circumferential uncoated region, and the middle uncoated region to both ends of the uncoated region, corresponds to the bottom surface between adjacent segments, which is the notching bone (incision bottom of the groove).
본 발명의 일 구현예에 따르면, 분리막의 폭 방향 끝단이 상기 기준선과 가깝게 위치하게 제어함으로써, 전해액이 노칭골(빈공간)을 따라 젤리롤 내로 유입되므로 함침에 유리하다. 구체적으로, 전해액이 전극 조립체에 투입되고, 이때 전극 조립체의 전극판의 무지부의 분절편간의 골로 이동하고, 이때 분절편간의 골, 즉 상기 기준선에 근접하여 위치하는 분리막의 말단으로 다시 전해액이 함침되어 최종적으로 전극의 활물질층 내로 함침하게 된다. 그 결과, 전극 조립체 내에 전해액의 함침의 균일성이 증가하게 된다.According to one embodiment of the present invention, by controlling the end of the separator in the width direction to be positioned close to the reference line, the electrolyte is introduced into the jelly roll along the notched valley (empty space), which is advantageous for impregnation. Specifically, the electrolyte solution is injected into the electrode assembly, and at this time, it moves to the trough between the segment segments of the uncoated portion of the electrode plate of the electrode assembly. Finally, it is impregnated into the active material layer of the electrode. As a result, the uniformity of impregnation of the electrolyte into the electrode assembly is increased.
상기 분리막의 폭 방향의 말단이 젤리롤 바깥쪽, 즉 전극 조립체의 외측 방향으로 벗어날수록 용접 특성에 부정적인 영향을 주게 되고, 상기 분리막의 폭 방향의 말단이 젤리롤의 안쪽, 즉 전극 조립체의 내측 방향으로 들어올 수록 양극과 음극이 단락할 위험이 커지므로 문제가 될 수 있다.As the end of the separator in the width direction deviates toward the outside of the jelly roll, that is, toward the outside of the electrode assembly, the welding characteristics are adversely affected, and the end of the separator in the width direction moves toward the inside of the jelly roll, that is, toward the inside of the electrode assembly. It can be a problem because the risk of short circuit between the anode and cathode increases as the voltage enters.
따라서, 본 발명에서는 상기 분리막의 폭 방향의 말단이 상기 기준선을 기준으로 상기 전극조립체의 외측 방향으로 위치하거나, 또는 상기 분리막의 폭 방향의 말단이 상기 기준선을 기준으로 상기 전극조립체의 내측 방향으로 위치하도록 하며, 더욱 바람직하게는 표면 영역의 높이(HS) 대비 90% 이하로 배치되도록 제어한다.Therefore, in the present invention, the end of the separator in the width direction is positioned in the outer direction of the electrode assembly with respect to the reference line, or the end of the separator in the width direction is positioned in the direction of the electrode assembly with respect to the reference line. And more preferably, it is controlled to be placed at 90% or less of the height (HS) of the surface area.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 복수의 분절편 중 절곡된 분절편 중 가장 작은 높이를 갖는 분절편을 최소 절곡 분절편이라고 할 때, 상기 분리막의 상기 분리막의 폭 방향의 말단이 상기 기준선을 기준으로 상기 최소 절곡 분절편의 높이(Ha)의 30% 이내로 상기 전극 조립체의 외측 방향으로 위치하거나, 또는 상기 분리막의 폭 방향의 말단이 상기 기준선을 기준으로 상기 최소 절곡 분절편의 높이(Ha)의 30% 이내로 상기 전극조립체의 내측 방향으로 위치할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when a segment having the smallest height among a plurality of bent segments is referred to as a minimum-bending segment, the end of the separation membrane in the width direction of the separation membrane is based on the reference line. Is located in the outer direction of the electrode assembly within 30% of the height (Ha) of the minimum bending segment, or the end of the separator in the width direction is 30% of the height (Ha) of the minimum bending segment based on the reference line It may be located in the inner direction of the electrode assembly within the range.
즉, 본 발명에서 분리막을 배치하는 기준이 되는 분절편은 절곡(벤딩)이 이루어진 분절편들 중 그 높이가 최소인 분절편을 의미할 수 있으며, 이를 최소 절곡 분절편이라고 한다. That is, in the present invention, a segment segment serving as a standard for disposing a separation membrane may mean a segment segment having a minimum height among bent (bent) segment segments, and this segment is referred to as a minimum bending segment.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 최소 절곡 분절편은 2mm 이상일 수 있으며, 이 때, 상기 최소 절곡 분절편의 높이는 절곡부의 높이보다 높은 것이다. 분절편의 높이가 2mm 미만인 경우, 분리막과 분절편의 간섭에 의해 분절편의 절곡이 원활하기 이루어지지 않을 가능성이 있다. 이에 상기 최소 분절편은, 2mm 이상의 높이를 가지는 분절편들 중에서 결정될 수 있다.In one specific embodiment of the present invention, the minimum bending segment may be 2 mm or more, and in this case, the height of the minimum bending segment is higher than the height of the bending portion. When the height of the segments is less than 2 mm, there is a possibility that the segment segments may not be smoothly bent due to interference between the segment segments and the separation membrane. Accordingly, the minimum segment segment may be determined among segment segments having a height of 2 mm or more.
본 발명의 일 실시양태에 따르면, 상기 최소 절곡 분절편에 있어서, 상기 절곡선을 기준으로 기준선에서 절곡선까지의 높이 A는 절곡선에서 분절편 높이 B까지의 길이와 같거나 긴 수 있다. 또는 상기 최소 절곡 분절편에 있어서, 상기 절곡선을 기준으로 기준선에서 절곡선까지의 높이 A는 절곡선에서 분절편 높이 B까지의 길이와 같거나 짧을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in the minimum bending segment, the height A from the reference line to the bending line based on the bending line may be equal to or longer than the length from the bending line to the segment height B. Alternatively, in the minimum bending segment, the height A from the reference line to the bending line based on the bending line may be equal to or shorter than the length from the bending line to the segment height B.
또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 전극 조립체는 상기 최소 절곡 분절편보다 높이가 작은 분절편(분절편 A)을 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 분절편 A는 절곡되어 있지 않은 것이다. 구체적인 실시양태에 있어서, 상기 분절편 A는 복수의 분절편 중 다른 분절편에 비해서 코어부에 가깝게 배치되어 있을 수 있다.In addition, in one embodiment of the present invention, the electrode assembly may further include a segment segment (segment segment A) having a height smaller than the minimum bending segment segment. At this time, the segment A is not bent. In a specific embodiment, the segment A may be disposed closer to the core than other segment segments among the plurality of segment segments.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 전극 조립체는 상기 최소 절곡 분절편보다 높이가 작은 분절편을 포함하지 않고 상기 최소 절곡 분절편이 최소 분절편일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electrode assembly may not include a segment having a height smaller than the minimum bending segment, and the minimum bending segment may be the minimum segment.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 분리막의 폭 방향의 말단이 상기 기준선을 기준으로 3mm 이내 또는 1.5 mm 이내로 상기 전극조립체의 외측 방향으로 위치하거나, 또는 상기 분리막의 폭 방향의 말단이 상기 기준선을 기준으로 3mm 이내 또는 1.5 mm 이내로 상기 전극조립체의 내측 방향으로 위치할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the end of the separator in the width direction is located in the outer direction of the electrode assembly within 3 mm or less than 1.5 mm based on the reference line, or the end of the separator in the width direction extends beyond the reference line. As a standard, it may be located in the inner direction of the electrode assembly within 3 mm or within 1.5 mm.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 분절편(61)의 폭, 높이 및 이격 피치의 정의를 나타낸 도면이다.8 is a diagram illustrating definitions of width, height, and separation pitch of
도 8을 참조하면, 분절편(61)의 폭(C1), 높이(C2) 및 이격 피치(C3)는 무지부(43)의 절곡 가공 시 무지부(43)가 찢어지는 것을 방지하고 용접 강도 향상을 위해 무지부(43)의 중첩 레이어 수를 충분히 증가시키면서 무지부(43)의 비정상적 변형을 방지할 수 있도록 설계한다. 비정상적 변형은 절곡 지점(C4) 하부의 무지부가 직선 상태를 유지하지 못하고 주저 않으면서 불규칙하게 변형되는 것을 말한다.Referring to FIG. 8, the width C1, height C2, and spacing C3 of the
바람직하게, 분절편(61)의 폭(C1)은 1 내지 6mm의 범위에서 조절할 수 있다. C1이 1mm 미만이면, 분절편(61)이 코어측으로 절곡되었을 때 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 중첩되지 않는 영역 또는 빈 공간(틈)이 발생한다. 반면, C1이 6mm를 초과하면, 권?g된 전극의 곡률로 인해 분절편(61)이 절곡될 때 절곡 지점(C4) 근처의 무지부(43)가 응력에 의해 찢어질 가능성이 있다. 또한, 분절편(61)의 높이는 2 내지 10mm의 범위에서 조절할 수 있다. C2가 2mm 미만이면, 분절편(61)의 절곡이 원활히 이루어지지 않거나 분절편(61)이 코어측으로 절곡되었을 때 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 중첩되지 않는 영역 또는 빈 공간(틈)이 발생한다. 반면, C2가 10mm를 넘으면 권취 방향(X)으로 무지부의 평탄도를 균일하게 유지하면서 전극판을 제조하기 어렵다. 즉, 무지부의 높이가 커져서 너울이 생긴다. Preferably, the width C1 of the
또한, 분절편(61)의 이격 피치(C3)는 0.05 내지 1mm 또는 0.5mm 내지 1mm의 범위에서 조절할 수 있다. C3이 0.05mm 미만이면, 분절편(61)이 절곡될 때 응력에 의해 절곡 지점(C4) 근처(이웃하는 두 분절편 사이의 절개홈의 바닥 부근)의 무지부(43)가 찢어질 수 있다. 반면, C3이 1mm를 초과하면 분절편(61)이 절곡되었을 때 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 분절편(61)들이 서로 중첩되지 않는 영역 또는 빈 공간(틈)이 발생할 수 있다.In addition, the spaced pitch C3 of the
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 두 분절편의 코너 사이는 곧게 연결될 수 있다. 즉 상기 절개홈의 바닥 부위는 권취방향(X)으로 연장된 평평한 직선 형상을 구비할 수 있다. 상기 코너 부위에는 라운드 보강부가 부가될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the corners of the two segments may be connected straight. That is, the bottom portion of the incision groove may have a flat straight shape extending in the winding direction (X). A round reinforcing portion may be added to the corner portion.
상기 라운드 보강부의 반경(r)은 0.02mm 이상일 수 있다. 해당 반경이 이 이상 되면, 응력 분산의 효과를 확실히 가져올 수 있다. 상기 라운드 보강부의 반경은 0.1mm 이하일 수 있다. 해당 반경이 0.1mm를 초과하면 응력 분산의 효과는 더 이상 증가하지 않으면서, 절개홈의 바닥 부근의 공간이 줄어들어 전해액의 함침성이 저해될 수 있다.A radius (r) of the round reinforcing portion may be greater than or equal to 0.02 mm. If the radius is greater than this, the effect of stress distribution can be brought about. A radius of the round reinforcing portion may be 0.1 mm or less. If the radius exceeds 0.1 mm, the effect of stress distribution is no longer increased, and the space near the bottom of the incision is reduced, so that the impregnability of the electrolyte may be impaired.
다시 도 7을 참조하면, 코어측 무지부(B1)의 폭(dB1)은 중간 무지부(B2)의 분절편(61)을 코어측으로 절곡시켰을 때 전극 조립체 코어의 공동을 가리지 않는 조건을 적용하여 설계한다. Referring back to FIG. 7 , the width (d B1 ) of the core-side uncoated portion (B1) applies the condition that the cavity of the electrode assembly core is not covered when the
일 예에서, 코어측 무지부(B1)의 폭(dB1)은 그룹1의 분절편(61)의 절곡 길이에 비례하여 증가할 수 있다. 절곡 길이는 절곡 지점(도 8의 C4)을 기준으로 한 분절편(61)의 높이에 해당한다.In one example, the width d B1 of the core-side non-coated portion B1 may increase in proportion to the bending length of the
구체적인 예에서, 전극판(60)이 폼 팩터가 46800인 원통형 셀의 전극 조립체를 제조하는데 사용되는 경우, 코어측 무지부(B1)의 폭(dB1)은 전극 조립체 코어의 직경에 따라 180 내지 350mm로 설정할 수 있다.In a specific example, when the
일 실시예에서, 각 분절편 그룹의 폭은 전극 조립체의 동일한 권취 턴을 구성할 수 있도록 설계될 수 있다.In one embodiment, the width of each segment group can be designed to make the same winding turn of the electrode assembly.
일 변형예에서, 동일한 분절편 그룹에 속한 분절편(61)의 폭 및/또는 높이 및/또는 이격 피치는 그룹 내에서 점진적으로 및/또는 단계적으로 및/또는 불규칙적으로 증가 또는 감소할 수 있다.In one variant, the width and/or height and/or spacing pitch of
그룹1 내지 그룹7은 분절편 그룹의 일 예시에 불과하다. 그룹들의 수와 각 그룹에 포함되는 분절편(61)의 수는 무지부(43)의 절곡 과정에서 응력을 최대한 분산시키고 용접 강도를 충분히 확보할 수 있도록 분절편(61)이 여러 겹으로 중첩되도록 조절될 수 있다.
다른 변형예에서, 외주측 무지부(B3)의 높이는 제1실시예 및 제2실시예와 마찬가지로 점진적으로 또는 단계적으로 감소할 수 있다. 또한, 중간 무지부(B2)의 분절구조는 외주측 무지부(B3)까지 확장 가능하다(점선 참조). 이 경우, 외주측 무지부(B3)도 중간 무지부(B2)와 마찬가지로 복수의 분절편을 포함할 수 있다. 이 경우, 외주측 무지부(B3)의 분절편은 폭 및/또는 높이 및/또는 이격 피치가 중간 무지부(B2)보다 더 클 수 있다.In another modification, the height of the outer circumferential non-coated portion B3 may be gradually or stepwise decreased as in the first and second embodiments. In addition, the segmental structure of the middle uncoated region B2 can be extended to the outer circumferential uncoated region B3 (see dotted line). In this case, the outer circumferential non-coated portion B3 may also include a plurality of segments similarly to the intermediate non-coated portion B2. In this case, the segment pieces of the outer circumferential uncoated portion B3 may have a larger width and/or height and/or spacing pitch than those of the middle uncoated portion B2.
구체적인 예에서, 전극판(60)이 폼팩터가 46800인 원통형 셀의 전극 조립체를 제조하는데 사용되는 경우, 8개의 그룹으로 분절편이 형성될 수 있다. 이 때, 그룹1 내지 7의 분절편들은 중간 무지부(B2)에 형성되고, 그룹8의 분절편들은 전술한 변형예처럼 외주측 무지부(B3)에 형성될 수 있다.In a specific example, when the
구체적인 예에서, 코어측 무지부(B1)의 폭(dB1)은 180~350mm일 수 있다. 그룹1의 폭은 코어측 무지부(B1)의 폭 대비 35~40%일 수 있다. 그룹2의 폭은 그룹1의 폭 대비 130~150%일 수 있다. 그룹3의 폭은 그룹2의 폭 대비 120~135%일 수 있다. 그룹4의 폭은 그룹 3의 폭 대비 85~90%일 수 있다. 그룹5의 폭은 그룹4의 폭 대비 120~130%일 수 있다. 그룹6의 폭은 그룹5의 폭 대비 100~120%일 수 있다. 그룹7의 폭은 그룹6의 폭 대비 90~120%일 수 있다. 그룹8의 폭은 그룹7의 폭 대비 115~130%일 수 있다. In a specific example, the width d B1 of the core-side uncoated portion B1 may be 180 to 350 mm. The width of
그룹1 내지 8의 폭이 일정한 증가 또는 감소 패턴을 보이지 않는 이유는, 분절편의 폭은 그룹1에서 그룹8로 갈수록 점차 증가하지만 그룹 내에 포함되는 분절편의 수는 정수 개로 제한되기 때문이다. 따라서, 특정 분절편 그룹에서는 분절편의 수가 감소될 수 있다. 따라서, 그룹의 폭은 코어측으로부터 외주측으로 가면서 상기의 예시처럼 불규칙한 변화 양상을 나타낼 수 있다.The reason why the widths of
즉, 전극 조립체의 반경 방향에서 연속해서 인접하는 3개의 분절편 그룹 각각에 대한 권취 방향의 폭을 각각 W1, W2 및 W3이라고 했을 때 W2/W1 보다 W3/W2가 작은 분절편 그룹의 조합을 포함할 수 있다. That is, when the widths in the winding direction for each of the three consecutively adjacent segment segments groups in the radial direction of the electrode assembly are W1, W2, and W3, respectively, W3 / W2 is smaller than W2 / W1. Including combinations of segment groups can do.
상기 구체적인 예에서, 그룹4 내지 그룹6이 이에 해당한다. 그룹4에 대한 그룹5의 폭 비율은 120~130%이고, 그룹5에 대한 그룹6의 폭 비율은 100~120%로서 그 값이 120~130%보다 작다.In the above specific example,
도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 전극판(70)의 구조를 나타낸 평면도이다.9 is a plan view showing the structure of an
도 9를 참조하면, 제5실시예의 전극판(70)은 제4실시예와 비교하여 분절편(61')의 형상이 사각형에서 사다리꼴로 변경된 점을 제외하면 나머지 구성은 제4실시예(또는 변형예들)과 실질적으로 동일하다.Referring to FIG. 9 , the
도10은 사다리꼴 분절편(61')의 폭, 높이 및 이격 피치의 정의를 나타낸다.Fig. 10 shows the definition of the width, height and spacing pitch of the trapezoidal segments 61'.
도10을 참조하면, 분절편(61')의 폭(D1), 높이(D2) 및 이격 피치(D3)는 무지부(43)의 절곡 가공 시 절곡 지점(D4) 근처의 무지부(43)가 찢어지는 것을 방지하고 충분한 용접 강도 확보를 위해 무지부(43)의 중첩 레이어 수를 충분히 증가시키면서 무지부(43)의 비정상적 변형을 방지할 수 있도록 설계한다. Referring to FIG. 10, the width (D1), height (D2), and distance pitch (D3) of the segment segment (61') are determined by the uncoated portion (43) near the bending point (D4) during bending of the uncoated portion (43). It is designed to prevent abnormal deformation of the
바람직하게, 분절편(61')의 폭(D1)은 1 내지 6mm의 범위에서 조절할 수 있다. D1이 1mm 미만이면, 분절편(61')이 코어측으로 절곡되었을 때 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 분절편(61')이 중첩되지 않는 영역이나 빈 공간(빈틈)이 발생할 수 있다. 반면, D1이 6mm를 초과하면, 권취된 전극의 곡률로 인해 분절편(61')이 절곡될 때 절곡 지점(D4) 근처의 무지부(43)가 응력에 의해 찢어질 가능성이 있다. 또한, 분절편(61')의 높이는 2mm 내지10mm의 범위에서 조절할 수 있다. D2가 2mm 미만이면, 분절편(61')의 절곡이 원활히 이루어지지 않거나 분절편(61')이 코어측으로 절곡되었을 때 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 분절편(61')이 중첩되지 않는 영역이나 빈 공간(빈틈)이 발생할 수 있다. 반면, D2가 10mm를 넘으면 권취 방향으로 무지부(43)의 평탄도를 균일하게 유지하면서 전극판을 제조하기 어렵다. 또한, 분절편(61')의 이격 피치(D3)는 0.05 내지 1mm 또는 0.5mm 내지 1mm의 범위에서 조절할 수 있다. D3이 0.05mm 미만이면, 분절편(61')이 절곡될 때 응력에 의해 절곡 지점(D4) 근처의 무지부(43)가 찢어질 수 있다. 반면, D3이 1mm를 초과하면 분절편(61')이 절곡되었을 때 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 분절편(61')들이 서로 중첩되지 않는 영역이나 빈 공간(빈틈)이 발생할 수 있다. Preferably, the width D1 of the segment 61' can be adjusted in the range of 1 to 6 mm. If D1 is less than 1 mm, when the segment segment 61' is bent toward the core, a region where the segment segment 61' does not overlap or an empty space (gap) may occur to the extent that welding strength can be sufficiently secured. On the other hand, if D1 exceeds 6 mm, the
상기 분절편이 사다리꼴 형태일 때, 이격 피치(D3)는 이웃하는 두 분절편(61')의 코너들 사이의 거리로 규정될 수 있다. 이웃하는 두 분절편의 코너 사이는 곧은 직선 형태로 연결될 수 있다. 즉 절개홈의 바닥 부위는 권취방향(X)으로 연장되는 평평한 직선 형상을 구비할 수 있다.When the segments have a trapezoidal shape, the separation pitch D3 may be defined as the distance between the corners of two adjacent segment segments 61'. Corners of two adjacent segments may be connected in a straight line form. That is, the bottom portion of the incision groove may have a flat straight shape extending in the winding direction (X).
상기 코너 부위에는 라운드 보강부가 더 제공될 수 있다. 이로써 코너 부위에 발생할 수 있는 응력 집중 현상을 해소할 수 있다.A round reinforcing portion may be further provided at the corner portion. As a result, it is possible to solve the stress concentration phenomenon that may occur in the corner area.
상기 라운드 보강부의 반경(r)은 0.02mm 이상일 수 있다. 해당 반경이 이 이상 되면, 응력 분산의 효과를 확실히 가져올 수 있다.A radius (r) of the round reinforcing portion may be greater than or equal to 0.02 mm. If the radius is greater than this, the effect of stress distribution can be brought about.
상기 라운드 보강부의 반경은 0.1mm 이하일 수 있다. 해당 반경이 0.1mm를 초과하면 응력 분산의 효과는 더 이상 증가하지 않으면서, 절개홈의 바닥 부근의 공간이 줄어들어 전해액의 함침성이 저해될 수 있다.A radius of the round reinforcing portion may be 0.1 mm or less. If the radius exceeds 0.1 mm, the effect of stress distribution is no longer increased, and the space near the bottom of the incision is reduced, so that the impregnability of the electrolyte may be impaired.
상기 이격 피치(C3, D3)는 이를 규정하는 이웃하는 분절편들(61, 61')의 권취방향으로 측정되는 폭의 크기(C1, D1)와 관련되어 결정될 수 있다. 가령, 분절편들의 권취방향 폭이 증가할수록, 이들 간의 이격 피치도 증가하는 경향성을 가지는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 전극 조립체의 권취 방향을 따라 전해액의 함침성을 고르게 분포시킬 수 있다.The spaced pitches C3 and D3 may be determined in relation to the widths C1 and D1 measured in the winding direction of the
상기 분절편의 권취방향 폭은, 상기 전극조립체의 코어 측으로부터 외주 측으로 갈수록, 점차 증가하도록 설정할 수 있다. 상기 분절편의 권취방향 폭은, 상기 전극조립체의 코어 측으로부터 외주 측으로 갈수록, 점진적으로 증가하거나 단계적으로 증가할 수 있다. 가령, 상기 분절편의 권취방향 폭(C1, D1)은 1 내지 6mm 범위 내에 존재하며, 코어측으로 갈수록 작아지고, 외주측으로 갈수록 커질 수 있다.The width of the segment pieces in the winding direction may be set to gradually increase from the core side to the outer circumferential side of the electrode assembly. The width of the segment pieces in the winding direction may gradually increase or increase in stages from the core side to the outer circumferential side of the electrode assembly. For example, the widths C1 and D1 of the segment pieces in the winding direction are in the range of 1 to 6 mm, and may decrease toward the core and increase toward the outer circumference.
이에 따라, 상기 이격 피치(C3, D3) 역시, 0.5 내지 1mm 범위 내에 존재하며, 상기 전극조립체의 코어 측으로부터 외주 측으로 갈수록, 점진적으로 증가하거나 단계적으로 증가할 수 있다.Accordingly, the separation pitches C3 and D3 also exist within a range of 0.5 to 1 mm, and may gradually increase or increase gradually from the core side to the outer circumferential side of the electrode assembly.
제5실시예에 있어서 복수의 분절편(61')은 코어측으로부터 외주측으로 갈수록 사다리꼴의 하부 내각(θ)이 증가할 수 있다. 전극 조립체(70)의 반경이 증가하면 곡률반경이 증가한다. 만약, 분절편(61')의 하부 내각(θ)이 전극 조립체의 반경이 증가함에 따라 함께 증가하면 분절편(61')이 절곡될 때 반경 방향 및 원주 방향으로 생기는 응력을 완화시킬 수 있다. 또한, 하부 내각(θ)이 증가하면, 분절편(61')이 절곡되었을 때 안쪽의 분절편(61')과 중첩되는 면적 및 중첩 레이어 수도 함께 증가함으로써 반경 방향 및 원주 방향에서 용접 강도를 균일하게 확보할 수 있고 절곡면을 평탄하게 형성할 수 있다.In the fifth embodiment, the lower interior angles θ of the trapezoid may increase from the core side toward the outer circumference of the plurality of segment pieces 61'. As the radius of the
일 예에서, 전극판(70)이 폼 팩터가 46800인 원통형 셀의 전극 조립체를 제조하는데 사용되는 경우, 전극 조립체(70)의 반경이 4mm부터 22mm까지 증가할 때 분절편(61')의 내각은 60도 내지 85도 구간에서 단계적으로 증가할 수 있다.In one example, when the
일 변형예에서, 외주측 무지부(B3)의 높이는 제1실시예 및 제2실시예와 마찬가지로 점진적으로 또는 단계적으로 감소할 수 있다. 또한, 중간 무지부(B2)의 분절구조는 외주측 무지부(B3)까지 확장 가능하다(점선 참조). 이 경우, 외주측 무지부(B3)도 중간 무지부(B2)와 마찬가지로 복수의 분절편을 포함할 수 있다. 이 경우, 외주측 무지부(B3)의 분절편은 폭 및/또는 높이 및/또는 이격 피치가 중간 무지부(B2)보다 더 클 수 있다.In one modification, the height of the outer circumferential non-coated portion B3 may be gradually or stepwise decreased, similar to the first and second embodiments. In addition, the segmental structure of the middle uncoated region B2 can be extended to the outer circumferential uncoated region B3 (see dotted line). In this case, the outer circumferential non-coated portion B3 may also include a plurality of segments similarly to the intermediate non-coated portion B2. In this case, the segment pieces of the outer circumferential uncoated portion B3 may have a larger width and/or height and/or spacing pitch than those of the middle uncoated portion B2.
제4실시예 및 제5실시예와 같이, 중간 무지부(B2)가 복수의 분절편(60, 60')을 포함할 때, 각 분절편(60, 60')의 형상은 삼각형, 반원형, 반타원형, 평형사변형 등으로 변경이 가능하다.As in the fourth and fifth embodiments, when the middle uncoated portion B2 includes a plurality of
또한, 중간 무지부(B2)의 영역에 따라서 분절편(60, 60')의 형상을 다르게 변경하는 것도 가능하다. 일 예에서, 응력이 집중되는 구간은 응력 분산에 유리한 라운드 형상(예컨대, 반원형, 반타원형 등)을 적용하고, 응력이 상대적으로 낮은 구간은 면적이 최대한 넓은 다각 형상(예컨대, 사각형, 사다리꼴, 평형 사변형 등)을 적용할 수 있다.In addition, it is possible to change the shape of the
제4실시예 및 제5실시예에 있어서, 중간 무지부(B2)의 분절 구조는 코어측 무지부(B1)에도 적용이 가능하다. 다만, 코어측 무지부(B1)에 분절 구조가 적용되면, 코어의 곡률 반경에 따라 중간 무지부(B2)의 분절편(60, 60')이 절곡될 때 코어측 무지부(B1)의 단부가 외주측으로 휘는 역포밍(reverse forming) 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 코어측 무지부(B1)에는 분절 구조가 없거나, 분절 구조를 적용하더라도 코어의 곡률 반경을 고려하여 분절편(60, 60')의 폭 및/또는 높이 및/또는 이격 피치를 역포밍이 생기지 않는 수준으로 조절하는 것이 바람직하다. In the fourth and fifth embodiments, the segmental structure of the intermediate uncoated portion B2 can also be applied to the core-side uncoated portion B1. However, when the segmental structure is applied to the core-side uncoated portion B1, when the
이러한 역포밍이 발생할 수 있는 분절편의 높이는 대략 3mm 미만일 수 있다. 또한 분절편의 높이가 2mm 미만인 경우, 분절편과 분리막에 간섭이 발생하여 절곡이 어려울 수 있다. 아울러 분절편의 높이가 4mm 미만인 경우에는, 분절편의 용접 공정이 원활하지 않을 수 있다. 이에 절곡을 의도하여 분절편의 최소 높이(Hmin)는 2mm 이상, 또는 3mm 이상, 또는 4mm 이상 또는 5mm 이상일 수 있다. 이에 따라서 최소 절곡 분절편의 높이는 2mm 이상, 또는 3mm 이상, 또는 4mm 이상 또는 5mm 이상일 수 있다.The height of the segments at which this reverse forming can occur may be less than approximately 3 mm. In addition, when the height of the segments is less than 2 mm, interference occurs between the segment segments and the separation membrane, making it difficult to bend. In addition, when the height of the segment piece is less than 4 mm, the welding process of the segment piece may not be smooth. Accordingly, with the intention of bending, the minimum height (H min ) of the segment fragment may be 2 mm or more, or 3 mm or more, or 4 mm or more, or 5 mm or more. Accordingly, the height of the minimum bend segment may be 2 mm or more, or 3 mm or more, or 4 mm or more, or 5 mm or more.
따라서 기준선(DL)을 기준으로, 무지부에서 절곡이 가능한 최소높이(Hmin, 가령 앞서 2mm 또는 3mm 또는 4mm 또는 5mm) 이상의 높이를 가지는 분절편들 중 절곡되는 최소 절곡 분절편의 높이(Ha)의 ±30% 범위(기준선 기준) 내에 분리막의 폭방향 말단(SL)이 존재하면, 함침성을 크게 높일 수 있다. 즉, 분리막의 폭방향 말단(SL)의 위치를 규정하는 최소 분절편을 결정함에 있어서, 역포밍이 발생할 우려가 있는 분절편이나 절곡을 하지 않는 분절편은 제외할 수 있다.Therefore, based on the reference line (DL), the minimum bending height (H min , for example, 2mm or 3mm or 4mm or 5mm) or more of the height of the minimum bending segment that is bent among the segmental segments having a height (H min , for example, previously 2mm or 3mm or 4mm or 5mm) If the width direction end (SL) of the separator is present within the range of ±30% (based on the baseline), the impregnation property can be greatly increased. That is, in determining the minimum segment segment defining the position of the end SL in the width direction of the separation membrane, segment segments that may cause reverse forming or segment segments that are not bent may be excluded.
다른 관점에서 설명하면, 기준선(DL)을 기준으로, 무지부에 존재하는 최소 절곡 분절편의 높이(Ha) 및 상기 절곡 가능 최소높이(Hmin) 중 큰 높이{max(Ha, Hmin)}의 ±30% 범위 내에 분리막의 폭방향 말단(SL)이 존재하면, 함침성을 크게 높일 수 있다.Described from another point of view, based on the reference line (DL), the height (Ha) of the minimum bendable segment present in the uncoated region and the minimum bendable height (H min ) of the larger height {max (Ha, H min )} When the width direction end (SL) of the separator is present within the range of ±30%, the impregnation property can be greatly increased.
다른 관점에서 설명하면, 기준선(DL)을 기준으로, 상기 절곡 가능 최소 높이(Hmin)의 ±30% 범위 내에 분리막의 폭방향 말단(SL)이 존재하면, 전해액의 함침성을 크게 높일 수 있다. 이는 기준선(DL)±1.5mm 또는 기준선(DL)±1.2mm 또는 기준선(DL)±0.9mm 또는 기준선(DL)±0.6mm의 범위일 수 있다.Described from another point of view, based on the reference line (DL), if the end (SL) of the width direction of the separator is present within ± 30% of the minimum bendable height (H min ), the impregnability of the electrolyte solution can be greatly increased. . This may range from baseline (DL) ± 1.5 mm or baseline (DL) ± 1.2 mm or baseline (DL) ± 0.9 mm or baseline (DL) ± 0.6 mm.
또는, 상기 분리막 폭 방향 말단의 위치는 DL±0.3Ha의 범위이면서 DL±1.5mm의 범위에 존재하거나, 상기 분리막 폭 방향 말단의 위치는 DL±0.3Ha의 범위이면서 DL±1.2mm의 범위에 존재하거나, 상기 분리막 폭 방향 말단의 위치는 DL±0.3Ha의 범위이면서 DL±0.9mm의 범위에 존재하거나, 상기 분리막 폭 방향 말단의 위치는 DL±0.3Ha의 범위이면서 DL±0.6mm의 범위에 존재할 수 있다.Alternatively, the position of the end in the width direction of the separator is in the range of DL ± 0.3Ha and in the range of DL ± 1.5mm, or the position of the end in the width direction of the separator is in the range of DL ± 0.3Ha and is in the range of DL ± 1.2mm Alternatively, the position of the end in the width direction of the separator is in the range of DL ± 0.3Ha and DL ± 0.9mm, or the position of the end in the width direction of the separator is in the range of DL ± 0.3Ha and DL ± 0.6mm. can
상술한 실시예들(변형예들)의 전극판 구조는 젤리롤 타입의 전극 조립체에 포함된 극성이 다른 제1전극판 및 제2전극판 중 적어도 하나에 적용될 수 있다. 또한, 제1전극판 및 제2전극판 중 어느 하나에 실시예들(변형예들)의 전극 구조가 적용될 경우, 다른 하나에는 종래의 전극판 구조가 적용될 수 있다. 또한, 제1전극판 및 제2전극판에 적용된 전극판 구조는 서로 동일하지 않고 다를 수 있다. The electrode plate structure of the above-described embodiments (modifications) may be applied to at least one of the first electrode plate and the second electrode plate having different polarities included in the jelly roll type electrode assembly. In addition, when the electrode structure of the embodiments (variations) is applied to either one of the first electrode plate and the second electrode plate, the conventional electrode plate structure may be applied to the other one. In addition, electrode plate structures applied to the first electrode plate and the second electrode plate may not be identical to each other and may be different.
일 예로, 제1전극판과 제2음극판이 각각 양극판 및 음극판일 때, 제1전극판에는 실시예들(변형예들) 중 어느 하나가 적용되고 제2전극판에는 종래의 전극판 구조(도1 참조)가 적용될 수 있다. For example, when the first electrode plate and the second negative electrode plate are a positive electrode plate and a negative electrode plate, respectively, any one of the embodiments (variations) is applied to the first electrode plate and the conventional electrode plate structure (Fig. 1) may apply.
다른 예로, 제1전극판과 제2음극판이 각각 양극판 및 음극판일 때, 제1전극판에는 실시예들(변형예들) 중 어느 하나가 선택적으로 적용되고 제2전극판에는 실시예들(변형예들) 중 어느 하나가 선택적으로 적용될 수 있다.As another example, when the first electrode plate and the second negative electrode plate are a positive electrode plate and a negative electrode plate, respectively, any one of the embodiments (modifications) is selectively applied to the first electrode plate and the embodiments (variations) are selectively applied to the second electrode plate. Examples) can be selectively applied.
본 발명에 있어서, 양극판에 코팅되는 양극 활물질과 음극판에 코팅되는 음극 활물질은 당업계에 공지된 활물질이라면 제한없이 사용될 수 있다.In the present invention, the positive electrode active material coated on the positive electrode plate and the negative electrode active material coated on the negative electrode plate may be used without limitation as long as they are known in the art.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물 또는 1종 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4(여기서, x 는 0 내지 0.33임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬망간 산화물(LiMnO2); 리튬구리 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2(여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga이고, x = 0.01 내지 0.3임)으로 표현되는 니켈사이트형 리튬 니켈 산화물(lithiated nickel oxide); 화학식 LiMn2-xMxO2(여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta이고, x = 0.01 내지 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8(여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn임)로 표현되는 리튬망간 복합 산화물; 화학식의 리튬 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 또는 이들의 조합에 의해 형성되는 복합 산화물 등과 같이 리튬 흡착 물질(lithium intercalation material)을 주성분으로 하며, 상기와 같은 종류들이 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material may include layered compounds such as lithium cobalt oxide (LiCoO2) and lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or compounds substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxide (LiMnO 2 ) such as Li 1+x Mn 2-x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 ; lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , and Cu 2 V 2 O 7 ; Nickelsite-type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x M x O 2 , where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, and x = 0.01 to 0.3. oxide); Formula LiMn 2-x M x O 2 where M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta and x = 0.01 to 0.1 or Li 2 Mn 3 MO 8 where M = Fe, Co, Ni, Cu or Zn) represented by lithium manganese composite oxide; LiMn 2 O 4 in which a portion of lithium in the formula is replaced with an alkaline earth metal ion; disulfide compounds; A lithium intercalation material, such as Fe 2 (MoO 4 ) 3 or a composite oxide formed by a combination thereof, is used as a main component, and there are the above types, but is not limited thereto.
상기 양극 집전체는 예컨대 3 내지 500 ㎛의 두께를 갖는다. 이러한 양극 집전체는, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 전극 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The cathode current collector has a thickness of, for example, 3 to 500 μm. The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and is, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, or carbon on the surface of aluminum or stainless steel. , those surface-treated with nickel, titanium, silver, etc. may be used. The electrode current collector may form fine irregularities on its surface to increase the adhesion of the positive electrode active material, and may have various forms such as films, sheets, foils, nets, porous materials, foams, and non-woven fabrics.
상기 양극 활물질 입자에는 도전재가 추가로 혼합될 수 있다. 이러한 도전재는 예컨대 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연, 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유, 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.A conductive material may be additionally mixed with the positive electrode active material particles. Such a conductive material is added in an amount of 1 to 50% by weight based on the total weight of the mixture including the cathode active material, for example. The conductive material is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery, and examples include graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
또한, 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질 입자를 도포 및 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 도전재, 바인더, 용매 등과 같은 성분들이 더 포함될 수 있다.In addition, the negative electrode is manufactured by coating and drying negative electrode active material particles on the negative electrode current collector, and if necessary, components such as the above-described conductive material, binder, solvent, and the like may be further included.
상기 음극 집전체는 예컨대 3 내지 500 ㎛의 두께를 갖는다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative current collector has a thickness of, for example, 3 to 500 μm. The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change to the battery, and for example, the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, copper or stainless steel. For the surface treatment with carbon, nickel, titanium, silver, etc., an aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. In addition, like the positive electrode current collector, fine irregularities may be formed on the surface to enhance the bonding strength of the negative electrode active material, and may be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics.
상기 음극 활물질은 예컨대 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8)의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다.The negative active material may be, for example, carbon such as non-graphitizing carbon or graphite-based carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Al, B, P, Si,
상기 전극에 사용가능한 바인더 고분자는 전극 활물질 입자와 도전재 등의 결합과 전극 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 예를 들어 전극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더 고분자의 예로는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene: PVdF), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트(cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 풀루란 (pullulan) 및 카르복실메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 바인더 고분자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The binder polymer usable for the electrode is a component that assists in the binding of the electrode active material particles and the conductive material and the binding to the electrode current collector, for example, in an amount of 1 to 50% by weight based on the total weight of the mixture containing the electrode active material. added Examples of such binder polymers are polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene (PVdF), polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene, polymethyl methacrylate (polymethylmethacrylate), polybutylacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, ethylene-co-vinyl acetate, Polyethylene oxide, polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, Any one binder selected from the group consisting of cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, and carboxylmethyl cellulose A polymer or a mixture of two or more of them may be used, but is not limited thereto.
상기 전극 제조에 사용되는 용매의 비제한적인 예로는 아세톤(acetone), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드(methylene chloride), 클로로포름(chloroform), 디메틸포름아미드(dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산(cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합체 등이 있다. 이러한 용매들은 전극 집전체 표면에 대해 소망하는 수준으로 슬러리 도포 층이 만들어질 수 있도록 적정한 수준의 점도를 제공한다.Non-limiting examples of the solvent used for preparing the electrode include acetone, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2- pyrrolidone (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), cyclohexane, water or a mixture thereof. These solvents provide an appropriate level of viscosity so that a slurry coating layer can be formed at a desired level on the surface of the current collector.
상기 음극은, 집전체; 및 상기 집전체의 적어도 일면에 위치하고, 음극활물질, 바인더 고분자, 및 도전재를 포함하는 음극활물질층을 구비하고, 상기 음극활물질층이 상기 집전체와 면접하는 하층 영역과 상기 하층 영역과 면접하면서 음극활물질층의 표면까지 연장되는 상층 영역으로 이루어지고, 상기 하층 영역 및 상층 영역이 각각 독립적으로 음극활물질로서 흑연 및 규소계 화합물 중 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다.The negative electrode may include a current collector; and a negative electrode active material layer located on at least one surface of the current collector and including a negative electrode active material, a binder polymer, and a conductive material, wherein the negative electrode active material layer interviews the current collector and the lower layer region and the negative electrode while interviewing the lower layer region. It consists of an upper layer region extending to the surface of the active material layer, and the lower layer region and the upper layer region may each independently contain at least one of graphite and a silicon-based compound as an anode active material.
상기 하층 영역이 음극활물질로서 천연흑연을 포함하고, 상기 상층 영역에는 음극활물질로서 인조흑연을 포함할 수 있다.The lower layer region may include natural graphite as an anode active material, and the upper layer region may include artificial graphite as an anode active material.
상기 하층 영역 및 상층 영역이 각각 독립적으로 음극활물질로서 규소계 화합물을 더 포함할 수 있다.The lower layer region and the upper layer region may each independently further include a silicon-based compound as an anode active material.
상기 규소계 화합물이 SiOx(0≤x≤2) 및 SiC 중 1종 이상을 포함할 수 있다.The silicon-based compound may include at least one of SiOx (0≤x≤2) and SiC.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 음극은 하층용 음극활물질로 포함하는 하층용 슬러리를 집전체에 도포 및 건조하여 하층 영역을 형성하고, 이후 하층 영역 상에 상층용 음극활물질로 포함하는 상층용 슬러리를 도포 및 건조하여 상층 영역을 형성하여 제조될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in the negative electrode, a lower layer slurry containing a lower layer negative electrode active material is applied to a current collector and dried to form a lower layer region, and then an upper layer layer containing a negative active material for an upper layer is formed on the lower layer region. It can be prepared by applying and drying a slurry to form an upper layer region.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 음극은 하층용 음극활물질을 포함하는 하층용 슬러리;와, 상층용 음극활물질 포함하는 상층용 슬러리;를 준비하는 단계;In addition, according to one embodiment of the present invention, the negative electrode includes the steps of preparing a slurry for a lower layer containing a negative active material for a lower layer and an upper slurry containing a negative electrode active material for an upper layer;
음극 집전체의 일면에 상기 하층용 슬러리를 코팅하고, 동시에 또는 소정의 시간차를 두고 상기 하층용 슬러리 위에 상기 상층용 슬러리를 코팅하는 단계; 및coating the slurry for the lower layer on one surface of the negative electrode current collector, and coating the slurry for the upper layer on the slurry for the lower layer at the same time or with a predetermined time difference; and
상기 코팅된 하층용 슬러리 및 상층용 슬러리를 동시에 건조하여 활물질층을 형성하는 단계;를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.Forming an active material layer by simultaneously drying the coated slurry for the lower layer and the slurry for the upper layer;
이렇게 후자의 방법으로 제조되는 경우에, 상기 음극에서 하층 영역과 상층 영역이 맞닿는 부분에 이들 상이한 종류의 활물질들이 서로 혼재하는 혼합 영역(인터믹싱, intermixing)이 존재할 수 있다. 이는 하층 음극활물질로 포함하는 하층용 슬러리와 상층 음극활물질로 포함하는 상층용 슬러리를 집전체 상에 동시에 또는 매우 짧은 시간 차이를 두고 연속적으로 코팅을 하고, 이후 동시에 건조하는 방식으로 활물질층을 형성하는 경우에, 하층용 슬러리와 상층용 슬러리가 건조전에 맞닿은 계면 상에 소정의 혼합 구간이 발생하고 이후 건조되면서 이러한 혼합 구간이 혼합 영역의 층 형태로 형성되기 때문이다.In the case of manufacturing by the latter method, a mixed region (intermixing) in which these different types of active materials are mixed may exist in a portion where the lower layer region and the upper layer region are in contact with each other in the negative electrode. This is to form an active material layer by coating the lower layer slurry containing the lower layer negative electrode active material and the upper layer slurry containing the upper layer negative electrode active material on the current collector simultaneously or continuously with a very short time difference, and then drying at the same time. This is because, in this case, a predetermined mixing section is generated on the interface where the slurry for the lower layer and the slurry for the upper layer come into contact before drying, and then this mixing section is formed in the form of a layer in the mixing area as it is dried.
본 발명의 일 구현예의 음극의 활물질층에서, 상기 상층 영역과 상기 하층 영역의 중량비 (또는 단위 면적당 로딩양의 비)는 20:80 내지 50:50, 상세하게는 25:75 내지 50:50일 수 있다.In the active material layer of the negative electrode of one embodiment of the present invention, the weight ratio (or the ratio of the loading amount per unit area) of the upper layer region and the lower layer region is 20:80 to 50:50, specifically 25:75 to 50:50 can
본 발명의 음극의 활물질층의 하층 영역 및 상층 영역의 두께는 상기 코팅된 하층용 슬러리 및 상기 코팅된 상층용 슬러리의 두께와 완전히 일치하지는 않을 수 있다. 하지만, 건조 또는 선택적인 압연 공정을 거친 결과, 최종 얻어지는 본 발명의 음극의 음극의 활물질층의 하층 영역 및 상층 영역의 두께의 비율은 상기 코팅된 하층용 슬러리 및 상기 코팅된 상층용 슬러리의 두께의 비율과는 일치할 수 있다.The thickness of the lower layer region and the upper layer region of the active material layer of the negative electrode of the present invention may not completely match the thicknesses of the coated slurry for the lower layer and the coated slurry for the upper layer. However, as a result of the drying or selective rolling process, the thickness ratio of the lower layer region and the upper layer region of the active material layer of the negative electrode of the negative electrode of the present invention finally obtained is the thickness of the coated slurry for the lower layer and the coated slurry for the upper layer. ratio can be matched.
상기 제1 슬러리를 코팅하고, 동시에 또는 소정의 시간차를 두고 상기 제1 슬러리 위에 상기 제2 슬러리를 코팅하고, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 소정의 시간차는 0.6초 이하, 또는 0.02초 내지 0.6초, 또는 0.02초 내지 0.06초, 또는 0.02초 내지 0.03초의 시간차일 수 있다. 이와 같이 제1 슬러리와 제2 슬러리의 코팅시에 시간차가 발생하는 것은 코팅 장비에 기인하는 것이므로, 상기 제1 슬러리와 제2 슬러리를 동시에 코팅하는 것이 더 바람직할 수 있다. 상기 제1 슬러리 상에 제2 슬러리를 코팅하는 방법은 이중 슬롯 다이(double slot die), 등의 장치를 이용할 수 있다.The first slurry is coated, and the second slurry is coated on the first slurry at the same time or with a predetermined time difference, and according to one embodiment of the present invention, the predetermined time difference is 0.6 seconds or less, or 0.02 seconds to 0.02 seconds. It may be a time difference of 0.6 seconds, or 0.02 seconds to 0.06 seconds, or 0.02 seconds to 0.03 seconds. Since the time difference between the coating of the first slurry and the second slurry is due to the coating equipment, it may be more preferable to simultaneously coat the first slurry and the second slurry. A method of coating the second slurry on the first slurry may use a device such as a double slot die.
상기 활물층을 형성하는 단계에서, 건조 단계 이후 활물질층을 압연시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 압연은 롤 프레싱(roll pressing)와 같이 당업 분야에서 통상적으로 사용되는 방법에 의해 수행될 수 있으며, 예컨대, 1 내지 20 MPa의 압력 및 15 내지 30℃의 온도에서 수행될 수 있다.The step of forming the active material layer may further include rolling the active material layer after the drying step. At this time, the rolling may be performed by a method commonly used in the art, such as roll pressing, and may be performed at, for example, a pressure of 1 to 20 MPa and a temperature of 15 to 30 °C.
상기 코팅된 하층용 슬러리 및 상층용 슬러리를 동시에 건조하여 활물질층을 형성하는 단계는, 열풍 건조 및 적외선 건조 장치가 조합한 장치를 이용하고, (당업 분야에서 통상적으로 사용되는 방법으로 실시될 수 있다.The step of simultaneously drying the coated slurry for the lower layer and the slurry for the upper layer to form an active material layer is performed by using a device combining a hot air drying and an infrared drying device, (can be carried out by a method commonly used in the art .
상기 하층용 슬러리의 고형분에서 제1 바인더 고분자의 중량%가 상기 상층용 슬러리의 고형분에서 제2 바인더 고분자의 중량%과 동일하거나 더 많을 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르며, 상기 하층용 슬러리의 고형분에서 제1 바인더 고분자의 중량%가 상기 상층용 슬러리의 고형분에서 제2 바인더 고분자의 중량%보다 1.0 내지 4.2배, 또는 1.5 내지 3.6배, 또는 1.5 내지 3 배 클 수 있다.The weight % of the first binder polymer in the solid content of the slurry for the lower layer may be equal to or greater than the weight % of the second binder polymer in the solid content of the slurry for the upper layer. According to one embodiment of the present invention, the weight percent of the first binder polymer in the solid content of the slurry for the lower layer is 1.0 to 4.2 times, or 1.5 to 3.6 times the weight percent of the second binder polymer in the solid content of the slurry for the upper layer, or 1.5 to 3 times larger.
이때, 상기 코팅된 하층용 슬러리에서 제1 바인더의 중량% 및 상기 코팅된 상층용 슬러리에서 제2 바인더의 중량%의 비율이 이러한 범위를 만족하는 경우에 하층 영역의 바인더가 너무 적지 않아서 전극층의 탈리가 발생하지 않으며, 상층 영역의 바인더가 너무 많지 않아서 전극 상층부의 저항이 감소되고 급속충전성능이 유리할 수 있다.At this time, when the weight % of the first binder in the coated slurry for the lower layer and the weight % of the second binder in the coated slurry for the upper layer satisfy these ranges, the binder in the lower layer region is not too small, so the electrode layer is detached does not occur, and since the binder in the upper layer region is not too large, resistance of the upper layer portion of the electrode is reduced and rapid charging performance may be advantageous.
상기 하층용 슬러리의 고형분에서 제1 바인더 고분자의 중량%가 2 내지 30 중량%, 또는 5 내지 20 중량%. 또는 5 내지 20 중량%일 수 있고, 상기 상층용 슬러리의 고형분에서 제2 바인더 고분자의 비율(중량%)이 0.5 내지 20 중량%, 또는 1 내지 15 중량%, 또는 1 내지 10 중량%, 또는 2 내지 5 중량%일 수 있다.The weight percent of the first binder polymer in the solid content of the slurry for the lower layer is 2 to 30% by weight, or 5 to 20% by weight. Or it may be 5 to 20% by weight, and the ratio (wt%) of the second binder polymer to the solid content of the slurry for the upper layer is 0.5 to 20% by weight, or 1 to 15% by weight, or 1 to 10% by weight, or 2 to 5% by weight.
상기 하층용 슬러리 및 상기 상층용 슬러리 전체의 고형분에서 제1 바인더 고분자 및 제2 바인더 고분자의 총비율(중량%)이 2 내지 20 중량%, 또는 5 내지 15 중량%일 수 있다.A total ratio (wt%) of the first binder polymer and the second binder polymer in the total solid content of the slurry for the lower layer and the slurry for the upper layer may be 2 to 20% by weight or 5 to 15% by weight.
상기 분리막은 다공성 고분자 기재; 및 상기 다공성 고분자 기재의 양면 상에 위치하고, 무기물 입자 및 바인더 고분자를 포함하는 다공성 코팅층;을 가진다.The separator may include a porous polymer substrate; and a porous coating layer located on both sides of the porous polymer substrate and containing inorganic particles and a binder polymer.
상기 다공성 고분자 기재는 폴리올레핀계 다공성 기재일 수 있다.The porous polymer substrate may be a polyolefin-based porous substrate.
상기 폴리올레핀 다공성 기재는 필름(film) 또는 부직웹(non-woven web) 형태일 수 있다. 이와 같이 다공성 구조를 가짐으로써 양극과 음극 간의 전해액 이동이 원활하게 이루어질 수 있게 되고, 기재 자체의 전해액 함침성도 증가하게 되어 우수한 이온 전도성이 확보될 수 있으며, 전기화학소자 내부의 저항증가가 방지되어 전기화학소자의 성능저하가 방지될 수 있다.The polyolefin porous substrate may be in the form of a film or non-woven web. As such, having a porous structure enables smooth movement of the electrolyte between the anode and the cathode, increases the impregnability of the electrolyte solution of the substrate itself, thereby securing excellent ionic conductivity, and prevents an increase in resistance inside the electrochemical device, thereby preventing electrical Performance deterioration of the chemical element can be prevented.
본 발명에서 사용되는 폴리올레핀 다공성 기재는 통상적으로 전기화학소자에 사용되는 평면상의 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하며, 그 재질이나 형태는 목적하는 바에 따라 다양하게 선택할 수 있다.As the polyolefin porous substrate used in the present invention, any planar porous substrate commonly used in an electrochemical device can be used, and its material or shape can be variously selected according to the purpose.
폴리올레핀 다공성 기재는 비제한적으로 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 도는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 형성된 필름(film) 혹은 부직웹(non-woven web)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The polyolefin porous substrate may be, but is not limited to, a film or a non-woven web formed of high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ultra high molecular weight polyethylene, polypropylene, or a mixture of two or more thereof, It is not limited to this.
상기 폴리올레핀 다공성 기재는 8 내지 30 ㎛의 두께를 가질 수 있으나, 이는 단지 예시일 뿐 기계적인 물성이나 전지의 고율 충방전 특성을 고려하여 상기 범위를 벗어난 두께도 채택가능하다.The polyolefin porous substrate may have a thickness of 8 to 30 μm, but this is merely an example, and a thickness outside the above range may be adopted in consideration of mechanical properties or high rate charge/discharge characteristics of a battery.
본 발명에 따른 부직포 시트는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 부직포 시트는 섬유 방사에 의해 제조된 것일 수 있다. 예컨대, 멜트 블로운(melt blown) 방법을 사용하여, 상기 소재의 섬유를 융점 이상에서 섬유 방사 형태로 만들어서 혼방 방사하여 제조된 것일 수 있다.The nonwoven fabric sheet according to the present invention may be formed of polyethylene (PE), polypropylene (PP), or a mixture of two or more thereof. For example, the nonwoven fabric sheet may be manufactured by fiber spinning. For example, using a melt blown method, the fiber of the material may be made into a fiber spinning form at a melting point or higher and mixed spinning.
상기 부직포 시트는 200 내지 400 %, 보다 바람직하게는 300 내지 400 %의 연신율을 가질 수 있다. 상기 연신율이 200% 미만인 경우에는 못 관통시 전극과 전극 사이에 접촉할 확률이 증가하게 되고, 400 %보다 큰 경우에는 못 관통 주변 부위도 연신하게 되어 분리막이 얇아져서 barrier성(차단성)이 감소하게 된다.The nonwoven fabric sheet may have an elongation of 200 to 400%, more preferably 300 to 400%. If the elongation is less than 200%, the probability of contact between electrodes increases when the nail penetrates, and if it is greater than 400%, the area around the nail penetrates is also elongated, so the barrier property is reduced because the separator is thin. will do
상기 부직포 시트에는 0.1 내지 10 ㎛의 평균 직경을 갖는 기공이 복수개 형성되어 있다. 기공의 크기가 0.1 ㎛ 보다 작은 경우에는 리튬 이온 및/또는 전해액의 원활한 이동이 이루어지지 않을 수 있고, 기공의 크기가 10 ㎛ 보다 큰 경우에는 못 관통시에 부직포 시트의 연신에 의해 양극과 음극의 접촉을 방지하려는 본 발명의 효과가 달성되지 않을 수 있다. A plurality of pores having an average diameter of 0.1 to 10 μm are formed in the non-woven fabric sheet. When the size of the pores is smaller than 0.1 μm, the smooth movement of lithium ions and/or the electrolyte may not be achieved, and when the size of the pores is larger than 10 μm, the positive and negative electrodes are separated by stretching of the nonwoven fabric sheet when the nail penetrates. The effect of the present invention to prevent contact may not be achieved.
또한, 상기 부직포 시트는 40 내지 70 %의 공극률을 가질 수 있다. 공극률이 40 % 미만인 경우에는 리튬 이온 및/또는 전해액의 원활한 이동이 이루어지지 않을 수 있고, 공극률이 70 %보다 큰 경우에는 못 관통시에 부직포 시트의 연신에 의해 양극과 음극의 접촉을 방지하려는 본 발명의 효과가 달성되지 않을 수 있다. 이와 같이 제조된 부직포 시트는 1 내지 20초/100 mL 의 통기도를 가질 수 있다.In addition, the non-woven fabric sheet may have a porosity of 40 to 70%. If the porosity is less than 40%, the smooth movement of lithium ions and / or electrolyte may not be achieved, and if the porosity is greater than 70%, the non-woven fabric sheet is stretched during nail penetration to prevent contact between the positive and negative electrodes. The effect of the invention may not be achieved. The nonwoven fabric sheet prepared in this way may have an air permeability of 1 to 20 seconds/100 mL.
또한, 상기 부직포 시트는 10 내지 20 ㎛의 두께를 가질 수 있으나, 이는 단지 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다. 부직포 시트의 투과성에 따라 상기 범위를 벗어난 두께의 부직포 시트도 채택이 가능하다.In addition, the non-woven fabric sheet may have a thickness of 10 to 20 μm, but this is only an example and is not limited thereto. Depending on the permeability of the non-woven fabric sheet, it is possible to adopt a non-woven fabric sheet having a thickness outside the above range.
상기 부직포 시트는 라미네이션에 의해, 부직포 시트 아래에 놓인 분리막 구성요소에 결합될 수 있다. 상기 라미네이션은 100 내지 150 ℃의 온도 범위에서 수행될 수 있는데, 100 ℃ 보다 낮은 온도에서 라미네이션이 수행되는 경우에는 라미네이션 효과가 발생하지 않게 되고, 150 ℃ 보다 높은 온도에서 라미네이션이 수행되는 경우에는 부직포의 일부가 녹게 된다. The nonwoven sheet may be bonded to the separator component underlying the nonwoven sheet by lamination. The lamination may be performed at a temperature range of 100 to 150 ° C. When the lamination is performed at a temperature lower than 100 ° C., the lamination effect does not occur, and when the lamination is performed at a temperature higher than 150 ° C., the nonwoven fabric some will melt
상기와 같은 조건하에 라미네이션 결합된, 본 발명의 일 양태에 따른 분리막은, 종래 부직포 시트로 이루어진 분리막과 비교할 때, 또한, 필름이나 부직포 시트의 적어도 일면에 무기물 입자를 포함하는 층이 형성되어 있는 분리막과 비교할 때 못 관통성에 대하여 향상된 저항성을 갖게 된다.Compared to a separator made of a conventional nonwoven fabric sheet, the separator according to one aspect of the present invention, which is laminated under the above conditions, is also a separator in which a layer containing inorganic particles is formed on at least one surface of a film or nonwoven fabric sheet. It has improved resistance to nail penetration when compared to
상기 다공성 코팅층에서 무기물 입자들은 서로 충전되어 접촉된 상태에서 상기 바인더 고분자에 의해 서로 결착될 수 있고, 이로 인해 무기물 입자들 사이에 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)이 형성되어 상기 무기물 입자들 사이의 인터스티셜 볼륨은 빈 공간이 되어 기공을 형성할 수 있다.In the porous coating layer, inorganic particles may be bound to each other by the binder polymer in a state in which they are charged and brought into contact with each other, and as a result, an interstitial volume is formed between the inorganic particles to form an interstitial space between the inorganic particles. Stitial volumes can become empty spaces to form pores.
상기 다공성 코팅층 형성에 사용되는 무기물 입자로는 무기물 입자, 즉 전기화학소자의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 무기물 입자들을 더 첨가하여 사용할 수 있다. 특히, 이온 전달능력이 있는 무기물 입자를 사용하는 경우 전기화학소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있다. 또한, 무기물 입자로서 유전율이 높은 무기물 입자를 사용하는 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.As the inorganic particles used to form the porous coating layer, inorganic particles, that is, inorganic particles that do not undergo oxidation and / or reduction reactions in the operating voltage range of the electrochemical device (eg, 0 to 5V based on Li / Li + ) are further added can be used In particular, in the case of using inorganic particles having ion transport ability, performance improvement can be achieved by increasing ion conductivity in the electrochemical device. In addition, when inorganic particles having a high permittivity are used as the inorganic particles, the dissociation degree of an electrolyte salt, for example, a lithium salt in the liquid electrolyte may be increased, thereby improving ionic conductivity of the electrolyte solution.
전술한 이유들로 인해, 상기 무기물 입자는 유전율 상수가 5 이상, 바람직하게는 10 이상인 고유전율 무기물 입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자 또는 이들의 혼합체를 포함하는 것이 바람직하다. For the reasons described above, the inorganic particles preferably include high dielectric constant inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more, preferably 10 or more, inorganic particles having lithium ion transport capability, or a mixture thereof.
유전율 상수가 5 이상인 무기물 입자의 비제한적인 예로는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT), PB(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2, SiC 또는 이들의 혼합체 등이 있다.Non-limiting examples of inorganic particles having a dielectric constant of 5 or more include BaTiO 3 , Pb(Zr,Ti)O 3 (PZT), Pb 1-x La x Zr 1-y Ti y O 3 (PLZT), PB(Mg 1 /3 Nb 2/3 )O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), Hafnia (HfO 2 ), SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SiC or mixtures thereof.
특히, 전술한 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT), PB(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT) 및 하프니아(HfO2)와 같은 무기물 입자들은 유전율 상수 100 이상인 고유전율 특성을 나타낼 뿐만 아니라, 일정 압력을 인가하여 인장 또는 압축되는 경우 전하가 발생하여 양쪽 면 간에 전위차가 발생하는 압전성(piezoelectricity)을 가짐으로써, 외부 충격에 의한 양(兩) 전극의 내부 단락 발생을 방지하여 전기화학소자의 안전성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 전술한 고유전율 무기물 입자와 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자들을 혼용할 경우 이들의 상승 효과는 배가될 수 있다.In particular, the aforementioned BaTiO 3 , Pb(Zr,Ti)O 3 (PZT), Pb 1-x La x Zr 1-y Ti y O 3 (PLZT), PB(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 -Inorganic particles such as PbTiO 3 (PMN-PT) and hafnia (HfO 2 ) not only exhibit high dielectric constant characteristics of 100 or more, but also generate electric charges when they are stretched or compressed by applying a certain pressure, resulting in a potential difference between both sides. By having piezoelectricity that generates, it is possible to improve the safety of the electrochemical device by preventing the internal short circuit of both electrodes due to external impact. In addition, when the above-described high dielectric constant inorganic particles and inorganic particles having lithium ion transport ability are mixed, their synergistic effect can be doubled.
리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기물 입자를 지칭한다. 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 입자 구조 내부에 존재하는 일종의 결함(defect)으로 인해 리튬 이온을 전달 및 이동시킬 수 있기 때문에, 전지내 리튬 이온 전도도가 향상되고, 이로 인해 전지 성능 향상을 도모할 수 있다. 상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자의 비제한적인 예로는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0<x<2, 0<y<3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), 14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5 등과 같은 (LiAlTiP)xOy 계열 glass (0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0< x < 2, 0 < y < 3), Li3.25Ge0.25P0.75S4 등과 같은 리튬게르마니움티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0 < x < 4, 0 < y <1, 0 < z < 1, 0 < w < 5), Li3N 등과 같은 리튬나이트라이드(LixNy, 0 < x < 4, 0 < y < 2), Li3PO4-Li2S-SiS2 등과 같은 SiS2 계열 glass(LixSiySz, 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4), LiI-Li2S-P2S5 등과 같은 P2S5 계열 glass(LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 또는 이들의 혼합물 등이 있다.Inorganic particles having lithium ion transfer ability refer to inorganic particles that contain a lithium element but do not store lithium and have a function of moving lithium ions. Since inorganic particles having lithium ion transfer ability can transfer and move lithium ions due to a kind of defect existing inside the particle structure, the lithium ion conductivity in the battery is improved, thereby improving battery performance. can Non-limiting examples of the inorganic particles having the lithium ion transport ability include lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium titanium phosphate (Li x Ti y (PO 4 ) 3 , 0<x<2, 0<y<3) , lithium aluminum titanium phosphate (Li x Al y Ti z (PO 4 ) 3 , 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), 14Li 2 O-9Al 2 O 3 -38TiO 2 -39P 2 O 5 , such as (LiAlTiP) x O y series glass (0 < x < 4, 0 < y < 13), lithium lanthanum titanate (Li x La y TiO 3 , 0 < x < 2, 0 < y < 3 ), lithium germanium thiophosphate ( Li x Ge y P z S w , 0 < x < 4 , 0 < y <1, 0 < z < 1, 0 < w < 5), lithium nitride such as Li 3 N (Li x N y , 0 < x < 4, 0 < y < 2), SiS 2 series glass such as Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 (Li x Si y S z , 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4), P 2 S 5 series glass ( Li x P y S z , 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) or mixtures thereof.
다공성 코팅층의 무기물 입자 크기는 제한이 없으나, 균일한 두께의 코팅층 형성 및 적절한 공극률을 위하여, 0.001 내지 10㎛인 것이 바람직하다. 0.001㎛ 미만인 경우 무기물 입자의 분산성이 저하될 수 있고, 10㎛를 초과하는 경우 다공성 코팅층의 두께가 증가하여 기계적 물성이 저하될 수 있으며, 또한 지나치게 큰 기공 크기로 인해 전지 충방전시 내부 단락이 일어날 확률이 높아진다.The inorganic particle size of the porous coating layer is not limited, but is preferably 0.001 to 10 μm in order to form a coating layer having a uniform thickness and have an appropriate porosity. If the particle size is less than 0.001 μm, the dispersibility of the inorganic particles may decrease, and if the particle size exceeds 10 μm, the thickness of the porous coating layer may increase and mechanical properties may deteriorate, and due to an excessively large pore size, internal short circuit may occur during charging and discharging of the battery. more likely to happen
다공성 코팅층을 형성하는 바인더 고분자로는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene: PVdF), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트(cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 풀루란 (pullulan) 및 카르복실메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 바인더 고분자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Binder polymers forming the porous coating layer include polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene (PVdF), polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene, polymethyl Polymethylmethacrylate, polybutylacrylate, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylacetate, ethylene-co-vinyl acetate copolymer acetate), polyethylene oxide, polyarylate, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylflurane ( cyanoethylpullulan), cyanoethylpolyvinylalcohol, cyanoethylcellulose, cyanoethylsucrose, pullulan, and carboxylmethylcellulose. A single binder polymer or a mixture of two or more of them may be used, but is not limited thereto.
다공성 코팅층에 사용되는 무기물 입자와 바인더 고분자의 조성비는 예를 들어 50:50 내지 99:1 범위가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 70:30 내지 95:5이다. 바인더 고분자에 대한 무기물 입자의 함량비가 50:50 미만일 경우 바인더 고분자의 함량이 많아지게 되어 분리막의 열적 안전성 개선이 저하될 수 있다. 또한, 무기물 입자들 사이에 형성되는 빈 공간의 감소로 인한 기공 크기 및 기공도가 감소되어 최종 전지 성능 저하가 야기될 수 있다. 무기물 입자의 함량이 99 중량부를 초과할 경우 바인더 고분자 함량이 너무 적기 때문에 다공성 코팅층의 내필링성이 약화될 수 있다. 상기 다공성 코팅층의 두께는 특별한 제한이 없으나, 0.01 내지 20㎛ 범위가 바람직하다. 또한, 기공 크기 및 기공도 역시 특별한 제한이 없으나, 기공 크기는 0.001 내지 10㎛ 범위가 바람직하며, 기공도는 10 내지 90% 범위가 바람직하다. 기공 크기 및 기공도는 주로 무기물 입자의 크기에 의존하는데, 예컨대 입경이 1 ㎛ 이하인 무기물 입자를 사용하는 경우 형성되는 기공 역시 대략 1 ㎛ 이하를 나타내게 된다. 이와 같은 기공 구조는 추후 주액되는 전해액으로 채워지게 되고, 이와 같이 채워진 전해액은 이온 전달 역할을 하게 된다. 기공 크기 및 기공도가 각각 0.001㎛ 및 10% 미만일 경우 저항층으로 작용할 수 있으며, 기공 크기 및 기공도가 10㎛ 및 90%를 각각 초과할 경우에는 기계적 물성이 저하될 수 있다.The composition ratio of the inorganic particles and the binder polymer used in the porous coating layer is preferably in the range of, for example, 50:50 to 99:1, more preferably 70:30 to 95:5. If the content ratio of the inorganic particles to the binder polymer is less than 50:50, the content of the binder polymer increases, and thus thermal stability improvement of the separator may be deteriorated. In addition, the pore size and porosity are reduced due to the decrease in the empty space formed between the inorganic particles, and thus the performance of the final battery may be deteriorated. If the content of the inorganic particles exceeds 99 parts by weight, the peeling resistance of the porous coating layer may be weakened because the content of the binder polymer is too small. The thickness of the porous coating layer is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.01 to 20 μm. In addition, the pore size and porosity are also not particularly limited, but the pore size is preferably in the range of 0.001 to 10 μm, and the porosity is preferably in the range of 10 to 90%. The pore size and porosity mainly depend on the size of the inorganic particles. For example, when inorganic particles having a particle size of 1 μm or less are used, pores formed are also approximately 1 μm or less. Such a pore structure is filled with an electrolyte solution to be injected later, and the electrolyte solution filled in this way plays a role in ion transfer. When the pore size and porosity are less than 0.001 μm and 10%, respectively, it may act as a resistance layer, and when the pore size and porosity exceed 10 μm and 90%, respectively, mechanical properties may be deteriorated.
상기 다공성 코팅층은 분산매에 바인더 고분자를 용해 혹은 분산시킨 후에 무기물 입자를 첨가하여 다공성 코팅층 형성을 위한 슬러리를 수득하고, 이러한 슬러리를 기재의 적어도 일면에 코팅, 건조시킴으로써 형성될 수 있다. 분산매로는 사용하고자 하는 바인더 고분자와 용해도 지수가 유사하며, 끓는점(boiling point)이 낮은 것이 바람직하다. 이는 균일한 혼합과 이후 분산매 제거를 용이하게 하기 위해서이다. 사용 가능한 분산매의 비제한적인 예로는 아세톤 (acetone), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드 (methylene chloride), 클로로포름 (chloroform), 디메틸포름아미드(dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산 (cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합체 등이 있다. The porous coating layer may be formed by dissolving or dispersing a binder polymer in a dispersion medium, adding inorganic particles to obtain a slurry for forming a porous coating layer, coating the slurry on at least one surface of a substrate, and drying it. As the dispersion medium, it is preferable that the solubility index is similar to that of the binder polymer to be used and the boiling point is low. This is to facilitate uniform mixing and subsequent removal of the dispersion medium. Non-limiting examples of usable dispersion media include acetone, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone ( N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), cyclohexane, water or mixtures thereof.
상기 바인더 고분자가 분산매에 분산되어 있는 분산액에 무기물 입자를 첨가한 후, 무기물 입자의 파쇄를 실시하는 것이 바람직하다. 이때 파쇄 시간은 1 내지 20 시간이 적절하며, 파쇄된 무기물 입자의 입도는 전술한 바와 같이 0.001 내지 10㎛가 바람직하다. 파쇄 방법으로는 통상적인 방법을 사용할 수 있으며, 특히 볼밀(ball mill)법이 바람직하다.It is preferable to crush the inorganic particles after adding the inorganic particles to the dispersion in which the binder polymer is dispersed in the dispersion medium. At this time, the crushing time is appropriately 1 to 20 hours, and the particle size of the crushed inorganic particles is preferably 0.001 to 10 μm as described above. Conventional methods can be used as a crushing method, and a ball mill method is particularly preferred.
그런 다음, 무기물 입자가 분산된 바인더 고분자 분산액을 10 내지 80%의 습도 조건 하에서 다공성 고분자 기재의 적어도 일면에 코팅하고 건조시킨다. 상기 분산액을 다공성 고분자 기재 상에 코팅하는 방법은 당 업계에 알려진 통상적인 코팅 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면 딥(Dip) 코팅, 다이(Die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 콤마(comma) 코팅 또는 이들의 혼합 방식 등 다양한 방식을 이용할 수 있다.Then, the binder polymer dispersion in which the inorganic particles are dispersed is coated on at least one surface of the porous polymer substrate under a humidity condition of 10 to 80% and dried. A method of coating the dispersion on a porous polymer substrate may use a conventional coating method known in the art, for example, dip coating, die coating, roll coating, comma Various methods such as coating or mixing methods thereof may be used.
다공성 코팅층 성분으로 전술한 무기물 입자 및 바인더 고분자 이외에, 도전제 등의 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다.In addition to the aforementioned inorganic particles and binder polymer, other additives such as a conductive agent may be further included as components of the porous coating layer.
본 발명에 따른 최종 제작된 분리막은 1 내지 100 ㎛ 또는 5 내지 50 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 두께가 1 ㎛ 미만이면 분리막의 기능이 충분히 발휘되지 못하고 기계적 특성의 열화가 발생할 수 있으며, 100 ㎛ 초과이면 고율 충방전시 전지의 특성이 열화될 수 있다. 또한, 40 ~ 60% 공극률을 가질 수 있으며, 150 내지 300 초/100mL 의 통기도를 가질 수 있다.The final manufactured separator according to the present invention may have a thickness of 1 to 100 μm or 5 to 50 μm. If the thickness is less than 1 μm, the function of the separator may not be sufficiently exhibited and mechanical properties may be deteriorated, and if the thickness exceeds 100 μm, battery characteristics may be deteriorated during high-rate charging and discharging. In addition, it may have a porosity of 40 to 60% and an air permeability of 150 to 300 seconds/100mL.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 다공성 고분자 기재는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 계열을 사용할 수 있다. 또한, 다공성 코팅층에서 무기물 입자로는 Al 산화물, Si 산화물 계열의 코팅 물질을 사용할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the porous polymer substrate may use a polyethylene or polypropylene series. In addition, Al oxide and Si oxide-based coating materials may be used as inorganic particles in the porous coating layer.
본 발명의 일 구현예에 따른 분리막을 사용하는 경우, 다공성 고분자 기재의 양측에 다공성 코팅층을 구비하고 있으므로, 전해액에 대한 함침 성능 향상으로 균일한 고체전해질계면층을 형성할 수 있고, 종래의 단면 무기물 코팅 분리막과 대비하여 우위의 통기도를 확보할 수 있다. 예를 들어 120s/100cc 이내 일 수 있다. 또한, 양면에 무기물 다공성 코팅층을 구비하여도 종래 단면 무기물 코팅 분리막 수준의 두께를 구현할 수 있다. 예를 들어 ~15.0㎛ 이내일 수 있다.In the case of using the separator according to an embodiment of the present invention, since the porous coating layer is provided on both sides of the porous polymer substrate, a uniform solid electrolyte interface layer can be formed by improving the impregnation performance for the electrolyte solution, and a conventional cross-sectional inorganic material Compared to the coated separator, superior air permeability can be secured. For example, it may be within 120s/100cc. In addition, even when an inorganic porous coating layer is provided on both sides, it is possible to implement a thickness equivalent to that of a conventional single-sided inorganic coating separator. For example, it may be within ~15.0 μm.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 분리막을 사용하는 경우, 분리막의 안정성이 개선되어 내열 및 내압축 특성을 확보할 수 있다. 구체적으로 180℃ 기준 5% 이내의 열수축 특성을 갖는 내열 특성을 확보할 수 있고, 550gf 이상의 관통 강도(Puncture strength) 물성을 확보할 수 있으며, 이러한 분리막을 채용한 전지의 사이클 중 코어 변형(core deformation) 발생 시 단차 부에서 분리막의 손상 또는 관통이 방지될 수 있다.In addition, in the case of using the separation membrane according to an embodiment of the present invention, the stability of the separation membrane is improved to ensure heat resistance and compression resistance. Specifically, it is possible to secure heat resistance with a heat shrinkage of less than 5% based on 180 ° C, and to secure a puncture strength of 550 gf or more, and to secure core deformation during the cycle of a battery employing such a separator. ), damage or penetration of the separator in the stepped portion can be prevented.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체의 구조에 관해 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 12는 제1실시예의 전극판(40)을 제1전극판(양극판) 및 제2전극판(음극판)에 적용한 젤리롤 타입의 전극 조립체(80)를 Y축 방향(권취 축 방향)을 따라 자른 단면도이다.12 shows a jelly roll
전극 조립체(80)는 도 2를 통해 설명한 권취 공법으로 제조할 수 있다. 설명의 편의를 위해 분리막 밖으로 연장된 무지부(43a, 43b)의 돌출 구조를 상세하게 도시하고, 제1전극판, 제2전극판 및 분리막의 권취 구조에 대한 도시는 생략한다. 상부로 돌출된 무지부(43a)는 제1전극판으로부터 연장된 것이고, 하부로 돌출된 무지부(43b)는 제2전극판으로부터 연장된 것이다. The
무지부(43a, 43b)의 높이가 변화하는 패턴은 개략적으로 도시하였다. 즉, 단면이 잘리는 위치에 따라서 무지부(43a, 43b)의 높이는 불규칙하게 변화할 수 있다. 일 예로, 사다리꼴 분절편(61, 61')의 사이드 부분이 잘리면 단면에서의 무지부 높이는 분절편(61, 61')의 높이보다 낮아진다. 따라서, 전극 조립체의 단면을 나타낸 도면들에 도시된 무지부(43a, 43b)의 높이는 각 권취 턴에 포함된 무지부 높이(도 8의 C2, 도 10의 D2)의 평균에 대응한다고 이해하여야 한다.A pattern in which the heights of the
도 11을를 참조하면, 제1전극판의 무지부(43a)는, 전극 조립체(80)의 코어에 인접한 코어측 무지부(B1), 전극 조립체(80)의 외주 표면에 인접한 외주측 무지부(B3), 코어측 무지부(B1) 및 외주측 무지부(B3) 사이에 개재된 중간 무지부(B2)를 포함한다.Referring to FIG. 11 , the
외주측 무지부(B3)의 높이(Y축 방향의 길이)는 중간 무지부(B2)의 높이 보다 상대적으로 작다. 따라서, 전지 캔의 비딩부에 외주측 무지부(B3)가 압박되면서 내부 단락이 일어나는 현상을 방지할 수 있다.The height (length in the Y-axis direction) of the outer circumferential uncoated portion B3 is relatively smaller than the height of the middle uncoated portion B2. Accordingly, it is possible to prevent an internal short circuit from occurring while the outer circumferential uncoated portion B3 is pressed against the beading portion of the battery can.
하부 무지부(43b)는 상부 무지부(43a)와 동일한 구조를 가진다. 일 변형예에서, 하부 무지부(43b)는 종래의 전극판 구조나 다른 실시예들(변형예들)의 전극판 구조를 가질 수 있다.The lower
상부 무지부(43a)와 하부 무지부(43b)의 단부(81)은 전극 조립체(80)의 외주측으로부터 코어측으로 절곡될 수 있다. 이 때 외주측 무지부(B3)는 실질적으로 절곡되지 않을 수 있다.The ends 81 of the upper
도 12는 제2실시예의 전극판(45)을 제1전극판(양극판) 및 제2전극판(음극판)에 적용한 젤리롤 타입의 전극 조립체(90)를 Y축 방향(권취 축 방향)을 따라 자른 단면도이다.12 shows a jelly roll
도 12를 참조하면, 제1전극판의 무지부(43a)는, 전극 조립체(90)의 코어에 인접한 코어측 무지부(B1), 전극 조립체(90)의 외주 표면에 인접한 외주측 무지부(B3), 및 코어측 무지부(B1) 및 외주측 무지부(B3) 사이에 개재된 중간 무지부(B2)를 포함한다. Referring to FIG. 12 , the
외주측 무지부(B3)의 높이는 중간 무지부(B2)의 높이보다 상대적으로 작으며 코어측으로부터 외주측으로 가면서 점진적으로 또는 단계적으로 감소한다. 따라서, 전지 캔의 비딩부에 외주측 무지부(B3)가 압박되면서 내부 단락이 일어나는 현상을 방지할 수 있다.The height of the outer circumferential uncoated portion B3 is relatively smaller than the height of the middle uncoated portion B2 and gradually or stepwise decreases from the core side to the outer circumferential side. Accordingly, it is possible to prevent an internal short circuit from occurring while the outer circumferential uncoated portion B3 is pressed against the beading portion of the battery can.
하부 무지부(43b)는 상부 무지부(43a)와 동일한 구조를 가진다. 일 변형예에서, 하부 무지부(43b)는 종래의 전극판 구조나 다른 실시예들(변형예들)의 전극판 구조를 가질 수 있다.The lower
상부 무지부(43a)와 하부 무지부(43b)의 단부(91)은 전극 조립체(90)의 외주측으로부터 코어측으로 절곡될 수 있다. 이 때 외주측 무지부(B3)의 최외측(92)은 실질적으로 절곡되지 않을 수 있다.The ends 91 of the upper
도 13은 제3실시예 내지 제5실시예(이들의 변형예들)의 전극판들(50, 60, 70) 중 어느 하나를 제1전극판(양극판) 및 제2전극판(음극판)에 적용한 젤리롤 타입의 전극 조립체(100)를 Y축 방향(권취 축 방향)을 따라 자른 단면도이다.13 shows any one of the
도 13을 참조하면, 제1전극판의 무지부(43a)는, 전극 조립체(100)의 코어에 인접한 코어측 무지부(B1), 전극 조립체(100)의 외주 표면에 인접한 외주측 무지부(B3), 및 코어측 무지부(B1) 및 외주측 무지부(B3) 사이에 개재된 중간 무지부(B2)를 포함한다.Referring to FIG. 13 , the
코어측 무지부(B1)의 높이는 중간 무지부(B2)의 높이보다 상대적으로 작다. 또한, 중간 무지부(B2)에 있어서 최내측에 위치한 무지부(43a)의 절곡 길이 내지는 코어측 무지부(B1)의 반경 방향 길이(R)와 같거나 작다. 절곡 길이(H)는 무지부(43a)가 절곡되는 지점(도 8의 C4, 도 10의 D4)을 기준으로 한 무지부(43a)의 높이에 해당한다.The height of the core-side uncoated portion B1 is relatively smaller than the height of the middle uncoated portion B2. In addition, it is equal to or smaller than the bending length of the innermost
따라서, 중간 무지부(B2)가 절곡되더라도 절곡 부위가 전극 조립체(100) 코어의 공동(102)을 폐색하지 않는다. 공동(102)이 폐색되지 않으면, 전해질 주액 공정에 어려움이 없고, 전해액 주액 효율이 향상된다. 또한, 공동(102)을 통해 용접 지그를 삽입하여 음극측의 집전 플레이트와 전지 캔 사이의 용접 공정을 용이하게 진행할 수 있다.Therefore, even if the middle uncoated portion B2 is bent, the
외주측 무지부(B3)의 높이는 중간 무지부(B2)의 높이보다 상대적으로 작다. 따라서, 전지 캔의 비딩부에 외주측 무지부(B3)가 압박되면서 내부 단락이 일어나는 현상을 방지할 수 있다.The height of the outer circumferential uncoated portion B3 is relatively smaller than the height of the middle uncoated portion B2. Accordingly, it is possible to prevent an internal short circuit from occurring while the outer circumferential uncoated portion B3 is pressed against the beading portion of the battery can.
일 변형예에서, 외주측 무지부(B3)의 높이는 도 13에 도시된 것과 달리 점진적으로 또는 단계적으로 감소할 수 있다. 또한, 도 13에는, 중간 무지부(B2)의 높이가 외주측 일부분이 동일하지만, 중간 무지부(B2)의 높이는 코어측 무지부(B1)와 중간 무지부(B2)의 경계부터 중간 무지부(B2)와 외주측 무지부(B3)의 경계까지 점진적으로 또는 단계적으로 증가할 수 있다.In one modification, the height of the outer circumferential uncoated portion B3 may decrease gradually or stepwise, unlike that shown in FIG. 13 . 13, the height of the intermediate non-coated portion B2 is the same on the outer circumference side, but the height of the intermediate non-coated portion B2 is from the boundary between the core-side non-coated portion B1 and the intermediate non-coated portion B2 to the intermediate non-coated portion. It may gradually or stepwise increase to the boundary between (B2) and the outer circumferential uncoated portion (B3).
하부 무지부(43b)는 상부 무지부(43a)와 동일한 구조를 가진다. 일 변형예에서, 하부 무지부(43b)는 종래의 전극판 구조나 다른 실시예들(변형예들)의 전극판 구조를 가질 수 있다.The lower
상부 무지부(43a)와 하부 무지부(43b)의 단부(101)는 전극 조립체(100)의 외주측으로부터 코어측으로 절곡 가공될 수 있다. 이 때 코어측 무지부(B1)와 외주측 무지부(B3)는 실질적으로 절곡되지 않는다.The ends 101 of the upper
중간 무지부(B2)가 복수의 분절편을 포함하는 경우 절곡 응력이 완화되어 절곡 지점 근처의 무지부(43a)가 찢어지거나 비정상적으로 변형되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 분절편의 폭 및/또는 높이 및/또는 이격 피치가 상술한 실시예의 수치범위에 따라 조절될 경우, 분절편들이 코어측으로 절곡되면서 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 여러 겹으로 중첩되며 절곡면(Y축에서 바라본 표면)에 빈 구멍(빈틈)을 형성하지 않는다.When the intermediate uncoated portion B2 includes a plurality of segments, the bending stress is alleviated, and tearing or abnormal deformation of the
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(110)를 Y축 방향(권취 축 방향)을 따라 자른 단면도이다.14 is a cross-sectional view of the
도 14를 참조하면, 전극 조립체(110)는 도 13의 전극 조립체(100)와 비교하여 외주측 무지부(B3)의 높이가 중간 무지부(B2)의 최외측 높이와 실질적으로 동일하다는 점을 제외하면 나머지 구성은 실질적으로 동일하다. Referring to FIG. 14, in the
외주측 무지부(B3)는 복수의 분절편을 포함할 수 있다. 복수의 분절편에 관한 구성에 대해서는 제4 및 제5실시예(변형예들)의 설명을 실질적으로 동일하게 원용한다.The outer circumferential uncoated portion B3 may include a plurality of segments. Regarding the configuration of a plurality of segments, the descriptions of the fourth and fifth embodiments (variations) are substantially the same.
전극 조립체(110)에 있어서, 코어측 무지부(B1)의 높이는 중간 무지부(B2)의 높이보다 상대적으로 작다. 또한, 중간 무지부(B2)에 있어서 최내측에 위치한 무지부의 절곡 길이(H)는 코어측 무지부(B1)의 반경 방향 길이(R)와 같거나 작다.In the
따라서, 중간 무지부(B2)가 절곡되더라도 절곡 부위가 전극 조립체(110) 코어의 공동(112)을 폐색하지 않는다. 공동(112)이 폐색되지 않으면, 전해질 주액 공정에 어려움이 없고, 전해액 주액 효율이 향상된다. 또한, 공동(112)을 통해 용접 지그를 삽입하여 음극측의 집전 플레이트와 전지 캔 사이의 용접 공정을 용이하게 진행할 수 있다.Therefore, even if the middle uncoated portion B2 is bent, the
일 변형예에서, 중간 무지부(B2)의 높이가 코어측으로부터 외주측을 향해 점진적으로 또는 단계적으로 증가하는 구조는, 외주측 무지부(B3)까지 확장될 수 있다. 이 경우, 무지부(43a)의 높이는 코어측 무지부(B1)와 중간 무지부(B2)의 경계부터 전극 조립체(110)의 최외측 표면까지 점진적으로 또는 단계적으로 증가할 수 있다.In one modification, the structure in which the height of the middle uncoated portion B2 gradually or stepwise increases from the core side toward the outer circumference may extend to the outer circumferential uncoated portion B3. In this case, the height of the
하부 무지부(43b)는 상부 무지부(43a)와 동일한 구조를 가진다. 일 변형예에서, 하부 무지부(43b)는 종래의 전극판 구조나 다른 실시예들(변형예들)의 전극판 구조를 가질 수 있다.The lower
상부 무지부(43a)와 하부 무지부(43b)의 단부(111)는 전극 조립체(110)의 외주측으로부터 코어측으로 절곡 가공될 수 있다. 이 때 코어측 무지부(B1)는 실질적으로 절곡되지 않는다.The ends 111 of the upper
중간 무지부(B2) 및 외주측 무지부(B3)가 복수의 분절편을 포함하는 경우 절곡 응력이 완화되어 절곡 지점 근처의 무지부(43a, 43b)가 찢어지거나 비정상적으로 변형되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 분절편의 폭 및/또는 높이 및/또는 이격 피치가 상술한 실시예의 수치범위에 따라 조절될 경우, 분절편들이 코어측으로 절곡되면서 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 여러 겹으로 중첩되며 절곡면(Y축에서 바라본 표면)에 빈 구멍(빈틈)을 형성하지 않는다.When the middle uncoated portion B2 and the outer circumferential uncoated portion B3 include a plurality of segments, the bending stress is relieved to prevent tearing or abnormal deformation of the
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(120)를 Y축 방향(권취 축 방향)을 따라 자른 단면도이다.15 is a cross-sectional view of the
도 15를 참조하면, 전극 조립체(120)는 도 13의 전극 조립체(100)와 비교하여 중간 무지부(B2)의 높이가 점진적 또는 단계적으로 증가하였다가 감소하는 패턴을 가지는 점만 다르고 나머지 구성은 실질적으로 동일하다. Referring to FIG. 15, the
이러한 중간 무지부(B2)의 높이 변화는 중간 무지부(B2)에 포함된 스텝 패턴(도 6 참조)이나 분절편(도 7 또는 도 9 참조)의 높이를 조절하는 것에 의해 구현할 수 있다.The change in height of the middle uncoated portion B2 can be realized by adjusting the height of the step pattern (see FIG. 6) or the segmented segment (see FIGS. 7 or 9) included in the middle uncoated portion B2.
전극 조립체(120)에 있어서, 코어측 무지부(B1)의 높이는 중간 무지부(B2)의 높이보다 상대적으로 작다. 또한, 중간 무지부(B2)에 있어서 최내측에 위치한 무지부의 절곡 길이(H)는 코어측 무지부(B1)의 반경 방향 길이(R)와 같거나 작다.In the
따라서, 중간 무지부(B2)가 코어측을 향해 절곡되더라도 절곡 부위가 전극 조립체(120) 코어의 공동(122)을 폐색하지 않는다. 공동(122)이 폐색되지 않으면, 전해질 주액 공정에 어려움이 없고, 전해액 주액 효율이 향상된다. 또한, 공동(122)을 통해 용접 지그를 삽입하여 음극측의 집전 플레이트와 전지 캔 사이의 용접 공정을 용이하게 진행할 수 있다.Therefore, even if the middle uncoated portion B2 is bent toward the core, the bent portion does not block the
또한, 외주측 무지부(B3)의 높이는 중간 무지부(B2)의 높이보다 상대적으로 작다. 따라서, 전지 캔의 비딩부에 외주측 무지부(B3)가 압박되면서 내부 단락이 일어나는 현상을 방지할 수 있다. 일 변형예에서, 외주측 무지부(B3)의 높이는 외주측을 향해 점진적으로 또는 단계적으로 감소할 수 있다.Also, the height of the outer circumferential uncoated portion B3 is relatively smaller than the height of the middle uncoated portion B2. Accordingly, it is possible to prevent an internal short circuit from occurring while the outer circumferential uncoated portion B3 is pressed against the beading portion of the battery can. In one modification, the height of the outer circumferential uncoated portion B3 may gradually or stepwise decrease toward the outer circumference.
하부 무지부(43b)는 상부 무지부(43a)와 동일한 구조를 가진다. 변형예에서, 하부 무지부(43b)는 종래의 전극판 구조나 다른 실시예들(변형예들)의 전극판 구조를 가질 수 있다.The lower
상부 무지부(43a)와 하부 무지부(43b)의 단부(121)는 전극 조립체(120)의 외주측으로부터 코어측으로 절곡 가공될 수 있다. 이 때 코어측 무지부(B1)와 외주측 무지부(B3)는 실질적으로 절곡되지 않는다.The ends 121 of the upper
중간 무지부(B2)가 복수의 분절편을 포함하는 경우 절곡 응력이 완화되어 무지부(43a, 43b)가 찢어지거나 비정상적으로 변형되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 분절편의 폭 및/또는 높이 및/또는 이격 피치가 상술한 실시예의 수치범위에 따라 조절될 경우, 분절편들이 코어측으로 절곡되면서 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 여러 겹으로 중첩되며 절곡면(Y축에서 바라본 표면)에 빈 구멍(빈틈)을 형성하지 않는다.When the intermediate uncoated portion B2 includes a plurality of segment pieces, the bending stress is alleviated to prevent the
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(130)를 Y축 방향(권취 축 방향)을 따라 자른 단면도이다.16 is a cross-sectional view of the
도 16을 참조하면, 전극 조립체(130)는 도 15의 전극 조립체(120)와 비교하여 외주측 무지부(B3)의 높이가 외주측 무지부(B3)와 중간 무지부(B2)의 경계 지점부터 전극 조립체(130)의 최외측 표면을 향해 점진적으로 또는 단계적으로 감소하는 패턴을 가지는 점에서 차이가 있고 나머지 구성은 실질적으로 동일하다. Referring to FIG. 16, the
이러한 외주측 무지부(B3)의 높이 변화는 중간 무지부(B2)에 포함된 스텝 패턴(도 6 참조)을 외주측 무지부(B3)까지 확장하면서 동시에 패턴의 높이를 외주측을 향해 점진적으로 또는 단계적으로 감소시켜 구현할 수 있다. 또한, 다른 변형 예에서, 외주측 무지부(B3)의 높이 변화는 중간 무지부(B2)의 분절편 구조를 외주측 무지부(B3)까지 확장하면서 동시에 분절편의 높이를 외주측을 향해 점진적으로 뜨는 단계적으로 감소시켜 구현할 수 있다.The change in the height of the outer circumferential uncoated portion B3 extends the step pattern (see FIG. 6) included in the middle uncoated portion B2 to the outer circumferential uncoated portion B3 while gradually increasing the pattern height toward the outer circumference. Or it can be implemented by reducing step by step. Further, in another modified example, the height change of the outer circumferential uncoated portion B3 extends the segmental segment structure of the middle uncoated portion B2 to the outer circumferential uncoated portion B3 while gradually increasing the height of the segmental segment toward the outer circumferential side. It can be implemented by reducing the float step by step.
전극 조립체(130)에 있어서, 코어측 무지부(B1)의 높이는 중간 무지부(B2)의 높이보다 상대적으로 작다. 또한, 중간 무지부(B2)에 있어서 최내측에 위치한 무지부의 절곡 길이(H)는 코어측 무지부(B1)의 반경 방향 길이(R)와 같거나 작다.In the
따라서, 중간 무지부(B2)가 코어측을 향해 절곡되더라도 절곡 부위가 전극 조립체(120) 코어의 공동(132)을 폐색하지 않는다. 공동(132)이 폐색되지 않으면, 전해질 주액 공정에 어려움이 없고, 전해액 주액 효율이 향상된다. 또한, 공동(132)을 통해 용접 지그를 삽입하여 음극측의 집전 플레이트와 전지 캔 사이의 용접 공정을 용이하게 진행할 수 있다.Therefore, even if the middle uncoated portion B2 is bent toward the core, the bent portion does not block the
하부 무지부(43b)는 상부 무지부(43a)와 동일한 구조를 가진다. 일 변형예에서, 하부 무지부(43b)는 종래의 전극판 구조나 다른 실시예들(변형예들)의 전극판 구조를 가질 수 있다.The lower
상부 무지부(43a)와 하부 무지부(43b)의 단부(131)는 전극 조립체(130)의 외주측으로부터 코어측으로 절곡 가공될 수 있다. 이 때 코어측 무지부(B1)는 실질적으로 절곡되지 않는다.The ends 131 of the upper
중간 무지부(B2) 및 외주측 무지부(B3)가 복수의 분절편을 포함하는 경우 절곡 응력이 완화되어 절곡 지점 근처의 무지부(43a, 43b)가 찢어지거나 비정상적으로 변형되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 분절편의 폭 및/또는 높이 및/또는 이격 피치가 상술한 실시예의 수치범위에 따라 조절될 경우, 분절편들이 코어측으로 절곡되면서 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 여러 겹으로 중첩되며 절곡면(Y축에서 바라본 표면)에 빈 구멍(빈틈)을 형성하지 않는다.When the middle uncoated portion B2 and the outer circumferential uncoated portion B3 include a plurality of segments, the bending stress is relieved to prevent tearing or abnormal deformation of the
본 발명의 실시예에 따른 다양한 전극 조립체 구조는 젤리롤 타입의 원통형 배터리 셀에 적용될 수 있다.Various electrode assembly structures according to embodiments of the present invention may be applied to a jelly roll type cylindrical battery cell.
바람직하게, 원통형 배터리 셀은, 예를 들어 폼 팩터의 비(원통형 배터리 셀의 직경을 높이로 나눈 값, 즉 높이(H) 대비 직경(Φ)의 비로 정의됨)가 대략 0.4 보다 큰 원통형 배터리 셀일 수 있다. Preferably, the cylindrical battery cell is, for example, a cylindrical battery cell having a form factor ratio (defined as the diameter of a cylindrical battery cell divided by its height, i.e., the ratio of the height (H) to the diameter (Φ)) of greater than about 0.4. can
여기서, 폼 팩터란, 원통형 배터리 셀의 직경 및 높이를 나타내는 값을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀은, 예를 들어 46110 셀, 48750 셀, 48110 셀, 48800 셀, 46800 셀일 수 있다. 폼 팩터를 나타내는 수치에서, 앞의 숫자 2개는 셀의 직경을 나타내고, 그 다음 숫자 2개는 셀의 높이를 나타내고, 마지막 숫자 0은 셀의 단면이 원형임을 나타낸다. Here, the form factor means a value representing the diameter and height of a cylindrical battery cell. Cylindrical battery cells according to an embodiment of the present invention may be, for example, 46110 cells, 48750 cells, 48110 cells, 48800 cells, or 46800 cells. In the numerical value representing the form factor, the first two numbers indicate the diameter of the cell, the next two numbers indicate the height of the cell, and the last number 0 indicates that the cross section of the cell is circular.
폼 팩터의 비가 0.4를 초과하는 원통형 배터리 셀에 탭-리스 구조를 가진 전극 조립체를 적용할 경우, 무지부를 절곡할 때 반경 방향으로 가해지는 응력이 커서 무지부가 찢어지기 쉽다. 또한, 무지부의 절곡면에 집전 플레이트를 용접할 때 용접 강도를 충분히 확보하고 저항을 낮추기 위해서는 무지부의 중첩 레이어 수를 충분히 증가시켜야 한다. 이러한 요구 조건은 본 발명의 실시예들(변형예들)에 따른 전극판과 전극 조립체에 의해 달성될 수 있다.When an electrode assembly having a tab-less structure is applied to a cylindrical battery cell having a form factor ratio of greater than 0.4, the uncoated portion is easily torn due to a large stress applied in a radial direction when the uncoated portion is bent. In addition, when the current collector plate is welded to the curved surface of the uncoated portion, the number of overlapping layers of the uncoated portion must be sufficiently increased in order to sufficiently secure welding strength and lower resistance. These requirements can be achieved by an electrode plate and an electrode assembly according to embodiments (modifications) of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 46mm이고, 그 높이는 대략 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 배터리 셀일 수 있다. A battery cell according to an embodiment of the present invention may be a cylindrical battery cell having a substantially cylindrical shape, a diameter of about 46 mm, a height of about 110 mm, and a form factor ratio of 0.418.
다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 75mm이고, 폼 팩터의 비는 0.640인 원통형 배터리 셀일 수 있다. A battery cell according to another embodiment may be a cylindrical battery cell having a substantially cylindrical shape, a diameter of about 48 mm, a height of about 75 mm, and a form factor ratio of 0.640.
또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 배터리 셀일 수 있다. A battery cell according to another embodiment may be a substantially cylindrical battery cell having a diameter of about 48 mm, a height of about 110 mm, and a form factor ratio of 0.418.
또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.600인 원통형 배터리 셀일 수 있다. A battery cell according to another embodiment may be a substantially cylindrical battery cell having a diameter of about 48 mm, a height of about 80 mm, and a form factor ratio of 0.600.
또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 46mm이고, 그 높이는 대략 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.575인 원통형 배터리 셀일 수 있다. A battery cell according to another embodiment may be a cylindrical battery cell having a diameter of about 46 mm, a height of about 80 mm, and a form factor ratio of 0.575.
종래에는, 폼 팩터의 비가 대략 0.4 이하인 배터리 셀들이 이용되었다. 즉, 종래에는, 예를 들어 18650 셀, 21700 셀 등이 이용되었다. 18650셀의 경우, 그 직경이 대략 18mm이고, 그 높이는 대략 65mm이고, 폼 팩터의 비는 0.277이다. 21700 셀의 경우, 그 직경이 대략 21mm이고, 그 높이는 대략 70mm이고, 폼 팩터의 비는 0.300이다.Conventionally, battery cells having a form factor ratio of approximately 0.4 or less have been used. That is, conventionally, for example, 18650 cells, 21700 cells, etc. have been used. For an 18650 cell, its diameter is approximately 18mm, its height is approximately 65mm, and the form factor ratio is 0.277. For a 21700 cell, its diameter is approximately 21 mm, its height is approximately 70 mm, and the form factor ratio is 0.300.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 원통형 배터리 셀에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a cylindrical battery cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀(140)을 Y축 방향을 따라 자른 단면도이다.17 is a cross-sectional view of a
도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀(140)은 제1전극판, 분리막 및 제2전극판을 포함하는 전극 조립체(141), 전극 조립체(141)를 수납하는 전지 캔(142) 및 전지 캔(142)의 개방단부를 밀봉하는 밀봉체(143)를 포함한다. Referring to FIG. 17, a
전지 캔(142)은, 상방에 개구부가 형성된 원통형의 용기이다. 전지 캔(142)은 알루미늄이나 스틸과 같은 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어진다. 전지 캔(142)은 상단 개구부를 통해 내측 공간에 전극 조립체(10)를 수용하며 전해질도 함께 수용한다.The battery can 142 is a cylindrical container with an opening formed thereon. The battery can 142 is made of a metal material having conductivity such as aluminum or steel. The battery can 142 accommodates the
전해질은 A+B-와 같은 구조를 갖는 염일 수 있다. 여기서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온이나 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함한다. 그리고 B-는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, AlO4 -, AlCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AsF6 -, BF2C2O4 -, BC4O8 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, C4F9SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- , CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 음이온을 포함한다.The electrolyte may be a salt having a structure such as A + B - . Here, A + includes alkali metal cations such as Li + , Na + , and K + or ions made of combinations thereof. And B - is F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , AlO 4 - , AlCl 4 - , PF 6 - , SbF 6 - , AsF 6 - , BF 2 C 2 O 4 - , BC 4 O 8 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , C 4 F 9 SO 3 - , CF 3 CF 2 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , (FSO 2 ) 2 N - , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN - and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - includes any one or more anions selected from the group consisting of.
전해질은 또한 유기 용매에 용해시켜 사용할 수 있다. 유기 용매로는, 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylenecarbonate, EC), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디프로필카보네이트(dipropyl carbonate, DPC), 디메틸설프옥사이드 (dimethyl sulfoxide), 아세토니트릴 (acetonitrile), 디메톡시에탄 (dimethoxyethane), 디에톡시에탄 (diethoxyethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 에틸메틸카보네이트(ethyl methyl carbonate, EMC), 감마 부티로락톤(γ-butyrolactone) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.The electrolyte can also be used by dissolving it in an organic solvent. As the organic solvent, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate (DPC) , dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone 2-pyrrolidone (NMP), ethyl methyl carbonate (EMC), γ-butyrolactone, or mixtures thereof may be used.
전극 조립체(141)는, 젤리롤 형상을 가질 수 있다. 전극 조립체(141)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 분리막, 제1전극판, 상부 분리막 및 제2전극판을 순차적으로 적어도 1회 적층하여 형성된 적층체를 권취 중심(C)을 기준으로 하여 권취시킴으로써 제조될 수 있다. The
제1전극판과 제2전극판은 극성이 다르다. 즉 하나가 양의 극성을 띠면 다른 하나는 음의 극성을 띤다. 제1전극판과 제2전극판 중 적어도 하나는 상술한 실시예들(변형예들)에 따른 전극판 구조를 가질 수 있다. 또한, 제1전극판과 제2전극판 중 다른 하나는 종래의 전극판 구조 또는 실시예들(변형예들)에 따른 전극판 구조를 가질 수 있다.The first electrode plate and the second electrode plate have different polarities. That is, when one is positively polarized, the other is negatively polarized. At least one of the first electrode plate and the second electrode plate may have an electrode plate structure according to the above-described embodiments (modifications). In addition, the other one of the first electrode plate and the second electrode plate may have a conventional electrode plate structure or an electrode plate structure according to embodiments (modifications).
전극 조립체(141)의 상부와 하부에는 각각 제1전극판의 무지부(146a)와 제2전극판의 무지부(146b)가 돌출된다. 제1전극판은 제1실시예(변형예)의 전극판 구조를 가진다. 따라서, 제1전극판의 무지부(146a)는 외주측 무지부(B3)의 높이가 다른 부분의 무지부 높이 보다 작다. 외주측 무지부(B3)는 전지 캔(142)의 내주면, 특히 비딩부(147)와 소정 간격 이격되어 있다. 따라서, 제1전극판의 외주측 무지부(B3)는 제2전극판과 전기적으로 연결된 전지 캔(142)과 접촉하지 않아 배터리 셀(140)의 내부 단락이 방지된다.The
제2전극판의 무지부(146b)는 높이가 동일하다. 변형 예에서, 제2전극판의 무지부(146b)는 제1전극판의 무지부(146a)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 다른 변형 예에서, 제2전극판의 무지부(146b)는 실시예들(변형예들)에 따른 전극판의 무지부 구조를 선택적으로 가질 수 있다.The
밀봉체(143)는 탑 플레이트(143a), 탑 플레이트(143a)와 전지 캔(142) 사이에 기밀성을 제공하며 절연성을 가진 제1가스켓(143b) 및 상기 탑 플레이트(143a)와 전기적으로 및 기계적으로 결합된 연결 플레이트(143c)를 포함할 수 있다.The sealing
캡 플레이트(143a)는 전도성을 갖는 금속 재질로 이루어지는 부품이며, 전지 캔(142)의 상단 개구부를 커버한다. 캡 플레이트(143a)는, 제1전극판의 무지부(146a)와 전기적으로 연결되며, 전지 캔(142)과는 제1가스켓(143b)을 통해 전기적으로 절연된다. 따라서 캡 플레이트(143a)는, 원통형 배터리 셀(140)의 제1전극 단자로서 기능할 수 있다.The
캡 플레이트(143a)는 전지 캔(142)에 형성된 비딩부(147) 상에 안착되며, 크림핑부(148)에 의해 고정된다. 캡 플레이트(143a)와 크림핑부(148) 사이에는, 전지 캔(142)의 기밀성을 확보하고 전지 캔(142)과 캡 플레이트(143a) 사이의 전기적 절연을 위해 제1가스켓(143b)이 개재될 수 있다. 캡 플레이트(143a)는 그 중심부로부터 상방으로 돌출 형성된 돌출부(143d)를 구비할 수 있다.The
전지 캔(142)은 제2전극판의 무지부(146b)와 전기적으로 연결된다. 따라서 전지 캔(142)은 제2전극판과 동일한 극성을 갖는다. 만약, 제2전극판이 음의 극성을 가지면, 전지 캔(142) 또한 음의 극성을 가진다.The battery can 142 is electrically connected to the
전지 캔(142)은 상단에 비딩부(147) 및 크림핑부(148)를 구비한다. 비딩부(147)는 전지 캔(142)의 외주면 둘레를 압입하여 형성한다. 비딩부(147)는 전지 캔(142)의 내부에 수용된 전극 조립체(141)가 전지 캔(142)의 상단 개구부를 통해 빠져나오지 못하도록 하며, 밀봉체(143)가 안착되는 지지부로서 기능할 수 있다.The battery can 142 has a
비딩부(147)의 내주면은, 제1전극판의 외주측 무지부(B3)와 소정 간격 이격되어 있다. 보다 구체적으로, 비딩부(147)의 내주면 하단이, 제1전극판의 외주측 무지부(B3)와 소정 간격 이격되어 있다. 또한, 외주측 무지부(B3)는 높이가 낮기 때문에 비딩부(147)를 형성하기 위해 전지 캔(12)을 외부에서 압입할 때에도 외주측 무지부(B3)는 실질적으로 영향을 받지 않는다. 따라서, 외주측 무지부(B3)가 비딩부(147) 등의 다른 구성요소에 의해 압박되지 않으며, 이로써 전극 조립체(141)의 부분적 형태 변형이 발생되는 것이 방지되어, 원통형 배터리 셀(140) 내부의 단락을 방지할 수 있다.The inner circumferential surface of the
바람직하게, 비딩부(147)의 압입 깊이를 D1으로 정의하고, 전지 캔(142)의 내주면으로부터 외주측 무지부(B3)와 중간 무지부(B2)의 경계 지점까지의 반경 향 길이를 D2라고 정의할 때, 관계식 D1 ≤ D2가 만족될 수 있다. 이 경우, 비딩부(147)를 형성하기 위해 전지 캔(142)을 압입할 때 외주측 무지부(B3)의 손상이 실질적으로 방지된다. Preferably, the press-in depth of the
크림핑부(148)는 비딩부(147)의 상부에 형성된다. 크림핑부(148)는, 비딩부(147) 상에 배치되는 캡 플레이트(143a)의 외주면, 그리고 캡 플레이트(143a)의 상면 일부를 감싸도록 연장 및 절곡된 형태를 갖는다. The crimping
원통형 배터리 셀(140)은 제1집전 플레이트(144) 및/또는 제2집전 플레이트(145) 및/또는 인슐레이터(146)를 더 포함할 수 있다. The
제1집전 플레이트(144)는 전극 조립체(141)의 상부에 결합된다. 제1집전 플레이트(144)는 알루미늄, 구리, 니켈 등과 같은 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어지며 제1전극판의 무지부(146a)와 전기적으로 연결된다. 제1집전 플레이트(144)에는 리드(149)가 연결될 수 있다. 리드(149)는 전극 조립체(141)의 상방으로 연장되어 연결 플레이트(143c)에 결합되거나 캡 플레이트(143a)의 하면에 직접 결합될 수 있다. 리드(149)와 다른 부품의 결합은 용접을 통해 이루어질 수 있다. The first
바람직하게, 제1집전 플레이트(144)는 리드(149)와 일체로 형성될 수 있다. 이 경우, 리드(149)는 제1집전 플레이트(144)의 중심부로부터 외측으로 연장된 길다란 플레이트 형상을 가질 수 있다.Preferably, the first
제1집전 플레이트(144)는, 그 하면에 방사상으로 형성된 복수의 요철(미도시)을 구비할 수 있다. 방사상 요철이 구비된 경우, 제1집전 플레이트(144)를 눌러서 요철을 제1전극판의 무지부(146a)에 압입시킬 수 있다.The first
제1집전 플레이트(144)는 제1전극판의 무지부(146a)의 단부에 결합된다. 무지부(146a)와 제1집전 플레이트(144) 간의 결합은 예를 들어 레이저 용접에 의해 이루어질 수 있다. 레이저 용접은, 집전 플레이트 모재를 부분적으로 용융시키는 방식으로 이루어질 수 있다. 변형예에서, 제1집전 플레이트(144)와 무지부(146a) 사이의 용접은 솔더를 개재시킨 상태에서 이루어질 수 있다. 이 경우, 솔더는 제1집전 플레이트(144)와 무지부(146a)와 비교하여 더 낮은 융점을 가질 수 있다. 레이저 용접은 저항 용접, 초음파 용접 등으로 대체 가능하다.The first
전극 조립체(141)의 하면에는 제2집전 플레이트(145)가 결합될 수 있다. 제2집전 플레이트(145)의 일 면은 제2전극판의 무지부(146b)와 용접에 의해 결합되며, 반대쪽 면은 전지 캔(142)의 내측 바닥 면 상에 용접에 의해 결합될 수 있다. 제2집전 플레이트(145)와 제2전극판의 무지부(146b) 사이의 결합 구조는 제1집전 플레이트(144)와 제1전극판의 무지부(146a) 사이의 결합 구조와 실질적으로 동일할 수 있다.A second current collecting
무지부(146a, 146b)는 도시된 구조에만 한정되지 않는다. 따라서, 무지부(146a, 146b)는 종래의 무지부 구조뿐만 아니라 실시예들(변형예들)에 따른 전극판의 무지부 구조를 선택적으로 가질 수 있다.The
인슐레이터(146)는 제1집전 플레이트(144)를 커버할 수 있다. 인슐레이터(146)는 제1집전 플레이트(144)의 상면에서 제1집전 플레이트(144)를 커버함으로써, 제1집전 플레이트(144)와 전지 캔(142)의 내주면 사이의 직접 접촉을 방지할 수 있다.The
인슐레이터(146)는, 제1집전 플레이트(144)로부터 상방으로 연장되는 리드(149)가 인출될 수 있도록, 리드 홀(151)을 구비한다. 리드(149)는 리드 홀(151)을 통해 상방으로 인출되어 연결 플레이트(143c)의 하면 또는 캡 플레이트(143a)의 하면에 결합된다.The
인슐레이터(146)의 가장자리 둘레 영역은, 제1집전 플레이트(144)와 비딩부(147) 사이에 개재되어, 전극 조립체(141) 및 제1집전 플레이트(144)의 결합체를 고정시킬 수 있다. 이에 따라, 전극 조립체(141) 및 제1집전 플레이트(144)의 결합체는, 배터리 셀(140)의 높이 방향의 이동이 제한되어 배터리 셀(140)의 조립 안정성이 향상될 수 있다.An area around the edge of the
인슐레이터(146)는 절연성이 있는 고분자 수지로 이루어질 수 있다. 일 예에서, 인슐레이터(146)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트로 이루어질 수 있다.The
전지 캔(142)은 그 하면에 형성된 벤팅부(152)를 더 구비할 수 있다. 벤팅부(152)는 전지 캔(142)의 하면 중 주변 영역과 비교하여 더 얇은 두께를 갖는 영역에 해당한다. 벤팅부(152)는, 주변 영역과 비교하여 구조적으로 취약하다. 따라서, 원통형 배터리 셀(140)에 이상이 발생하여 내부 압력이 일정 수준 이상으로 증가하면, 벤팅부(152)가 파열되어 전지 캔(142)의 내부에 생성된 가스가 외부로 배출될 수 있다.The battery can 142 may further include a venting
벤팅부(152)가 전지 캔(142)의 하면에 원을 그리며 연속적으로 또는 불연속적으로 형성될 수 있다. 변형 예에서, 벤팅부(152)는 직선 패턴 또는 그 밖의 다른 패턴으로 형성될 수 있다.The venting
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 배터리 셀(150)을 Y축 방향을 따라 자른 단면도이다.18 is a cross-sectional view of a
도 18을 참조하면, 원통형 배터리 셀(150)은 도 17의 원통형 배터리 셀(140)과 비교하여 제1전극판의 무지부(146a)에 제2실시예(변형예)의 전극판 구조가 채용된 점을 제외하면 나머지 구성은 실질적으로 동일하다.Referring to FIG. 18 , the
도 18을 참조하면, 제1전극판의 무지부(146a)는 외주측 무지부(B3)의 높이가 전지 캔(142)의 내주면을 향해 갈수록 점진적으로 또는 단계적으로 낮아지는 형태일 수 있다. 바람직하게, 외주측 무지부(B3)의 최상단을 연결한 가상의 선은 비딩부(147)의 내주면과 동일 또는 유사한 형상을 가질 수 있다.Referring to FIG. 18 , the
외주측 무지부(B3)는 경사면을 형성하고 있다. 따라서, 비딩부(147)를 형성하기 위해 전지 캔(142)을 압입할 때 외주측 무지부(B3)가 비딩부(147)에 의해 압착되어 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 외주측 무지부(B3)가 극성이 다른 전지 캔(142)과 접촉하여 내부 단락을 일으키는 현상을 억제할 수 있다. The outer circumferential uncoated portion B3 forms an inclined surface. Therefore, when the battery can 142 is press-fitted to form the
원통형 배터리 셀(150)의 나머지 구성은 앞서 설명된 실시예(변형예)와 실질적으로 동일하다.The rest of the configuration of the
무지부(146a, 146b)는 도시된 구조에만 한정되지 않는다. 따라서, 무지부(146a, 146b)는 종래의 무지부 구조뿐만 아니라 실시예들(변형예들)에 따른 전극판의 무지부 구조를 선택적으로 가질 수 있다.The
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 배터리 셀(160)을 Y축 방향을 따라 자른 단면도이다.19 is a cross-sectional view of a
도 19를 참조하면, 원통형 배터리 셀(160)은 앞서 설명된 원통형 배터리 셀(140, 150)과 비교할 때, 제1집전 플레이트(144)에 연결된 리드(149)가 인슐레이터(146)의 리드 홀(151)을 통해 밀봉체(143)의 캡 플레이트(143a)에 직접 연결되고 인슐레이터(146)와 제1집전 플레이트(144)가 캡 플레이트(143a)의 하부면에 밀착된 구조를 가지는 점에서 차이가 있고 나머지 구성은 실질적으로 동일하다.Referring to FIG. 19 , the
원통형 배터리 셀(160)에 있어서 제1집전 플레이트(144)의 지름과 중간 무지부(B2)의 최외측 지름은 전지 캔(142)의 최소 내경보다 작다. 또한, 제1집전 플레이트(144)의 지름은 중간 무지부(B2)의 최외측 지름과 같거나 더 클 수 있다. In the
구체적으로, 전지 캔(142)의 최소 내경은 비딩부(147)가 형성된 위치에서의 전지 캔(142)의 내경에 해당할 수 있다. 이 때, 제1집전 플레이트(144) 및 중간 무지부(B2)의 최외측 지름은 비딩부(147)가 형성된 위치에서의 전지 캔(142)의 내경보다 작다. 또한, 제1집전 플레이트(144)의 지름은 중간 무지부(B2)의 최외측 지름과 같거나 더 클 수 있다. 인슐레이터(146)의 가장자리 둘레 영역은, 하부로 절곡된 상태로 외주측 무지부(B3)과 비딩부(147) 사이에 개재되어, 전극 조립체(141) 및 제1집전 플레이트(144)의 결합체를 고정시킬 수 있다. Specifically, the minimum inner diameter of the battery can 142 may correspond to the inner diameter of the battery can 142 at a position where the
바람직하게, 인슐레이터(146)는, 외주측 무지부(B3)를 커버하는 부분과, 제1집전 플레이트(144)를 커버하는 부분을 포함하고, 이 두 부분을 연결하는 부분은 비딩부(147)의 굴곡 형상에 대응하여 함께 굴곡진 형태를 가질 수 있다. 인슐레이터(146)는, 외주측 무지부(B3)와 비딩부(147)의 내주면을 절연시킴과 동시에, 제1집전 플레이트(144)와 비딩부(147)의 내주면을 절연시킬 수 있다.Preferably, the
제1집전 플레이트(144)는, 비딩부(147)의 하단보다 더 높게 위치할 수 있고, 코어측 무지부(B1)와 중간 무지부(B2)에 결합되어 있을 수 있다. 이 때, 비딩부(147)의 압입 깊이(D1)는, 전지 캔(142)의 내주면으로부터 외주측 무지부(B3)와 중간 무지부(B2)의 경계까지의 거리(D2)보다 작거나 같다. 따라서, 코어측 무지부(B1)와 중간 무지부(B2) 및 이에 결합된 제1집전 플레이트(144)는, 비딩부(147)의 하단보다 높게 위치할 수 있다. 비딩부(147)의 하단이란, 전지 캔(142)에 있어서 전극 조립체(141)가 수용된 부분과 비딩부(147) 사이의 절곡 지점(B)을 의미한다. The first
코어측 무지부(B1)와 중간 무지부(B2)가 비딩부(147)의 반경 방향 내측 공간을 차지하므로, 전극 조립체(141)와 캡 플레이트(143a) 사이의 빈 공간은 최소화될 수 있다. 또한, 전극 조립체(141)와 캡 플레이트(143a) 사이의 빈 공간에 위치하고 있던 연결 플레이트(143c)가 생략되었다. 따라서, 제1전극 플레이트(144)의 리드(149)는, 캡 플레이트(143a)의 하면과 직접 결합할 수 있다. 위와 같은 구조에 의하면, 전지 셀 내의 빈 공간이 감소하고, 감소된 빈 공간만큼 에너지 밀도가 극대화될 수 있다.Since the core-side uncoated portion B1 and the middle uncoated portion B2 occupy the inner space in the radial direction of the
원통형 배터리 셀(160)에 있어서, 제1집전 플레이트(144) 및 제2집전 플레이트(145)는 상술한 실시예와 동일하게 무지부(146a, 146b)의 단부에 각각 용접될 수 있다. In the
무지부(146a, 146b)는 도시된 구조에만 한정되지 않는다. 따라서, 무지부(146a, 146b)는 종래의 무지부 구조뿐만 아니라 실시예들(변형예들)에 따른 전극판의 무지부 구조를 선택적으로 가질 수 있다.The
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 배터리 셀(170)을 Y 축을 따라 자른 단면도이다.20 is a cross-sectional view of a
도 20을 참조하면, 원통형 배터리 셀(170)은 도 17에 도시된 원통형 배터리 셀(140)과 비교하여 전극 조립체의 구조는 실질적으로 동일하고, 전극 조립체를 제외한 나머지 구조가 변경된 점에서 차이가 있다. Referring to FIG. 20, the
구체적으로, 원통형 배터리 셀(170)은 리벳 단자(172)가 관통 설치된 전지 캔(171)을 포함한다. 리벳 단자(172)는 전지 캔(171)의 폐쇄면(도면의 상부면)에 설치된다. 리벳 단자(172)는 절연성이 있는 제2가스켓(173)이 개재된 상태에서 전지 캔(171)의 관통 홀에 리벳팅된다. 리벳 단자(172)는 중력 방향과 반대 방향을 향해 외부로 노출된다. Specifically, the
리벳 단자(172)는, 단자 노출부(172a) 및 단자 삽입부(172b)를 포함한다. 단자 노출부(172a)는, 전지 캔(171)의 폐쇄면의 외측으로 노출된다. 단자 노출부(172a)는, 전지 캔(171)의 폐쇄면의 대략 중심부에 위치할 수 있다. 단자 노출부(172a)의 최대 지름은 전지 캔(171)에 형성된 관통 홀의 최대 지름보다 더 크게 형성될 수 있다. 단자 삽입부(172b)는, 전지 캔(171)의 폐쇄면의 대략 중심부를 관통하여 제1전극판의 무지부(146a)와 전기적으로 연결될 수 있다. 단자 삽입부(172b)는, 전지 캔(171)의 내측 면 상에 리벳(rivet) 결합될 수 있다. 즉, 단자 삽입부(172b)의 단부는, 전지 캔(171)의 내측 면을 향해 휘어진 형태를 가질 수 있다. 단자 삽입부(172b)의 단부의 최대 지름은 전지 캔(171)의 관통 홀의 최대 지름보다 더 클 수 있다.The
단자 삽입부(172b)의 하단면은 제1전극판의 무지부(146a)에 연결된 제1집전 플레이트(144)와 용접될 수 있다. 제1집전 플레이트(144)와 전지 캔(171)의 내측면 사이에는 절연물질로 이루어진 절연 캡(174)이 개재될 수 있다. 절연 캡(174)은 제1집전 플레이트(144)의 상부와 전극 조립체(141)의 상단 가장자리 부분을 커버한다. 이로써, 전극 조립체(141)의 외주측 무지부(B3)가 다른 극성을 가진 전지 캔(171)의 내측면과 접촉하여 단락을 일으키는 것을 방지할 수 있다. 리벳 단자(172)의 단자 삽입부(172b)는 절연 캡(174)을 관통하여 제1집전 플레이트(144)에 용접될 수 있다.A lower surface of the
제2가스켓(173)은 전지 캔(171)과 리벳 단자(172) 사이에 개재되어 서로 반대 극성을 갖는 전지 캔(171)과 리벳 단자(172)가 전기적으로 서로 접촉되는 것을 방지한다. 이로써 대략 플랫한 형상을 갖는 전지 캔(171)의 상면이 원통형 배터리 셀(170)의 제2전극 단자로서 기능할 수 있다.The
제2가스켓(173)은, 가스켓 노출부(173a) 및 가스켓 삽입부(173b)를 포함한다. 가스켓 노출부(173a)는 리벳 단자(172)의 단자 노출부(172a)와 전지 캔(171) 사이에 개재된다. 가스켓 삽입부(173b)는 리벳 단자(172)의 단자 삽입부(172b)와 전지 캔(171) 사이에 개재된다. 가스켓 삽입부(173b)는, 단자 삽입부(172b)의 리벳팅(reveting) 시에 함께 변형되어 전지 캔(171)의 내측 면에 밀착될 수 있다. 제2가스켓(173)은, 예를 들어 절연성을 갖는 고분자 수지로 이루어질 수 있다.The
제2가스켓(173)의 가스켓 노출부(173a)는, 리벳 단자(172)의 단자 노출부(172a)의 외주면을 커버하도록 연장된 형태를 가질 수 있다. 제2가스켓(173)이 리벳 단자(172)의 외주면을 커버하는 경우 버스바 등의 전기적 연결 부품을 전지 캔(171)의 상면 및/또는 리벳 단자(172)에 결합시키는 과정에서 단락이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 도면에 도시되어 있지는 않으나, 가스켓 노출부(173a)는, 단자 노출부(172a)의 외주면뿐만 아니라 상면의 일부도 함께 커버하도록 연장된 형태를 가질 수 있다. The gasket exposed
제2가스켓(173)이 고분자 수지로 이루어지는 경우에 있어서, 제2가스켓(173)은 열 융착에 의해 전지 캔(171) 및 리벳 단자(172)와 결합될 수 있다. 이 경우, 제2가스켓(173)과 리벳 단자(172)의 결합 계면 및 제2가스켓(173)과 전지 캔(171)의 결합 계면에서의 기밀성이 강화될 수 있다. 한편, 제2가스켓(173)의 가스켓 노출부(173a)가 단자 노출부(172a)의 상면까지 연장된 형태를 갖는 경우에 있어서, 리벳 단자(172)는 인서트 사출에 의해 제2가스켓(173)과 일체로 결합될 수 있다.In the case where the
전지 캔(171)의 상면 중에서 리벳 단자(172) 및 제2가스켓(173)이 차지하는 영역을 제외한 나머지 영역(175)이 리벳 단자(172)와 반대 극성을 갖는 제2전극 단자에 해당한다.Of the upper surface of the battery can 171, the
제2집전 플레이트(176)는, 전극 조립체(141)의 하부에 결합된다. 제2집전 플레이트(176)는 알루미늄, 스틸, 구리, 니켈 등의 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어지며 제2전극판의 무지부(146b)와 전기적으로 연결된다. The second current collecting
바람직하게, 제2집전 플레이트(176)는, 전지 캔(171)과 전기적으로 연결된다. 이를 위해, 제2집전 플레이트(176)는 가장 자리 부분의 적어도 일부가 전지 캔(171)의 내측 면과 제1가스켓(178b) 사이에 개재되어 고정될 수 있다. 일 예에서, 제2집전 플레이트(176)의 가장 자리 부분의 적어도 일부는 전지 캔(171) 하단에 형성된 비딩부(180)의 하단면에 지지된 상태에서 용접에 의해 비딩부(17)에 고정될 수 있다. 변형예에서, 제2집전 플레이트(176)의 가장 자리 부분의 적어도 일부는 전지 캔(171)의 내벽 면에 직접적으로 용접될 수 있다.Preferably, the second current collecting
제2집전 플레이트(176)는, 무지부(146b)와 대향하는 면 상에 방사상으로 형성된 복수의 요철(미도시)을 구비할 수 있다. 요철이 형성된 경우, 제2집전 플레이트(176)를 눌러서 요철을 무지부(146b)에 압입시킬 수 있다.The second current collecting
바람직하게, 제2집전 플레이트(176)와 무지부(146b)의 단부는 용접, 예컨대 레이저 용접에 의해 결합될 수 있다. Preferably, the second current collecting
전지 캔(171)의 하부 개방단을 밀봉하는 밀봉체(178)는 캡 플레이트(178a)와 제1가스켓(178b)을 포함한다. 제1가스켓(178b)은 캡 플레이트(178a)와 전지 캔(171)을 전기적으로 분리시킨다. 크림핑부(181)는 캡 플레이트(178a)의 가장자리와 제1가스켓(178b)을 함께 고정시킨다. 캡 플레이트(178a)에는 벤트부(179)가 구비된다. 벤트부(179)의 구성은 상술한 실시예(변형예)와 실질적으로 동일하다. The sealing
바람직하게, 캡 플레이트(178a)는 도전성이 있는 금속 재질로 이루어진다. 하지만, 캡 플레이트(178a)와 전지 캔(171) 사이에 제1가스켓(178b)이 개재되어 있으므로 캡 플레이트(178a)는 전기적 극성을 띠지 않는다. 밀봉체(178)는 전지 캔(171) 하부의 개방단을 밀봉시키고 배터리 셀(170)의 내부 압력이 임계치 이상 증가하였을 때 가스를 배출시키는 기능을 한다.Preferably, the
바람직하게, 제1전극판의 무지부(146a)와 전기적으로 연결된 리벳 단자(172)는 제1전극 단자로 사용된다. 또한, 제2집전 플레이트(176)를 통해 제2전극판의 무지부(146b)와 전기적으로 연결된 전지 캔(171)의 상부 표면 중에서 리벳 단자(172)를 제외한 부분(175)은 제1전극 단자와 극성이 다른 제2전극 단자로 사용된다. 이처럼, 2개의 전극 단자가 원통형 배터리 셀(170)의 상부에 위치할 경우, 버스바 등의 전기적 연결 부품을 원통형 배터리 셀(170)의 일 측에만 배치시키는 것이 가능하다. 이는, 배터리 팩 구조의 단순화 및 에너지 밀도의 향상을 가져올 수 있다. 또한, 제2전극 단자로 사용되는 부분(175)은 대략 플랫한 형태를 가지므로 버스바 등의 전기적 연결 부품을 접합시키는데 있어서 충분한 접합 면적을 확보할 수 있다. 이에 따라, 원통형 배터리 셀(170)은 전기적 연결 부품의 접합 부위에서의 저항을 바람직한 수준으로 낮출 수 있다.Preferably, the
한편, 전극 조립체(141)의 구조와 무지부 구조는 도시된 것에 한정되지 않고, 상술한 실시예들(변형예들)의 구조로 대체 가능하다.Meanwhile, the structure of the
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 배터리 셀(180)을 Y 축을 따라 자른 단면도이다.21 is a cross-sectional view of a
도 21을 참조하면, 원통형 배터리 셀(180)은 도 18에 도시된 원통형 배터리 셀(150)과 비교하여 전극 조립체(141)의 구조는 실질적으로 동일하고, 전극 조립체(141)를 제외한 나머지 구성은 도 20에 도시된 원통형 배터리 셀(170)과 실질적으로 동일하다.Referring to FIG. 21, the structure of the
따라서, 원통형 배터리 셀(150, 170)에 관한 실시예(변형예)의 구성이 원통형 배터리 셀(180)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.Therefore, the configuration of the embodiment (modified example) of the
또한, 전극 조립체(141)의 구조와 무지부 구조는 도시된 것에 한정되지 않고, 상술한 실시예들(변형예들)의 구조로 대체 가능하다.In addition, the structure of the
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 배터리 셀(190)을 Y 축을 따라 자른 단면도이다. 22 is a cross-sectional view of a
도 22를 참조하면, 원통형 배터리 셀(190)은 도 14에 나타낸 전극 조립체(110)를 포함하며, 전극 조립체(110)를 제외한 나머지 구성은 도 17에 나타낸 원통형 배터리 셀(140)과 실질적으로 동일하다.Referring to FIG. 22, the
도 22를 참조하면, 전극 조립체(110)의 무지부(146a, 146b)는 외주측으로부터 코어측으로 절곡된다. 이 때, 코어측 무지부(B1)는 다른 부분보다 높이가 낮으므로 실질적으로 절곡되지 않는다. 제1집전 플레이트(144)는 무지부(146a)의 절곡면에 용접되고, 제2집전 플레이트(145)는 무지부(146b)의 절곡면에 용접될 수 있다. 절곡면은 무지부(146a, 146b)가 절곡될 때 여러 겹으로 중첩되면서 전극 조립체(110)의 상부와 하부에 각각 형성될 수 있다.Referring to FIG. 22 , the
전극 조립체(110)는 코어측 무지부(B1)의 높이가 다른 부분보다 상대적으로 작다. 또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 중간 무지부(B2)에 있어서 최내측에 위치한 무지부의 절곡 길이(H)는 코어측 무지부(B1)의 반경 방향 길이(R)와 같거나 작다. In the
따라서, 무지부(46a)를 코어측을 향해 절곡시키더라도 전극 조립체(110) 코어의 공동(112)이 폐색되지 않고 상부로 개방될 수 있다(점선원 참조). Therefore, even if the uncoated portion 46a is bent toward the core, the
공동(112)이 폐색되지 않으면, 전해질 주액 공정에 어려움이 없고, 전해액 주액 효율이 향상된다. 또한, 공동(112)을 통해 용접 지그를 삽입하여 제2집전 플레이트(145)와 전지 캔(142) 사이의 용접 공정을 용이하게 진행할 수 있다.If the
무지부(146a, 146b)가 분절 구조를 가지는 경우 분절편들의 폭 및/또는 높이 및/또는 이격 피치를 상술한 실시예의 수치범위를 만족하도록 조절하면, 분절편들이 절곡될 때 분절편들이 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 여러 겹으로 중첩되며 절곡면 상에 빈 공간(빈틈)을 형성하지 않는다.When the
무지부(146a, 146b)의 구조는 도면에 도시된 바와 다르게 상술한 실시예들(변형예들)에 따른 구조로 얼마든지 변경될 수 있다. 또한, 무지부(146a, 146b) 중 어느 한쪽에 종래의 무지부 구조가 적용되는 것을 제한하지 않는다.The structures of the
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 배터리 셀(200)을 Y 축을 따라 자른 단면도이다.23 is a cross-sectional view of a
도 23을 참조하면, 원통형 배터리 셀(200)은 도 14에 나타낸 전극 조립체(110)를 포함하며, 전극 조립체(110)를 제외한 나머지 구성은 도 21에 나타낸 원통형 배터리 셀(180)과 실질적으로 동일하다.Referring to FIG. 23 , the
도 23을 참조하면, 전극 조립체(110)의 무지부(146a, 146b)는 외주측으로부터 코어측으로 절곡된다. 이 때, 코어측 무지부(B1)는 높이가 다른 부분보다 낮으므로 실질적으로 절곡되지 않는다. 제1집전 플레이트(144)는 무지부(146a)의 절곡면에 용접되고, 제2집전 플레이트(176)는 무지부(146b)의 절곡면에 용접될 수 있다. Referring to FIG. 23 , the
전극 조립체(110)는 코어측 무지부(B1)의 높이가 다른 부분보다 상대적으로 낮다. 또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 중간 무지부(B2)에 있어서 최내측에 위치한 무지부의 절곡 길이(H)는 코어측 무지부(B1)의 반경 방향 길이(R)와 같거나 작다. In the
따라서, 무지부(146a, 146b)를 코어측을 향해 절곡시키더라도 전극 조립체(110) 코어의 공동(112)이 폐색되지 않고 상부로 개방될 수 있다(점선원 참조). Therefore, even when the
공동(112)이 폐색되지 않으면, 전해질 주액 공정에 어려움이 없고, 전해액 주액 효율이 향상된다. 또한, 공동(112)을 통해 용접 지그를 삽입하여 제2집전 플레이트(176)와 전지 캔(171) 사이의 용접 공정을 용이하게 진행할 수 있다. If the
무지부(146a, 146b)가 분절 구조를 가지는 경우 분절편들의 폭 및/또는 높이 및/또는 이격 피치를 상술한 실시예의 수치범위를 만족하도록 조절하면, 분절편들이 절곡될 때 분절편들이 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 여러 겹으로 중첩되며 절곡면 상에 빈 공간(빈틈)을 형성하지 않는다.When the
무지부(146a, 146b)의 구조는 도면에 도시된 바와 다르게 상술한 실시예들(변형예들)에 따른 구조로 얼마든지 변경될 수 있다. 또한, 무지부(146a, 146b) 중 어느 한쪽에 종래의 무지부 구조가 적용되는 것을 제한하지 않는다.The structures of the
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 배터리 셀(210)을 Y 축을 따라 자른 단면도이다.24 is a cross-sectional view of a
도 24를 참조하면, 원통형 배터리 셀(210)은 도 13에 나타낸 전극 조립체(100)를 포함하며, 전극 조립체(100)를 제외한 나머지 구성은 도 17에 나타낸 원통형 배터리 셀(140)과 실질적으로 동일하다.Referring to FIG. 24 , the
바람직하게, 전극 조립체(100)의 무지부(146a, 146b)는 외주측으로부터 코어측으로 절곡된다. 이 때, 무지부(146a)의 코어측 무지부(B1)와 외주측 무지부(B3)는 다른 부분보다 높이가 낮으므로 실질적으로 절곡되지 않는다. 이는 무지부(146b)의 경우도 동일하다. 제1집전 플레이트(144)는 무지부(146a)의 절곡면에 용접되고, 제2집전 플레이트(145)는 무지부(146b)의 절곡면에 용접될 수 있다. Preferably, the
코어측 무지부(B1)의 높이는 중간 무지부(B2)보다 상대적으로 낮다. 또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 중간 무지부(B2)에 있어서 최내측에 위치한 무지부의 절곡 길이(H)는 코어측 무지부(B1)의 반경 방향 길이(R)와 같거나 작다. The height of the core-side uncoated portion B1 is relatively lower than that of the middle uncoated portion B2. Further, as shown in FIG. 14, the bending length H of the innermost uncoated portion of the middle uncoated portion B2 is equal to or smaller than the radial length R of the core-side uncoated portion B1.
따라서, 무지부(146a, 146b)를 코어측을 향해 절곡시키더라도 전극 조립체(100) 코어의 공동(102)이 폐색되지 않고 상부로 개방될 수 있다(점선원 참조). Therefore, even if the
공동(102)이 폐색되지 않으면, 전해질 주액 공정에 어려움이 없고, 전해액 주액 효율이 향상된다. 또한, 공동을 통해 용접 지그를 삽입하여 제2집전 플레이트(145)와 전지 캔(142) 사이의 용접 공정을 용이하게 진행할 수 있다.If the
또한, 외주측 무지부(B3)의 높이는 중간 무지부(B2)보다 상대적으로 낮다. 따라서, 무지부(146a)가 절곡될 때 외주측 무지부(B3)는 실질적으로 절곡되지 않는다. 또한, 외주측 무지부(B3)는 비딩부(147)와 충분히 이격되어 있으므로, 비딩부(147)가 압입되는 과정에서 외주측 무지부(B3)가 손상되는 문제를 해결할 수 있다.Also, the height of the outer circumferential uncoated portion B3 is relatively lower than that of the middle uncoated portion B2. Therefore, when the
무지부(146a, 146b)가 분절 구조를 가지는 경우 분절편들의 폭 및/또는 높이 및/또는 이격 피치를 상술한 실시예의 수치범위를 만족하도록 조절하면, 분절편들이 절곡될 때 분절편들이 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 여러 겹으로 중첩되며 절곡면 상에 빈공간(빈틈)을 형성하지 않는다.When the
무지부(146a, 146b)의 구조는 도면에 도시된 바와 다르게 상술한 실시예들(변형예들)에 따른 구조로 얼마든지 변경될 수 있다. 또한, 무지부(146a, 146b) 중 어느 한쪽에 종래의 무지부 구조가 적용되는 것을 제한하지 않는다.The structures of the
도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 배터리 셀(220)을 Y 축을 따라 자른 단면도이다.25 is a cross-sectional view of a
도 25를 참조하면, 원통형 배터리 셀(220)은 도 13에 나타낸 전극 조립체(100)를 포함하며, 전극 조립체(100)를 제외한 나머지 구성은 도 21에 나타낸 원통형 배터리 셀(180)과 실질적으로 동일하다.Referring to FIG. 25 , the
바람직하게, 전극 조립체(100)의 무지부(146a, 146b)는 외주측으로부터 코어측으로 절곡된다. 이 때, 무지부(146a)의 코어측 무지부(B1)는 높이가 다른 부분보다 낮으므로 실질적으로 절곡되지 않는다. 이는 무지부(146b)의 경우도 마찬가지이다. 제1집전 플레이트(144)는 무지부(146a)의 절곡면에 용접되고, 제2집전 플레이트(176)는 무지부(146b)의 절곡면에 용접될 수 있다. Preferably, the
전극 조립체(100)는 코어측 무지부(B1)의 높이가 중간 무지부(B2)보다 상대적으로 낮다. 또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 중간 무지부(B2)에 있어서 최내측에 위치한 무지부의 절곡 길이(H)는 코어측 무지부(B1)의 반경 방향 길이(R)와 같거나 작다. In the
따라서, 무지부(146a)를 코어측을 향해 절곡시키더라도 전극 조립체(100) 코어의 공동(102)이 폐색되지 않고 상부로 개방될 수 있다(점선원 참조). Therefore, even if the
공동(102)이 폐색되지 않으면, 전해질 주액 공정에 어려움이 없고, 전해액 주액 효율이 향상된다. 또한, 공동(102)을 통해 용접 지그를 삽입하여 제2집전 플레이트(176)와 전지 캔(171) 사이의 용접 공정을 용이하게 진행할 수 있다. If the
또한, 무지부(146a)의 외주측 무지부(B3)는 높이가 중간 무지부(B2)보다 상대적으로 작다. 따라서, 무지부(146a)가 절곡될 때 외주측 무지부(B3)는 실질적으로 절곡되지 않는다. 이는 무지부(146b)도 마찬가지이다. In addition, the outer circumferential non-coated portion B3 of the
무지부(146a, 146b)가 분절 구조를 가지는 경우 분절편들의 폭 및/또는 높이 및/또는 이격 피치를 상술한 실시예의 수치범위를 만족하도록 조절하면, 분절편들이 절곡될 때 분절편들이 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 여러 겹으로 중첩되며 절곡면 상에 빈공간(빈틈)을 형성하지 않는다.When the
무지부(146a, 146b)의 구조는 도면에 도시된 바와 다르게 상술한 실시예들(변형예들)에 따른 구조로 얼마든지 변경될 수 있다. 또한, 무지부(146a, 146b) 중 어느 한쪽에 종래의 무지부 구조가 적용되는 것을 제한하지 않는다.The structures of the
상술한 실시예들(변형예들)에 따른 원통형 배터리 셀은 배터리 팩을 제조하는데 사용될 수 있다.The cylindrical battery cell according to the above-described embodiments (modifications) may be used to manufacture a battery pack.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 26 is a diagram schematically illustrating the configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
도 26을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(300)은 원통형 배터리 셀(301)이 전기적으로 연결된 집합체 및 이를 수용하는 팩 하우징(302)을 포함한다. 원통형 배터리 셀(301)은 상술한 실시예들(변형예들)에 따른 배터리 셀 중 어느 하나일 수 있다. 도면에서는, 도면 도시의 편의상 원통형 배터리 셀(301)들의 전기적 연결을 위한 버스바, 냉각 유닛, 외부 단자 등의 부품의 도시는 생략되었다.Referring to FIG. 26 , a
배터리 팩(300)은 자동차에 탑재될 수 있다. 자동차는 일 예로 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차일 수 있다. 자동차는 4륜 자동차 또는 2륜 자동차를 포함한다.The
도 27은 도 26의 배터리 팩(300)을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 27 is a diagram for explaining a vehicle including the
도 27을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(V)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(300)을 포함한다. 자동차(V)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(300)으로부터 전력을 공급 받아 동작한다.Referring to FIG. 27 , a vehicle V according to an embodiment of the present invention includes a
본 발명에 따르면, 전극 조립체의 상부 및 하부에 돌출된 무지부 자체를 전극 탭으로서 사용함으로써 원통형 배터리 셀의 내부 저항을 감소시키고 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.According to the present invention, the internal resistance of the cylindrical battery cell can be reduced and the energy density can be increased by using the uncoated portion itself protruding from the top and bottom of the electrode assembly as an electrode tab.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전극 조립체의 무지부 구조를 개선하여 전지 캔의 비딩부 형성 과정에서 전극 조립체와 전지 캔의 내주면이 간섭을 일으키지 않도록 함으로써 전극 조립체의 부분적 변형에 따른 원통형 배터리 셀 내부의 단락을 방지할 수 있다.According to another aspect of the present invention, by improving the structure of the non-coated portion of the electrode assembly to prevent interference between the electrode assembly and the inner circumferential surface of the battery can in the process of forming the beading portion of the battery can, the inside of the cylindrical battery cell due to partial deformation of the electrode assembly Short circuit can be prevented.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전극 조립체의 무지부 구조를 개선하여 무지부가 절곡될 때 절곡 지점 근처의 무지부가 찢어지는 현상을 방지하고 무지부의 중첩 레이어 수를 충분히 증가시켜 용접 강도를 향상시킬 수 있다.According to another aspect of the present invention, by improving the structure of the non-coated portion of the electrode assembly, when the non-coated portion is bent, tearing of the non-coated portion near the bending point can be prevented, and welding strength can be improved by sufficiently increasing the number of overlapping layers in the non-coated portion. there is.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전극 조립체의 코어에 인접한 무지부 구조를 개선하여 무지부가 절곡될 때 전극 조립체의 코어에 있는 공동이 폐색되는 것을 방지하여 전해액 주입 공정과 전지 캔과 집전 플레이트의 용접 공정을 용이하게 진행할 수 있다.According to another aspect of the present invention, by improving the structure of the uncoated portion adjacent to the core of the electrode assembly to prevent the cavity in the core of the electrode assembly from being blocked when the uncoated portion is bent, the electrolyte injection process and the welding of the battery can and the current collecting plate The process can be carried out easily.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 내부 저항이 낮고, 내부 단락이 방지되고, 집전 플레이트와 무지부의 용접 강도가 향상된 구조를 갖는 원통형 배터리 셀, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, it is possible to provide a cylindrical battery cell having a structure with low internal resistance, prevention of internal short circuit, and improved welding strength between a current collector plate and an uncoated region, a battery pack including the same, and an automobile.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by the limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical spirit of the present invention and the following by those skilled in the art to which the present invention belongs Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.
실시예Example
집전체 준비Preparing the whole house
아래 표 1과 같이 그룹 1과 그룹 2의 분절편을 포함하는 알루미늄 소재의 집전체용 금속 박막을 준비하였다. 상기 금속 박막은 코어에서 외주까지(B1+B2+B3) 길이 4,000mm 이고, 분절편 포함 전체 폭(최대폭)이 80mm 였다. 도면에서 B1은 코어측부, B3는 외주측부, 상기 코어측부와 외측측부 사이인 B2는 중간부로 영역을 구분하였다.As shown in Table 1 below, a metal thin film for a current collector made of aluminum including segments of
상기 금속 박막의 폭 방향에서 양측 말단의 소정 폭은 무지부로 하였으며, 상기 코어측 무지부와 상기 외주측 무지부는 중간 무지부보다 권취 축 방향의 높이를 작게하였다. A predetermined width of both ends in the width direction of the metal thin film was set as a plain portion, and a height of the core-side non-coated portion and the outer circumferential non-coated portion was smaller than that of the middle uncoated portion in the direction of the winding axis.
상기 중간 무지부 구간은 분할하여 복수의 분절편이 배치되도록 하였다.The middle uncoated region was divided so that a plurality of segments were arranged.
상기 (코어측 무지부, 외주측 무지부, 및 중간 무지부)에서 가장 작은 높이를 상기 무지부의 양단부으로 연결한 선을 기준선이라고 하고, 상기 복수의 분절편 중에서 가장 작은 높이를 갖는 분절편을 최소 분절편이라고 하였다.A line connecting the lowest height of the (core-side uncoated region, outer circumferential uncoated region, and middle uncoated region) to both ends of the uncoated region is referred to as a reference line, and the segment segment having the smallest height among the plurality of segment segments is the minimum It is called fragmentation.
나머지: 6mmGroup 1: 5mm
Rest: 6mm
나머지: 6mmGroup 1: 5mm
Rest: 6mm
나머지: 6mmGroup 1: 5mm
Rest: 6mm
음극의 제조cathode fabrication
평균 입경(D50)이 11㎛인 토상의 천연 흑연, 카본블랙, 카르복실메틸셀룰로오스(CMC) 및 스티렌부타티엔러버(SBR)을 94:1.5:2:2.5의 중량비로 물과 혼합하여 물을 제외한 나머지 성분 50 wt% 농도의 음극 활물질층용 슬러리를 준비하였다. 다음으로 상기 슬러리를 구리 박막(두께 10㎛)의 표면에 슬롯다이를 이용하여 주행속도 40m/min으로 도포하였다(하부 sub layer). 상기 음극 활물질의 로딩량은 전극 면적을 기준으로 16 mg/cm2 의 양으로 하였다. 상기 음극 활물질층용 슬러리가 도포된 구리 박막을 길이 60m의 열풍 오븐을 통과시켜 건조하였으며 이때 오븐의 온도는 130℃를 유지하도록 조절되었다. 이후 target 두께는 180㎛로 하여 롤 프레싱을 수행하여 밀도 3.45g/cc인 음극을 수득하였다. Natural graphite, carbon black, carboxylmethylcellulose (CMC), and styrene-butadiene rubber (SBR) on soil with an average particle diameter (D 50 ) of 11㎛ were mixed with water in a weight ratio of 94:1.5:2:2.5 to obtain water. A slurry for an anode active material layer having a concentration of 50 wt% of the remaining ingredients was prepared. Next, the slurry was applied to the surface of a thin copper film (thickness of 10 μm) using a slot die at a traveling speed of 40 m/min (lower sub layer). The loading amount of the negative active material was 16 mg/cm 2 based on the electrode area. The copper thin film coated with the slurry for the negative electrode active material layer was dried by passing through a hot air oven having a length of 60 m, and at this time, the temperature of the oven was adjusted to maintain 130 ° C. Thereafter, roll pressing was performed with a target thickness of 180 μm to obtain a negative electrode having a density of 3.45 g/cc.
양극의 제조Manufacture of anode
양극 활물질로서 Li(Ni0.6Mn0.2Co0.2)O2(NCM-622), 도전재로 카본블랙(carbon black) 및 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF)를 96:2:2의 중량비로 분산매인 물에 첨가하여, 양극활물질 슬러리를 준비하였다. 상기 슬러리를 두께 15㎛의 알루미늄 집전체의 일면에 코팅하고, 상기 음극과 동일한 조건으로 건조 및 압연을 수행하여 양극을 제조하였다. 이때, 양극 활물질층은 상기 NMC 622 의 이론 방전 용량을 고려해서 전지의 NP ratio 1.18(118%, 약 27.7cm2)가 되도록 조절하였다. Li(Ni 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 )O 2 (NCM-622) as a cathode active material, carbon black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder in a weight ratio of 96:2:2 as a dispersion medium By adding phosphorus to water, a slurry of the positive electrode active material was prepared. The slurry was coated on one surface of an aluminum current collector having a thickness of 15 μm, and dried and rolled under the same conditions as the negative electrode to prepare a positive electrode. At this time, the positive electrode active material layer was adjusted so that the NP ratio of the battery was 1.18 (118%, about 27.7 cm 2 ) in consideration of the theoretical discharge capacity of NMC 622 .
분리막의 제조 Manufacture of Separation Membrane
폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체 (PVdF-HFP) 고분자를 테트라하이드로퓨란 (THF)에 약 5 중량% 첨가한 후, 50℃의 온도에서 약 12시간 이상 용해시켜 고분자 용액을 제조하였다. 이 고분자 용액에 입경이 약 400nm인 BaTiO3 분말을 전체 고형분 20 중량%로 첨가하고 분산시켜 혼합용액(BaTiO3 / PVdF-HFP = 80:20 (중량비)) 을 제조하였다. 닥터 블레이드(doctor blade)법을 이용하여 제조된 혼합용액을 테플론 시트(sheet) 기재 양면상에 코팅하였다. 코팅 후, THF를. 건조시킨 후, 테플론 시트에서 탈착시켜, 최종적인 유/무기 복합 다공성 필름을 얻었다(도 1 참조). 최종 필름 두께는 약 30㎛ 정도이었다. 기공율 측정 장치(porosimeter)로 측정한 결과, 최종 유/무기 복합 다공성 필름의 기공 크기 및 기공도는 각각 0.4㎛ 및 60% 였다.After adding about 5% by weight of a polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP) polymer to tetrahydrofuran (THF), it was dissolved at a temperature of 50 ° C. for about 12 hours or more to prepare a polymer solution. . To this polymer solution, BaTiO 3 powder having a particle size of about 400 nm was added in a total solid content of 20% by weight and dispersed to prepare a mixed solution (BaTiO 3 / PVdF-HFP = 80:20 (weight ratio)). The mixed solution prepared using the doctor blade method was coated on both sides of a Teflon sheet substrate. After coating, THF. After drying, the final organic/inorganic composite porous film was obtained by detaching from the Teflon sheet (see FIG. 1). The final film thickness was about 30 μm. As a result of measurement with a porosimeter, the pore size and porosity of the final organic/inorganic composite porous film were 0.4 μm and 60%, respectively.
전극 조립체의 준비Preparation of electrode assembly
상기 준비된 음극/분리막/양극 순으로 적층하고 권취하여 젤리-롤 타입의 전극 조립체를 제조하였다. 실시예 1은 분리막의 폭 방향의 말단이 상기 기준선을 기준으로 상기 최소 절곡 분절편의 높이의 30%(1.5mm)로 상기 전극조립체의 외측 방향으로 위치하도록 하였다. A jelly-roll type electrode assembly was prepared by stacking and winding in the order of the prepared anode/separator/anode. In Example 1, the end of the separator in the width direction was positioned toward the outer side of the electrode assembly at 30% (1.5 mm) of the height of the minimum bend segment based on the reference line.
실시예 2는 상기 분리막의 폭 방향의 말단이 상기 기준선을 기준으로 상기 최소 절곡 분절편의 높이의 10%(0.5mm)로 상기 전극조립체의 외측 방향에 위치시켰다.In Example 2, the end of the separator in the width direction was positioned outside the electrode assembly at 10% (0.5 mm) of the height of the minimum bend segment based on the reference line.
비교예는 분리막의 폭 방향의 말단이 상기 기준선을 기준으로 상기 최소 절곡 분절편의 높이의 50%로 상기 전극조립체의 외측 방향으로 위치하도록 하였다. In Comparative Example, the end of the separator in the width direction was positioned toward the outer side of the electrode assembly at 50% of the height of the minimum bend segment based on the reference line.
전해액 함침량 평가Electrolyte Impregnated Amount Evaluation
다음으로 에틸렌 카보네이트(EC), 디메틸카보네이트(DMC) 및 디에틸 카보네이트(DEC)를 1:2:1(부피비)의 조성으로 혼합한 유기 용매에 LiPF6를 1.0M의 농도가 되도록 용해시켜 비수성 전해액을 제조하였다. 상기에서 제조된 실시예 1, 실시예 2 및 비교예의 전극 조립체를 전해액에 함침시키고, 800kPa, 상승 20초(sec), 유지 150초 조건으로 가압하고, -90kPa, 하강 20초, 유지 20초의 조건으로 진공을 수행하였다. Next, LiPF 6 was dissolved in an organic solvent in which ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and diethyl carbonate (DEC) were mixed in a composition of 1:2:1 (volume ratio) to a concentration of 1.0 M to obtain a non-aqueous An electrolyte solution was prepared. The electrode assemblies of Example 1, Example 2 and Comparative Example prepared above were immersed in an electrolyte solution, and pressurized under conditions of 800 kPa, rising 20 seconds (sec), holding 150 seconds, and conditions of -90 kPa, falling 20 seconds, holding 20 seconds vacuum was performed.
다음으로 상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 전지를 분해하여 양극과 음극을 각각 얻었다. 이후 음극과 양극에 대해서 각 #1 내지 #9 위치에 해당하는 시료를 잘라 내고 각 위치에 대한전해액 함침량을 확인하였다. 한편, 전해액 함침 후 무게 변화를 확인하기 위해서 상기 제조예에 따라 제조된 대조 양극과 대조 음극을 준비하였으며 전해액에 함침하지 않은 상태로 유지한 후 각 #1 내지 #9 위치에 대한 대조 시편을 확보하였다. 각 전극에서 각 #1 내지 #9 위치는 도 34에 도시한 바와 같다. 상기 함침량은 함침 후 전극의 각 위치의 무게에서 함침 전 전극의 각 위치(대조 시편)의 무게를 뺀 값이다. 전극 각 위치별 전해액 함침량은 아래 표 2에 나타낸 바와 같다. 상기 각 전극에서 #1 내지 #3 시편은 전극 끝단 기준 300mm 이내 위치하는 것이며, #7 내지 #9는 타측 끝단으로부터 300mm 이내에 위치하는 것이며, #4~#6은 그 사이에 위치하는 것이다. 한편, #1, #4 및 #7은 전극 폭 방향의 일측 말단 부근이고, #3, #6 및 #9는 전극 폭 방향의 타측 말단 부근이고, 한편, #2, #5 및 #8은 그 중간부를 나타낸 것이다. 도 34는 각 비교예, 실시예 1 및 실시예 2에서 함침 시료를 채취한 각 위치를 표시한 것이다.Next, the cells of Example 1, Example 2, and Comparative Example were disassembled to obtain a positive electrode and a negative electrode, respectively. Thereafter, samples corresponding to
(mg)anode
(mg)
(mg)cathode
(mg)
(양극+음극)sum (mg)
(anode + cathode)
상기 [표 2] 및 도 28 내지 도 33에서 확인할 수 있는 바와 같이 전극 조립체의 가장 내측 중심부에 위치하는 #2 위치 뿐만아니라 전체적인 평균 값에서도 실시예 1 및 실시예 2에서의 전해액 함침량이 비교예에 비해서 높은 것으로 확인되었다. As can be seen in [Table 2] and FIGS. 28 to 33, the amount of electrolyte impregnation in Examples 1 and 2 in Examples 1 and 2 was comparable to Comparative Examples not only at #2 position located at the innermost center of the electrode assembly but also at the overall average value. was found to be higher than that of
Claims (54)
상기 제1 및 제2 전극판은 각각 독립적으로 전도성 박막인 집전체 및 상기 집전체의 일측 또는 양측 표면상에 배치된 전극 활물질층을 포함하고,
상기 전극 활물질층은 각 전극판의 권취 방향을 따라서 소정 폭을 갖도록 배치되고, 상기 제1전극판 및 상기 제2전극판 중 적어도 하나에 포함된 집전체는 상기 전극 활물질층의 적어도 일측의 장변 단부를 따라서 전극 활물질층이 코팅되지 않고 집전체의 표면이 외부로 노출되어 있는 무지부를 포함하고,
상기 무지부의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용되고,
상기 무지부의 적어도 일부 구간은 절개홈에 의해서 복수의 분절편으로 분할되어 있고,
상기 분절편들의 전부 또는 적어도 일부는 전극 조립체의 반경 방향 또는 반경과 반대 방향으로 절곡되고,
상기 분절편들의 절곡은 노칭골(절개홈의 바닥)으로부터 소정 높이 상방 이격된 위치인 절곡부에서 이루어진 것이며,
상기 무지부 중에서 권취 축 방향에 대해 가장 낮은 높이를 상기 무지부의 양단부으로 연결한 선을 기준선이라고 하고,
상기 노칭골은 기준선과 같거나 높으며,
상기 분리막의 폭 방향 말단이 상기 절곡부와 기준선 사이에 위치하거나, 기준선 하방에 위치하며
상기 분리막은 다공성 고분자 기재; 및 상기 다공성 고분자 기재의 양면 상에 위치하고, 무기물 입자 및 바인더 고분자를 포함하는 다공성 코팅층;을 가지는 것인 전극 조립체.
In a jelly roll type electrode assembly having a structure in which a first electrode plate and a second electrode plate having a sheet shape with an aspect ratio exceeding 1 and a separator interposed therebetween are wound in one direction and have a plurality of winding turns in
The first and second electrode plates each independently include a current collector that is a conductive thin film and an electrode active material layer disposed on one or both surfaces of the current collector,
The electrode active material layer is disposed to have a predetermined width along the winding direction of each electrode plate, and a current collector included in at least one of the first electrode plate and the second electrode plate is a long side end of at least one side of the electrode active material layer. Including a non-coated portion in which the electrode active material layer is not coated along and the surface of the current collector is exposed to the outside,
At least a part of the uncoated portion is used as an electrode tab by itself,
At least a portion of the uncoated region is divided into a plurality of segments by incision grooves,
All or at least some of the segmental pieces are bent in a radial direction or in a direction opposite to the radial direction of the electrode assembly,
The segmental fragments are bent at a bent portion spaced upward by a predetermined height from the notched bone (bottom of the incision groove),
A line connecting the lowest height in the direction of the winding axis among the uncoated portions to both ends of the uncoated portion is referred to as a reference line,
The notched goal is equal to or higher than the reference line,
The end of the separator in the width direction is located between the bent portion and the reference line or is located below the reference line,
The separator may include a porous polymer substrate; and a porous coating layer located on both sides of the porous polymer substrate and containing inorganic particles and a binder polymer.
상기 절곡된 분절편 중 이웃하는 권회턴들의 분절편들이 반경 방향 또는 반대 방향으로 연속적으로 중첩되어 전극 조립체의 권취축 방향 상단 또는 하단에 표면 영역이 형성되며,
상기 표면 영역 중 최고점과 상기 기준선 사이의 최단 거리를 표면 영역의 높이라고 할 때,
상기 분리막의 폭 방향 말단이 상기 기준선을 기준으로 상기 표면 영역의 높이의 90% 이내로 상기 전극조립체의 외측 방향으로 위치하거나 상기 전극조립체의 내측 방향으로 위치하는 것인 전극 조립체.
According to claim 1,
Among the bent segments, segment segments of neighboring winding turns are continuously overlapped in a radial direction or an opposite direction to form a surface area at the upper or lower end of the electrode assembly in the direction of the winding axis,
When the shortest distance between the highest point of the surface area and the reference line is the height of the surface area,
An electrode assembly in which the end of the separator in the width direction is located in the outer direction of the electrode assembly or in the inner direction of the electrode assembly within 90% of the height of the surface area based on the reference line.
상기 무지부는, 상기 전극 조립체의 코어에 인접한 코어측 무지부, 상기 전극 조립체의 외주 표면에 인접한 외주측 무지부, 상기 코어측 무지부 및 상기 외주측 무지부 사이에 개재된 중간 무지부를 포함하고,
상기 코어측 무지부와 상기 외주측 무지부 중 적어도 하나는 상기 중간 무지부보다 권취 축 방향의 높이가 상대적으로 작은 것인 전극 조립체.
According to claim 1,
The uncoated portion includes a core-side uncoated portion adjacent to the core of the electrode assembly, an outer circumferential uncoated portion adjacent to an outer circumferential surface of the electrode assembly, and an intermediate uncoated portion interposed between the core-side uncoated portion and the outer circumferential uncoated portion,
At least one of the core-side uncoated portion and the outer circumferential uncoated portion has a relatively smaller height in the winding axial direction than the middle uncoated portion.
상기 코어측 무지부는 상기 중간 무지부에 비해서 권취 축 방향의 높이가 상대적으로 작은 것인 전극 조립체.
According to claim 3,
The electrode assembly wherein the core-side uncoated portion has a relatively small height in the winding axial direction compared to the middle uncoated portion.
상기 코어측 무지부의 높이는 무지부 양단으로 연결한 선을 기준선으로 하는 것인 전극 조립체.
According to claim 3,
The height of the core-side uncoated portion is an electrode assembly having a line connected to both ends of the uncoated portion as a reference line.
상기 코어측 무지부는 전극 조립체의 가장 내측의 권회턴에 해당되는 전극판 부분의 무지부를 포함하며,
상기 외주측 무지부는 전극 조립체의 최외측 권회턴에 해당하는 전극판 부분의 무지부를 포함하는 것인 전극 조립체.
According to claim 3,
The core-side uncoated portion includes an uncoated portion of an electrode plate portion corresponding to the innermost winding turn of the electrode assembly,
The outer circumferential uncoated portion includes an uncoated portion of the electrode plate portion corresponding to the outermost winding turn of the electrode assembly.
상기 중간 무지부의 전부 또는 적어도 일부 구간은 복수의 분절편으로 분할되어 있는 것인 전극 조립체.
According to claim 3,
All or at least a portion of the middle uncoated region is an electrode assembly that is divided into a plurality of segments.
상기 절곡선과 상기 분리막의 폭 방향 말단과의 이격 간격이 0.1mm 이상인 것인 전극 조립체.
According to claim 1,
An electrode assembly in which the separation distance between the bend line and the end of the separator in the width direction is 0.1 mm or more.
상기 절곡된 분절편 중 가장 작은 높이를 갖는 분절편인 최소 절곡 분절편에 대해서, 상기 분리막의 폭 방향의 말단이 상기 기준선을 기준으로 상기 최소 절곡 분절편의 높이의 30% 이내로 상기 전극 조립체의 외측 방향으로 위치하거나, 또는 상기 분리막의 폭 방향의 말단이 상기 기준선을 기준으로 상기 최소 절곡 분절편의 높이의 30% 이내로 상기 전극조립체의 내측 방향으로 위치하는 것인 전극 조립체.
According to claim 1 or 2,
Regarding the minimum bending segment having the smallest height among the bent segments, the end of the separator in the width direction is within 30% of the height of the minimum bending segment based on the reference line in the outer direction of the electrode assembly. , or the end of the separator in the width direction is located in the inner direction of the electrode assembly within 30% of the height of the minimum bending segment based on the reference line.
상기 최소 절곡 분절편은 2mm 이상인 것인 전극 조립체.
According to claim 9,
The electrode assembly of which the minimum bending segment is 2 mm or more.
상기 최소 절곡 분절편에 있어서, 상기 절곡선을 기준으로 기준선에서 절곡선까지의 높이 A는 절곡선에서 분절편 높이 B까지의 길이와 같거나 긴 것인 전극 조립체.
According to claim 9,
In the minimum bending segment, the height A from the reference line to the bending line based on the bending line is equal to or longer than the length from the bending line to the segment height B.
상기 최소 절곡 분절편에 있어서, 상기 절곡선을 기준으로 기준선에서 절곡선까지의 높이 A는 절곡선에서 분절편 높이 B까지의 길이와 같거나 짧은 것인 전극 조립체.
According to claim 9,
In the minimum bending segment, the height A from the reference line to the bending line based on the bending line is equal to or shorter than the length from the bending line to the segment height B.
상기 전극 조립체는 상기 최소 절곡 분절편보다 높이가 작은 분절편(분절편 A)을 더 포함하거나, 또는 상기 최소 절곡 분절편보다 높이가 작은 분절편을 포함하지 않고 상기 최소 절곡 분절편이 최소 분절편인 것인 전극 조립체.
According to claim 9,
The electrode assembly further includes a segment segment (segment A) having a height smaller than the minimum bending segment, or does not include a segment segment having a height smaller than the minimum bending segment, and the minimum bending segment is the smallest segment. electrode assembly.
상기 분절편 A는 절곡되어 있지 않은 것인 전극 조립체.
According to claim 13,
The electrode assembly wherein the segment A is not bent.
상기 분절편 A는 복수의 분절편 중 다른 분절편에 비해서 코어부에 가깝게 배치되는 것인 전극 조립체.
According to claim 14,
The electrode assembly wherein the segment A is disposed closer to the core portion than other segment segments among the plurality of segment segments.
상기 중간 무지부의 적어도 일부 구간은 코어측으로부터 외주측으로 갈수록 권취 축 방향의 높이가 단계적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.According to claim 1,
Electrode assembly, characterized in that the height of at least some sections of the middle uncoated portion in the direction of the winding axis gradually increases from the core side to the outer circumferential side.
상기 복수의 분절편 각각은 사각형, 사다리꼴, 삼각형, 평형사변형, 반원형 또는 반타원형의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전극 조립체. According to claim 1,
Electrode assembly, characterized in that each of the plurality of segments has a structure of a quadrangular, trapezoidal, triangular, parallelogram, semi-circular or semi-elliptical.
상기 복수의 분절편 각각은 사다리꼴이고,
상기 복수의 분절편은 개별적으로 또는 그룹별로 코어측으로부터 외주측으로 갈수록 사다리꼴의 하부 내각이 증가하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.According to claim 1,
Each of the plurality of segments is trapezoidal,
The electrode assembly, characterized in that the lower interior angle of the trapezoid increases from the core side to the outer circumferential side of the plurality of segments individually or group by group.
상기 복수의 분절편의 권취 축 방향의 높이 및 권취 방향의 폭 중 적어도 하나는 개별적으로 또는 그룹별로 코어측으로부터 외주측으로 갈수록 단계적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
According to claim 1,
The electrode assembly, characterized in that at least one of the height in the winding axis direction and the width of the winding direction of the plurality of segment pieces increases stepwise from the core side to the outer circumferential side individually or group by group.
상기 복수의 분절편 각각은, 권취 방향에서 1 내지 6mm의 폭 조건; 권취 축 방향에서 2 내지 10mm의 높이 조건; 및 권취 방향에서 0.05 내지 1mm의 이격 피치 조건 중에서 적어도 하나 이상의 조건을 충족하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
According to claim 1,
Each of the plurality of segment pieces, the width condition of 1 to 6mm in the winding direction; height conditions of 2 to 10 mm in the direction of the winding axis; And an electrode assembly, characterized in that it satisfies at least one or more conditions from the spacing pitch condition of 0.05 to 1mm in the winding direction.
상기 복수의 분절편은 권취 방향에서 0.05mm 내지 1mm의 이격 피치 조건을 충족하고, 상기 이격 피치는 이웃하는 두 분절편의 코너 간의 거리에 의해서 규정되며, 이웃하는 상기 분절편의 코너 부위에는 라운드 보강부가 부가된 것인 전극 조립체.
According to claim 1,
The plurality of segments satisfy a spacing pitch condition of 0.05 mm to 1 mm in the winding direction, the spacing pitch is defined by the distance between the corners of two adjacent segment segments, and round reinforcing parts are added to the corners of the adjacent segment segments. The electrode assembly that has been made.
상기 라운드 보강부 사이는 곧게 연결된 것인 전극 조립체.
According to claim 21,
An electrode assembly that is straightly connected between the round reinforcing parts.
상기 라운드 보강부의 반경은 0.02mm 이상 0.1mm 이하인 것인 전극 조립체.
According to claim 21,
The electrode assembly having a radius of the round reinforcing portion of 0.02 mm or more and 0.1 mm or less.
상기 분절편의 절단 라인 하단과 상기 활물질층 사이에 소정의 갭이 구비되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.According to claim 1,
Electrode assembly, characterized in that a predetermined gap is provided between the lower end of the cutting line of the segment piece and the active material layer.
상기 갭은 0.2 내지 4mm임을 특징으로 하는 전극 조립체.According to claim 7,
The electrode assembly, characterized in that the gap is 0.2 to 4mm.
상기 복수의 분절편은 코어측으로부터 외주측으로 가면서 복수의 분절편 그룹을 형성하며, 동일한 분절편 그룹에 속한 분절편들은 권취 방향의 폭, 권취 축 방향의 높이 및 권취 방향의 이격 피치 중 적어도 하나 이상이 서로 동일한 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
According to claim 1,
The plurality of segments form a plurality of segment segment groups going from the core side to the outer circumference, and the segment segments belonging to the same segment segment group are at least one of a width in a winding direction, a height in a winding axial direction, and a spacing pitch in a winding direction. Electrode assembly, characterized in that the same as each other.
상기 전극 조립체의 반경 방향에서 연속해서 인접하는 3개의 분절편 그룹 각각에 대한 권취 방향의 폭을 각각 W1, W2 및 W3이라고 했을 때 W2/W1 보다 W3/W2가 작은 분절편 그룹의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
According to claim 1,
When the widths in the winding direction for each of the three consecutively adjacent segment segment groups in the radial direction of the electrode assembly are W1, W2, and W3, respectively, W3 / W2 is smaller than W2 / W1. Including a combination of segment groups Electrode assembly, characterized in that.
동일한 분절편 그룹에 속한 분절편들은 코어측으로부터 외주측으로 가면서 권취 방향의 폭, 권취 축 방향의 높이 및 권취 방향의 이격 피치 중 적어도 하나가 단계적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
According to claim 9,
The electrode assembly, characterized in that at least one of a width in a winding direction, a height in a winding axial direction, and a spacing pitch in a winding direction of the segment segments belonging to the same segment group increases stepwise from the core side to the outer circumferential side.
복수의 분절편 그룹 중에서 적어도 일부는 전극 조립체의 동일한 권회턴에 배치되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
According to claim 9,
An electrode assembly, characterized in that at least some of the plurality of segment segment groups are disposed in the same winding turn of the electrode assembly.
상기 코어측 무지부는 무지부의 분절구조가 없는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
According to claim 1,
The electrode assembly, characterized in that the core-side uncoated portion has no segmental structure of the uncoated portion.
상기 외주측 무지부는 무지부의 분절구조가 없는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
According to claim 1,
The electrode assembly, characterized in that the outer circumferential uncoated portion has no segmental structure of the uncoated portion.
상기 복수의 분절편은 코어측으로 절곡되면서 여러 겹으로 중첩되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.According to claim 1,
The electrode assembly, characterized in that the plurality of segments are overlapped in several layers while being bent toward the core.
상기 전극 조립체의 코어에 공동이 구비되고,
상기 공동은 상기 코어측으로 절곡된 복수의 분절편에 의해 폐색되지 않은 것을 특징으로 하는 전극 조립체.33. The method of claim 32,
A cavity is provided in the core of the electrode assembly,
The electrode assembly, characterized in that the cavity is not blocked by a plurality of segments bent toward the core.
상기 코어측 무지부의 반경 방향 길이(R)와 상기 중간 무지부의 최내측 분절편의 절곡 길이(H)는 관계식 H≤R을 만족하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.34. The method of claim 33,
Electrode assembly, characterized in that the radial length (R) of the core-side uncoated portion and the bending length (H) of the innermost segment piece of the middle uncoated portion satisfy the relational expression H≤R.
상기 외주측 무지부는 코어측으로부터 외주측으로 가면서 높이가 단계적 또는 점진적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.According to claim 1,
The electrode assembly, characterized in that the height of the outer circumferential uncoated portion decreases stepwise or gradually while going from the core side to the outer circumference side.
상기 외주측 무지부는 복수의 분절편으로 분할되어 있고,
상기 외주측 무지부에 포함된 복수의 분절편은 상기 중간 무지부에 포함된 복수의 분절편보다 권취 방향의 폭, 권취 축 방향의 높이 및 권취 방향의 이격 피치 중 적어도 하나 이상이 더 큰 것을 특징으로 하는 전극 조립체. According to claim 1,
The outer circumferential uncoated portion is divided into a plurality of segments,
The plurality of segment segments included in the outer circumferential uncoated portion have at least one of a width in the winding direction, a height in the winding axial direction, and a separation pitch in the winding direction larger than the plurality of segment segments included in the middle uncoated region. Electrode assembly to be.
상기 전극 조립체가 수납되며, 상기 제1전극판 및 상기 제2전극판 중 하나와 전기적으로 연결되어 제1극성을 띠는 전지 캔;
상기 전지 캔의 개방단을 밀봉하는 밀봉체; 및
상기 제1전극판 및 상기 제2전극판 중 다른 하나와 전기적으로 연결되고, 표면이 외부로 노출된 제2극성을 띠는 단자를 포함하고,
상기 제1전극판 및 상기 제2전극판 중 적어도 하나는 장변 단부에 활물질층이 코팅되지 않은 무지부를 포함하고,
상기 무지부의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용되고,
상기 무지부는, 상기 전극 조립체의 코어에 인접한 코어측 무지부, 상기 전극 조립체의 외주 표면에 인접한 외주측 무지부, 상기 코어측 무지부 및 상기 외주측 무지부 사이에 개재된 중간 무지부를 포함하고,
상기 코어측 무지부와 상기 외주측 무지부 중 적어도 하나는 상기 중간 무지부보다 권취 축 방향의 높이가 상대적으로 작고,
상기 중간 무지부의 적어도 일부 구간은 복수의 분절편으로 분할되어 있고,
상기 코어측 무지부, 외주측 무지부, 및 중간 무지부 중에서 가장 작은 높이를 상기 무지부의 양단부으로 연결한 선을 기준선이라고 하고, 상기 복수의 분절편 중에서 가장 작은 높이를 갖는 분절편을 최소 분절편이라고 할 때,
상기 분리막의 폭 방향의 말단이 상기 기준선을 기준으로 상기 최소 분절편의 높이의 30% 이내로 상기 전극조립체의 외측 방향으로 위치하거나, 또는 상기 분리막의 폭 방향의 말단이 상기 기준선을 기준으로 상기 최소 분절편의 높이의 30% 이내로 상기 전극조립체의 내측 방향으로 위치하고,
상기 분리막은 다공성 고분자 기재; 및 상기 다공성 고분자 기재의 양면 상에 위치하고, 무기물 입자 및 바인더 고분자를 포함하는 다공성 코팅층;을 가지는 는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리 셀. A jelly roll type electrode assembly having a structure in which a first electrode plate and a second electrode plate having a sheet shape and a separator interposed therebetween are wound in one direction;
a battery can in which the electrode assembly is accommodated and electrically connected to one of the first electrode plate and the second electrode plate to have a first polarity;
a sealing body sealing the open end of the battery can; and
A terminal having a second polarity electrically connected to the other one of the first electrode plate and the second electrode plate and having a surface exposed to the outside;
At least one of the first electrode plate and the second electrode plate includes a non-coated portion not coated with an active material layer at a long side end,
At least a part of the uncoated portion is used as an electrode tab by itself,
The uncoated portion includes a core-side uncoated portion adjacent to the core of the electrode assembly, an outer circumferential uncoated portion adjacent to an outer circumferential surface of the electrode assembly, and an intermediate uncoated portion interposed between the core-side uncoated portion and the outer circumferential uncoated portion,
At least one of the core-side uncoated portion and the outer circumferential uncoated portion has a relatively smaller height in the winding axis direction than the middle uncoated portion,
At least a portion of the middle uncoated region is divided into a plurality of segments,
A line connecting the lowest height of the core-side uncoated region, the outer circumferential uncoated region, and the middle uncoated region to both ends of the uncoated region is referred to as a reference line, and the segment segment having the smallest height among the plurality of segment segments is the minimum segment segment. When you say
The end of the separator in the width direction is located outside of the electrode assembly within 30% of the height of the minimum segment segment based on the reference line, or the end of the separator in the width direction is located within 30% of the height of the minimum segment segment based on the reference line. Located in the inner direction of the electrode assembly within 30% of the height,
The separator may include a porous polymer substrate; and a porous coating layer located on both sides of the porous polymer substrate and containing inorganic particles and a binder polymer.
상기 외주측 무지부는 상기 중간 무지부보다 권취 축 방향의 높이가 상대적으로 작고,
상기 전지 캔은 개방단에 인접한 단부에 내측을 향해 압입된 비딩부를 구비하고,
상기 전극 조립체의 상부 가장자리와 대향하는 상기 비딩부의 내주면과 상기 외주측 무지부는 소정 간격 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리 셀.38. The method of claim 37,
The outer circumferential uncoated portion has a relatively smaller height in the winding axial direction than the middle uncoated portion,
The battery can has a beading portion press-fitted toward the inside at an end adjacent to the open end,
Cylindrical battery cell, characterized in that the inner circumferential surface of the beading portion facing the upper edge of the electrode assembly and the outer circumferential uncoated portion are separated by a predetermined distance.
상기 비딩부의 압입 깊이(D1)와 상기 전지 캔의 내주면으로부터 상기 외주측 무지부와 상기 중간 무지부의 경계 지점까지의 거리(D2)는 관계식 D1≤D2을 만족하는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리 셀.39. The method of claim 38,
A cylindrical battery cell, characterized in that the press-in depth (D1) of the beading portion and the distance (D2) from the inner circumferential surface of the battery can to the boundary point of the outer circumferential uncoated portion and the middle uncoated portion satisfy the relational expression D1≤D2.
상기 중간 무지부와 전기적으로 결합된 집전 플레이트; 및
상기 집전 플레이트를 커버하며, 가장자리가 상기 비딩부의 내주면과 상기 집전 플레이트 사이에 개재되어 고정된 인슐레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리 셀. 39. The method of claim 38,
a current collecting plate electrically coupled to the middle uncoated portion; and
The cylindrical battery cell of claim 1 , further comprising an insulator covering the current collecting plate and having an edge interposed and fixed between an inner circumferential surface of the beading part and the current collecting plate.
상기 집전 플레이트 및 상기 중간 무지부의 최외측 지름은 상기 비딩부 내주면의 최소 내경보다 작고, 상기 집전 플레이트의 지름은 상기 중간 무지부의 최외측 지름보다 같거나 더 큰 것을 특징으로 하는 원통형 배터리 셀.41. The method of claim 40,
An outermost diameter of the current collecting plate and the middle uncoated portion is smaller than a minimum inner diameter of an inner circumferential surface of the beading portion, and a diameter of the current collecting plate is equal to or larger than an outermost diameter of the middle uncoated portion.
상기 집전 플레이트는,
상기 비딩부보다 더 높게 위치하는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리 셀.41. The method of claim 40,
The current collecting plate,
Cylindrical battery cell, characterized in that located higher than the beading portion.
상기 중간 무지부의 적어도 일부 구간은 외주측으로부터 코어측으로 절곡되어 있고,
상기 전극 조립체의 코어에는 공동이 구비되고,
상기 공동은 상기 중간 무지부의 절곡 구조에 의해 폐색되지 않는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리 셀.38. The method of claim 37,
At least a portion of the middle uncoated portion is bent from the outer circumferential side to the core side,
A cavity is provided in the core of the electrode assembly,
The cylindrical battery cell, characterized in that the cavity is not blocked by the bending structure of the intermediate uncoated portion.
상기 중간 무지부는 상기 전극 조립체의 권취 방향을 따라 분절된 복수의 분절편을 포함하고,
상기 복수의 분절편은 상기 외주측으로부터 상기 코어측으로 절곡되고,
상기 코어측 무지부의 반경 방향의 길이(R)와 상기 중간 무지부의 최내측에 위치한 분절편의 절곡 길이(H)는 관계식 H≤R을 만족하는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리 셀.44. The method of claim 43,
The middle uncoated portion includes a plurality of segment pieces segmented along the winding direction of the electrode assembly,
The plurality of segments are bent from the outer circumferential side to the core side,
A cylindrical battery cell, characterized in that the radial length (R) of the core-side uncoated portion and the bending length (H) of the segment segment located at the innermost side of the middle uncoated portion satisfy a relational expression H≤R.
상기 복수의 분절편 각각은 사각형, 사다리꼴, 삼각형, 평형사변형, 반원형 또는 반타원형의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리 셀.45. The method of claim 44,
Cylindrical battery cell, characterized in that each of the plurality of segments has a structure of a quadrilateral, trapezoidal, triangular, parallelogram, semicircular or semielliptical.
상기 복수의 분절편 각각은 권취 방향에서 1 내지 6mm의 폭 조건; 권취 축 방향에서 2 내지 10mm의 높이 조건; 및 권취 방향에서 0.05 내지 1mm의 이격 피치 조건 중 적어도 하나 이상의 조건을 충족하는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리 셀.45. The method of claim 44,
Each of the plurality of segments has a width condition of 1 to 6 mm in a winding direction; height conditions of 2 to 10 mm in the direction of the winding axis; and a pitch condition of 0.05 to 1 mm in the winding direction.
상기 분절편의 절단 라인 하단과 상기 활물질층 사이에 갭이 구비되는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리 셀.38. The method of claim 37,
A cylindrical battery cell, characterized in that a gap is provided between the lower end of the cutting line of the segment piece and the active material layer.
상기 갭은 0.2 내지 4mm임을 특징으로 하는 원통형 배터리 셀.45. The method of claim 44,
Cylindrical battery cell, characterized in that the gap is 0.2 to 4mm.
상기 복수의 분절편은 복수의 그룹을 구성하고,
각 그룹에 속한 분절편들은 권취 방향의 폭, 권취 축 방향의 높이 및 권취 방향의 이격 피치 중에서 적어도 하나 이상이 동일하고,
상기 복수의 그룹 중 적어도 하나는 상기 전극 조립체의 동일한 권취 턴을 구성하는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리 셀.45. The method of claim 44,
The plurality of segments constitute a plurality of groups,
The segments belonging to each group have the same at least one of the width in the winding direction, the height in the winding axial direction, and the spacing pitch in the winding direction,
Cylindrical battery cell, characterized in that at least one of the plurality of groups constitutes the same winding turn of the electrode assembly.
상기 복수의 분절편은 복수의 그룹을 구성하고,
상기 전극 조립체의 반경 방향에서 연속해서 인접하는 3개의 분절편 그룹 각각에 대한 권취 방향의 폭을 각각 W1, W2 및 W3이라고 했을 때 W2/W1 보다 W3/W2가 작은 분절편 그룹의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리 셀.45. The method of claim 44,
The plurality of segments constitute a plurality of groups,
When the widths in the winding direction for each of the three consecutively adjacent segment segment groups in the radial direction of the electrode assembly are W1, W2, and W3, respectively, W3 / W2 is smaller than W2 / W1. Including a combination of segment groups Cylindrical battery cell, characterized in that.
상기 밀봉체는, 상기 전지 캔의 개방단을 밀폐하는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트의 가장자리를 감싸며 상기 전지 캔의 상단부에 클림핑된 가스켓을 포함하며,
상기 제2극성을 띠는 단자는 상기 캡 플레이트임을 특징으로 하는 원통형 배터리 셀. 38. The method of claim 37,
The sealing body includes a cap plate sealing the open end of the battery can, and a gasket wrapped around an edge of the cap plate and crimped at an upper end of the battery can,
The cylindrical battery cell, characterized in that the terminal having the second polarity is the cap plate.
상기 제1극성을 띠는 제2전극판의 무지부와 전기적으로 연결되고 상기 전지 캔의 측벽에 가장자리의 적어도 일부가 결합된 집전 플레이트를 더 포함하고,
상기 밀봉체는, 극성이 없는 캡 플레이트와, 상기 캡 플레이트의 가장자리를 감싸며 상기 전지 캔의 상단부에 클림핑되는 가스켓을 포함하고,
상기 전지 캔은 폐쇄면의 중앙부에 형성된 관통 홀에 절연 가능하게 설치되고 상기 제1전극판과 전기적으로 연결되어 상기 제2극성을 띠는 리벳 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 배터리 셀.38. The method of claim 37,
Further comprising a current collecting plate electrically connected to a non-coated portion of the second electrode plate having the first polarity and having at least a portion of an edge coupled to a sidewall of the battery can,
The sealing body includes a cap plate without polarity, and a gasket wrapped around an edge of the cap plate and crimped to the upper end of the battery can,
The battery can is a cylindrical battery cell, characterized in that it includes a rivet terminal installed to be insulated in the through hole formed in the central portion of the closed surface and electrically connected to the first electrode plate to assume the second polarity.
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