KR20230060477A - Cylindrical secondary battery - Google Patents

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KR20230060477A
KR20230060477A KR1020220139617A KR20220139617A KR20230060477A KR 20230060477 A KR20230060477 A KR 20230060477A KR 1020220139617 A KR1020220139617 A KR 1020220139617A KR 20220139617 A KR20220139617 A KR 20220139617A KR 20230060477 A KR20230060477 A KR 20230060477A
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secondary battery
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cylindrical secondary
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김태우
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 권취된 젤리롤 형태의 전극 조립체가 전지 케이스 내에 수납되어 있는 원통형 이차전지에 있어서, 상기 전극 조립체는 최외곽에 금속 집전체를 포함하고, 상기 금속 집전체의 외주면 일부 영역에 0.1mm 내지 2mm의 폭을 갖는 절연부재가 나선형으로 구비되어 상기 젤리롤 형태가 고정되는, 원통형 이차전지에 관한 것이다.The present invention is a cylindrical secondary battery in which a separator is interposed between a sheet-shaped positive electrode and a negative electrode and a rolled-up jelly roll-shaped electrode assembly is housed in a battery case, wherein the electrode assembly includes a metal current collector at the outermost part, A cylindrical secondary battery in which an insulating member having a width of 0.1 mm to 2 mm is spirally provided on a partial region of an outer circumferential surface of a metal current collector to fix the jelly roll shape.

Description

원통형 이차전지{CYLINDRICAL SECONDARY BATTERY}Cylindrical secondary battery {CYLINDRICAL SECONDARY BATTERY}

본 발명은 최외곽에 금속 집전체를 포함하는 젤리롤 전극 조립체 외주면에 특정 폭을 갖는 절연부재를 도입함으로써, 저항 및 안정성을 개선한 원통형 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a cylindrical secondary battery with improved resistance and stability by introducing an insulating member having a specific width on the outer circumferential surface of a jelly roll electrode assembly including a metal current collector at the outermost portion.

정보사회의 발달로 인해 개인 IT 디바이스와 전산망이 발달되고 이에 수반하여 전반적인 사회의 전기에너지에 대한 의존도가 높아지면서, 전기 에너지를 효율적으로 저장하고 활용하기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.With the development of the information society, personal IT devices and computer networks are developed, and as the overall society's dependence on electrical energy increases, technology development for efficiently storing and utilizing electrical energy is required.

이를 위해 개발된 기술 중 여러 용도에 가장 적합한 기술이 이차전지 기반 기술이며, 이 중 이론적으로 에너지 밀도가 가장 높은 리튬 이차전지가 각광을 받고 있다.Among the technologies developed for this purpose, the most suitable technology for various uses is a secondary battery-based technology, and among them, a lithium secondary battery with the highest theoretical energy density is in the limelight.

리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V 가량으로서, 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약 3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.Lithium secondary batteries have an operating voltage of about 3.6V, about three times the capacity of nickel-cadmium batteries or nickel-hydrogen batteries, which are widely used as power sources for electronic equipment, and have a high energy density per unit weight, so their utilization is high. It is on a rapidly growing trend.

리튬 이차전지는 세퍼레이터를 사이에 두고 양극 활물질이 도포된 양극판과 음극 활물질이 도포된 음극판이 배치된 전극 조립체와, 전해질 및 이들을 함께 밀봉 수납하는 외장재로 이루어져 있다. A lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate coated with a positive electrode active material and a negative electrode plate coated with a negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, an electrolyte, and an exterior material for sealing and housing them together.

상기 리튬 이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 캔형 이차전지와 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다. 상기 캔형 이차전지는 금속 캔의 형태에 따라 다시 원통형 이차전지와 각형 이차전지로 다시 분류될 수 있으며, 양극, 세퍼레이터 및 음극이 권취된 젤리 롤 타입의 전극 조립체를 금속 캔에 수납하여 제조할 수 있다. 상기 파우치형 이차전지는 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어진 파우치 안에 다수의 양극, 세퍼레이터 및 음극이 순차적으로 적층된 스택(stack) 타입의 전극 조립체를 내장한 다음, 밀봉하여 제조될 수 있다.The lithium secondary battery may be classified into a can-type secondary battery and a pouch-type secondary battery according to the shape of a battery case. The can-type secondary battery can be further classified into a cylindrical secondary battery and a prismatic secondary battery according to the shape of the metal can, and can be manufactured by housing a jelly roll-type electrode assembly in which a cathode, a separator, and a cathode are wound in a metal can. . The pouch-type secondary battery may be manufactured by embedding a stack-type electrode assembly in which a plurality of positive electrodes, separators, and negative electrodes are sequentially stacked in a pouch made of an aluminum laminate sheet and then sealing the pouch.

한편, 리튬 이차전지는 이동이 잦고 자동차처럼 강한 진동을 받는 기계 내부에 수용될 수 있기 때문에, 휴대성 및 진동에 강한 특성이 요구되고 있다. On the other hand, since the lithium secondary battery is frequently moved and can be accommodated inside a machine that experiences strong vibration, such as a car, portability and vibration-resistant characteristics are required.

금속 캔을 사용하는 원통형 이차전지의 경우, 한정된 공간 안에 많은 양의 전극을 넣기 위해 집전체나 분리막의 두께, 외장재의 크기나 형상을 변경하며 최적화를 진행하고 있다.In the case of a cylindrical secondary battery using a metal can, optimization is performed by changing the thickness of a current collector or separator, and the size or shape of an exterior material in order to put a large amount of electrodes in a limited space.

그 방법의 하나로서 전극 집전체를 외곽 탭으로 활용하는 방식이 제안되었다. 종래의 전극 조립체에 존재하던 전극 탭과 분리막을 제거하여 원통형 캔에 전극 집전체가 물리적으로 접촉하도록 하여 전류를 흘려보내는 방식이다.As one of the methods, a method of using an electrode current collector as an outer tab has been proposed. It is a method of removing the electrode tab and the separator existing in the conventional electrode assembly so that the current collector physically contacts the cylindrical can to allow current to flow.

이러한 방식을 통해 분리막과 전극 탭의 사용량을 줄임으로써 외경을 감소시키고 제조 원가를 절감할 수 있다. 또한, 이렇게 확보한 공간을 활용해 용량을 구현하거나 출력을 개선할 수 있다. Through this method, the outer diameter can be reduced and the manufacturing cost can be reduced by reducing the amount of use of the separator and the electrode tab. In addition, the space freed up can be used to realize capacity or improve output.

그러나 이와 같이 전극 집전체를 최외곽에 포함하는 전극 조립체를 마감 테이프로 고정하게 되면, 마감 테이프가 형성된 면적 만큼 전극 집전체와 캔이 접촉하는 면적이 감소하므로 직접 전류 및 열을 전달하는 면적 또한 감소하게 되는 문제점이 있다.However, when the electrode assembly including the outermost electrode current collector is fixed with the finishing tape, the contact area between the electrode current collector and the can is reduced by the amount of the area where the finishing tape is formed, so the area for direct current and heat transmission is also reduced. There is a problem with doing it.

따라서 이러한 문제점을 해결한 원통형 이차전지의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, it is necessary to develop a cylindrical secondary battery that solves these problems.

한국 공개특허공보 제10-2021-0004102호Korean Patent Publication No. 10-2021-0004102

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 전극 조립체 외주면에 포함된 금속 집전체에서 마감 테이프로 인한 성능 저하를 최소화하고, 저항 및 전도성을 개선한 원통형 이차전지를 제공하고자 한다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and to provide a cylindrical secondary battery in which performance degradation due to a finishing tape is minimized in a metal current collector included in an outer circumferential surface of an electrode assembly and resistance and conductivity are improved.

일 구현예에 따르면, 본 발명은 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 권취된 젤리롤 형태의 전극 조립체가 전지 케이스 내에 수납되어 있는 원통형 이차전지에 있어서,According to one embodiment, the present invention is a cylindrical secondary battery in which a separator is interposed between a sheet-shaped positive electrode and a negative electrode and a rolled-up jelly roll-shaped electrode assembly is accommodated in a battery case,

상기 전극 조립체는 최외곽에 금속 집전체를 포함하고,The electrode assembly includes a metal current collector at the outermost part,

상기 금속 집전체의 외주면 일부 영역에 0.1mm 내지 2mm의 폭을 갖는 절연부재가 나선형으로 구비되어 상기 젤리롤 형태가 고정되는, 원통형 이차전지를 제공한다.Provided is a cylindrical secondary battery in which an insulating member having a width of 0.1 mm to 2 mm is spirally provided on a partial region of an outer circumferential surface of the metal current collector to fix the jelly roll shape.

본 발명의 원통형 이차전지는 젤리롤 형태의 전극 조립체가 권취된 상태를 유지하도록 고정하는 역할의 절연부재를 포함하며, 상기 절연부재의 폭 및 부착 형태를 조절함으로써 전극 조립체의 최외곽에 위치하는 금속 집전체와 전지 케이스의 접촉 면적을 늘리고, 전도성을 강화하며 저항을 낮추는 효과가 있다.The cylindrical secondary battery of the present invention includes an insulating member that serves to fix the jelly roll-shaped electrode assembly to maintain a rolled state, and the metal positioned at the outermost part of the electrode assembly by adjusting the width and attachment form of the insulating member. It has the effect of increasing the contact area between the current collector and the battery case, enhancing conductivity, and lowering resistance.

도 1은 본 발명의 전극 조립체를 젤리롤 형태로 권취하기 전 적층 구조를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리롤 형태의 전극 조립체의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따라 전극 조립체 상에 절연부재가 나선형으로 구비된 상태를 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 참고예 1 및 비교예 1에서 전극 조립체 상에 구리 호일 또는 절연부재가 구비된 상태를 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 참고예 2에서 전극 조립체 상에 구리 호일이 구비된 상태를 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 전지에 대해 교류 내부 저항을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a view showing a laminated structure before winding an electrode assembly of the present invention in a jelly roll form.
2 is a schematic view showing the structure of an electrode assembly in the form of a jelly roll according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram showing a state in which an insulating member is spirally provided on an electrode assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram showing a state in which copper foil or an insulating member is provided on the electrode assembly in Reference Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.
5 is a schematic diagram showing a state in which copper foil is provided on the electrode assembly in Reference Example 2 of the present invention.
6 is a graph showing the results of measuring AC internal resistance for batteries prepared in Examples and Comparative Examples of the present invention.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 '상에' 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.In this specification, when a member is said to be located 'on' another member, this includes not only a case where a member is in contact with another member, but also a case where another member exists between the two members.

본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In this specification, when a certain part is said to 'include' a certain component, this means that it may further include other components, not excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 '높이 방향'이란 도 1과 같은 원통형 구조에서 H로 도시된 방향을 의미한다.In this specification, 'height direction' means a direction shown as H in the cylindrical structure as shown in FIG.

본 명세서에서 '너비 방향'이란 도 1과 같은 원통형 구조에서 W로 도시된 방향을 의미한다.In this specification, 'width direction' refers to a direction indicated by W in a cylindrical structure as shown in FIG. 1 .

본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 권취된 젤리롤 형태의 전극 조립체가 전지 케이스 내에 수납되어 있어 있다. 또한, 상기 전극 조립체는 최외곽에 금속 집전체를 포함하고, 상기 금속 집전체의 외주면 일부 영역에 0.1mm 내지 2mm의 폭을 갖는 절연부재가 나선형으로 구비되어 상기 젤리롤 형태가 고정된다.In the cylindrical secondary battery according to the present invention, a separator is interposed between a sheet-shaped positive electrode and a negative electrode, and a jelly roll-shaped electrode assembly is stored in a battery case. In addition, the electrode assembly includes a metal current collector at an outermost portion, and an insulating member having a width of 0.1 mm to 2 mm is spirally provided on a partial region of an outer circumferential surface of the metal current collector to fix the jelly roll shape.

구체적으로, 본 발명에서는 전극 조립체의 최외층인 금속 집전체 상에 나선형의 실 모양으로 절연부재를 감아 금속 집전체와 전지 케이스의 접촉 면적을 극대화하는 방식을 통해 원통형 이차전지의 저항을 낮추고 안전성을 개선하고자 한다.Specifically, in the present invention, the resistance of the cylindrical secondary battery is lowered and safety is improved through a method of maximizing the contact area between the metal current collector and the battery case by winding an insulating member in a spiral thread shape on the metal current collector, which is the outermost layer of the electrode assembly. want to improve

이하에서는 원통형 이차전지의 각 구성에 대해 보다 자세히 설명한다.Hereinafter, each configuration of the cylindrical secondary battery will be described in detail.

전극 조립체electrode assembly

본 발명에 따른 전극 조립체(100)는 시트형의 양극(50)과 음극(30) 사이에 분리막(40)이 개재되어 권취된 젤리-롤 형태이다. 여기서 분리막이 개재된다는 것은 양극과 음극의 쇼트를 방지하기 위해서 양극, 분리막, 음극, 분리막, 양극 등의 순서로 교대로 적층되는 것으로, 각 전극 사이에 분리막이 위치하는 것을 의미한다. 시트형 양극(50)은 전도성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄 호일로 이루어진 양극 집전체와, 그 양면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하고 있으며, 시트형 음극(30)은 전도성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극 집전체(20)와 그 양면에 코팅된 음극 활물질층(10)을 포함하고 있다. The electrode assembly 100 according to the present invention has a jelly-roll shape in which a separator 40 is interposed and wound between a sheet-shaped positive electrode 50 and negative electrode 30. Here, the interposition of the separator means that the positive electrode, the separator, the negative electrode, the separator, and the positive electrode are alternately stacked in order to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, and the separator is positioned between the electrodes. The sheet-type positive electrode 50 includes a positive electrode current collector made of a thin metal plate having excellent conductivity, for example, aluminum foil, and a positive electrode active material layer coated on both sides thereof, and the sheet-type negative electrode 30 includes a thin metal plate having excellent conductivity, For example, it includes a negative electrode current collector 20 made of copper (Cu) or nickel (Ni) foil and a negative electrode active material layer 10 coated on both sides thereof.

상기 양극 활물질층은 코발트, 망간 및/또는 니켈 등의 금속과 리튬을 포함하는 리튬 금속 산화물 등의 양극 활물질을 포함할 수 있으며 필요에 따라 도전재 및/또는 바인더를 더 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질, 도전재 및 바인더는 이차전지의 제조에 통상적으로 사용되는 다양한 물질이 제한 없이 사용될 수 있다.The cathode active material layer may include a cathode active material such as lithium metal oxide containing metals such as cobalt, manganese, and/or nickel, and lithium, and may further include a conductive material and/or a binder, if necessary. As the cathode active material, the conductive material, and the binder, various materials commonly used in the manufacture of secondary batteries may be used without limitation.

상기 음극 활물질층은 천연흑연, 인조흑연 등의 탄소질재료; 금속류 또는 상기 금속류로 구성된 합금류; 상기 금속류의 산화물; 및 상기 금속류와 탄소와의 복합체 등의 음극 활물질을 포함할 수 있으며 필요에 따라 도전재 및/또는 바인더를 더 포함할 수 있다. 상기 음극 활물질, 도전재 및 바인더는 이차전지의 제조에 통상적으로 사용되는 다양한 물질이 제한 없이 사용될 수 있다.The negative electrode active material layer may be a carbonaceous material such as natural graphite or artificial graphite; metals or alloys composed of the metals; oxides of the above metals; and a negative electrode active material such as a composite of the metal and carbon, and may further include a conductive material and/or a binder as needed. As the anode active material, conductive material, and binder, various materials commonly used in the manufacture of secondary batteries may be used without limitation.

상기 전극 조립체에 포함되는 분리막(40)은 종래에 분리막으로서 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌과 부텐의 공중합체, 에틸렌과 헥센의 공중합체 및 에틸렌과 메타크릴레이트의 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 다공성 고분자 필름을 단독으로, 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있다. 또한, 무기물 입자(예: Al2O3)가 도포된 폴리올레핀계 다공성 고분자 필름 또는 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The separator 40 included in the electrode assembly is a conventional porous polymer film used as a separator conventionally, for example, ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene and butene copolymer, ethylene and hexene copolymer, and ethylene and A polyolefin-based porous polymer film such as a methacrylate copolymer may be used alone or in a laminated manner. In addition, a polyolefin-based porous polymer film coated with inorganic particles (eg, Al 2 O 3 ) or a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc. may be used, but is limited thereto. it is not going to be

금속 집전체metal current collector

본 발명에 따르면, 상기 전극 조립체는 최외곽에 금속 집전체를 포함한다. 상기 금속 집전체는 원통형 전지 케이스에 물리적으로 접촉하여 전류를 흘려보내는 외곽 탭의 역할로서 구비되는 것이며, 이와 같이 금속 집전체가 외곽 탭의 역할을 수행할 경우 종래의 전극 조립체에 존재하던 전극 탭과 분리막을 제거하여 원통형 이차전지 내 공간을 확보할 수 있으므로, 원가를 절감하면서도 확보된 공간을 용량 구현 및 출력 개선에 활용할 수 있다. 뿐만 아니라 직접 열이 전달되는 면적이 증가하므로 발열도 감소시킬 수 있다.According to the present invention, the electrode assembly includes a metal current collector at the outermost part. The metal current collector is provided as an outer tab that physically contacts the cylindrical battery case and passes current. In this way, when the metal current collector serves as an outer tab, the electrode tab existing in the conventional electrode assembly and Since the space in the cylindrical secondary battery can be secured by removing the separator, the secured space can be used to realize capacity and improve output while reducing costs. In addition, since the area to which heat is directly transferred increases, heat generation can also be reduced.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속 집전체는 금속 호일로 이루어져 있으며 상기 전지 케이스의 내주면 중 일부 영역과 접촉하고 있을 수 있다. 구체적으로 상기 금속 집전체는 니켈 호일, 은 호일 또는 구리 호일일 수 있고, 바람직하게는 구리 호일일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the metal current collector is made of a metal foil and may be in contact with a portion of an inner circumferential surface of the battery case. Specifically, the metal current collector may be nickel foil, silver foil or copper foil, preferably copper foil.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속 집전체는 음극 집전체의 일부, 또는 양극 집전체의 일부일 수 있으며, 본 발명에서는 대표적으로 음극 집전체의 일부인 경우에 대해 설명한다. 구체적으로 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속 집전체는 음극 집전체 상에 음극 활물질이 형성되지 않은 음극 무지부에 해당하며, 그 중에서도 권취되었을 때 젤리롤 전극 조립체의 최외곽을 형성하는 구성을 의미한다. 최외곽 금속 집전체가 음극 집전체의 일부인 일 예를 도 1 및 도 2에 각각 도시하였다. 도 1은 전극 조립체를 젤리롤 형태로 권취하기 전 적층 구조를 나타낸 것이고, 도 2는 도 1의 적층 구조가 권취 방향에 따라 권취된 젤리롤 구조를 나타낸 것이다. 도 1의 음극 집전체(20) 중 음극 활물질층(10)이 형성되지 않은 음극 무지부 중 일부가 도 2와 같이 젤리롤의 최외곽을 둘러싸면서 최외곽 금속 집전체(102)를 형성하게 되며, 최외곽 금속 집전체(102) 및 이의 내주면에 부착되는 스웰링 테이프(101)를 제외한 부분이 도 2의 90과 같이 젤리롤의 나머지 영역을 구성한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the metal current collector may be a part of an anode current collector or a part of a cathode current collector, and in the present invention, a representative case of a part of an anode current collector will be described. Specifically, according to one embodiment of the present invention, the metal current collector corresponds to the negative electrode uncoated portion on which the negative electrode active material is not formed on the negative electrode current collector, and forms the outermost part of the jelly roll electrode assembly when wound among them. means An example in which the outermost metal current collector is a part of the negative electrode current collector is shown in FIGS. 1 and 2, respectively. FIG. 1 shows a laminated structure before winding an electrode assembly in a jelly-roll form, and FIG. 2 shows a jelly-roll structure in which the laminated structure of FIG. 1 is wound in a winding direction. Of the negative electrode current collector 20 of FIG. 1, a portion of the negative electrode uncoated portion on which the negative electrode active material layer 10 is not formed surrounds the outermost periphery of the jelly roll as shown in FIG. 2 to form the outermost metal current collector 102. , Except for the outermost metal current collector 102 and the swelling tape 101 attached to the inner circumferential surface thereof, constitute the remaining area of the jelly roll as shown in 90 of FIG.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속 집전체의 두께는 10㎛ 내지 30㎛, 구체적으로 15㎛ 내지 25㎛일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the thickness of the metal current collector may be 10 μm to 30 μm, specifically 15 μm to 25 μm.

스웰링 테이프swelling tape

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전극 조립체는 전해질 주입 시 부피가 팽창하는 스웰링 테이프(101)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 스웰링 테이프는 도 2와 같이 상기 금속 집전체의 내주면에 부착되어 있을 수 있으며, 권취 전을 기준으로 도 1과 같이 음극 무지부 중 일부 영역에 부착되어 있을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the electrode assembly may further include a swelling tape 101 whose volume expands when electrolyte is injected. Specifically, the swelling tape may be attached to the inner circumferential surface of the metal current collector as shown in FIG. 2, and may be attached to a partial region of the negative electrode uncoated portion as shown in FIG. 1 before winding.

스웰링 테이프가 금속 집전체의 외주면, 즉 전극 조립체의 최외곽에 부착될 경우, 케이스에 삽입한 후 스웰링 테이프가 부착되어 있는 부분은 본 발명의 마감 테이프에 의한 저항 감소 효과가 떨어질 수 있기 때문에, 스웰링 테이프는 금속 집전체의 내주면에 부착되는 것이 바람직하다.When the swelling tape is attached to the outer circumferential surface of the metal current collector, that is, the outermost part of the electrode assembly, the portion to which the swelling tape is attached after being inserted into the case may have a reduced resistance reduction effect by the finishing tape of the present invention. , the swelling tape is preferably attached to the inner circumferential surface of the metal current collector.

상기 스웰링 테이프(swelling tape)는 상기 전극 조립체와 금속 집전체 사이 간극을 메우고 고정하는 기능을 수행한다. 구체적으로, 상기 스웰링 테이프는 액체와 같은 유체와 접촉하면 팽창 특성을 가지는 필름 또는 시트 형상으로서, 사각형 외에도 원형, 삼각형 또는 무정형 등의 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 스웰링 테이프는 너비 방향의 폭이 17㎛ 내지 40㎛일 수 있다.The swelling tape It serves to fill and fix the gap between the electrode assembly and the metal current collector. Specifically, the swelling tape is a film or sheet shape having an expansion property when in contact with a fluid such as a liquid, and may have a circular shape, a triangular shape, or an amorphous shape in addition to a square shape. In addition, the swelling tape may have a width in a width direction of 17 μm to 40 μm.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 스웰링 테이프는 흡착 패드를 통해 상기 전극 조립체의 일부 영역에 부착될 수 있으며, 상기 흡착 패드는 종래 스웰링 테이프 부착에 통상적으로 사용되는 물질이 제한 없이 사용될 수 있으나, 예를 들어, 아크릴계 점착제, 우레탄계 점착제, 에폭시계 점착제, 실리콘계 점착제 및 고무계 점착제 등이 흡착 패드로서 사용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the swelling tape may be attached to a partial region of the electrode assembly through an absorption pad, and the absorption pad may use a material commonly used for attachment of a conventional swelling tape without limitation. However, for example, acrylic adhesives, urethane-based adhesives, epoxy-based adhesives, silicone-based adhesives, and rubber-based adhesives may be used as the suction pad.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 스웰링 테이프는 상기 최외곽 금속 집전체의 내주면 전체 면적 중 30% 이상 70% 이하의 면적에 구비될 수 있고, 바람직하게는 40% 이상 60% 이하의 면적에 구비될 수 있다. 이 경우 충분한 스웰링 효과를 확보하면서도 흡착 패드를 통해 부착할 때에 금속 집전체와 스웰링 테이프 사이에 기공이 생기는 현상을 방지할 수 있는 면에서 바람직하다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the swelling tape may be provided on an area of 30% or more and 70% or less of the total area of the inner circumferential surface of the outermost metal current collector, and preferably, an area of 40% or more and 60% or less. can be provided in In this case, it is preferable in terms of preventing the formation of pores between the metal current collector and the swelling tape when attaching through the suction pad while securing a sufficient swelling effect.

상기 스웰링 테이프로는 통상적으로 사용되는 다양한 고분자 물질, 구체적으로 폴리아크릴레이트, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리염화비닐, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드 및 폴리스티렌 중 하나 이상의 고분자 물질이 사용될 수 있다. 바람직하게는 상기 스웰링 테이프는 폴리우레탄일 수 있다.As the swelling tape, various polymer materials commonly used, specifically polyacrylate, thermoplastic polyurethane (TPU), polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, polyamide, polycarbonate, polyimide and polystyrene One or more polymeric materials may be used. Preferably, the swelling tape may be polyurethane.

상기 스웰링 테이프의 두께는 구현하고자 하는 입체 형상이나 충전하고자 하는 간극의 크기 등을 고려하여 선택될 수 있으며, 바람직하게는 30㎛ 내지 60㎛, 더욱 바람직하게는 40㎛ 내지 55㎛ 두께로 형성될 수 있다.The thickness of the swelling tape may be selected in consideration of the three-dimensional shape to be implemented or the size of the gap to be filled, etc., and is preferably formed to a thickness of 30 μm to 60 μm, more preferably 40 μm to 55 μm. can

절연부재Insulation member

본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 젤리롤 형태의 전극 조립체가 권취된 상태를 유지할 수 있도록 상기 금속 집전체의 외주면 일부 영역에 도 3과 같이 0.1mm 내지 2mm의 폭을 갖는 절연부재(103)가 나선형으로 구비된 것이다. 상기 절연부재는 바람직하게는 0.5mm 내지 1.8mm, 더욱 바람직하게는 1mm 내지 1.5mm의 폭을 갖는 것일 수 있다. 도 3에서 'T'가 상기 절연부재(103)의 폭을 의미하며, 편의상 절연부재의 폭이 모든 구간에서 일정한 것으로 묘사되었으나, 상기 수치범위 내에 포함되지만 일정하지 않은 폭을 갖는 형태로 구비될 수도 있다.In the cylindrical secondary battery according to the present invention, an insulating member 103 having a width of 0.1 mm to 2 mm is provided on a portion of the outer peripheral surface of the metal current collector so that the jelly roll-shaped electrode assembly can be maintained in a rolled state, as shown in FIG. It is equipped with a spiral. The insulating member may preferably have a width of 0.5 mm to 1.8 mm, more preferably 1 mm to 1.5 mm. In FIG. 3, 'T' means the width of the insulating member 103, and for convenience, the width of the insulating member is described as being constant in all sections, but it may be provided in a form having an irregular width although it is included within the numerical range. there is.

상기 절연부재는 젤리롤의 풀림을 방지하기 위하여 0.1mm 이상의 폭을 가져야 한다. 또한 절연부재의 폭이 2mm 이하이므로, 스웰링 테이프가 충분히 부풀어오르며, 금속 집전체와 전지 케이스가 접촉하는 면적을 극대화 시켜 발열 면적을 충분히 확보할 수 있고, 따라서 열에 대한 안전성을 확보할 수 있다. The insulating member should have a width of 0.1 mm or more to prevent unwinding of the jelly roll. In addition, since the width of the insulating member is 2 mm or less, the swelling tape is sufficiently inflated, and a sufficient heating area can be secured by maximizing the contact area between the metal current collector and the battery case, and thus safety against heat can be secured.

뿐만 아니라 이와 같이 실처럼 폭이 좁은 절연부재를 나선형으로 감는 형태에서는 스웰링 테이프가 전극 조립체 전 영역에 걸쳐 부풀어 오를 수 있기 때문에 전지의 저항을 감소시킬 수 있고, 상하단부만 마감 테이프 처리하는 기존 방식에서 나타나는 중앙부 최외곽 금속 집전체의 들뜸 현상을 방지할 수 있다. 이 때 상기 절연부재는 상기 금속 집전체의 외주면에 3회 내지 15회, 바람직하게는 5회 내지 15회, 더욱 바람직하게는 8회 내지 12회 감겨있을 수 있다. In addition, in the form of spirally winding a narrow insulation member like a thread, the resistance of the battery can be reduced because the swelling tape can swell over the entire area of the electrode assembly, and the conventional method of finishing tape only on the top and bottom ends It is possible to prevent the lifting phenomenon of the outermost metal current collector in the central part. At this time, the insulating member may be wound on the outer circumferential surface of the metal current collector 3 to 15 times, preferably 5 to 15 times, and more preferably 8 to 12 times.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 절연부재에 의해 형성되는 절연부의 면적은, 상기 금속 집전체의 외주면 전체 면적의 5% 내지 20%, 바람직하게는 8% 내지 17%, 더욱 바람직하게는 10% 내지 15%일 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the area of the insulating portion formed by the insulating member is 5% to 20%, preferably 8% to 17%, more preferably 10% of the total area of the outer circumferential surface of the metal current collector. % to 15%.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 절연부재는 폴리이미드(PI) 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리에틸렌(PE) 필름, 폴리우레탄(PU) 필름일 수 있으며, 바람직하게는 폴리이미드 필름일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the insulating member may be a polyimide (PI) film, a polyethylene terephthalate (PET) film, a polyethylene (PE) film, or a polyurethane (PU) film, preferably a polyimide film. can be

폴리이미드(polyimide, PI)는 견고한 방향족 주쇄를 기본으로 하는 열적 안정성을 가진 고분자 물질로서, 이미드 고리의 화학적 안정성을 기초로 하여 우수한 내구성을 가진다. 뿐만 아니라 절연특성, 낮은 유전율과 같은 전기적 특성이 우수하므로 젤리롤 형태를 고정하는 마감(sealing) 소재로서 바람직하다. Polyimide (PI) is a high molecular material with thermal stability based on a strong aromatic main chain, and has excellent durability based on the chemical stability of the imide ring. In addition, since it has excellent electrical properties such as insulating properties and low permittivity, it is preferable as a sealing material for fixing the shape of a jelly roll.

한편, 상기 폴리이미드 필름은 양면 중 어느 한 면 상에 1㎛ 내지 10㎛ 두께의 점착층이 형성된 폴리이미드 테이프일 수 있으며, 상기 폴리이미드 테이프의 두께는 10㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 상기 점착층은 아크릴계 점착제, 우레탄계 점착제, 에폭시계 점착제, 실리콘계 점착제 및 고무계 점착제를 도포하여 형성될 수 있으며, 바람직하게는 아크릴계 점착제가 도포된 아크릴계 점착층일 수 있다.Meanwhile, the polyimide film may be a polyimide tape having an adhesive layer having a thickness of 1 μm to 10 μm formed on either side of both sides, and the thickness of the polyimide tape may be 10 μm to 30 μm. The adhesive layer may be formed by applying an acrylic adhesive, a urethane adhesive, an epoxy adhesive, a silicone adhesive, and a rubber adhesive, and preferably may be an acrylic adhesive layer coated with an acrylic adhesive.

상기 폴리이미드 필름은 젤리롤의 풀림을 방지하는 면에서 0.1mm 이상의 폭을 갖는 것이 바람직하다. 또한 2mm 이하의 폭을 가질 경우, 스웰링 테이프가 충분히 부풀어오르며, 금속 집전체와 전지 케이스가 접촉하는 면적을 극대화 시켜 발열 면적을 충분히 확보할 수 있고, 따라서 열에 대한 안전성을 확보할 수 있다는 점에서 바람직하다. The polyimide film preferably has a width of 0.1 mm or more in order to prevent unwinding of the jelly roll. In addition, when it has a width of 2 mm or less, the swelling tape is sufficiently swollen, and the area in which the metal current collector and the battery case come into contact is maximized to ensure a sufficient heating area, thereby ensuring safety against heat. desirable.

원통형 이차전지Cylindrical Secondary Battery

다음으로, 본 발명에 따른 원통형 이차전지에 대해 설명한다.Next, a cylindrical secondary battery according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 상기 전극 조립체 및 금속 집전체와, 전해질, 그리고 이들을 수납하는 원통형 전지 케이스를 포함한다.A cylindrical secondary battery according to the present invention includes the electrode assembly, a metal current collector, an electrolyte, and a cylindrical battery case accommodating them.

상기 전극 조립체 및 금속 집전체에 대해서는 상술하였으므로, 이에 대한 설명은 생략하고, 이하에서는 다른 구성요소들에 대해 설명한다. Since the electrode assembly and the metal current collector have been described above, a description thereof will be omitted, and other components will be described below.

(1) 전해질(1) electrolyte

본 발명에 따른 원통형 이차전지는 충방전시 전극에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬이온이 이동 가능하도록 전해질을 포함한다.The cylindrical secondary battery according to the present invention includes an electrolyte to enable the movement of lithium ions generated by electrochemical reactions in electrodes during charging and discharging.

이러한 전해질로는 리튬염이 용해된 비수성 유기용매를 포함하는 액체 전해질, 또는 상기 비수성 유기용매에 겔화 가능한 고분자 수지가 함유된 젤 폴리머 전해질이 제한 없이 사용될 수 있다.As such an electrolyte, a liquid electrolyte containing a non-aqueous organic solvent in which lithium salt is dissolved, or a gel polymer electrolyte containing a gelable polymer resin in the non-aqueous organic solvent may be used without limitation.

상기 리튬염은 리튬 이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 통상적으로 사용 가능한 범위 내에서 적절히 변경할 수 있으나, 0.1 내지 5.0M, 바람직하게는 0.1 내지 3,0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. The lithium salt may be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, the lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN(C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 . LiCl, LiI, or LiB(C 2 O 4 ) 2 or the like may be used. The concentration of the lithium salt may be appropriately changed within a commonly usable range, but it is preferable to use it within the range of 0.1 to 5.0M, preferably 0.1 to 3,0M.

상기 비수성 유기용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 예컨대, 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 비닐렌 카보네이트 등의 환형 카보네이트계 용매, 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트(EMC) 등의 선형 카보네이트계 유기 용매 또는 이들의 혼합 유기용매가 사용될 수 있다.The non-aqueous organic solvent may be used without particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. For example, cyclic carbonate-based solvents such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and vinylene carbonate, linear solvents such as dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, and ethylmethyl carbonate (EMC) A carbonate-based organic solvent or a mixed organic solvent thereof may be used.

상기 전해질은 상기 스웰링 테이프를 구성하는 고분자와 고분자 사이에 용이하게 침투하여, 팽창시킬 수 있다.The electrolyte can easily penetrate and expand between the polymers constituting the swelling tape.

(2) 원통형 전지 케이스(2) Cylindrical battery case

본 발명의 전극 조립체는 원통형 전지 케이스(미도시) 내부에 수용되며, 전지 케이스의 상부에는 캡 조립체가 결합될 수 있다. 캡 조립체는 안전 밴트, 전류 차단소자, PTC 소자 및 탑캡 등이 순차적으로 적층되어 이루어 질 수 있으며, 특히 탑캡은 캡 조립체의 최상부에 안착되어 결합되고 이차전지에서 발생하는 전류를 외부로 전달하게 된다.The electrode assembly of the present invention is accommodated inside a cylindrical battery case (not shown), and a cap assembly may be coupled to the top of the battery case. The cap assembly may be formed by sequentially stacking a safety band, a current blocking device, a PTC device, and a top cap. In particular, the top cap is seated on the uppermost part of the cap assembly and coupled thereto, and transmits current generated in the secondary battery to the outside.

본 발명의 원통형 전지 케이스의 내부 표면은 알루미늄(Al) 또는 철(Fe) 등 전해질과 비교적 친화력이 좋은 재질로 이루어질 수 있다.The inner surface of the cylindrical battery case of the present invention may be made of a material having a relatively good affinity with the electrolyte, such as aluminum (Al) or iron (Fe).

이러한 본 발명에 따른 원통형 이차전지는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다.The cylindrical secondary battery according to the present invention can be manufactured by a conventional method.

구체적으로, 상술한 전극 조립체를 원통형 전지 케이스(원통형 캔)에 수납하고, 원통형 전지 케이스의 내부에 상술한 전해질을 주입한다. Specifically, the above-described electrode assembly is accommodated in a cylindrical battery case (cylindrical can), and the above-described electrolyte is injected into the cylindrical battery case.

이후, 전지 케이스의 개구부에 캡 조립체를 고정시키는 공지의 방법으로 이차전지를 조립한 후, 통상적인 후처리 공정, 예컨대 화성 공정 및 에이징 공정을 실시하여 이차전지를 제조할 수 있다.Thereafter, the secondary battery may be manufactured by assembling the secondary battery by a known method of fixing the cap assembly to the opening of the battery case, and then performing a conventional post-processing process, such as a conversion process and an aging process.

이때, 상기 화성 공정은 전지 조립 후에 충방전을 반복하여 전지를 활성화하는 공정이다. 상기 화성 공정에서, 충전시 양극으로 사용되는 리튬 금속 산화물로부터 나온 리튬이온이 음극으로 사용되는 카본전극으로 이동하여 삽입되는데, 이때 리튬은 반응성이 강하므로 카본 음극과 반응하여, Li2CO3, LiO, LiOH 등의 화합물을 만들어내고, 이것들은 카본전극의 표면에 SEI(Solid Electrolyte Interface)라 불리우는 피막을 형성한다.At this time, the conversion process is a process of activating the battery by repeating charging and discharging after assembling the battery. In the formation process, lithium ions from lithium metal oxide used as a cathode during charging are moved to and inserted into a carbon electrode used as a cathode. At this time, since lithium is highly reactive, it reacts with the carbon anode, Li 2 CO 3 , LiO , LiOH, etc., and these form a film called SEI (Solid Electrolyte Interface) on the surface of the carbon electrode.

또한, 상기 에이징 공정은 SEI 피막을 안정화시키기 위해 전지를 일정 기간 동안 방치하는 공정이다. 통상 에이징 공정은 조립단계를 거친 이차전지를 50℃ 내지 70℃의 환경에 18시간 내지 36시간 동안 노출시킴으로써 이루어진다. In addition, the aging process is a process in which the battery is left for a certain period of time to stabilize the SEI film. In general, the aging process is performed by exposing the secondary battery that has undergone the assembly step to an environment of 50° C. to 70° C. for 18 hours to 36 hours.

상기 원통형 이차전지는 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.The cylindrical secondary battery may be applied to various devices. These devices can be applied to means of transportation such as electric bicycles, electric vehicles, hybrids, etc., but are not limited thereto and can be applied to various devices that can use secondary batteries.

본 발명에 따른 원통형 이차전지는 저항이 낮고 안전성이 우수하므로, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 적용될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 이차전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.Since the cylindrical secondary battery according to the present invention has low resistance and excellent safety, it can be applied to the field of electric vehicles such as electric bicycles, electric vehicles, hybrid electric vehicles (HEV), etc., but is not limited thereto, and secondary batteries can be used. Applicable to a variety of devices that can

이에 따라, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 원통형 이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩이 제공된다. Accordingly, according to another embodiment of the present invention, a battery module including the cylindrical secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same are provided.

상기 전지모듈 또는 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차, 및 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다.The battery module or battery pack may include a power tool; electric vehicles, including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles, and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); Alternatively, it may be used as a power source for one or more medium or large-sized devices among power storage systems.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

<실시예: 원통형 이차전지의 제조><Example: Manufacturing of Cylindrical Secondary Battery>

실시예 1. Example 1.

도 1과 같은 구조로 시트형의 폴리에틸렌 분리막(40), 양극(양극 집전체: Al 호일, 양극 활물질: LiCoO2)(50), 폴리에틸렌 분리막(40), 및 음극(음극 집전체: Cu 호일, 음극 활물질: 인조 흑연)(30)을 차례로 적층하고, 함께 권취하여 도 2와 같은 젤리-롤 형상의 전극 조립체를 제조하였으며, 제조된 전극 조립체의 단면 지름은 20.4mm, 높이는 66mm였다.With the structure shown in FIG. 1, a sheet-type polyethylene separator 40, a positive electrode (anode current collector: Al foil, positive electrode active material: LiCoO 2 ) 50, a polyethylene separator 40, and a negative electrode (negative electrode current collector: Cu foil, negative electrode) Active material: artificial graphite) (30) were sequentially laminated and wound together to prepare a jelly-roll shaped electrode assembly as shown in FIG.

권취 전, 상기 Cu 호일 중 음극 활물질이 형성되지 않은 영역에 실리콘 점착제를 사용하여 폴리우레탄 재질의 스웰링 테이프(101)를 부착하였으며, 이 때 스웰링 테이프는 너비 방향의 폭이 20mm이고, 높이 방향의 길이가 62mm이며, 두께가 52㎛인 것을 사용하였다. 스웰링 테이프는 Cu 호일의 끝단으로부터 4mm 이격하여, 권취 후 스웰링 테이프가 최외곽 Cu 호일의 내주면에 위치하도록 부착하였다. Before winding, a swelling tape 101 made of polyurethane was attached to a region of the Cu foil where the negative electrode active material was not formed using a silicone adhesive. At this time, the swelling tape had a width of 20 mm in the width direction and a height direction of the swelling tape. A length of 62 mm and a thickness of 52 μm were used. The swelling tape was 4 mm apart from the end of the Cu foil, and after winding, the swelling tape was attached to the inner circumferential surface of the outermost Cu foil.

제조된 전극 조립체 상에 젤리롤 형태를 고정하는 절연부재(103)로서 1mm 내지 1.5mm의 폭(T)을 갖는 폴리이미드 테이프(Tapex 제조, PI Tape)를 도 3과 같이 나선형으로 상단에서 하단까지 총 10회가 감기도록 부착하였다. 상기 폴리이미드 테이프는 양면 중 한면이 두께가 5㎛인 아크릴계 점착층이며, 점착층을 포함한 총 두께가 23㎛인 것이다. 이 때 최외곽 Cu 호일의 외주면 전체 면적 중 상기 폴리이미드 테이프가 감긴 면적, 즉 절연부의 면적은 약 12%였다.Polyimide tape (manufactured by Tapex, PI Tape) having a width (T) of 1 mm to 1.5 mm as an insulating member 103 for fixing a jelly roll shape on the manufactured electrode assembly is spirally formed from top to bottom as shown in FIG. It was attached so that a total of 10 times were wound. The polyimide tape has an acrylic adhesive layer having a thickness of 5 μm on one side of both sides, and a total thickness including the adhesive layer is 23 μm. At this time, of the total area of the outer circumferential surface of the outermost Cu foil, the area around which the polyimide tape was wound, that is, the area of the insulating portion, was about 12%.

이 후, 상기 전극 조립체를 원통형 전지 케이스에 수납한 후, 에틸렌 카보네이트(EC):에틸메틸카보네이트(EMC)를 30:70의 부피비로 혼합한 후, LiPF6가 1.0M이 되도록 용해한 전해액을 주액하고, 캡 조립체로 케이스 상부를 밀봉하여 원통형 이차전지를 완성하였다.Thereafter, after housing the electrode assembly in a cylindrical battery case, ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC) was mixed in a volume ratio of 30:70, and LiPF 6 was dissolved to 1.0 M. , The cylindrical secondary battery was completed by sealing the upper part of the case with the cap assembly.

참고예 1.Reference example 1.

젤리롤 형태 고정을 위해 상기 폴리이미드 테이프 대신 14mm의 폭(T), 61mm 길이를 갖는 구리 호일(103')을 도 4와 같은 형태로 전극 조립체의 상/하단부에 각각 1회씩 감기도록 와인더 실링기를 사용하여 접착제(HEMA, HEA, AA 및 MAA의 중합체)를 통해 부착한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정을 통해 원통형 이차전지를 제조하였다.In order to fix the shape of the jelly roll, instead of the polyimide tape, winder sealing is performed so that copper foil 103' having a width (T) of 14 mm and a length of 61 mm is wound on the upper and lower ends of the electrode assembly once each in the form shown in FIG. A cylindrical secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that it was attached using an adhesive (polymers of HEMA, HEA, AA, and MAA) using a group.

참고예 2.Reference example 2.

젤리롤 형태 고정을 위해 상기 폴리이미드 테이프 대신 폭(a) 15mm, 길이(b) 55mm의 구리 호일(103')을 도 5와 같은 형태로 권취 끝단 부에 와이더 실링기를 사용하여 접착제(HEMA, HEA, AA 및 MAA의 중합체)를 통해 부착한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정을 통해 원통형 이차전지를 제조하였다.In order to fix the shape of the jelly roll, instead of the polyimide tape, a copper foil 103 'with a width (a) of 15 mm and a length (b) of 55 mm is wound in the form shown in FIG. A cylindrical secondary battery was prepared through the same process as in Example 1, except for attaching through polymers of HEA, AA, and MAA).

비교예 1.Comparative Example 1.

젤리롤 형태 고정을 위해 상기 구리 호일 대신 14mm의 폭(T)을 갖는 폴리이미드 테이프를 사용한 것을 제외하고는 상기 참고예 1과 동일한 과정을 통해 원통형 이차전지를 제조하였다. 이 때 최외곽 Cu 호일의 외주면 전체 면적 중 상기 폴리이미드 테이프가 감긴 면적은 약 42%였다.A cylindrical secondary battery was manufactured through the same process as in Reference Example 1, except that a polyimide tape having a width (T) of 14 mm was used instead of the copper foil to fix the jelly roll shape. At this time, the area around which the polyimide tape was wound was about 42% of the total area of the outer circumferential surface of the outermost Cu foil.

비교예 2.Comparative Example 2.

젤리롤 형태를 고정하는 절연부재로서 1mm 내지 1.5mm의 폭(T)을 갖는 폴리이미드 테이프 대신, 2mm 초과 3mm 이하의 폭(T)을 갖는 폴리이미드 테이프를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정을 통해 원통형 이차전지를 제조하였다. 이 때 최외곽 Cu 호일의 외주면 전체 면적 중 상기 폴리이미드 테이프가 감긴 면적은 약 24%였다.Except for using a polyimide tape having a width (T) of more than 2 mm and less than or equal to 3 mm instead of a polyimide tape having a width (T) of 1 mm to 1.5 mm as an insulating member for fixing the jelly roll shape, the same as in Example 1 A cylindrical secondary battery was manufactured through the same process. At this time, the area around which the polyimide tape was wound was about 24% of the total area of the outer circumferential surface of the outermost Cu foil.

<실험예 1: 전지 특성 및 직류 내부 저항(DC-IR) 평가><Experimental Example 1: Evaluation of Battery Characteristics and Direct Current Internal Resistance (DC-IR)>

상기 실시예 1, 참고예 1~2 및 비교예 1~2에 기재된 방법으로 각각 50개씩 전지 샘플을 제조하고 각 샘플의 무게를 측정한 후, 200mA 전류(0.1C rate)로 포메이션(formation)을 진행한 뒤, 전지를 상온(25℃)의 충방전기로 옮긴 후, 0.33C rate로 4.2V까지 정전류/정전압 조건으로 충전 및 0.05C cut off 충전을 실시하고, 0.33C rate로 2.5V까지 방전을 실시하였다. 상기 충/방전을 각각 1회 진행한 이후의 방전용량을 기준으로 SOC(State Of Charge) 50%를 맞추었다. 이때, 공칭 전압(nominal voltage)을 측정하였으며, 5A(2.5C)로 10초 동안 방전 펄스(pulse)를 주었을 때 나타나는 전압 강하를 통하여 직류 내부 저항을 측정하였다. 50 battery samples were prepared by the methods described in Example 1, Reference Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1 and 2, respectively, and after measuring the weight of each sample, formation was performed with a current of 200 mA (0.1 C rate). After the process, the battery is moved to a charger and discharger at room temperature (25℃), and then charged under constant current/constant voltage conditions up to 4.2V at a rate of 0.33C and charging with a 0.05C cut off, followed by discharging to 2.5V at a rate of 0.33C. conducted. The state of charge (SOC) was set to 50% based on the discharge capacity after the charge/discharge was performed once. At this time, the nominal voltage was measured, and the DC internal resistance was measured through the voltage drop that appears when a discharge pulse was given for 10 seconds at 5A (2.5C).

50개의 샘플에서 측정된 전지의 평균 무게, 평균 공칭 전압 및 직류 내부 저항 값에서 평균/최저/최고 값을 하기 표 1에 기재하였다.The average/lowest/highest values of the average weight, average nominal voltage, and DC internal resistance of the batteries measured in 50 samples are shown in Table 1 below.

실시예 1Example 1 참고예 1Reference example 1 참고예 2Reference example 2 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 평균 공칭 전압
(V)
average nominal voltage
(V)
3.533.53 3.513.51 3.533.53 3.523.52 3.523.52
평균 전지 무게
(g)
average cell weight
(g)
67.1667.16 67.2067.20 67.1167.11 67.2367.23 67.2567.25
DC-IR
(mOhm)
DC-IR
(mOhms)
평균average 12.3812.38 12.3712.37 12.3312.33 13.7413.74 13.3513.35
최저lowest 11.9211.92 11.9911.99 11.9611.96 13.0213.02 12.8512.85 최고best 12.8612.86 12.8812.88 12.9412.94 14.8214.82 14.2214.22

상기 표 1의 전지 무게 측정 결과를 통해 실시예 1, 참고예 1~2 및 비교예 1~2의 전지 내에 동일한 양의 전해액이 포함되어 있으며 공칭 전압 역시 동일한 수준임을 확인할 수 있다.Through the battery weight measurement results in Table 1, it can be confirmed that the same amount of electrolyte is included in the batteries of Example 1, Reference Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1 and 2, and the nominal voltage is also at the same level.

즉, 전지의 무게 및 전압 면에서 차이가 없음에도 불구하고, 본 발명의 일 실시상태에 따라 절연부재 부착한 실시예 1의 전지가, 비교예 1 및 2의 전지에 비해 직류 내부 저항이 낮은 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1의 전지는 절연부재를 사용하였음에도 불구하고, 최외곽 금속 집전체 상에 다시 금속 호일을 부착하여 젤리롤 형태를 고정한 참고예 1 및 2의 전지와 동등 수준의 저항 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 즉, 금속 호일에 비해 필요한 만큼의 면적을 슬릿팅하기 용이하며 잔류 금속가루로 인한 성능 저하의 우려가 없는 절연부재를 사용하면서도 동등한 수준의 저항 특성을 구현할 수 있는 것이다.That is, despite the fact that there is no difference in the weight and voltage of the battery, the battery of Example 1 attached with the insulating member according to an exemplary embodiment of the present invention has a lower DC internal resistance than the batteries of Comparative Examples 1 and 2. You can check. In addition, despite the use of an insulating member, the battery of Example 1 exhibits resistance characteristics equivalent to those of the batteries of Reference Examples 1 and 2 in which the jelly roll shape was fixed by attaching a metal foil on the outermost metal current collector again. You can check. That is, compared to the metal foil, it is easy to slit a required area and it is possible to implement an equivalent level of resistance characteristics while using an insulating member without fear of performance degradation due to residual metal powder.

<실험예 2: 교류 내부 저항(AC-IR) 평가><Experimental Example 2: Evaluation of alternating current internal resistance (AC-IR)>

상기 실시예 1 및 비교예 1~2에 기재된 방법으로 각각 200개씩 전지 샘플을 제조하고 200mA 전류(0.1C rate)로 포메이션(formation)을 진행한 뒤 출하충전 상태인 SOC 30%로 맞춘 후, Hioki 저항계 RM3534 를 이용하여 교류 내부 저항을 측정하였다. 200 battery samples were prepared by the method described in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, respectively, formed at a current of 200 mA (0.1 C rate), and after adjusting to SOC 30%, which is the shipping charge state, Hioki AC internal resistance was measured using an ohmmeter RM3534.

200개의 샘플에서 측정된 전지의 교류 내부 저항 값 분포를 도 6에 나타내었으며, 평균/최저/최고 값을 하기 표 2에 기재하였다.The distribution of alternating current internal resistance values of the battery measured in 200 samples is shown in FIG. 6, and the average/lowest/highest values are listed in Table 2 below.

실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 AC-IR
(mOhm)
AC-IR
(mOhms)
평균average 13.013.0 15.815.8 16.316.3
최저lowest 11.011.0 13.013.0 13.413.4 최고best 14.614.6 17.017.0 17.217.2

상기 표 2 및 도 6의 결과를 통해 본 발명의 일 실시상태에 따라 절연부재 부착한 실시예 1의 전지가, 비교예 1 및 2의 전지에 비해 교류 내부 저항이 낮은 것을 확인할 수 있다. 특히, 폴리이미드 테이프를 나선형으로 부착하더라도 비교예 2와 같이 그 폭이 2mm를 초과하는 경우 오히려 상하단부에만 부착하는 종래 방식에 비해 저항이 더욱 증가하는 것을 확인할 수 있다.Through the results of Table 2 and FIG. 6, it can be confirmed that the battery of Example 1 attached with the insulating member according to an exemplary embodiment of the present invention has lower AC internal resistance than the batteries of Comparative Examples 1 and 2. In particular, even if the polyimide tape is spirally attached, when the width exceeds 2 mm as in Comparative Example 2, it can be confirmed that the resistance is further increased compared to the conventional method in which the tape is attached only to the upper and lower ends.

10: 음극 집전체
20: 음극 활물질층
30: 음극
40: 분리막
50: 양극
90: 전극 조립체 중 최외곽 금속 집전체 및 스웰링 테이프를 제외한 부분
100: 전극 조립체
101: 스웰링 테이프
102: 최외곽 금속 집전체
103: 절연부재
103': 구리호일
10: negative electrode current collector
20: negative electrode active material layer
30: cathode
40: separator
50: anode
90: part of the electrode assembly except for the outermost metal current collector and swelling tape
100: electrode assembly
101: swelling tape
102: outermost metal current collector
103: insulation member
103': copper foil

Claims (10)

시트형의 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 권취된 젤리롤 형태의 전극 조립체가 전지 케이스 내에 수납되어 있는 원통형 이차전지에 있어서,
상기 전극 조립체는 최외곽에 금속 집전체를 포함하고,
상기 금속 집전체의 외주면 일부 영역에 0.1mm 내지 2mm의 폭을 갖는 절연부재가 나선형으로 구비되어 상기 젤리롤 형태가 고정되는, 원통형 이차전지.
In a cylindrical secondary battery in which a separator is interposed between a sheet-shaped positive electrode and a negative electrode and a rolled-up jelly roll-shaped electrode assembly is housed in a battery case,
The electrode assembly includes a metal current collector at the outermost part,
A cylindrical secondary battery, wherein an insulating member having a width of 0.1 mm to 2 mm is spirally provided on a partial region of an outer circumferential surface of the metal current collector to fix the jelly roll shape.
청구항 1에 있어서,
상기 절연부재는 폴리이미드 필름인 것인 원통형 이차전지.
The method of claim 1,
The insulating member is a cylindrical secondary battery that is a polyimide film.
청구항 1에 있어서,
상기 절연부재에 의해 형성되는 절연부의 면적이 상기 금속 집전체의 외주면 전체 면적의 5% 내지 20%인, 원통형 이차전지.
The method of claim 1,
The cylindrical secondary battery, wherein the area of the insulating portion formed by the insulating member is 5% to 20% of the total area of the outer circumferential surface of the metal current collector.
청구항 1에 있어서,
상기 절연부재는 0.5mm 내지 1.8mm의 폭을 갖는 것인, 원통형 이차전지.
The method of claim 1,
The insulating member is a cylindrical secondary battery having a width of 0.5mm to 1.8mm.
청구항 1에 있어서,
상기 절연부재는 1.0mm 내지 1.5mm의 폭을 갖는 것인, 원통형 이차전지.
The method of claim 1,
The insulating member is a cylindrical secondary battery having a width of 1.0 mm to 1.5 mm.
청구항 1에 있어서,
상기 절연부재는 상기 금속 집전체의 외주면에 3회 내지 15회 감겨있는 것인, 원통형 이차전지.
The method of claim 1,
The insulating member is a cylindrical secondary battery that is wound 3 to 15 times on the outer circumferential surface of the metal current collector.
청구항 1에 있어서,
상기 전극 조립체는 전해질 주입 시 부피가 팽창하는 스웰링 테이프를 더 포함하는 것인 원통형 이차전지.
The method of claim 1,
The electrode assembly further comprises a swelling tape whose volume expands when the electrolyte is injected.
청구항 7에 있어서,
상기 스웰링 테이프는 상기 금속 집전체의 내주면에 부착되어 있는 것인 원통형 이차전지.
The method of claim 7,
The swelling tape is a cylindrical secondary battery attached to the inner circumferential surface of the metal current collector.
청구항 7에 있어서,
상기 스웰링 테이프의 두께는 30㎛ 내지 60㎛인 원통형 이차전지.
The method of claim 7,
A cylindrical secondary battery having a thickness of the swelling tape of 30 μm to 60 μm.
청구항 1에 있어서,
상기 금속 집전체는 금속 호일로 이루어져 있으며 상기 전지 케이스의 내주면 중 일부 영역과 접촉하고 있는 것인 원통형 이차전지.
The method of claim 1,
The metal current collector is made of a metal foil and is in contact with a partial region of the inner circumferential surface of the battery case.
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