WO2019231071A1 - 과충전을 방지하기 위한 원통형 이차전지 - Google Patents

과충전을 방지하기 위한 원통형 이차전지 Download PDF

Info

Publication number
WO2019231071A1
WO2019231071A1 PCT/KR2019/001208 KR2019001208W WO2019231071A1 WO 2019231071 A1 WO2019231071 A1 WO 2019231071A1 KR 2019001208 W KR2019001208 W KR 2019001208W WO 2019231071 A1 WO2019231071 A1 WO 2019231071A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
secondary battery
cylindrical secondary
cap assembly
ptc
jelly
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/001208
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김경민
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to US16/642,732 priority Critical patent/US11469480B2/en
Priority to EP19812033.9A priority patent/EP3680956A4/en
Priority to CN201980004484.8A priority patent/CN111108631B/zh
Publication of WO2019231071A1 publication Critical patent/WO2019231071A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/581—Devices or arrangements for the interruption of current in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0422—Cells or battery with cylindrical casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/148—Lids or covers characterised by their shape
    • H01M50/152—Lids or covers characterised by their shape for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/155—Lids or covers characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/166—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/533—Electrode connections inside a battery casing characterised by the shape of the leads or tabs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/536—Electrode connections inside a battery casing characterised by the method of fixing the leads to the electrodes, e.g. by welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • H01M2200/106—PTC
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a cylindrical secondary battery for preventing overcharging, and more particularly, to a cylindrical secondary battery having a structure in which a positive electrode tab of a jelly-roll type electrode assembly is combined with a cap assembly through an adhesive part.
  • the secondary battery has a cylindrical secondary battery and a rectangular secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can, and a pouch type secondary battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch type case of an aluminum laminate sheet.
  • the electrode assembly embedded in the battery case is a power generator capable of charging and discharging composed of a laminated structure of a cathode / separation membrane / anode, a jelly-roll structure wound around a separator between a sheet-shaped anode and a cathode coated with an active material, and A plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are classified into a stacked structure in which a plurality of positive and negative electrodes are sequentially stacked in a state where a separator is interposed.
  • the jelly-roll type electrode assembly is widely manufactured because of its advantages of easy manufacturing and high energy density per weight, and the jelly-roll type electrode assembly is usually manufactured as a cylindrical battery.
  • the positive electrode tab of the jelly-roll type electrode assembly is combined with the cap assembly, and the top cap serves as a positive electrode terminal.
  • a welding method such as laser welding is used to couple the positive electrode tab and the cap assembly.
  • Patent Literature 1 discloses a structure in which a plurality of first electrode tabs are disposed below the subplate and the middle plate and bonded to both the subplate and the middle plate, and the higher the adhesion of the bonding structure, the lower the internal resistance and the welding. It is disclosed that the probability of failure is reduced.
  • Patent Document 1 discloses a structure for reducing internal resistance of a secondary battery, but does not provide a bonding method other than a welding method in which foreign matter may occur.
  • Patent Document 2 discloses a structure in which a terminal plate is attached to an upper surface of a conductive adhesive and a negative electrode terminal is electrically connected through a hollow formed in the terminal plate, and a negative electrode tab is attached to a lower surface of the conductive adhesive.
  • the secondary battery has a structure in which electrical connection is blocked by melting or deforming the conductive adhesive to separate a portion connecting the negative electrode tab and the negative electrode terminal to generate a gap.
  • Patent document 3 is a cap assembly in which an outer circumferential surface of a laminate including a top cap and a safety van is sequentially wrapped in a main gasket, and a current blocking member in which an auxiliary gasket surrounds the outer circumferential surface is joined below the safety vant. Disclosed is a structure capable of preventing the main gasket from sagging by the auxiliary gasket.
  • Patent document 4 forms an electrode core part by winding at least 1.5 rounds of the base plate of one of the positive electrode and the negative electrode at the innermost side of the electrode formed by winding the positive electrode, the negative electrode, and the porous separator, and starting the winding of the base plate.
  • a structure is disclosed in which the electrode tab is attached to an area within 1.5 laps of the part, and the end of the electrode tab is connected to the cap assembly.
  • Patent Literature 3 and Patent Literature 4 do not present a method for solving a problem occurring in the process for connecting the electrode terminal and the electrode tab.
  • the cylindrical secondary battery can easily form the connection structure of the positive electrode tab and the cap assembly of the jelly-roll type electrode assembly, and can block the electrical connection without physically separating the connection structure, such as welding and the like.
  • Patent Document 1 Korean Unexamined Patent Publication No. 2017-0081449
  • Patent Document 2 Korean Unexamined Patent Publication No. 2003-0044512
  • Patent Document 3 Korean Unexamined Patent Publication No. 2011-0039934
  • Patent Document 4 Korean Unexamined Patent Publication No. 2001-0054738
  • the present invention is to solve the above problems, an object of the present invention to provide a cylindrical secondary battery that can prevent the foreign matter occurs or the cap assembly is shaken in the process of electrically connecting the electrode tab and the cap assembly.
  • Cylindrical secondary battery for achieving this object, a jelly-roll electrode assembly of the structure wound with a separator interposed between the sheet-shaped anode and cathode, the cylindrical battery for accommodating the jelly-roll electrode assembly And a cap assembly mounted on an open top of the case and the cylindrical battery case, wherein the bottom surface of the cap assembly is connected to the positive electrode tab of the jelly-roll type electrode assembly by an adhesive portion, and the adhesive portion is an adhesive material, a conductive material.
  • it may be made of a structure containing a PTC (Positive Temperature Coefficient) particles.
  • the adhesive material may be made of one or more selected from the group consisting of polyester resins, epoxy resins, phenol resins, polyvinyl acetate, polyvinyl butyral and polyacrylic acid esters.
  • the conductive material may be graphite, carbon black, conductive fiber; And gold, silver, copper, aluminum and alloys thereof; may be made of one or more selected from the group consisting of.
  • the PTC particles may be made of silicone rubber or polyethylene.
  • the mixing ratio of the conductive material and the PTC particles may be in a ratio of 5: 1 to 1: 1.
  • a current blocking device having a flat plate structure is disposed at a lower end of the cap assembly, and the cap assembly has a structure in which a PTC device and a current blocking device are omitted, and the jelly-roll type electrode assembly is a PTC device and a current blocking device that are omitted.
  • the length corresponding to the thickness of the elongated.
  • the positive electrode tab of the jelly-roll type electrode assembly may be coupled to the bottom surface of the vent member of the cap assembly through an adhesive part.
  • the glass transition temperature of the PTC particles is higher than the temperature at which the charging ends.
  • the glass transition temperature of the adhesive material is lower than the glass transition temperature of the PTC particles.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a conventional cylindrical secondary battery.
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a cylindrical secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view for comparing the height of the electrode assembly included in the cylindrical secondary batteries of FIGS. 1 and 2.
  • 5 is a graph showing the results of an experimental example.
  • a jelly-roll electrode assembly having a structure wound with a separator interposed between a sheet-shaped anode and a cathode, a cylindrical battery case for accommodating the jelly-roll electrode assembly, and an open top of the cylindrical battery case
  • a cap assembly mounted on the cap assembly, wherein a bottom surface of the cap assembly is connected to an anode tab of the jelly-roll type electrode assembly by an adhesive part, wherein the adhesive part is formed of an adhesive material, a conductive material, and a positive temperature coefficient (PTC) particle.
  • PTC positive temperature coefficient
  • the present invention uses an adhesive portion for bonding the bottom surface of the cap assembly and the positive electrode tab of the jelly-roll type electrode assembly, and the adhesive portion includes an adhesive material, a conductive material and PTC particles.
  • the adhesive part of the present application an adhesive material that can increase the bonding force of the positive electrode tab and the cap assembly while maintaining the shape of the adhesive part in a normal state, a conductive material that is an electrical connection passage between the positive electrode tab and the cap assembly, and a secondary battery It may include a PTC particle that the resistance rapidly rises when the internal temperature increases.
  • the cylindrical secondary battery of the present application does not use a welding method such as laser welding, which is conventionally used for the electrical connection between the positive electrode tab and the cap assembly serving as the positive electrode terminal, and the positive electrode tab of the cap assembly to which the positive electrode tab is coupled.
  • a welding method such as laser welding, which is conventionally used for the electrical connection between the positive electrode tab and the cap assembly serving as the positive electrode terminal, and the positive electrode tab of the cap assembly to which the positive electrode tab is coupled.
  • the adhesive part containing an adhesive substance is added to the lower surface.
  • the adhesive material is not particularly limited as long as it is a material capable of improving the bonding force between the positive electrode tab and the cap assembly.
  • polyester resin epoxy resin, phenol resin, polyvinyl acetate, polyvinyl butyral and polyacrylic acid ester It may be at least one selected from the group consisting of.
  • the conductive material serves as an electrical connection path between the positive electrode tab and the cap assembly, and is not particularly limited as long as it is made of a material having high electrical conductivity.
  • conductive fibers such as graphite, carbon black, carbon fiber or metal fiber ; And, gold, silver, copper, aluminum and alloys thereof; may be made of one or more selected from the group consisting of.
  • the PTC particles have a relatively low resistance at room temperature, which allows the current to pass through well, but when the temperature inside the battery increases as the temperature of the battery increases or an overcurrent flows, the resistance rapidly increases to about 1,000 to 10,000 times the normal state. To have the property.
  • the PTC particles have a property of low resistance at room temperature, but is not particularly limited as long as the material has a property of high resistance at high temperature, but may be, for example, made of silicone rubber or polyethylene.
  • the mixing ratio of the conductive material and the PTC particles may be made in a ratio of 5: 1 to 1: 1.
  • the mixing ratio of the PTC particles to the conductive material is less than 1/5, the properties of the resistance increase are not remarkably exhibited, so that the effect of the desired voltage increase is difficult to be obtained, and the content of the PTC particles is higher than the content of the conductive material. In the case where a large amount is included, since electrical conductivity may be a problem, it is not preferable.
  • the present invention provides the lower end of the cap assembly and the positive electrode tab in a state in which the filling is terminated. Silver may remain bonded to the adhesive portion.
  • the vent member is located at the lower end of the cap assembly, the cap assembly has a structure in which the PTC element and the current blocking element is omitted.
  • the present invention may use a thin cap assembly in order to prevent the volume as much as the thickness of the PTC element and the current blocking element to be left in the dead space. That is, as a result of the thinning of the cap assembly, the height of the jelly-roll type electrode assembly may be increased, and thus the height of the electrode assembly may be increased while maintaining the overall length of the cylindrical secondary battery. Therefore, a high capacity secondary battery can be provided.
  • the cylindrical secondary battery of the present application includes a venting member for discharging the gas when the internal pressure increases due to the generation of gas in the battery case, the venting member is notched so that the break can be easily made for gas discharge It may be a structure, may be made of a flat plate as a whole, or may be of a downwardly concave shape.
  • a vent member is positioned below the top cap, and the positive electrode tab penetrates through an insulating member positioned on the jelly-roll type electrode assembly and is connected to the bottom surface of the vent member by an adhesive part. It may be made of a structure.
  • the PTC particles maintain the shape of the particles without changing their properties until the charge end voltage is reached due to an increase in the internal temperature of the secondary battery.
  • the glass transition temperature of the PTC particles is higher than the temperature at which the charging ends. It can be formed as.
  • the glass transition temperature of may be a temperature lower than the temperature at which the charging is terminated.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a conventional cylindrical secondary battery.
  • the cylindrical secondary battery 100 includes a battery case 130 accommodating a jelly-roll type electrode assembly 120 and a cap assembly 110 positioned on the battery case 130.
  • the top cap 101 is positioned at the top of the cap assembly 110, the PTC element 102 for blocking current at a high temperature at the bottom of the top cap 101, the safety vent 103 for discharging high pressure gas, and the internal pressure of the battery.
  • the current blocking devices 104 which cut off the current at the time of rising are sequentially stacked.
  • a gasket 106 is provided at the contact portion between the cap assembly 110 and the battery case, and the anode tab 121 of the jelly-roll type electrode assembly is formed on the bottom surface of the current blocking device 104. Is joined by welding.
  • An insulating member 111 is positioned on the jelly-roll type electrode assembly 120 to prevent contact between the positive electrode tab 121 and the battery case 130.
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a cylindrical secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the cylindrical secondary battery 200 includes a battery case 230, a cap assembly 210, and a cap assembly 210 and a battery case 230 in which a jelly-roll type electrode assembly 220 is accommodated. It is positioned to include a gasket 206 for securing the sealing force of the battery case.
  • the cap assembly 210 has a top cap 201 positioned at an upper portion thereof, and a vent member 203 blocking a current when a breakdown voltage of the battery increases. That is, the cap assembly 210 of the cylindrical secondary battery 200 has a structure in which the PTC element 102 and the current interrupting element 104 are omitted from the structure of the cylindrical secondary battery 100.
  • the positive electrode tab 221 of the jelly-roll type electrode assembly 220 is coupled to the bottom surface of the venting member 203 through an adhesive portion 205, and the venting member 203 is connected to the top cap 201 so that the top cap 201 is connected. This can serve as a positive terminal.
  • An insulating member 211 is positioned on the jelly-roll type electrode assembly 220 to prevent contact between the positive electrode tab 221 and the battery case 230.
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view for comparing the height of the electrode assembly included in the cylindrical secondary batteries of FIGS. 1 and 2.
  • the cylindrical secondary battery 200 has a structure in which the PTC device 102 and the current blocking device 104 are omitted from the cylindrical secondary battery 100.
  • the thickness h2 of the cap assembly of the cylindrical secondary battery 200 becomes thinner than the thickness h1 of the cap assembly of the cylindrical secondary battery 100.
  • the height h5 of the electrode assembly of the cylindrical secondary battery 200 is the height h4 of the electrode assembly of the cylindrical secondary battery 100. Increase more.
  • FIG. 4 is an enlarged view illustrating before and after deformation of the adhesive part illustrated in FIG. 2.
  • the upper surface of the adhesive part 405 is coupled to the current blocking element 204, and the lower surface of the adhesive part is coupled to the positive electrode tab 221.
  • the adhesive portion 405 includes an adhesive material 401, a conductive material 402 and PTC particles 403.
  • the current blocking device 204 and the positive electrode tab 221 are coupled to each other through the adhesive part 405, thereby making an electrical connection through the conductive material 402.
  • Melted to increase the distance between the conductive materials 402 can increase the resistance, when the temperature is further increased, if the resistance of the PTC particles 403 is sharply increased, the voltage rises to the termination voltage of the secondary battery Current can be interrupted.
  • the prepared adhesive part was added to the lower end of the positive electrode tab and cap assembly of the cylindrical secondary battery having the structure shown in FIG. 2 to complete electrical connection between the positive electrode tab and the current blocking device.
  • Example 1 except that 40 wt% of silver, which is a conductive material, and 20 wt% of polyethylene, which was PTC particles, were used to prepare a paste in the same state as in Example 1, and the cylindrical portion to which the adhesive was added was prepared. A secondary battery is manufactured.
  • Example 1 except that 50 wt% of silver, which is a conductive material, and 10 wt% of polyethylene, which was PTC particles, were used to prepare a paste in an adhesive state, the same manner as in Example 1 was prepared. A cylindrical secondary battery is manufactured.
  • a cylindrical secondary battery having the structure shown in FIG. 1 is prepared, and a cylindrical secondary battery having a structure in which a positive electrode tab and a cap assembly are joined by welding is manufactured.
  • a paste-like adhesive part was manufactured by the same method as Example 1, and the cylindrical secondary battery to which the adhesive part was added. To prepare.
  • Temperatures were measured at 25 ° C, 50 ° C, 75 ° C, 90 ° C, 100 ° C and 110 ° C.
  • Example 1 In addition, in the case of Example 1, an increase in resistance appeared as the temperature exceeded 50 ° C., and as the content of the PTC particles increased as a whole, the increase in the resistance of the adhesive part according to the temperature change increased.
  • Comparative Example 1 in which the PTC particles were not added, and Comparative Example 2, in which the positive electrode tab was attached by welding, show no increase in resistance due to temperature change.
  • the cylindrical secondary battery according to the present invention is an electrical connection between the electrode assembly and the electrode terminal of the battery by the adhesive portion containing the adhesive material, the foreign matter occurs in the process of connecting the electrode assembly and the electrode terminal Can be prevented.
  • the charging is terminated by increasing the voltage beyond the charging end voltage in a state where the connection between the electrode assembly and the electrode terminal is maintained in the adhesive part, a space required for separation of the electrode assembly and the electrode terminal may be omitted.
  • the capacity of the battery can be increased by the omitted space.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

본원 발명은 원통형 이차전지에서 양극 단자의 역할을 하는 캡 어셈블리와 젤리-롤형 전극조립체의 양극 탭의 결합을 위하여, 접착성 물질, 전도성 물질 및 PTC 입자를 포함하는 접착부를 부가하는 구조로 이루어진 원통형 이차전지에 대한 것이다.

Description

과충전을 방지하기 위한 원통형 이차전지
본 출원은 2018년 5월 30일자 한국 특허 출원 제 2018-0061573 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본원 발명은 과충전을 방지하기 위한 원통형 이차전지에 대한 것으로서, 구체적으로, 젤리-롤형 전극조립체의 양극 탭이 접착부를 통해 캡 어셈블리와 결합되는 구조로 이루어진 원통형 이차전지에 대한 것이다.
휴대전자기기, 전동공구, 전기자동차 및 전력저장시스템 등의 에너지원으로서 충방전이 가능하여 반복 사용이 가능한 이차전지가 사용되고 있으며, 고출력 고용량의 이차전지에 대한 요구가 높아지고 있다.
상기 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 이차전지 및 각형 이차전지, 및 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류된다.
상기 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 구조와, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 구조로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 널리 제작되고 있으며, 젤리-롤형 전극조립체는 통상적으로 원통형 전지로 제작된다.
일반적으로 원통형 전지에서 젤리-롤형 전극조립체의 양극 탭은 캡 어셈블리와 결합하여 탑 캡이 양극 단자의 역할을 하는데, 상기 양극 탭과 캡 어셈블리의 결합을 위하여 레이저 용접 등의 용접 방식이 사용된다.
그러나, 용접 과정에서는 잔여 이물질이 발생하여 전극조립체의 외관에 손상을 줄 수 있고, 탑 캡이 뒤틀리는 문제가 발생할 수 있다.
이와 같이, 원통형 이차전지의 양극 단자를 형성하는 과정에서 생기는 문제점을 해결하고 이차전지의 과충전을 방지할 수 있는 기술이 필요하다.
이와 관련하여, 특허문헌 1은 복수의 제1전극 탭이 서브 플레이트 및 미들 플레이트의 하부에 배치되어 서브 플레이트 및 미들 플레이트 모두와 접합된 구조 및 상기 접합 구조의 밀착도가 높을수록 내부 저항이 감소되어 용접 불량 가능성이 감소됨을 개시한다.
즉, 특허문헌 1은 이차전지의 내부 저항을 감소하기 위한 구조를 개시하고 있으나, 이물질이 발생할 수 있는 용접 방법 이외의 결합 방법을 제시하지 못하고 있다.
특허문헌 2는 도전성 접착제의 상면에는 단자플레이트가 부착되고 상기 단자플레이트에 형성된 중공을 통하여 음극 단자가 전기적으로 연결되며, 상기 도전성 접착제의 하면에는 음극 탭이 부착된 구조를 개시하나, 특허문헌 2의 이차전지는 상기 도전성 접착제가 용융되거나 변형되어 상기 음극탭과 음극단자가 연결된 부분이 분리되어 간격이 발생하게 되어 전기적인 연결이 차단되는 구조이다.
특허문헌 3은 탑캡, 및 안전밴트를 순차적으로 포함한 적층체의 외주면이 주가스켓으로 감싸져 있고, 상기 외주면을 보조가스켓이 감싸고 있는 전류차단부재가 상기 안전밴트 하방에 접합되어 있는 캡 어셈블리로서, 상기 보조가스켓에 의해 주가스켓의 처짐을 막을 수 있는 구조를 개시하고 있다.
특허문헌 4는 정극, 부극 및 다공성 세퍼레이터를 권취하여 형성된 전극의 최내측에는 정극 및 부극 중 하나의 전극의 베이스 플레이트를 적어도 1.5바퀴 이상 선 권취하여 전극 권심부를 형성하고, 상기 베이스 플레이트의 권취 시작부에서 1.5바퀴 이내의 영역에 전극 탭을 부착하되 그 전극 탭의 단부를 캡 어셈블리에 연결하는 구조를 개시한다.
그러나, 특허문헌 3 및 특허문헌 4는 전극 단자와 전극 탭의 연결을 위한 과정에서 발생하는 문제점을 해결하기 위한 방안을 제시하지 못하고 있다.
이와 같이, 원통형 이차전지에서 젤리-롤형 전극조립체의 양극 탭과 캡 어셈블리의 연결 구조를 용이하게 형성할 수 있으면서, 상기 연결 구조가 물리적으로 분리되지 않으면서 전기적인 연결을 차단할 수 있고, 용접 등의 과정에서 발생할 수 있는 이물질에 의한 문제를 방지할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) 한국 공개특허공보 제2017-0081449호
(특허문헌 2) 한국 공개특허공보 제2003-0044512호
(특허문헌 3) 한국 공개특허공보 제2011-0039934호
(특허문헌 4) 한국 공개특허공보 제2001-0054738호
본원 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전극 탭과 캡 어셈블리를 전기적으로 연결하는 과정에서 이물질이 발생하거나 캡 어셈블리가 흔들리는 것을 방지할 수 있는 원통형 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원 발명에 따른 원통형 이차전지는, 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 권취된 구조의 젤리-롤형 전극조립체, 상기 젤리-롤형 전극조립체를 수용하기 위한 원통형 전지케이스 및 상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 장착되는 캡 어셈블리를 포함하고, 상기 캡 어셈블리의 하단면은 접착부에 의해 상기 젤리-롤형 전극조립체의 양극 탭과 연결되며, 상기 접착부는 접착성 물질, 전도성 물질 및 PTC(Positive Temperature Coefficient) 입자를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 접착성 물질은 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아세트산비닐, 폴리비닐부티랄 및 폴리아크릴산에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 전도성 물질은 흑연, 카본블랙, 도전성 섬유; 및 금, 은, 구리, 알루미늄 및 이들의 합금;으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 PTC 입자는 실리콘 고무 또는 폴리에틸렌으로 이루어질 수 있다.
상기 도전성 물질과 PTC 입자의 혼합비는 5 : 1 내지 1 : 1의 비율로 이루어질 수 있다.
상기 원통형 이차전지 내부의 온도 증가 시, PTC 입자의 저항 상승에 의하여 충전이 종료된다.
상기 충전이 종료된 상태에서, 상기 캡 어셈블리의 하단 및 상기 양극 탭은 상기 접착부에 대한 결합이 유지된다.
상기 캡 어셈블리의 하단에는 평판형 구조의 전류차단소자가 위치하고, 상기 캡 어셈블리는 PTC 소자 및 전류차단소자가 생략되는 구조로 이루어지며, 상기 젤리-롤형 전극조립체는 상기 생략되는 PTC 소자 및 전류차단소자의 두께와 대응되는 정도의 길이가 연장된다.
상기 젤리-롤형 전극조립체의 양극 탭은 접착부를 통해 상기 캡 어셈블리의 벤팅 부재의 하면에 결합될 수 있다.
상기 PTC 입자의 유리전이온도는 상기 충전이 종료되는 온도보다 높다.
상기 접착성 물질의 유리전이온도는 상기 PTC 입자의 유리전이온도 보다 낮다.
도 1은 종래의 일반적인 원통형 이차전지의 수직 단면도이다.
도 2는 본원 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 수직 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 원통형 이차전지들에 포함되는 전극조립체의 높이를 비교하기 위한 수직 단면도이다.
도 4는 접착부의 변형 전과 후를 나타내는 확대도이다.
도 5는 실험예의 결과를 나타내는 그래프이다.
본원의 원통형 이차전지는 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 권취된 구조의 젤리-롤형 전극조립체, 상기 젤리-롤형 전극조립체를 수용하기 위한 원통형 전지케이스 및 상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 장착되는 캡 어셈블리를 포함하고, 상기 캡 어셈블리의 하단면은 접착부에 의해 상기 젤리-롤형 전극조립체의 양극 탭과 연결되며, 상기 접착부는 접착성 물질, 전도성 물질 및 PTC(Positive Temperature Coefficient) 입자를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
즉, 본원의 발명은 캡 어셈블리의 하단면과 젤리-롤형 전극조립체의 양극 탭의 결합을 위하여 접착부를 사용하고, 상기 접착부는 접착성 물질, 전도성 물질 및 PTC 입자를 포함한다.
구체적으로, 본원의 접착부는, 정상적인 상태에서는 접착부의 형태를 유지하면서 양극 탭과 캡 어셈블리의 결합력을 높일 수 있는 접착성 물질, 양극 탭과 캡 어셈블리 간의 전기적인 연결 통로가 되는 전도성 물질, 및 이차전지의 내부 온도 증가시 저항이 급격히 상승하는 PTC 입자를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본원의 원통형 이차전지는 양극 탭과 양극 단자의 역할을 하는 캡 어셈블리 간의 전기적인 연결을 위하여, 종래에 사용했던 레이저 용접과 같은 용접 방법을 사용하지 않고, 양극 탭이 결합되는 캡 어셈블리의 하면에 접착성 물질을 포함하는 접착부를 부가하고 있다.
따라서, 종래에 원통형 이차전지에 대해 레이저 용접을 사용함으로써 이물질이 전극조립체에 떨어져서 분리막이 손상되거나 전해액과 반응하는 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 접착성 물질은 양극 탭과 캡 어셈블리 간의 결합력을 향상시킬 수 있는 소재라면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아세트산비닐, 폴리비닐부티랄 및 폴리아크릴산에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 전도성 물질은 양극 탭과 캡 어셈블리 간의 전기적인 연결 통로 역할을 하는 바, 전기전도성이 높은 소재로 이루어진다면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 흑연, 카본블랙, 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 및, 금, 은, 구리, 알루미늄 및 이들의 합금;으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 PTC 입자는 상온에서는 상대적으로 저항이 낮아서 전류를 잘 통과시키지만, 전지의 온도가 상승하거나 과전류가 흐름에 따라 전지 내부의 온도가 상승하면 저항이 정상상태의 약 1,000 배 내지 10,000배 이상으로 급격히 증가하는 성질을 갖는다.
옴의 법칙에 따르면 전류 값이 일정할 때 저항이 증가하면, 저항의 증가치에 비례하여 전압이 증가함을 알 수 있는 바, PTC 입자의 급격한 저항 증가에 따라 이차전지의 전압이 비례하여 증가하게 된다. 따라서, 이와 같이 충전 종료 전압에 도달시, 이차전지의 충전이 종료되는 바, 과충전의 차단이 가능하여 이차전지의 지속적인 온도 증가에 의한 폭발 내지 발화를 미연에 방지할 수 있다.
상기 PTC 입자는 상온에서는 저저항의 성질을 갖지만, 고온에서는 고저항의 성질을 갖는 소재로 이루어진다면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 실리콘 고무 또는 폴리에틸렌으로 이루어질 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 도전성 물질과 PTC 입자의 혼합비는 5 : 1 내지 1 : 1의 비율로 이루어질 수 있다.
상기 도전성 물질에 대한 PTC 입자의 혼합비가 1/5 보다 적은 경우에는, 저항 증가의 성질을 현저히 나타내지 못하여 소망하는 정도의 전압 증가의 효과를 얻기 어렵고, 상기 PTC 입자의 함량이 상기 도전성 물질의 함량보다 많이 포함되는 경우에는, 전기전도성이 문제될 수 있으므로 바람직하지 않다.
본원의 원통형 이차전지는, 과충전에 의해 전지 내부의 온도 증가 시, PTC 입자의 저항 상승과 비례하여 전압이 증가함에 따라, 충전 종료 전압에 도달하게 되어 충전이 종료하게 된다. 즉, 양극 탭과 캡 어셈블리 사이에 개재되는 접착부가 용융되어 양극 탭과 캡 어셈블리가 물리적으로 분리되는 종래의 기술과 달리 본원 발명은 상기 충전이 종료된 상태에서, 상기 캡 어셈블리의 하단 및 상기 양극 탭은 상기 접착부에 대한 결합이 유지될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 캡 어셈블리의 하단에는 벤팅 부재가 위치하고, 상기 캡 어셈블리는 PTC 소자 및 전류차단소자가 생략되는 구조로 이루어진다. 이에, 본원 발명은 생략되는 PTC 소자 및 전류차단소자의 두께 만큼의 부피가 사공간으로 남는 것을 방지하기 위하여, 두께가 얇은 캡 어셈블리를 사용할 있다. 즉, 캡 어셈블리의 두께가 얇아지는 결과, 상기 젤리-롤형 전극조립체의 높이를 증가시킬 수 있는 바, 전체적인 원통형 이차전지의 길이는 유지하면서 전극조립체의 높이를 증가시킬 수 있다. 따라서, 고용량의 이차전지를 제공할 수 있다.
한편, 본원의 원통형 이차전지는 전지케이스 내부의 가스 발생으로 인한 내압 증가시 상기 가스를 배출하기 위하여 벤팅 부재를 포함하는 바, 상기 벤팅 부재는 가스 배출을 위하여 용이하게 파단이 이루어질 수 있도록 노치가 형성된 구조일 수 있고, 전체적으로 평판형 구조로 이루어질 수 있으며, 또는 하향 오목한 형태로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 구조의 원통형 이차전지에서, 상기 탑 캡의 하부에는 벤팅 부재가 위치하고, 상기 양극 탭은 젤리-롤형 전극조립체의 상부에 위치하는 절연 부재를 관통하여 상기 벤팅 부재의 하면과 접착부를 통해 연결되는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 PTC 입자는 이차전지의 내부 온도 증가로 충전 종료 전압에 도달할 때까지 성질이 변하지 않고 입자의 형태가 유지되는 것이 바람직한 바, 상기 PTC 입자의 유리전이온도는 상기 충전이 종료되는 온도보다 높은 온도로 형성될 수 있다.
한편, 충전 종료 전압이 도달되는 온도 이전이라도 상기 접착성 물질이 적어도 부분적으로 용융되어 전도성 물질의 입자들 간의 거리가 멀어 짐으로써 저항이 상승하는 효과를 얻을 수 있는 점을 고려할 때, 상기 접착성 물질의 유리전이온도는 상기 충전이 종료되는 온도보다 낮은 온도일 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 1은 종래의 일반적인 원통형 이차전지의 수직 단면도이다.
도 1을 참조하면, 원통형 이차전지(100)는 젤리-롤형 전극조립체(120)를 수납하는 전지케이스(130) 및 전지케이스(130)의 상부에 위치하는 캡 어셈블리(110)를 포함한다. 캡 어셈블리(110)의 상단에는 탑 캡(101)이 위치하고, 탑 캡(101)의 하부에는 고온에서 전류를 차단하는 PTC 소자(102), 고압가스를 배출하는 안전 벤트(103) 및 전지의 내압 상승시 전류를 차단하는 전류차단소자(104)가 순차적으로 적층되어 있다.
캡 어셈블리(110)와 전지케이스의 접촉부분에는 이차전지의 밀봉력을 확보하기 위한 가스켓(106)이 개제되어 있으며, 젤리-롤형 전극조립체의 양극 탭(121)은 전류차단소자(104)의 하면에 용접에 의해 결합되어 있다.
젤리-롤형 전극조립체(120)의 상부에는 절연 부재(111)가 위치하여 양극 탭(121)과 전지케이스(130)의 접촉을 방지할 수 있다.
도 2는 본원 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 수직 단면도이다.
도 2를 참조하면, 원통형 이차전지(200)는 젤리-롤형 전극조립체(220)가 수납되어 있는 전지케이스(230), 캡 어셈블리(210) 및 캡 어셈블리(210)와 전지케이스(230) 사이에 위치하여 전지케이스의 밀봉력을 확보하기 위한 가스켓(206)을 포함한다.
캡 어셈블리(210)는 상부에 탑 캡(201)이 위치하며 탑 캡(201)의 하부에는 전지의 내압 상승시 전류를 차단하는 벤팅 부재(203)가 위치한다. 즉, 원통형 이차전지(200)의 캡 어셈블리(210)는 원통형 이차전지(100)의 구조에서 PTC 소자(102) 및 전류차단소자(104)가 생략된 구조이다.
젤리-롤형 전극조립체(220)의 양극 탭(221)은 접착부(205)를 통해 벤팅 부재(203)의 하면에 결합되고 벤팅 부재(203)는 탑 캡(201)과 연결되어 탑 캡(201)이 양극 단자의 역할을 할 수 있다.
젤리-롤형 전극조립체(220)의 상부에는 절연 부재(211)가 위치하여 양극 탭(221)과 전지케이스(230)의 접촉을 방지할 수 있다.
도 3은 도 1 및 도 2의 원통형 이차전지들에 포함되는 전극조립체의 높이를 비교하기 위한 수직 단면도이다.
도 3을 참조하면, 원통형 이차전지(200)는 원통형 이차전지(100)에서 PTC 소자(102) 및 전류차단소자(104)가 생략된 구조이다.
따라서, 원통형 이차전지(200)의 캡 어셈블리의 두께(h2)는 원통형 이차전지(100)의 캡 어셈블리의 두께(h1)보다 얇아진다.
이와 같이 캡 어셈블리의 두께가 얇아짐에 따라 원통형 이차전지의 전체 높이가 일정한 경우, 원통형 이차전지(200)의 전극조립체의 높이(h5)는 원통형 이차전지(100)의 전극조립체의 높이(h4)보다 증가하게 된다.
도 4는 도 2에 도시된 접착부의 변형 전과 후를 나타내는 확대도이다.
도 4를 참조하면, 접착부(405)의 상면은 전류차단소자(204)와 결합하고 접착부의 하면은 양극 탭(221)과 결합하고 있다.
접착부(405)는 접착성 물질(401), 전도성 물질(402) 및 PTC 입자(403)를 포함한다.
정상 상태에서는 접착부(405)를 통해 전류차단소자(204)와 양극 탭(221)의 결합이 이루어져서 전도성 물질(402)을 통한 전기적인 연결이 이루어지나, 전지의 온도 상승으로 인해 접착성 물질(401)이 용융되어 전도성 물질(402)들 간의 거리가 멀어지게 되면서 저항이 증가할 수 있고, 온도가 더욱 상승하는 경우 PTC 입자(403)의 저항이 급격히 상승되면 이차전지의 충전종료 전압까지 전압이 상승함으로써 전류가 차단될 수 있다.
또는, 접착성 물질(401)이 용융되지 않더라도 PTC 입자(403)의 저항 상승이 일어나는 경우에도 전압 상승에 따른 전류차단이 이루어질 수 있다.
이하에서는, 본원 발명에 따른 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본원 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
접착부의 전체 중량을 기준으로 접착성 물질로서 폴리에스테르 수지 40중량 %, 도전성 물질로서 은 30중량% 및 PTC 입자로서 폴리에틸렌 30 중량%를 NMP와 혼합하고 건조하여 페이스트 상태의 접착부를 제조한다.
상기 제조된 접착부를 도 2에 도시된 구조로 이루어진 원통형 이차전지의 양극 탭과 캡 어셈블리의 하단에 부가하여 양극 탭과 전류차단소자 간의 전기적인 연결을 완성하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1에서 도전성 물질인 은 40 중량% 사용하고 PTC 입자인 폴리에틸렌을 20 중량% 사용한 점을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법에 의해 페이스트 상태의 접착부를 제조하여, 상기 접착부가 부가된 원통형 이차전지를 제조한다.
<실시예 3>
상기 실시예 1에서 도전성 물질인 은을 50 중량% 사용하고 PTC 입자인 폴리에틸렌을 10 중량% 사용한 점을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법에 의해 페이스트 상태의 접착부를 제조하여, 상기 접착부가 부가된 원통형 이차전지를 제조한다.
<비교예 1>
도 1에 도시된 구조의 원통형 이차전지를 준비하고, 양극 탭과 캡 어셈블리가 용접에 의해 결합된 구조의 원통형 이차전지를 제조한다.
<비교예 2>
상기 실시예 1에서 도전성 물질인 은을 60 중량% 사용하고 PTC 입자를 사용하지 않은 점을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법에 의해 페이스트 상태의 접착부를 제조하여, 상기 접착부가 부가된 원통형 이차전지를 제조한다.
<실험예>
접착부의 저항 측정
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 2에서 제조된 원통형 이차전지를 사용하여 이차전지의 온도에 따른 저항 변화량을 측정하였고 그 결과는 도 6에 나타내었다.
온도는 25℃, 50℃, 75℃, 90℃, 100℃ 및 110℃에서 측정되었다.
도 6을 참조하면, PTC 입자의 함량이 도전성 물질의 함량 대비 20 % 이상 포함되는 경우에, 온도가 75℃ 이상 증가함에 따라 저항이 급격히 증가함을 알 수 있다.
또한, 실시예 1의 경우에는 온도가 50℃를 넘어서면서 저항 증가가 나타나고, 전체적으로 PTC 입자의 함량이 증가할수록 온도 변화에 따른 접착부의 저항 증가가 커지는 것으로 나타났다.
그러나, PTC 입자가 첨가되지 않은 비교예 1과 용접에 의해 양극 탭을 부착한 비교예 2는 온도 변화에 따른 저항 증가를 전혀 나타내지 않고 있다.
따라서, 원통형 이차전지에서, 비정상적인 상태에 도달하여 내부 온도가 증가하게 되는 경우, PTC 입자의 저항이 증가함에 따라 접착부의 저항 증가로 인한 충전 종료 전압에 도달하여 과충전에 의한 폭발 내지 발화를 방지할 수 있을 것으로 예상된다.
본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
(부호의 설명)
100, 200, 300 : 원통형 이차전지
101, 201, 301 : 탑 캡
102 : PTC 소자
103 : 안전벤트
104, 204 : 전류차단소자
203 : 벤팅 부재
205, 305, 405 : 접착부
106, 206, 306 : 가스켓
110, 210 : 캡 어셈블리
111, 211, 311 : 절연 부재
120, 220, 320 : 젤리-롤형 전극조립체
121, 221 : 양극 탭
130, 230, 330 : 전지케이스
h1, h2, h3 : 캡 어셈블리의 두께
h4, h5, h6 : 전극조립체의 높이
401 : 접착성 물질
402 :전도성 물질
403 : PCT 입자
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 원통형 이차전지는 접착성 물질을 포함하는 접착부에 의해 전극조립체와 전지의 전극 단자 간의 전기적 연결이 이루어지는 바, 전극조립체와 전극 단자의 연결 과정에서 이물질이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 접착부에서 전극조립체와 전극 단자 간의 연결이 유지된 상태에서 충전 종료 전압 이상으로 전압이 증가함으로써 충전이 종료되는 구조인 바, 상기 전극조립체와 전극 단자의 분리를 위해 필요한 공간의 생략이 가능하여, 상기 생략된 공간 만큼 전지의 용량 증가가 가능하다.
또한, 캡 어셈블리의 위치가 변형되는 문제를 방지할 수 있으므로 전지의 불량율이 감소될 수 있다.

Claims (11)

  1. 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 권취된 구조의 젤리-롤형 전극조립체;
    상기 젤리-롤형 전극조립체를 수용하기 위한 원통형 전지케이스; 및
    상기 원통형 전지케이스의 개방 상단에 장착되는 캡 어셈블리;
    를 포함하고,
    상기 캡 어셈블리의 하단면은 접착부에 의해 상기 젤리-롤형 전극조립체의 양극 탭과 연결되며,
    상기 접착부는 접착성 물질, 전도성 물질 및 PTC(Positive Temperature Coefficient) 입자를 포함하는 원통형 이차전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 접착성 물질은 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아세트산비닐, 폴리비닐부티랄 및 폴리아크릴산에스테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 이루어진 원통형 이차전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전도성 물질은 흑연, 카본블랙, 도전성 섬유; 및, 금, 은, 구리, 알루미늄 및 이들의 합금;으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 이루어진 원통형 이차전지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 PTC 입자는 실리콘 고무 또는 폴리에틸렌으로 이루어진 원통형 이차전지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 도전성 물질과 PTC 입자의 혼합비는 5 : 1 내지 1 : 1의 비율로 이루어지는 원통형 이차전지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 원통형 이차전지 내부의 온도 증가 시, PTC 입자의 저항 상승에 의하여 충전이 종료되는 원통형 이차전지.
  7. 제6항에 있어서, 상기 충전이 종료된 상태에서, 상기 캡 어셈블리의 하단 및 상기 양극 탭은 상기 접착부에 대한 결합이 유지되고 있는 원통형 이차전지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 캡 어셈블리의 하단에는 벤팅 부재가 위치하고, 상기 캡 어셈블리는 PTC 소자 및 CID filter가 생략되는 구조로 이루어지며, 상기 젤리-롤형 전극조립체는 상기 생략되는 PTC 소자 및 CID filter의 두께와 대응되는 정도의 길이가 연장되는 원통형 이차전지.
  9. 제8항에 있어서, 상기 젤리-롤형 전극조립체의 양극 탭은 접착부를 통해 상기 캡 어셈블리의 벤팅 부재의 하면에 결합되는 원통형 이차전지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 PTC 입자의 유리전이온도는 상기 충전이 종료되는 온도보다 높은 원통형 이차전지.
  11. 제1항에 있어서, 상기 접착성 물질의 유리전이온도는 상기 충전이 종료되는 온도보다 낮은 원통형 이차전지.
PCT/KR2019/001208 2018-05-30 2019-01-29 과충전을 방지하기 위한 원통형 이차전지 WO2019231071A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/642,732 US11469480B2 (en) 2018-05-30 2019-01-29 Cylindrical secondary battery configured to prevent overcharge thereof
EP19812033.9A EP3680956A4 (en) 2018-05-30 2019-01-29 CYLINDRICAL SECONDARY BATTERY TO PREVENT OVERCHARGING
CN201980004484.8A CN111108631B (zh) 2018-05-30 2019-01-29 被构造成防止过充电的圆柱形二次电池

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2018-0061573 2018-05-30
KR1020180061573A KR102393032B1 (ko) 2018-05-30 2018-05-30 과충전을 방지하기 위한 원통형 이차전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019231071A1 true WO2019231071A1 (ko) 2019-12-05

Family

ID=68697643

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2019/001208 WO2019231071A1 (ko) 2018-05-30 2019-01-29 과충전을 방지하기 위한 원통형 이차전지

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11469480B2 (ko)
EP (1) EP3680956A4 (ko)
KR (1) KR102393032B1 (ko)
CN (1) CN111108631B (ko)
WO (1) WO2019231071A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210103090A (ko) 2020-02-13 2021-08-23 주식회사 엘지에너지솔루션 레일형 소켓이 구비된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR20220072503A (ko) * 2020-11-25 2022-06-02 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
CN116458001A (zh) * 2021-07-30 2023-07-18 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池单体、电池、用电设备及电池单体的制造方法和设备
KR20230048764A (ko) * 2021-10-05 2023-04-12 삼성에스디아이 주식회사 이차전지

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11176614A (ja) * 1997-12-08 1999-07-02 Otsuka Chem Co Ltd 過電流保護回路素子
KR20010054738A (ko) 1999-12-08 2001-07-02 김순택 밀폐전지
KR20030044512A (ko) 2001-11-30 2003-06-09 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
JP2004193193A (ja) * 2002-12-09 2004-07-08 Nec Tokin Corp 高分子ｐｔｃ素子
KR20050105659A (ko) * 2004-05-03 2005-11-08 주식회사 센테크 판형 피티씨 소자 제조용 전도성 조성물과 이를 이용한 판형 피티씨 소자 및 이의 제조방법
KR20070012937A (ko) * 2005-07-25 2007-01-30 삼성에스디아이 주식회사 Ｐｔｃ소자를 구비한 이차전지
JP2010073847A (ja) * 2008-09-18 2010-04-02 Sony Corp Ｐｔｃサーミスタ素子及びその製造方法、並びに２次電池セル及びその製造方法
KR20110039934A (ko) 2009-10-13 2011-04-20 주식회사 엘지화학 가스켓 처짐이 방지된 캡 어셈블리, 및 이를 구비하는 원통형 이차전지
KR20170081449A (ko) 2016-01-04 2017-07-12 삼성에스디아이 주식회사 캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
KR20180061573A (ko) 2016-11-29 2018-06-08 엘지디스플레이 주식회사 초고해상도 투명 평판 표시장치

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI251359B (en) 2003-10-10 2006-03-11 Lg Cable Ltd Lithium secondary battery having PTC powder and manufacturing method thereof
KR100614398B1 (ko) 2004-10-28 2006-08-21 삼성에스디아이 주식회사 각형 리튬 이차 전지
JP4497142B2 (ja) 2006-08-28 2010-07-07 Ｔｄｋ株式会社 Ｐｔｃ素子および電池保護システム
KR20180061424A (ko) 2010-07-02 2018-06-07 타이코 일렉트로닉스 저팬 지.케이. Ptc 디바이스를 갖는 2차 전지
US8802281B2 (en) * 2010-08-05 2014-08-12 Samsung Sdi Co., Ltd. Secondary battery with movement prevention tape
KR101249918B1 (ko) * 2011-03-10 2013-04-03 신흥에스이씨주식회사 부품을 접착시킨 캡조립체를 포함하는 이차전지
CN203562472U (zh) * 2013-08-01 2014-04-23 广州市番禺华力电池有限公司 一种新型圆柱形锂锰电池
US10573875B2 (en) * 2013-09-30 2020-02-25 Hitachi Chemical Company, Ltd. Cathode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same
KR101747496B1 (ko) * 2014-09-19 2017-06-14 주식회사 엘지화학 전기 화학 소자

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11176614A (ja) * 1997-12-08 1999-07-02 Otsuka Chem Co Ltd 過電流保護回路素子
KR20010054738A (ko) 1999-12-08 2001-07-02 김순택 밀폐전지
KR20030044512A (ko) 2001-11-30 2003-06-09 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
JP2004193193A (ja) * 2002-12-09 2004-07-08 Nec Tokin Corp 高分子ｐｔｃ素子
KR20050105659A (ko) * 2004-05-03 2005-11-08 주식회사 센테크 판형 피티씨 소자 제조용 전도성 조성물과 이를 이용한 판형 피티씨 소자 및 이의 제조방법
KR20070012937A (ko) * 2005-07-25 2007-01-30 삼성에스디아이 주식회사 Ｐｔｃ소자를 구비한 이차전지
JP2010073847A (ja) * 2008-09-18 2010-04-02 Sony Corp Ｐｔｃサーミスタ素子及びその製造方法、並びに２次電池セル及びその製造方法
KR20110039934A (ko) 2009-10-13 2011-04-20 주식회사 엘지화학 가스켓 처짐이 방지된 캡 어셈블리, 및 이를 구비하는 원통형 이차전지
KR20170081449A (ko) 2016-01-04 2017-07-12 삼성에스디아이 주식회사 캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
KR20180061573A (ko) 2016-11-29 2018-06-08 엘지디스플레이 주식회사 초고해상도 투명 평판 표시장치

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3680956A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP3680956A4 (en) 2021-04-28
KR102393032B1 (ko) 2022-05-02
EP3680956A1 (en) 2020-07-15
US20210074987A1 (en) 2021-03-11
CN111108631A (zh) 2020-05-05
KR20190136202A (ko) 2019-12-10
CN111108631B (zh) 2023-04-18
US11469480B2 (en) 2022-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019231071A1 (ko) 과충전을 방지하기 위한 원통형 이차전지
WO2013009148A2 (ko) 원통형 이차 전지
WO2014133275A1 (ko) 이차 전지 및 그 제조 방법
WO2013180482A1 (ko) 전극탭 접합성이 우수한 전극 조립체, 이를 포함하는 전지셀, 디바이스 및 이의 제조방법
WO2018203593A1 (ko) 배터리 팩 및 이의 제조방법
WO2011037346A2 (ko) 노치홈이 구비된 각형 이차전지
WO2019139220A1 (ko) 이차 전지 및 그 제조 방법
WO2022139451A1 (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지
WO2019066441A1 (ko) 보호회로모듈을 구비한 파우치형 이차전지 팩
WO2019235721A1 (ko) 이차전지
WO2018221836A1 (ko) 배터리 팩 및 이의 제조방법
WO2023080479A1 (ko) 과충전 방지가 가능한 이차전지 및 이의 충전방법
WO2019088524A1 (ko) 이차 전지 및 이차 전지용 절연판
WO2021206418A1 (ko) 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스
WO2010044587A2 (ko) 이차전지 팩
WO2023033391A1 (ko) 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2018199511A1 (ko) 전도성 폴리머를 이용한 전극리드를 포함하는 파우치형 이차전지
WO2022031065A1 (ko) 이차전지
WO2019235714A1 (ko) 가스 발생 물질을 포함하는 접착부가 구비된 원통형 이차전지
WO2018074846A1 (ko) 이차 전지
WO2023014071A1 (ko) 전극리드 일체형 전극조립체 및 이의 제조방법
WO2022114792A1 (ko) 원통형 이차전지
WO2021085917A1 (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지
WO2022092662A1 (ko) 캡 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
WO2017188563A1 (ko) 보호부재를 갖는 이차 전지

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19812033

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019812033

Country of ref document: EP

Effective date: 20200410

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE