WO2020071717A1 - 이차전지 - Google Patents

이차전지

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WO2020071717A1
WO2020071717A1 PCT/KR2019/012788 KR2019012788W WO2020071717A1 WO 2020071717 A1 WO2020071717 A1 WO 2020071717A1 KR 2019012788 W KR2019012788 W KR 2019012788W WO 2020071717 A1 WO2020071717 A1 WO 2020071717A1
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center pin
secondary battery
electrode assembly
winding
uncoated portion
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PCT/KR2019/012788
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고명훈
이용태
박정일
김지호
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery.
  • a secondary battery is rechargeable and has been researched and developed in recent years due to its small size and high capacity.
  • demand for a secondary battery as an energy source is rapidly increasing.
  • Secondary batteries are classified into coin cells, cylindrical cells, prismatic cells, and pouch-shaped cells according to the shape of the battery case.
  • an electrode assembly mounted inside a battery case is a power planter capable of charging and discharging consisting of a stacked structure of electrodes and separators.
  • the electrode assembly is a jelly-roll type wound by separating a separator between a positive electrode and a negative electrode of a sheet type coated with an active material, and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes are sequentially stacked with a separator interposed. , And stacked unit cells can be roughly classified into a stacked / folded type wound with a long length separation film.
  • the double jelly roll type electrode assembly is widely used because it is easy to manufacture and has an advantage of high energy density per weight.
  • One aspect of the present invention is to provide a secondary battery capable of reducing resistance and temperature variation for each position of an electrode in a wound electrode assembly.
  • Another aspect of the present invention is to provide a secondary battery having an excellent meandering degree when winding the electrode assembly.
  • a secondary battery includes an electrode assembly in which an anode, a separator, and a cathode are alternately stacked, and a can accommodating the electrode assembly, wherein the cathode is a negative electrode non-coated negative electrode active material, the electrode Based on the winding central axis direction of the assembly, the positive electrode non-coated positive electrode active material is not coated with the positive electrode active material is located on one side end so as to protrude more than the separator, based on the winding central axis direction of the electrode assembly, the separator Located on the other end so as to protrude more, the can includes a first can and a second can, the negative electrode uncoated portion directly contacts the inner surface of the first can, and the positive electrode uncoated portion is the inner surface of the second can You can contact directly.
  • all the electrodes of the wound electrode assembly can be directly connected to the can continuously, thereby reducing the resistance and temperature deviation for each position of the electrode.
  • the center pin when the electrode current collector is compressed to increase the welding area when the electrode is connected to the bottom surface of the can, the center pin can provide a reference surface to secure welding quality and resistance deviation to a certain level.
  • the center pin is provided in the core portion of the electrode assembly, and thus, the occurrence of cracking of the electrode located in the core portion of the electrode assembly according to the charge / discharge cycle (Cycle) can be prevented.
  • meander alignment of the electrode and the separator may be excellent.
  • the cylindrical center pin can provide an electrolytic solution storage space until the electrode assembly is immersed in the electrolytic solution, and provide a collection space of internal gas according to a charge / discharge cycle.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to a first embodiment of the present invention by way of example.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating another example of a can in the secondary battery according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view showing an electrode assembly in a secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an electrode assembly in a secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is an exploded perspective view showing an unfolded state before winding the electrode assembly in the secondary battery according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view showing an unfolded state before winding the electrode assembly in the secondary battery according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to a second embodiment of the present invention by way of example.
  • FIG. 8 is a perspective view showing an electrode assembly in a secondary battery according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an electrode assembly in a secondary battery according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view showing an unfolded state before winding the electrode assembly in the secondary battery according to the second embodiment of the present invention.
  • 11 is a plan view showing an unfolded state before winding the electrode assembly in the secondary battery according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view showing an electrode assembly in a secondary battery according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a perspective view showing an electrode assembly in a secondary battery according to a fourth embodiment of the present invention.
  • 16 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a perspective view showing an electrode assembly in a secondary battery according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to a first embodiment of the present invention by way of example.
  • the secondary battery 100 includes an electrode assembly 110 and a first can in which an anode 112, a separator 114, and a cathode 111 are alternately stacked. 121 and the second can 122, the electrode assembly 110 is configured to accommodate the 120, the negative electrode uncoated portion 111c is in contact with the first can 121, the positive electrode uncoated portion 112c ) Contacts the inner surface of the second can 122.
  • the secondary battery 100 includes an electrode assembly 110 and a can 120 accommodating the electrode assembly 110.
  • the secondary battery 100 may further include an electrolyte solution accommodated in the can 120 together with the electrode assembly 110.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating another example of a can in the secondary battery according to the first embodiment of the present invention.
  • the can 120 may accommodate the electrode assembly 110 therein, including the first can 121 and the second can 122.
  • the end of the cathode 111 may be connected to the first can 121 and the end of the anode 112 may be connected to the end of the second can 122
  • the present invention is not necessarily limited thereto.
  • the end of the anode 112 may be connected to the first can 121, and the end of the cathode 111 may be connected to the second can 122, of course.
  • the first can 121 may have a negative potential by being connected to the cathode 111 and the positive electrode 112 may be connected to the second can 122 to have a positive potential.
  • the first can 121 may be made of, for example, steel
  • the second can 122 may be made of, for example, aluminum (Al).
  • the first can 121 and the second can 122 are shown to be located only above and below the electrode assembly 110, this is an example of the can 120 in the secondary battery 100.
  • the first can 121 ′ and the second can 122 ′ face each other as another example of the can 120 ′ in the secondary battery 100 ′ as shown in FIG. 2. It may be formed in an open cylindrical shape.
  • the can 120 ' may further include an insulator 123' that insulates the overlapping portion between the first can 121 'and the second can 122'.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an electrode assembly in a secondary battery according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an electrode assembly in a secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing an unfolded state before winding the electrode assembly in the secondary battery according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is winding the electrode assembly in the secondary battery according to the first embodiment of the present invention It is a plan view showing the unfolded state before the following.
  • the electrode assembly 110 is a power generator capable of charging and discharging, and the electrodes 113 and the separator 114 are aggregated to form alternately stacked structures.
  • the electrode assembly 110 may have a wound form.
  • the electrode 113 may include an anode 112 and a cathode 111. Then, the separator 114 separates the positive electrode 112 and the negative electrode 111 to electrically insulate.
  • the positive electrode 112 and the negative electrode 111 are formed in the form of a sheet and wound together with the separator 114, and may be formed in a jelly roll type. At this time, the electrode assembly 110 may be wound in a cylindrical shape, for example.
  • the positive electrode 112, the separator 114, and the negative electrode 111 each have a plurality of layers in the thickness direction of the electrode assembly 110 perpendicular to the winding central axis C of the electrode assembly 110. Can form.
  • the negative electrode 111 may include a negative electrode current collector 111a and a negative electrode active material 111b applied to the negative electrode current collector 111a.
  • the negative electrode 111 may be formed with a negative electrode uncoated portion 111c, which is an area in which the negative electrode active material 111b is not applied to the negative electrode current collector 111a.
  • the negative electrode uncoated portion 111c may be located at one end (C1) direction end so as to protrude more than the separator 114, for example, based on the winding central axis (C) direction of the electrode assembly 110.
  • the negative electrode uncoated portion 111c may be formed at one end portion of the negative electrode 111 along the winding direction.
  • the negative electrode uncoated portion 111c may be formed to extend more than the end of the positive electrode 112 in the direction of one side (C1) from the winding central axis (C) of the electrode assembly 110. That is, for example, when referring to the matter illustrated in FIG. 1, the negative electrode current collector 111a end of the negative electrode uncoated region 111c may be formed to protrude more toward the upper side of the electrode assembly 110 than the positive electrode 112. You can. Accordingly, the first can 121 may form a negative terminal by directly contacting the inner upper surface of the first can 121 positioned on the upper portion.
  • the end of the cathode 111 is in direct contact with the first can 121, the resistance is significantly reduced compared to being connected through a separate connection line, and eventually, the deterioration of a specific part due to the thermal deviation by location and the entire heat By lowering it, it is possible to prevent degradation of cell performance due to deterioration.
  • the negative electrode current collector 111a may be made of, for example, a foil made of copper (Cu) or nickel (Ni).
  • the negative electrode active material 111b may be made of, for example, artificial graphite, lithium metal, lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, graphite, silicon compounds, tin compounds, titanium compounds, or alloys thereof.
  • the negative electrode active material 111b may be made of, for example, non-graphite-based SiO (silica, silica) or SiC (silicon carbide, silicon carbide).
  • the positive electrode 112 may include a positive electrode current collector 112a and a positive electrode active material 112b applied to the positive electrode current collector 112a.
  • the positive electrode 112 may be formed of a positive electrode non-reactive 112c, which is an area in which the positive electrode active material 112b is not applied to the positive electrode current collector 112a.
  • the positive electrode nothing 112c may be located at an end portion in the other C2 direction so as to protrude more than the separation membrane 114 based on, for example, the direction of the winding central axis C of the electrode assembly 110.
  • the positive electrode uncoated portion 112c may be formed at the entire other end of the positive electrode 112 along the winding direction.
  • the positive electrode uncoated portion 112c may be formed to extend more than the end of the negative electrode 111 in the direction of one side (C1) from the winding central axis (C) of the electrode assembly 110. That is, for example, when referring to the matter illustrated in FIG. 1, the end of the positive electrode current collector 112a in the positive electrode uncoated region 112c may be formed to protrude in the lower direction of the electrode assembly 110 than the negative electrode 111. You can. Therefore, for example, the second can 122 may form an anode terminal by directly contacting an inner bottom surface of the second can 122 positioned at the bottom.
  • the end of the anode 112 is in direct contact with the second can 122, the resistance is significantly reduced compared to being connected through a separate connection line, and eventually the deterioration of a specific part due to the thermal deviation by location and the entire heat By lowering it, it is possible to prevent degradation of cell performance due to deterioration.
  • all the electrodes 113 of the electrode assembly 110 can be directly connected to the can 120 continuously, thereby reducing resistance and temperature deviation for each position of the electrode 113. You can.
  • the positive electrode current collector 112a may be made of, for example, an aluminum foil, and the positive electrode active material may be, for example, lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron phosphate, or one or more of them. It can be made of compounds and mixtures included.
  • the separator 114 is made of an insulating material and is alternately stacked with the anode 112 and the cathode 111.
  • the separator 114 may be located between the anode 112 and the cathode 111 and on the outer surfaces of the anode 112 and the cathode 111. At this time, the separation membrane 114 may be positioned even in the outermost direction in the width direction when the electrode assembly 110 is wound.
  • the separator 114 may be made of a ductile material.
  • the separator 114 may be formed of, for example, a polyolefin-based resin film such as polyethylene or polypropylene having microporousity.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to a second embodiment of the present invention by way of example.
  • the secondary battery 200 includes an electrode assembly 210 in which an anode 212, a separator 214, and a cathode 211 are alternately stacked, and a first can
  • the can 220 accommodates the electrode assembly 210 including the 221 and the second can 222, and a center pin 230 positioned at the center of the winding of the electrode assembly 210, and includes a negative electrode uncoated portion ( 211c) contacts the first can 221, and the positive electrode uncoated portion 212c contacts the inner surface of the second can 222.
  • the secondary battery 200 according to the second embodiment of the present invention is different from the secondary battery according to the first embodiment described above, further including a center pin 230. Therefore, in this embodiment, contents overlapping with the first embodiment are briefly described, and the differences are described.
  • FIG. 8 is a perspective view showing an electrode assembly in a secondary battery according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an electrode assembly in a secondary battery according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view showing an unfolded state before winding the electrode assembly in the secondary battery according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is winding the electrode assembly in the secondary battery according to the second embodiment of the present invention It is a plan view showing the unfolded state before the following.
  • the center pin 230 is located at the center of the winding of the electrode assembly 210 and is used as a reference when winding the electrode assembly 210.
  • An axial or reference plane can be provided.
  • the electrode assembly 210 surrounds the center pin 230 and may be wound based on the center pin 230. Accordingly, when winding the anode 212, the separator 214, and the cathode 211, the meander alignment of the anode 212, the separator 214, and the cathode 211 through the center pin 230 is obtained.
  • meandering refers to the phenomenon of curling rather than evenly when winding).
  • center pin 230 is provided in the core portion of the center of the electrode assembly 210, the occurrence of the breakage of the electrode 113 located in the core portion of the electrode assembly 210 according to the charge and discharge cycle (Cycle) progress Can be prevented.
  • anode 212, the separator 214, and the cathode 211 are wound on the outer circumferential surface of the center pin 230, and the electrode assembly 210 perpendicular to the winding central axis C of the electrode assembly 210 A plurality of layers may be formed in the thickness direction of each.
  • the electrode assembly 210 may be wound while being fixed to the center pin 230 with a tape 240 (see FIG. 11).
  • the meandering degree at the time of winding may be improved.
  • center pin 230 may be formed of an insulating material.
  • center pin 230 may be provided in a cylindrical shape with an empty center side with respect to the central axis.
  • the center pin 230 may be formed to have a thickness of 0.1 to 1 mm, for example.
  • the center pin 230 may have a thickness of, for example, 0.2 to 0.5 mm.
  • the outer diameter d1 of the center pin 230 may be formed at 5 to 30% of the outer diameter d2 of the electrode assembly 210. In this case, the outer diameter d1 of the center pin 230 may be specifically formed, for example, 10 to 20% with respect to the outer diameter d2 of the electrode assembly 210.
  • the length of the center pin 230 is shorter than the length from one end of the cathode uncoated portion 211c to the other end of the anode uncoated portion 212c in the direction of the winding central axis C of the electrode assembly 210.
  • the negative electrode uncoated portion 211c is formed to extend longer in one direction (C1) than the center pin 230 based on the central axis C of winding
  • the positive electrode uncoated portion 212c is formed to take the central axis C of the winding.
  • it may be formed to extend longer in the other direction (C2) than the center pin 230.
  • the length of the separation membrane 214 in the direction of the winding central axis C of the electrode assembly 210 may be formed to be the same as the length of the center pin 230.
  • one side of the center pin 230 may be in surface contact with the inner surface of the first can 221, and the other side of the center pin 230 may be in surface contact with the inner surface of the second can 222.
  • the negative electrode uncoated portion 211c is more than the separator 214 based on the winding central axis C direction of the electrode assembly 210.
  • the center pin 230 is positioned at one end in a direction so as to protrude, and positioned at the end in the other direction (C2) so that the positive electrode uncoated portion 212c protrudes more than the separation membrane 214, and is located at the winding center of the electrode assembly 210.
  • the length of is formed shorter than the length from one end of the cathode uncoated portion 211c to the other end of the anode uncoated portion 212c.
  • the center pin 230 provides a reference surface to secure welding quality and resistance deviation to a certain level. That is, when the first can 221 and the second can 222 is pressed in a direction facing each other, when the center pin 230 is pressed to a location, the positive electrode is more protruding than the center pin 230 The protruding portions of the portion 212c and the cathode uncoated portion 211c are bent (see FIG.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to a third embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 300 includes an electrode assembly 310 in which an anode 312, a separator 314, and a cathode 311 are alternately stacked.
  • the uncoated portion 311c contacts the first can 321 and the anode uncoated portion 312c contacts the inner surface of the second can 322.
  • the secondary battery 300 according to the third embodiment of the present invention has a difference in the lengths of the center pin 330 and the electrode assembly 310 when compared with the secondary battery according to the first and second embodiments described above. have. Therefore, the present embodiment briefly describes contents overlapping with the first and second embodiments, and focuses on differences.
  • FIG. 13 is a perspective view showing an electrode assembly in a secondary battery according to a third embodiment of the present invention.
  • the center pin 330 is located at the center of the winding of the electrode assembly 310 and is used as a reference when winding the electrode assembly 310.
  • An axial or reference plane can be provided.
  • the electrode assembly 310 surrounds the center pin 330 and may be wound based on the center pin 330.
  • the anode 312, the separator 314, and the cathode 311 are wound on the outer circumferential surface of the center pin 330, and the electrode assembly 310 perpendicular to the winding central axis C of the electrode assembly 310
  • a plurality of layers may be formed in the thickness direction of each.
  • center pin 330 may be formed of an insulating material.
  • center pin 330 may be provided in a cylindrical shape with an empty center side with respect to the central axis.
  • the length of the center pin 330 is formed to be equal to the length from one end of the negative electrode uncoated portion 311c to the other end of the positive electrode uncoated portion 312c in the direction of the winding central axis C of the electrode assembly 310. Can be. In this case, the length of the separation membrane 314 in the direction of the winding central axis C of the electrode assembly 310 may be shorter than the length of the center pin 330.
  • one side of the center pin 330 may be in surface contact with the inner surface of the first can 321, and the other side of the center pin 330 may be in surface contact with the inner surface of the second can 322.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is a perspective view showing an electrode assembly in a secondary battery according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 400 includes an electrode assembly 410 in which an anode 412, a separator 414, and a cathode 411 are alternately stacked, A can 420 for receiving the electrode assembly 410 including the first can 421 and the second can 422 and a center pin 430 positioned at the center of the winding of the electrode assembly 410, the cathode
  • the uncoated portion 411c contacts the first can 421 and the anode uncoated portion 412c contacts the inner surface of the second can 422.
  • the secondary battery 400 according to the fourth embodiment of the present invention has a difference in the lengths of the center pin 430 and the electrode assembly 410 when compared with the secondary battery according to the first to third embodiments described above. have. Therefore, in the present embodiment, contents overlapping with the above-described embodiments are briefly described, and the differences will be mainly described.
  • the center pin 430 is positioned at the winding center of the electrode assembly 410 to provide a reference axis or a reference surface when winding the electrode assembly 410.
  • the electrode assembly 410 surrounds the center pin 430 and may be wound based on the center pin 430.
  • the anode 412, the separator 414, and the cathode 411 are wound on the outer circumferential surface of the center pin 430, and the electrode assembly 410 perpendicular to the winding central axis C of the electrode assembly 410
  • a plurality of layers may be formed in the thickness direction of each.
  • center pin 430 may be formed of an insulating material.
  • center pin 430 may be provided in a cylindrical shape with an empty center side with respect to the central axis.
  • the length of the center pin 430 may be shorter than the length from one end of the cathode uncoated portion 411c to the other end of the anode uncoated portion 412c in the direction of the winding central axis C of the electrode assembly 410.
  • the negative electrode uncoated portion 411c is formed to extend longer in one direction (C1) than the center pin 430 based on the central axis C of winding
  • the positive electrode uncoated portion 412c is formed to take the central axis C of the winding.
  • it may be formed to extend longer in the other direction (C2) than the center pin 430.
  • the length of the separation membrane 414 in the winding central axis (C) direction of the electrode assembly 410 is formed longer than the length of the center pin 430, the anode uncoated portion at one end of the cathode uncoated portion 411c ( It may be formed shorter than the length to the other end of 412c).
  • one side of the center pin 430 may be positioned to be spaced apart from the inner surface of the first can 421, and the other side of the center pin 430 may be positioned to be spaced apart from the inner surface of the second can 422.
  • the length of the center pin 430 in the secondary battery 400 according to the fourth embodiment of the present invention configured as described above is one side of the negative electrode uncoated portion 411c in the direction of the winding central axis C of the electrode assembly 410.
  • the length from the end to the other end of the anode non-coated portion 412c and the separator are formed shorter, and both sides of the center pin 430 are positioned to be spaced apart from the first can 421 and the second can 422, The electrolytic solution collecting space and the gas collecting space may be increased.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to a fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 17 is a perspective view showing an electrode assembly in a secondary battery according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 500 includes an electrode assembly 510 in which an anode 512, a separator 514, and a cathode 511 are alternately stacked, A can 520 for receiving the electrode assembly 510 including the first can 521 and the second can 522 and a center pin 530 positioned at the center of the winding of the electrode assembly 510, the cathode
  • the uncoated portion 511c contacts the first can 521
  • the anode uncoated portion 512c contacts the inner surface of the second can 522.
  • the secondary battery 500 according to the fifth embodiment of the present invention has a difference in the lengths of the center pin 530 and the electrode assembly 510 when compared with the secondary batteries according to the first to fourth embodiments described above. have. Therefore, in the present embodiment, contents overlapping with the above-described embodiments are briefly described, and the differences will be mainly described.
  • the center pin 530 is positioned at the winding center of the electrode assembly 510 to provide a reference axis or a reference surface when winding the electrode assembly 510.
  • the electrode assembly 510 surrounds the center pin 530 and may be wound based on the center pin 530.
  • the anode 512, the separator 514, and the cathode 511 are wound on the outer circumferential surface of the center pin 530, and the electrode assembly 510 perpendicular to the winding central axis C of the electrode assembly 510
  • a plurality of layers may be formed in the thickness direction of each.
  • center pin 530 may be formed of an insulating material.
  • center pin 530 may be provided in a cylindrical shape with an empty center side with respect to the central axis.
  • the length of the center pin 530 may be formed longer than the length from one end of the negative electrode uncoated portion 511c to the other end of the positive electrode uncoated portion 512c in the direction of the winding central axis C of the electrode assembly 510. You can. At this time, the length of the separation membrane 514 in the winding central axis (C) direction of the electrode assembly 510 is shorter than the length from one end of the negative electrode uncoated portion 511c to the other end of the positive electrode uncoated portion 512c. You can.
  • one side of the center pin 530 may be in surface contact with the inner surface of the first can 521, and the other side of the center pin 530 may be in surface contact with the inner surface of the second can 522.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 600 includes an electrode assembly 610 in which an anode 612, a separator 614, and a cathode 611 are alternately stacked, and a first can A can 620 for receiving the electrode assembly 610, including the 621 and the second can 622, and a center pin 630 positioned at the center of the winding of the electrode assembly 610, and the negative electrode uncoated portion ( 611c) contacts the first can 621, and the positive electrode uncoated portion 612c contacts the inner surface of the second can 622.
  • the secondary battery 600 according to the sixth embodiment of the present invention has a difference in that the center pin 630 functions as a terminal when compared to the secondary battery according to the first to fifth embodiments described above. Therefore, in the present embodiment, contents overlapping with the above-described embodiments are briefly described, and the differences will be mainly described.
  • the center pin 630 is positioned at the winding center of the electrode assembly 610 to provide a reference axis or a reference surface when winding the electrode assembly 610.
  • the electrode assembly 610 may wrap around the center pin 630 and be wound based on the center pin 630.
  • the anode 612, the separator 614, and the cathode 611 are wound on the outer circumferential surface of the center pin 630, and the electrode assembly 610 perpendicular to the winding central axis C of the electrode assembly 610
  • a plurality of layers may be formed in the thickness direction of each.
  • center pin 630 may be formed of an insulating material.
  • center pin 630 may be provided in a cylindrical shape or a cylindrical shape with an empty center side based on the central axis.
  • the length of the center pin 630 is formed longer than the length from one end of the negative electrode uncoated portion 611c to the other end of the positive electrode uncoated portion 612c in the direction of the winding central axis C of the electrode assembly 610. You can. At this time, the length of the separation membrane 614 in the winding central axis (C) direction of the electrode assembly 610 is shorter than the length from one end of the negative electrode uncoated portion 611c to the other end of the positive electrode uncoated portion 612c. You can.
  • the center pin 630 may protrude outside the first can 621 and the second can 622. At this time, the center of the first can 621 and the second can 622 may be fixed to the center pin 630.
  • the center pin 630 is formed of an insulating material, and a conductive material 633,634 may be coated on one side and the other side of the center pin 630 in the direction of the winding central axis C of the electrode assembly 610. have.
  • one side of the first can 621 and the center pin 630 is electrically connected to form a negative terminal 631 at one side of the center pin 630, and the second can 622 and the center pin 630.
  • the other side of the electrical connection is electrically connected to the other side of the center pin 630 to form the positive terminal 632.
  • the center pin 630 protrudes outside the first can 621 and the second can 622, and the center pin 630 As one side of the cathode terminal 631 is formed and the other side of the anode terminal 632 is formed, the center pin 630 may be used as an external terminal when manufacturing a battery pack.

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Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지는, 양극, 분리막, 음극이 교대로 적층된 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 수용하는 캔을 포함하고, 상기 음극은 음극 활물질이 코팅되지 않는 음극 무지부가, 상기 전극 조립체의 권취 중심축방향을 기준으로, 상기 분리막 보다 더 돌출되도록 일측 방향 단부에 위치되며, 상기 양극은 양극 활물질이 코팅되지 않는 양극 무지부가, 상기 전극 조립체의 권취 중심축방향을 기준으로, 상기 분리막 보다 더 돌출되도록 타측 방향 단부에 위치되고, 상기 캔은 제1 캔 및 제2 캔을 포함하고, 상기 음극 무지부는 상기 제1 캔의 내면에 직접 접촉하고, 상기 양극 무지부는 상기 제2 캔의 내면에 직접 접촉한다.

Description

이차전지
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2018년 10월 05일자 한국특허출원 제10-2018-0118865호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인 셀, 원통형 셀, 각형 셀, 및 파우치형 셀로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다. 이중 젤리 롤형 전극 조립체는 제조가 용이하면서도 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.
본 발명의 하나의 관점은 권취된 전극 조립체에서 전극의 위치 별 저항과 온도 편차를 줄일 수 있는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 관점은 전극 조립체의 권취 시 우수한 사행 정렬도를 갖는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는, 양극, 분리막, 음극이 교대로 적층된 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 수용하는 캔을 포함하고, 상기 음극은 음극 활물질이 코팅되지 않는 음극 무지부가, 상기 전극 조립체의 권취 중심축방향을 기준으로, 상기 분리막 보다 더 돌출되도록 일측 방향 단부에 위치되며, 상기 양극은 양극 활물질이 코팅되지 않는 양극 무지부가, 상기 전극 조립체의 권취 중심축방향을 기준으로, 상기 분리막 보다 더 돌출되도록 타측 방향 단부에 위치되고, 상기 캔은 제1 캔 및 제2 캔을 포함하고, 상기 음극 무지부는 상기 제1 캔의 내면에 직접 접촉하고, 상기 양극 무지부는 상기 제2 캔의 내면에 직접 접촉할 수 있다.
본 발명에 따르면, 권취된 전극 조립체의 모든 전극이 연속적으로 캔과 직접 연결될 수 있어 전극의 위치별 저항과 온도 편차를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전극을 캔의 바닥면과 연결 시 용접면적을 늘리기 위해 전극 집전체를 압착할 경우 센터 핀이 기준면을 제공하여 용접품질과 저항편차를 일정수준으로 확보할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 이차전지에서 전극 조립체의 코어부에 센터 핀이 구비되어, 충방전 사이클(Cycle) 진행에 따라 전극 조립체의 코어부에 위치된 전극의 깨짐 발생을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 센터 핀에 전극 조립체를 권취함에 따라, 전극 및 분리막의 사행 정렬도가 우수할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 원통형 센터 핀이 전극 조립체가 전해액에 함침되기 전까지 전해액 저장공간을 제공할 수 있고, 충방전 사이클 진행에 따른 내부 가스의 포집 공간을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 캔의 다른 예를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 권취하기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 권취하기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 권취하기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 권취하기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 18은 본 발명의 제6 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(100)는 양극(112), 분리막(114), 음극(111)이 교대로 적층된 전극 조립체(110) 및 제1 캔(121) 및 제2 캔(122)을 포함하여 전극 조립체(110)를 수용하는 캔(120)으로 구성되어, 음극 무지부(111c)는 제1 캔(121)에 접촉하고, 양극 무지부(112c)는 제2 캔(122)의 내면에 접촉한다.
이하에서, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참고하면, 이차전지(100)는 전극 조립체(110) 및 전극 조립체(110)를 수용하는 캔(120)을 포함한다. 여기서, 이차전지(100)는 전극 조립체(110)와 함께 캔(120)에 수용되는 전해액을 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 캔의 다른 예를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
캔(120)은 제1 캔(121) 및 제2 캔(122)을 포함하여 전극 조립체(110)를 내부에 수용할 수 있다.
또한, 제1 캔(121)에 음극(111)의 단부가 접속되고, 제2 캔(122)의 단부에 양극(112)의 단부가 접속될 수 있지만, 본 발명이 여기에 반드시 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 제1 캔(121)에 양극(112)의 단부가 접속되고, 제2 캔(122)에 음극(111)의 단부가 접속될 수 있음은 물론이다. 이때, 제1 캔(121)은 음극(111)이 접속되어 음전위를 갖게 되고, 제2 캔(122)은 양극(112)이 접속되어 양전위를 갖을 수 있다. 여기서, 제1 캔(121)은 예를 들어 스틸(Steel)로 이루어지고, 제2 캔(122)은 예를 들어 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다.
도 1에서는 제1 캔(121) 및 제2 캔(122)이 전극 조립체(110)의 상,하부에만 위치되는 것으로 도시되어 있지만, 이는 이차전지(100)에서 캔(120)의 일례로서 예시적으로 도시한 것에 불과하고, 도 2에 도시된 바와 같이 이차전지(100')에서 캔(120')의 다른 예로서 제1 캔(121') 및 제2 캔(122')은 상호 마주보는 방향으로 개구된 통형으로 형성될 수도 있다. 이때, 캔(120')은 제1 캔(121') 및 제2 캔(122') 사이의 중첩 부분을 절연하는 절연체(123')를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 단면도이다.
또한, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 권취하기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 권취하기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 전극 조립체(110)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(113)과 분리막(114)이 결집되어 교대로 적층된 구조를 형성한다. 여기서, 전극 조립체(110)는 권취된 형태를 가질 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참고하면, 전극(113)은 양극(112) 및 음극(111)을 포함할 수 있다. 그리고, 분리막(114)은 양극(112) 및 음극(111)을 분리하여 전기적으로 절연시킨다. 여기서, 양극(112) 및 음극(111)은 시트(Sheet) 형태로 형성되어 분리막(114)과 함께 권취되고, 젤리 롤(Jelly roll) 형으로 형성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(110)는 예를 들어 원기둥 형태로 권취될 수 있다. 그리고, 양극(112), 분리막(114), 및 음극(111)은 전극 조립체(110)의 권취 중심축(C)에 대하여 수직인 전극 조립체(110)의 두께 방향으로 각각 다수의 겹(Layer)을 형성할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 음극(111)은 음극 집전체(111a) 및 음극 집전체(111a)에 도포된 음극 활물질(111b)을 포함할 수 있다.
또한, 음극(111)은 음극 집전체(111a)에 음극 활물질(111b)이 도포되지 않은 영역인 음극 무지부(111c)가 형성될 수 있다.
음극 무지부(111c)는 예를 들어 전극 조립체(110)의 권취 중심축(C) 방향을 기준으로, 분리막(114) 보다 더 돌출되도록 일측(C1) 방향 단부에 위치될 수 있다.
또한, 음극 무지부(111c)는 권취 방향을 따라 음극(111)의 일측 단부 전체에서 형성될 수 있다.
아울러, 음극 무지부(111c)는 전극 조립체(110)의 권취 중심축(C)에서 일측(C1) 방향으로 양극(112)의 단부 보다 더 연장되어 형성될 수 있다. 즉, 예를 들어 도 1에 도시된 사항을 참고로 할 때 음극 무지부(111c) 영역의 음극 집전체(111a) 단부가 양극(112) 보다 전극 조립체(110)의 상부 방향으로 더 돌출형성될 수 있다. 따라서, 상부에 위치되는 제1 캔(121)의 내측 상면과 직접 접촉되어 제1 캔(121)이 음극 단자를 형성할 수 있다. 이에 따라, 음극(111)의 단부가 제1 캔(121)에 직접 접촉되어 별도의 연결선을 통해 연결되는 것에 비하여 저항이 현저히 감소되고, 결국 위치별 열편차에 의한 특정부위의 열화 방지 및 전체 열을 낮추어 열화에 의한 전지(cell)성능 퇴화를 방지할 수 있다.
음극 집전체(111a)는 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다. 음극 활물질(111b)은 예를 들어 인조흑연, 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 이때, 음극 활물질(111b)은 예를 들어 비흑연계의 SiO(silica, 실리카) 또는 SiC(silicon carbide, 실리콘카바이드) 등이 더 포함되어 이루어질 수 있다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 양극(112)은 양극 집전체(112a) 및 양극 집전체(112a)에 도포된 양극 활물질(112b)을 포함할 수 있다.
또한, 양극(112)은 양극 집전체(112a)에 양극 활물질(112b)이 도포되지 않은 영역인 양극 무지무(112c)가 형성될 수 있다.
양극 무지무(112c)는 예를 들어 전극 조립체(110)의 권취 중심축(C) 방향을 기준으로, 분리막(114) 보다 더 돌출되도록 타측(C2) 방향 단부에 위치될 수 있다.
또한, 양극 무지부(112c)는 권취 방향을 따라 양극(112)의 타측 단부 전체에서 형성될 수 있다.
아울러, 양극 무지부(112c)는 전극 조립체(110)의 권취 중심축(C)에서 일측(C1) 방향으로 음극(111)의 단부 보다 더 연장되어 형성될 수 있다. 즉, 예를 들어 도 1에 도시된 사항을 참고로 할 때 양극 무지부(112c) 영역의 양극 집전체(112a) 단부가 음극(111) 보다 전극 조립체(110)의 하부 방향으로 더 돌출 형성될 수 있다. 따라서, 예를 들어 하부에 위치되는 제2 캔(122)의 내측 하면과 직접 접촉되어 제2 캔(122)이 양극 단자를 형성할 수 있다. 이에 따라, 양극(112)의 단부가 제2 캔(122)에 직접 접촉되어 별도의 연결선을 통해 연결되는 것에 비하여 저항이 현저히 감소되고, 결국 위치별 열편차에 의한 특정부위의 열화 방지 및 전체 열을 낮추어 열화에 의한 전지(cell)성능 퇴화를 방지할 수 있다.
이처럼 본원발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서, 전극 조립체(110)의 모든 전극(113)은 연속적으로 캔(120)과 직접 연결될 수 있어 전극(113)의 위치별 저항과 온도 편차를 줄일 수 있다.
양극 집전체(112a)는 예를 들어 알루미늄 재질의 포일(Foil)로 이루어질 수 있고, 양극 활물질은 예를 들어 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 분리막(114)은 절연 재질로 이루어져 양극(112) 및 음극(111)과 교대로 적층된다. 여기서, 분리막(114)은 양극(112) 및 음극(111) 사이와, 양극(112) 및 음극(111)의 외측면에 위치될 수 있다. 이때, 분리막(114)은 전극 조립체(110)의 권취 시 폭방향으로 최외각에도 위치될 수 있다.
또한, 분리막(114)은 연성이 있는 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 분리막(114)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
이하에서는 제2 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지(200)는 양극(212), 분리막(214), 음극(211)이 교대로 적층된 전극 조립체(210)와, 제1 캔(221) 및 제2 캔(222)을 포함하여 전극 조립체(210)를 수용하는 캔(220) 및 전극 조립체(210)의 권취 중심부에 위치되는 센터 핀(230)을 포함하고, 음극 무지부(211c)는 제1 캔(221)에 접촉하고, 양극 무지부(212c)는 제2 캔(222)의 내면에 접촉한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지(200)는 전술한 제1 실시예에 따른 이차전지와 비교할 때, 센터 핀(230)을 더 포함하는 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 제1 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 단면도이다.
또한, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 권취하기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 분해 사시도이며, 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 권취하기 전 펼쳐진 상태를 나타낸 평면도이다.
도 8 내지 도 11을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지(200)에서 센터 핀(230)은 전극 조립체(210)의 권취 중심부에 위치되어 전극 조립체(210)의 권취 시 기준축 또는 기준면을 제공할 수 있다. 여기서, 전극 조립체(210)는 센터 핀(230)을 감싸며 센터 핀(230)을 기준으로 권취될 수 있다. 이에 따라, 양극(212), 분리막(214), 및 음극(211)의 권취 시, 센터 핀(230)을 통해 양극(212), 분리막(214), 및 음극(211)의 사행정렬도를 잡아줄 수 있다(참고로, 사행은 권취 시 고르게 말리지 않고 경사지게 말리는 현상을 의미한다).
또한, 센터 핀(230)이 전극 조립체(210)의 중심부인 코어부에 구비되어, 충방전 사이클(Cycle) 진행에 따라 전극 조립체(210)의 코어부에 위치된 전극(113)의 깨짐 발생을 방지할 수 있다.
아울러, 양극(212), 분리막(214), 및 음극(211)은 센터 핀(230)의 외주면에 권취되어, 전극 조립체(210)의 권취 중심축(C)에 대하여 수직인 전극 조립체(210)의 두께 방향으로 각각 다수의 겹(Layer)을 형성할 수 있다.
그리고, 전극 조립체(210)는 센터 핀(230)에 테이프(Tape)(240)로 고정된 채로 권취될 수 있다(도 11 참조). 테이프 고정 방식을 이용할 경우 권취시의 사행정렬도는 더욱 좋아질 수 있다.
또한, 센터 핀(230)은 절연 재질을 포함하여 형성될 수 있다.
아울러, 센터 핀(230)은 중심축을 기준으로 중앙측이 비어있는 원통형 형태로 구비될 수 있다.
그리고, 센터 핀(230)은 두께가 예를 들어 0.1~1mm로 형성될 수 있다. 여기서, 센터 핀(230)은 두께가 구체적으로 예를 들어 0.2~0.5mm로 형성될 수 있다.
또한, 센터 핀(230)의 외경(d1)은 전극 조립체(210)의 외경(d2)에 대하여 5~30%로 형성될 수 있다. 이때, 센터 핀(230)의 외경(d1)은 구체적으로 예를 들어 전극 조립체(210)의 외경(d2)에 대하여 10~20%로 형성될 수 있다.
아울러, 센터 핀(230)의 길이는 전극 조립체(210)의 권취 중심축(C) 방향으로 음극 무지부(211c)의 일측 단부에서 양극 무지부(212c)의 타측 단부 까지의 길이 보다 짧게 형성될 수 있다. 여기서, 음극 무지부(211c)는 권취 중심축(C)을 기준으로 센터 핀(230) 보다 일측(C1) 방향으로 더 길게 연장형성되고, 양극 무지부(212c)가 권취 중심축(C)을 기준으로 센터 핀(230) 보다 타측(C2) 방향으로 더 길게 연장 형성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(210)의 권취 중심축(C) 방향으로 분리막(214)의 길이는, 센터 핀(230)의 길이와 동일하게 형성될 수 있다.
그리고, 센터 핀(230)의 일측부가 제1 캔(221)의 내면에 면접촉하고, 센터 핀(230)의 타측부가 제2 캔(222)의 내면에 면접촉할 수 있다.
상기와 같이 구성된, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지(200)는, 음극 무지부(211c)가 전극 조립체(210)의 권취 중심축(C) 방향을 기준으로 분리막(214) 보다 더 돌출되도록 일측 방향 단부에 위치되며, 양극 무지부(212c)가 분리막(214) 보다 더 돌출되도록 타측(C2) 방향 단부에 위치되고, 전극 조립체(210)의 권취 중심부에 위치되는 센터 핀(230)의 길이가 음극 무지부(211c)의 일측 단부에서 양극 무지부(212c)의 타측 단부 까지의 길이 보다 짧게 형성된다.
따라서, 음극 무지부(211c)가 제1 캔(221)에 접촉되고, 양극 무지부(212c)가 제2 캔(222)의 내면에 접촉하는 형태에서, 용접면적을 늘리기 위해 음극 집전체(111b) 및 양극 집전체(112a)를 압착할 경우 센터 핀(230)이 기준면을 제공하여 용접품질과 저항편차를 일정수준으로 확보할 수 있다. 즉, 제1 캔(221) 및 제2 캔(222)을 상호 마주보는 방향으로 가압 시, 센터 핀(230)이 위치된 곳 까지 가압하게 되면, 센터 핀(230) 보다 더 돌출되었던, 양극 무지부(212c) 및 음극 무지부(211c)의 돌출부위가 벤딩되어(도 7 참조), 제1 캔(221) 및 제2 캔(222)의 내면에 고루게 직접 접촉되게 할 수 있다. 이에 따라, 캔(220)의 내면에 양극(212) 및 음극(211)의 단부를 용접 시 용접 품질이 향상되고, 저항 편차를 일정 수준으로 확보할 수 있다.
이하에서는 제3 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 12 및 도 13을 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(300)는 양극(312), 분리막(314), 음극(311)이 교대로 적층된 전극 조립체(310)와, 제1 캔(321) 및 제2 캔(322)을 포함하여 전극 조립체(310)를 수용하는 캔(320) 및 전극 조립체(310)의 권취 중심부에 위치되는 센터 핀(330)을 포함하고, 음극 무지부(311c)는 제1 캔(321)에 접촉하고, 양극 무지부(312c)는 제2 캔(322)의 내면에 접촉한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(300)는 전술한 제1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 이차전지와 비교할 때, 센터 핀(330)과 전극 조립체(310)의 길이에 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 제1 실시예 및 제2 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 12 및 도 13을 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지(300)에서 센터 핀(330)은 전극 조립체(310)의 권취 중심부에 위치되어 전극 조립체(310)의 권취 시 기준축 또는 기준면을 제공할 수 있다. 여기서, 전극 조립체(310)는 센터 핀(330)을 감싸며 센터 핀(330)을 기준으로 권취될 수 있다. 이때, 양극(312), 분리막(314), 및 음극(311)은 센터 핀(330)의 외주면에 권취되어, 전극 조립체(310)의 권취 중심축(C)에 대하여 수직인 전극 조립체(310)의 두께 방향으로 각각 다수의 겹(Layer)을 형성할 수 있다.
아울러, 센터 핀(330)은 절연 재질을 포함하여 형성될 수 있다.
그리고, 센터 핀(330)은 중심축을 기준으로 중앙측이 비어있는 원통형 형태로 구비될 수 있다.
또한, 센터 핀(330)의 길이는 전극 조립체(310)의 권취 중심축(C) 방향으로 음극 무지부(311c)의 일측 단부에서 양극 무지부(312c)의 타측 단부 까지의 길이와 동일하게 형성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(310)의 권취 중심축(C) 방향으로 분리막(314)의 길이는, 센터 핀(330)의 길이 보다 짧게 형성될 수 있다.
아울러, 센터 핀(330)의 일측부가 제1 캔(321)의 내면에 면접촉하고, 센터 핀(330)의 타측부가 제2 캔(322)의 내면에 면접촉할 수 있다.
이하에서는 제4 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이고, 도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 14 및 도 15를 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지(400)는 양극(412), 분리막(414), 음극(411)이 교대로 적층된 전극 조립체(410)와, 제1 캔(421) 및 제2 캔(422)을 포함하여 전극 조립체(410)를 수용하는 캔(420) 및 전극 조립체(410)의 권취 중심부에 위치되는 센터 핀(430)을 포함하고, 음극 무지부(411c)는 제1 캔(421)에 접촉하고, 양극 무지부(412c)는 제2 캔(422)의 내면에 접촉한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지(400)는 전술한 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 이차전지와 비교할 때, 센터 핀(430)과 전극 조립체(410)의 길이에 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 전술한 실시예들과 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지(400)에서 센터 핀(430)은 전극 조립체(410)의 권취 중심부에 위치되어 전극 조립체(410)의 권취 시 기준축 또는 기준면을 제공할 수 있다. 여기서, 전극 조립체(410)는 센터 핀(430)을 감싸며 센터 핀(430)을 기준으로 권취될 수 있다. 이때, 양극(412), 분리막(414), 및 음극(411)은 센터 핀(430)의 외주면에 권취되어, 전극 조립체(410)의 권취 중심축(C)에 대하여 수직인 전극 조립체(410)의 두께 방향으로 각각 다수의 겹(Layer)을 형성할 수 있다.
아울러, 센터 핀(430)은 절연 재질을 포함하여 형성될 수 있다.
그리고, 센터 핀(430)은 중심축을 기준으로 중앙측이 비어있는 원통형 형태로 구비될 수 있다.
또한, 센터 핀(430)의 길이는 전극 조립체(410)의 권취 중심축(C) 방향으로 음극 무지부(411c)의 일측 단부에서 양극 무지부(412c)의 타측 단부 까지의 길이 보다 짧게 형성될 수 있다. 여기서, 음극 무지부(411c)는 권취 중심축(C)을 기준으로 센터 핀(430) 보다 일측(C1) 방향으로 더 길게 연장형성되고, 양극 무지부(412c)가 권취 중심축(C)을 기준으로 센터 핀(430) 보다 타측(C2) 방향으로 더 길게 연장 형성될 수 있다.
이때, 전극 조립체(410)의 권취 중심축(C) 방향으로 분리막(414)의 길이는, 센터 핀(430)의 길이 보다 길게 형성되고, 음극 무지부(411c)의 일측 단부에서 양극 무지부(412c)의 타측 단부 까지의 길이 보다는 짧게 형성될 수 있다.
한편, 센터 핀(430)의 일측부가 제1 캔(421)의 내면과 이격되도록 위치되고, 센터 핀(430)의 타측부가 제2 캔(422)의 내면과 이격되도록 위치될 수 있다.
상기와 같이 구성된, 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지(400)에서 센터 핀(430)의 길이는 전극 조립체(410)의 권취 중심축(C) 방향으로 음극 무지부(411c)의 일측 단부에서 양극 무지부(412c)의 타측 단부 까지의 길이 및 분리막 보다 짧게 형성되고, 센터 핀(430)의 양측부가 제1 캔(421) 및 제2 캔(422)과 더 많이 이격되도록 위치되어, 전해액 포집공간과 가스 포집 공간이 증가될 수 있다.
이하에서는 제5 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이고, 도 17은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차전지에서 전극 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 16 및 도 17을 참고하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 이차전지(500)는 양극(512), 분리막(514), 음극(511)이 교대로 적층된 전극 조립체(510)와, 제1 캔(521) 및 제2 캔(522)을 포함하여 전극 조립체(510)를 수용하는 캔(520) 및 전극 조립체(510)의 권취 중심부에 위치되는 센터 핀(530)을 포함하고, 음극 무지부(511c)는 제1 캔(521)에 접촉하고, 양극 무지부(512c)는 제2 캔(522)의 내면에 접촉한다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 이차전지(500)는 전술한 제1 실시예 내지 제4 실시예에 따른 이차전지와 비교할 때, 센터 핀(530)과 전극 조립체(510)의 길이에 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 전술한 실시예들과 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 이차전지(500)에서 센터 핀(530)은 전극 조립체(510)의 권취 중심부에 위치되어 전극 조립체(510)의 권취 시, 기준축 또는 기준면을 제공할 수 있다. 여기서, 전극 조립체(510)는 센터 핀(530)을 감싸며 센터 핀(530)을 기준으로 권취될 수 있다. 이때, 양극(512), 분리막(514), 및 음극(511)은 센터 핀(530)의 외주면에 권취되어, 전극 조립체(510)의 권취 중심축(C)에 대하여 수직인 전극 조립체(510)의 두께 방향으로 각각 다수의 겹(Layer)을 형성할 수 있다.
또한, 센터 핀(530)은 절연 재질을 포함하여 형성될 수 있다.
아울러, 센터 핀(530)은 중심축을 기준으로 중앙측이 비어있는 원통형 형태로 구비될 수 있다.
그리고, 센터 핀(530)의 길이는 전극 조립체(510)의 권취 중심축(C) 방향으로 음극 무지부(511c)의 일측 단부에서 양극 무지부(512c)의 타측 단부 까지의 길이 보다 길게 형성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(510)의 권취 중심축(C) 방향으로 분리막(514)의 길이는, 음극 무지부(511c)의 일측 단부에서 양극 무지부(512c)의 타측 단부 까지의 길이 보다 짧게 형성될 수 있다.
그리고, 센터 핀(530)의 일측부가 제1 캔(521)의 내면에 면접촉하고, 센터 핀(530)의 타측부가 제2 캔(522)의 내면에 면접촉할 수 있다.
이하에서는 제6 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 18은 본 발명의 제6 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 18을 참고하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 이차전지(600)는 양극(612), 분리막(614), 음극(611)이 교대로 적층된 전극 조립체(610)와, 제1 캔(621) 및 제2 캔(622)을 포함하여 전극 조립체(610)를 수용하는 캔(620) 및 전극 조립체(610)의 권취 중심부에 위치되는 센터 핀(630)을 포함하고, 음극 무지부(611c)는 제1 캔(621)에 접촉하고, 양극 무지부(612c)는 제2 캔(622)의 내면에 접촉한다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 이차전지(600)는 전술한 제1 실시예 내지 제5 실시예에 따른 이차전지와 비교할 때, 센터 핀(630)이 단자 기능을 하는데 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 전술한 실시예들과 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 이차전지(600)는 센터 핀(630)은 전극 조립체(610)의 권취 중심부에 위치되어 전극 조립체(610)의 권취 시 기준축 또는 기준면을 제공할 수 있다. 여기서, 전극 조립체(610)는 센터 핀(630)을 감싸며 센터 핀(630)을 기준으로 권취될 수 있다. 이때, 양극(612), 분리막(614), 및 음극(611)은 센터 핀(630)의 외주면에 권취되어, 전극 조립체(610)의 권취 중심축(C)에 대하여 수직인 전극 조립체(610)의 두께 방향으로 각각 다수의 겹(Layer)을 형성할 수 있다.
또한, 센터 핀(630)은 절연 재질을 포함하여 형성될 수 있다.
아울러, 센터 핀(630)은 원기둥 형태 또는 중심축을 기준으로 중앙측이 비어있는 원통형 형태로 구비될 수 있다.
그리고, 센터 핀(630)의 길이는 전극 조립체(610)의 권취 중심축(C) 방향으로 음극 무지부(611c)의 일측 단부에서 양극 무지부(612c)의 타측 단부 까지의 길이 보다 길게 형성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(610)의 권취 중심축(C) 방향으로 분리막(614)의 길이는, 음극 무지부(611c)의 일측 단부에서 양극 무지부(612c)의 타측 단부 까지의 길이 보다 짧게 형성될 수 있다.
한편, 센터 핀(630)은 제1 캔(621) 및 제2 캔(622)의 외측으로 돌출될 수 있다. 이때, 제1 캔(621) 및 제2 캔(622)은 중앙측이 센터 핀(630)에 고정될 수 있다.
여기서, 센터 핀(630)은 절연 재질 포함하여 형성되고, 전극 조립체(610)의 권취 중심축(C) 방향으로 센터 핀(630)의 일측부 및 타측부에 전도성 물질(633,634)이 코팅될 수 있다.
이때, 제1 캔(621)과 센터 핀(630)의 일측부가 전기적으로 접속되어 센터 핀(630)의 일측부가 음극 단자(631)를 형성하고, 제2 캔(622)과 센터 핀(630)의 타측부가 전기적으로 접속되어 센터 핀(630)의 타측부가 양극 단자(632)를 형성할 수 있다.
상기와 같이 구성된, 본 발명의 제6 실시예에 따른 이차전지(600)에서 센터 핀(630)은 제1 캔(621) 및 제2 캔(622)의 외측으로 돌출되고, 센터 핀(630)의 일측부가 음극 단자(631)를 형성하며, 타측부가 양극 단자(632)를 형성함에 따라, 전지 팩으로 제조 시 센터 핀(630)을 외부 터미널(Terminal) 단자로 활용할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (17)

  1. 양극, 분리막, 음극이 교대로 적층된 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 수용하는 캔을 포함하고,
    상기 음극은 음극 활물질이 코팅되지 않는 음극 무지부가, 상기 전극 조립체의 권취 중심축방향을 기준으로, 상기 분리막 보다 더 돌출되도록 일측 방향 단부에 위치되며,
    상기 양극은 양극 활물질이 코팅되지 않는 양극 무지부가, 상기 전극 조립체의 권취 중심축방향을 기준으로, 상기 분리막 보다 더 돌출되도록 타측 방향 단부에 위치되고,
    상기 캔은 제1 캔 및 제2 캔을 포함하고,
    상기 음극 무지부는 상기 제1 캔의 내면에 직접 접촉하고, 상기 양극 무지부는 상기 제2 캔의 내면에 직접 접촉하는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 음극 무지부는 권취 방향을 따라 상기 음극의 일측 단부 전체에서 형성되어 있고,
    상기 양극 무지부는 권취 방향을 따라 상기 양극의 타측 단부 전체에서 형성되어 있는 이차전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 조립체의 권취 중심부에 위치되는 센터 핀을 더 포함하고,
    상기 전극 조립체는 상기 센터 핀을 감싸며 권취된 이차전지.
  4. 청구항 3에 있어서
    상기 전극 조립체는 상기 센터 핀에 테이프로 고정된 채로 권취되어 있는 이차전지.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 양극, 상기 분리막, 상기 음극은 상기 센터 핀의 외주면에 권취되어, 상기 전극 조립체의 권취 중심축에 대하여 수직인 상기 전극 조립체의 두께 방향으로 각각 다수의 겹(Layer)을 형성하는 이차전지.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 센터 핀은 절연 재질을 포함하는 이차전지.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 센터 핀은 원통형 형태로 구비되는 이차전지.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 전극 조립체의 권취 중심축 방향으로 상기 센터 핀의 길이는,
    상기 음극 무지부의 일측 단부에서 상기 양극 무지부의 타측 단부의 길이 보다 짧게 형성되는 이차전지.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 전극 조립체의 권취 중심축 방향으로 상기 분리막의 길이는,
    상기 센터 핀의 길이와 동일하게 형성되는 이차전지.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 전극 조립체의 권취 중심축 방향으로 상기 분리막의 길이는,
    상기 센터 핀의 길이 보다 길고, 상기 음극 무지부의 일측 단부에서 상기 양극 무지부의 타측 단부의 길이 보다 짧게 형성되는 이차전지.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 센터 핀의 일측부가 상기 제1 캔의 내면과 이격되도록 위치되고,
    상기 센터 핀의 타측부가 상기 제2 캔의 내면과 이격되도록 위치되는 이차전지.
  12. 청구항 3에 있어서,
    상기 전극 조립체의 권취 중심축 방향으로 상기 센터 핀의 길이는,
    상기 음극 무지부의 일측 단부에서 상기 양극 무지부의 타측 단부의 길이와 동일하게 형성되는 이차전지.
  13. 청구항 9 및 청구항 12에 있어서,
    상기 센터 핀의 일측부가 상기 제1 캔의 내면에 면접촉하고, 상기 센터 핀의 타측부가 상기 제2 캔의 내면에 면접촉하는 이차전지.
  14. 청구항 3에 있어서,
    상기 전극 조립체의 권취 중심축 방향으로 상기 센터 핀의 길이는,
    상기 음극 무지부의 일측 단부에서 상기 양극 무지부의 타측 단부의 길이 보다 길게 형성되는 이차전지.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 센터 핀은 상기 제1 캔 및 상기 제2 캔의 외측으로 돌출되는 이차전지.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 센터 핀은 절연 재질 포함하여 형성되고,
    상기 전극 조립체의 권취 중심축 방향으로 상기 센터 핀의 일측부 및 타측부에 전도성 물질이 코팅되며,
    상기 제1 캔과 상기 센터 핀의 일측부가 전기적으로 접속되어 상기 센터 핀의 일측부가 양극 단자를 형성하고,
    상기 제2 캔과 상기 센터 핀의 타측부가 전기적으로 접속되어 상기 센터 핀의 타측부가 음극 단자를 형성하는 이차전지.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 캔 및 상기 제2 캔은 중앙측이 상기 센터 핀에 고정되는 이차전지.
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