KR100277651B1 - Heat Dissipation Device of Cylindrical Battery - Google Patents

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Abstract

목적 : 나선형으로 권취된 전극 롤을 갖는 원통형 전지에 관한 것으로, 특히 전지 내부에서 발생된 열이 외부로 빠르게 방열되도록 하여, 고용량의 전지를 실현함과 동시에 안전성을 확보할 수 있도록 하는 원통형 전지의 열 발산장치를 제공하고자 한다.PURPOSE: The present invention relates to a cylindrical battery having a spirally wound electrode roll. In particular, the heat generated inside the battery rapidly dissipates heat to the outside, thereby achieving a high capacity battery and ensuring safety. To provide an emanation device.

구성 : 세퍼레이터(4)를 개재하여 안쪽과 바깥쪽에서 권취된 2개의 전극(20)(60) 중에서, 바깥쪽으로 배치된 정극(60)의 활물질이 도포되지 않은 서브스트레이트(62)가 전극 롤(80)의 최외곽부를 둘러싸면서 캔(10)과 접촉되게 구성하므로, 내부에서 발생된 열이 빠르게 외부로 전도 및 방열될 수 있도록 한다.Composition: Of the two electrodes 20, 60 wound from the inside and the outside via the separator 4, the substrate 62 on which the active material of the positive electrode 60 disposed outward is not coated is the electrode roll 80. Surrounding the outermost part of the) is configured to be in contact with the can 10, so that the heat generated inside can be quickly conducted and radiated to the outside.

효과 : 전지의 내부에서 발생된 열이 열 전도율이 큰 서브스트레이트를 통해 빠르게 전도 및 방열되므로, 전극 롤의 권취를 단단하게 감아 많은 양의 전극을 수납하여 고용량의 전지를 실현하면서도, 전지의 안전성을 확보할 수 있다.Effect: Since the heat generated inside the battery is quickly conducted and radiated through the substrate having high thermal conductivity, the winding of the electrode roll is tightly wound to store a large amount of electrodes to realize a high capacity battery, while maintaining the battery safety. It can be secured.

Description

원통형 전지의 열 발산장치Heat Dissipation Device of Cylindrical Battery

본 발명은 정극, 세퍼레이터 및 부극이 함께 권취된 나선형(spirally-wound) 전극 롤을 갖는 원통형 전지에 관한 것으로서, 특히 전지의 내부에서 발생된 열을 효과적으로 방열하므로, 고용량화에 따른 안전성을 확보하는데 적합하게 이용될 수 있도록 한 원통형 전지의 열 발산장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cylindrical battery having a spirally-wound electrode roll in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are wound together. Particularly, the present invention relates to heat dissipation of heat generated inside the battery. A heat dissipating device for a cylindrical battery that can be used.

원통형 전지는 1차, 2차 전지의 가장 일반적인 구조로 잘 알려져 있으며, 그 전지의 종류로는 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li) 및 리튬이온(Li-ion)전지가 있다.Cylindrical batteries are well known as the most common structure of primary and secondary batteries, and the types of batteries include nickel-hydrogen (Ni-MH) batteries and lithium (Li) and lithium-ion (Li-ion) batteries.

도 3은 리튬전지로 사용되고 있는 원통형 전지를 나타내고 있다. 도면에서와 같이 원통형 리튬전지는 정극(2)과 세퍼레이터(4) 및 부극(6)이 함께 권취된 전극 롤(8)이 상기 부극(6)과 접속된 캔(10)의 내부에 수납되고, 그 캔(10)의 상부에 상기 정극(2)과 접속된 캡 어셈블리(12)가 설치되어서, 상기 캔(10)에 전해액이 주입된 후 밀봉되는 구조로 이루어진다. 전극 롤(8)은 그 상면과 하면에 절연판(14)을 개재하여 캡 어셈블리(12) 및 캔(10)과의 단락이 방지된다.3 shows a cylindrical battery used as a lithium battery. As shown in the drawing, the cylindrical lithium battery includes an electrode roll 8 in which the positive electrode 2, the separator 4, and the negative electrode 6 are wound together, and is housed in the can 10 connected to the negative electrode 6, The cap assembly 12 connected to the positive electrode 2 is provided on the can 10, and the electrolyte is injected into the can 10 and then sealed. The electrode roll 8 is prevented from shorting with the cap assembly 12 and the can 10 via the insulating plate 14 on the upper and lower surfaces thereof.

여기서 정극 및 부극과 같은 전극(電極)은 전지의 종류에 따라 다소 차이가 있지만, 도 4에 도시된 바와 같이 서브스트레이트(16)의 양면에 활물질(18)을 포함하는 슬러리를 도포하고, 이것을 건조 및 롤 프레스한 다음 소정의 크기로 절단하는 공정에 의해 제조되는 것이며, 이렇게 제조된 전극(2)(6)은 그 사이에 세퍼레이터(4)를 개재하여 롤 상으로 권취된 후 캔(10)의 내부로 삽입, 설치되어 진다.Here, the electrodes such as the positive electrode and the negative electrode are somewhat different depending on the type of the battery, but as shown in FIG. 4, a slurry including the active material 18 is coated on both surfaces of the substrate 16 and dried. And a roll press, and then cut into a predetermined size. The electrodes 2 and 6 thus prepared are wound onto a roll through a separator 4 therebetween, and It is inserted and installed inside.

이와 같이 구성된 원통형 전지는 고전류에서의 충, 방전이 가능토록 하기 위해, 얇고 긴 전극을 좀 더 단단하게 권취하여 많은 양의 전극 즉, 활물질이 수납되게 하므로 고용량의 전지를 달성하고자 하는 노력들이 진행되고 있다.In order to enable the charging and discharging at a high current, the cylindrical battery configured as described above is wound up with a thinner and longer electrode more firmly, so that a large amount of electrodes, that is, active materials are stored. have.

그러나 전극을 단단하게 권취할 경우 고전류에서의 충, 방전시 문제가 되는 열 발산 특성이 저하되고, 결과적으로 내부 발열로 인해 안전성이 떨어지는 문제점이 생기게 된다.However, if the electrode is tightly wound, the heat dissipation characteristic, which is a problem in charging and discharging at high current, is degraded, and as a result, there is a problem in that safety is deteriorated due to internal heat generation.

또한 전지는 열 발산이 나빠지게 되면, 전지의 남용에 의한 내부 쇼트 등의 이상 작동시 열폭주(thermal-runaway)의 우려가 있으며, 셔트 다운(shut-down) 세퍼레이터 등을 이용한 안전 설계에 악영향을 끼치게 되는 문제점이 있다.In addition, when the heat dissipation worsens, there is a risk of thermal runaway during abnormal operation such as an internal short due to battery abuse, and adversely affect the safety design using a shut-down separator. There is a problem.

종래 기술에서 설명된 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 본 발명은 전지의 내부에서 발생된 열이 전도율이 큰 재료를 이용하여 외부로 빠르게 방열되도록 함으로써, 고용량의 전지를 실현함과 동시에 안전성을 확보할 수 있도록 한 원통형 전지의 열 발산장치를 제공함에 그 목적을 두고 있다.In order to solve the problems described in the prior art, the present invention allows the heat generated inside the battery to be quickly radiated to the outside by using a material having a high conductivity, thereby realizing a high capacity battery and ensuring safety. The object is to provide a heat dissipation device for a cylindrical battery.

이에 따라 본 발명은 세퍼레이터를 개재하여 안쪽과 바깥쪽에서 권취된 2개의 전극 중에서, 바깥쪽으로 배치된 전극의 활물질이 도포되지 않은 서브스트레이트가 전극 롤의 최외곽부를 둘러싸면서 캔과 접촉되게 하여, 내부에서 발생된 열이 빠르게 외부로 전도 및 방열되도록 한 원통형 전지의 열 발산장치를 제안한다.Accordingly, the present invention allows the substrate, which is not coated with the active material of the electrode disposed outward, to contact the can while surrounding the outermost part of the electrode roll, out of two electrodes wound from the inside and the outside through the separator. We propose a heat dissipation device for a cylindrical battery in which heat generated is quickly conducted and radiated to the outside.

여기서 본 발명의 목적물인 열 발산장치는 세퍼레이터를 개재한 2개의 전극이 함께 권취된 전극 롤의 외주에 열 전도율이 큰 박막의 히트 디시페이터(heat dissipator)를 설치하여, 캔과 접촉되도록 구성할 수도 있다.The heat dissipating device, which is an object of the present invention, may be configured to contact a can by installing a heat dissipator having a high thermal conductivity on the outer circumference of an electrode roll in which two electrodes through a separator are wound together. have.

이와 같은 수단에 의거하여, 본 발명은 전극 롤과 캔의 사이에서 열의 전도 및 방출이 빠르게 달성되므로 방열 특성이 향상되고, 그에 따라 전극 롤의 권취를 단단하게 감아 많은 양의 전극을 수납할 수 있게 되므로 고용량의 전지를 실현할 수 있는 것이며, 아울러 전지의 안전성을 확보할 수 있다.Based on such means, the present invention improves heat dissipation characteristics because heat conduction and dissipation between the electrode roll and the can is rapidly achieved, and thus the winding of the electrode roll can be tightly wound to accommodate a large amount of electrodes. Therefore, a battery of high capacity can be realized, and the safety of the battery can be ensured.

도 1은 본 발명에 의한 원통형 전지를 보인 평단면도.1 is a cross-sectional view showing a cylindrical battery according to the present invention.

도 2는 본 발명의 다른 예를 보인 평단면도.Figure 2 is a plan sectional view showing another example of the present invention.

도 3은 종래 공지된 원통형 전지의 전체 구성을 보인 종단면도.Figure 3 is a longitudinal sectional view showing the overall configuration of a conventionally known cylindrical battery.

도 4는 종래 공지된 원통형 전지를 보인 평단면도.Figure 4 is a plan sectional view showing a conventionally known cylindrical battery.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

4-세퍼레이터 10-캔4-separator 10-can

20-정극 22-서브스트레이트20-positive 22-substrate

30-히트 디시페이터 60-부극30-heat dissipator 60-negative

62-서브스트레이트 80-전극 롤62-Substrat 80-Electrode Roll

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

참고로 본 발명을 설명함에 있어, 종래 기술에서 인용된 도면에서 참조된 부분과 동일한 구성에 대하여는 설명의 중복을 피하기 위해 동일 부호를 부여하기로 한다.For reference, in describing the present invention, the same reference numerals will be given to the same components as those referred to in the drawings cited in the related art in order to avoid duplication of description.

도 1은 본 발명에 관련된 원통형 전지를 도시한 것으로, 원통형 전지의 일 예로서 리튬전지에 사용되는 정극(20) 및 부극(60)에 관하여 자세하게 보여주고 있다.1 illustrates a cylindrical battery according to the present invention, and shows an example of a positive electrode 20 and a negative electrode 60 used in a lithium battery as an example of a cylindrical battery.

도면에서와 같이 정극(20)과 부극(60)은 서브스트레이트(22)(62)의 양쪽 면에 리튬 금속산화물, 및 탄소 혹은 탄소복합체로 된 활물질(24)(64)을 각각 형성한 구성으로 이루어진다.As shown in the figure, the positive electrode 20 and the negative electrode 60 are formed by forming active materials 24 and 64 made of lithium metal oxide and carbon or carbon composite material on both surfaces of the substrates 22 and 62, respectively. Is done.

이렇게 형성된 정극(20)과 부극(60)은 2전극의 사이에 세퍼레이터(4)를 개재하여 롤 상으로 권취되는 것이며, 안쪽에는 정극(20)이 바깥쪽에는 부극(60)이 배치된 상태로 권취되어 전극 롤(80)을 형성한 다음, 캔(10)의 내부로 수납, 설치되어 진다.The positive electrode 20 and the negative electrode 60 formed as described above are wound on a roll via a separator 4 between two electrodes, and the positive electrode 20 is disposed inside the negative electrode 60 and the negative electrode 60 is disposed outside. It is wound up to form an electrode roll 80, and then stored and installed in the can 10.

여기서 본 발명의 목적물인 열 발산장치는 전극 롤(80)과 캔(10)의 사이에 열 전도율이 큰 재질을 설치하여 열의 전도 및 방열이 빠르게 달성되도록 한 것이며, 이를 위해 본 발명에서는 세퍼레이터(4)의 바깥쪽으로 배치된 부극(60)의 활물질이 도포되지 않은 최외곽부의 서브스트레이트(62)가 전극 롤(80)의 외부를 둘러싸면서 캔(10)과 직접 접촉되도록 한 구성으로 되어 있다.Here, the heat dissipation device that is the object of the present invention is to install a material having a large thermal conductivity between the electrode roll 80 and the can 10 so that heat conduction and heat dissipation can be quickly achieved, the separator (4) The substrate 62 of the outermost part to which the active material of the negative electrode 60 arranged outside of) is not coated, and the substrate 62 is in direct contact with the can 10 while surrounding the outside of the electrode roll 80.

또 본 발명에서는 전극 롤(80)의 중심부 공간을 통해 열의 전도 및 방열이 이루어지도록 하기 위해, 세퍼레이터(4)이 안쪽으로 배치된 정극(20)의 활물질이 도포되지 않은 내측 단부의 서브스트레이트(22)가 내주를 둘러싸도록 한 구성으로 되어 있다.In addition, in the present invention, in order to conduct heat and radiate heat through the central space of the electrode roll 80, the substrate 22 of the inner end portion of the positive electrode 20 in which the separator 4 is disposed is not coated. ) Is configured to surround the inner circumference.

여기서 부극(60)의 서브스트레이트(62)는 열 전도율이 큰 Cu로 되어 있고, 정극(20)의 서브스트레이트(22)는 열 전도율이 큰 Al로 되어 있으므로, 캔(10)과 직접 접촉을 통하여 또한 내부의 공간을 통하여 열의 전도 및 방열을 빠르게 달성할 수 있는 것이다.Here, the substrate 62 of the negative electrode 60 is made of Cu having high thermal conductivity, and the substrate 22 of the positive electrode 20 is made of Al having high thermal conductivity. Therefore, the substrate 62 of the negative electrode 60 is directly contacted with the can 10. In addition, it is possible to quickly achieve heat conduction and heat dissipation through the internal space.

한편, 본 발명은 도 2를 통하여 열 발산장치의 다른 예를 보여주고 있다. 도면에서와 같이 본 발명은 전극 롤(80)과 캔(10)의 사이에 열 전도율이 큰 재질로서 박막의 히트 디시페이터(30)를 설치하여 열의 전도 및 방열이 빠르게 달성되도록 하고 있다.On the other hand, the present invention shows another example of the heat dissipation device through FIG. As shown in the figure, the present invention provides a heat dissipator 30 of a thin film as a material having a high thermal conductivity between the electrode roll 80 and the can 10 so that heat conduction and heat dissipation can be quickly achieved.

박막의 히트 디시페이터(30)는 본 발명의 효과를 더욱 높이기 위해 열 전도율이 큰 재질인 Ni로 형성함이 바람직하며, 도 1에 보여진 바와 같이 전극 롤(80)의 최외곽부를 둘러싸는 부극(60)의 세퍼레이터(62) 구조와 함께 병용할 경우 그 효과가 배가될 수 있다.In order to further enhance the effect of the present invention, the heat dissipator 30 of the thin film is preferably formed of Ni, which is a material having high thermal conductivity, and as illustrated in FIG. 1, the negative electrode surrounding the outermost part of the electrode roll 80 ( When used together with the separator 62 structure of 60, the effect can be doubled.

이상에서 설명된 구성에 의거하여 본 발명의 원통형 전지는 캔(10)의 한정된 공간 내부에 전극 롤(80)을 수납함에 있어, 열의 전도 및 방열 효과가 증대되는 만큼 전극 롤(80)을 좀더 단단하게 감아 많은 양의 전극 즉, 활물질이 수납되게 함으로써 고용량의 전지를 달성할 수 있다.Based on the above-described configuration, the cylindrical battery of the present invention has more rigidity in the electrode roll 80 as the electrode roll 80 is accommodated in the limited space of the can 10 as heat conduction and heat dissipation effects are increased. It is possible to achieve a high capacity battery by winding a large amount of electrodes, that is, an active material.

아울러 상기와 같이 구성된 원통형 전지는 전극 롤(80)이 캔(10)의 개구에 가스켓을 개재하여 캡 어셈블리를 설치하고, 전해액을 주입한 후 크림핑함에 의해 밀봉되어 진다.In addition, in the cylindrical battery configured as described above, the electrode roll 80 is sealed by crimping after installing the cap assembly through the gasket in the opening of the can 10, injecting the electrolyte solution.

이상에서 설명된 구성 및 작용을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 원통형 전지의 열 발산장치는 종래 기술의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.As can be seen through the configuration and operation described above, the heat dissipation device of the cylindrical battery according to the present invention substantially solves the problems of the prior art.

즉, 본 발명은 전지의 내부에서 발생된 열이 열 전도율이 큰 서브스트레이트 및 박막의 히트 디시페이터를 통해 빠르게 전도 및 방열되게 함으로써, 전극 롤의 권취를 단단하게 감더라도 안전성을 확보할 수 있는 것이다.That is, according to the present invention, the heat generated inside the battery is quickly conducted and radiated through the substrate having a high thermal conductivity and the heat dissipator of the thin film, thereby ensuring safety even when the electrode roll is wound tightly. .

따라서 본 발명에 의하면 전체 전극의 활물질 양이 증대될 수 있으며 그에 따라 고용량의 전지를 실현할 수 있고, 궁극적으로는 전지의 신뢰성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.Therefore, according to the present invention, the amount of the active material of the entire electrode can be increased, thereby realizing a high capacity battery, and ultimately, the effect of improving the reliability of the battery can be obtained.

Claims (9)

정극과 부극으로 구분된 전극과 그 사이에 개재된 세퍼레이터가 함께 권취되어 캔의 내부에 설치되고, 그 캔의 개구에 캡 어셈블리가 폐색된 구성으로 이루어지는 원통형 전지에 있어서,In a cylindrical battery having a configuration in which an electrode divided into a positive electrode and a negative electrode and a separator interposed therebetween are wound together and installed inside the can, and a cap assembly is closed at an opening of the can. 세퍼레이터를 개재하여 안쪽과 바깥쪽에서 권취된 2개의 전극 중에서 바깥쪽으로 배치된 전극은 활물질이 도포되지 않은 서브스트레이트가 최외곽부를 둘러싸면서 캔과 접촉하게 구성된 것임을 특징으로 하는 원통형 전지의 열 발산장치.A heat dissipation device for a cylindrical battery, wherein an electrode disposed outward from two electrodes wound from the inside and the outside via a separator is configured such that a substrate to which the active material is not coated is in contact with the can while surrounding the outermost part. 제 1 항에 있어서, 안쪽으로 권취된 전극의 내측 단부는 활물질이 도포되지 않은 서브스트레이트가 내부 둘레를 한번 더 둘러싸게 형성한 것임을 특징으로 하는 원통형 전지의 열 발산장치.The heat dissipation device of a cylindrical battery according to claim 1, wherein the inner end of the electrode wound inward is formed so that the substrate to which the active material is not coated is once again surrounded by the inner circumference. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 바깥쪽으로 권취된 전극은 부극, 안쪽으로 권취된 전극은 정극인 것을 특징으로 하는 원통형 전지의 열 발산장치.The heat dissipation device of a cylindrical battery according to claim 1 or 2, wherein an electrode wound outward is a negative electrode and an electrode wound inward is a positive electrode. 제 3 항에 있어서, 부극의 서브스트레이트는 Cu로 된 것임을 특징으로 하는 원통형 전지의 열 발산장치.4. The heat dissipation device of a cylindrical battery according to claim 3, wherein the substrate of the negative electrode is made of Cu. 제 3 항에 있어서, 정극의 서브스트레이트는 Al로 된 것임을 특징으로 하는 원통형 전지의 열 발산장치.4. The heat dissipation device of a cylindrical battery according to claim 3, wherein the substrate of the positive electrode is made of Al. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 세퍼레이터를 개재하여 안쪽과 바깥쪽에서 함께 권취된 전극 롤과 캔의 사이에는 박막의 히트 디시페이터가 설치된 것임을 특징으로 하는 원통형 전지의 열 발산장치.The heat dissipation device of a cylindrical battery according to claim 1 or 2, wherein a thin heat dissipator is provided between the electrode roll and the can wound together from the inside and the outside through the separator. 제 6 항에 있어서, 박막의 히트 디시페이터는 Ni로 된 것임을 특징으로 하는 원통형 전지의 열 발산장치.7. The heat dissipation device of a cylindrical battery according to claim 6, wherein the heat dissipator of the thin film is made of Ni. 정극, 세퍼레이터 및 부극이 함께 권취되어 캔의 내부에 설치되고, 그 캔의 개구에 캡 어셈블리가 폐색된 구성으로 이루어지는 원통형 전지에 있어서,In a cylindrical battery having a configuration in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are wound together and installed inside a can, and a cap assembly is closed at an opening of the can, 정극, 세퍼레이터 및 부극이 함께 권취된 전극 롤과 캔의 사이에 박막의 히트 디시페이터가 설치된 것임을 특징으로 하는 원통형 전지의 열 발산장치.A heat dissipation device for a cylindrical battery, wherein a thin heat dissipator is provided between an electrode roll and a can in which the positive electrode, the separator, and the negative electrode are wound together. 제 8 항에 있어서, 박막의 히트 디시페이터는 Ni로 된 것임을 특징으로 하는 원통형 전지의 열 발산장치.The heat dissipation device of a cylindrical battery according to claim 8, wherein the heat dissipator of the thin film is made of Ni.
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