KR100529098B1 - Secondary battery - Google Patents

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KR100529098B1
KR100529098B1 KR10-2003-0053459A KR20030053459A KR100529098B1 KR 100529098 B1 KR100529098 B1 KR 100529098B1 KR 20030053459 A KR20030053459 A KR 20030053459A KR 100529098 B1 KR100529098 B1 KR 100529098B1
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Abstract

충·방전시 발생하는 전극 조립체의 부피 팽창으로 인해 발생되는 스웰링 현상을 방지할 수 있도록 한 이차 전지에 관한 것으로, 본 발명의 이차 전지는, 정극과 부극 및 세퍼레이터를 함께 권취하여 형성한 전극 조립체와; 서로 마주보는 한쌍의 장변 및 이들 장변을 연결하는 단변으로 이루어지며, 상기 전극 조립체를 전해액과 함께 내부에 수용하는 각형 캔;을 포함하며, 상기 캔 및 전극 조립체를 평면쪽에서 바라볼 때, 캔의 장변은 전극 조립체의 팽창을 억제할 수 있도록 길이 방향 중간 부분이 단부 부분보다 두껍게 형성되거나, 전극 조립체의 팽창을 수용할 수 있도록 길이 방향 중간 부분이 단부 부분보다 얇게 형성된다.The present invention relates to a secondary battery capable of preventing swelling caused by volume expansion of an electrode assembly generated during charging and discharging. The secondary battery of the present invention is formed by winding a positive electrode, a negative electrode, and a separator together. Wow; A pair of long sides facing each other and a short side connecting the long sides, the cans accommodating the electrode assembly together with the electrolyte therein; The middle longitudinal portion is formed thicker than the end portion so as to suppress the expansion of the electrode assembly, or the longitudinal middle portion is formed thinner than the end portion to accommodate the expansion of the electrode assembly.

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}Secondary Battery {SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 충·방전시 발생하는 전극 조립체의 부피 팽창으로 인해 발생되는 스웰링 현상을 방지할 수 있도록 한 이차 전지의 캔에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a can of a secondary battery capable of preventing a swelling phenomenon caused by volume expansion of an electrode assembly generated during charging and discharging.

통상적으로 이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 대표적으로는 니켈수소(Ni-MH)전지, 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 주로 사용되고 있으며, 외관상으로는 원통형과 각형 전지로 구분되고 있다.In general, secondary batteries are rechargeable, compact, and large-capacity, and typically, nickel-hydrogen (Ni-MH) batteries, lithium (Li) batteries, and lithium-ion (Li-ion) batteries are mainly used. It is divided into cylindrical and square battery.

이러한 이차 전지는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터로 이루어진 발전 요소, 즉, 전극 조립체를 캔에 수납하고, 이 캔 내부에 전해액을 주입한 후 밀봉하여 형성된다. 이렇게 캔에 밀봉된 이차 전지는 통상 상부에 캔과 절연된 전극 단자를 구비하여, 이 전극 단자가 전지의 어느 한 극을 이루게 하고, 타극은 전지 캔 자체가 되도록 한다. 이 때, 통상 상기 타극은 전지의 바닥면이 되도록 한다.Such a secondary battery is formed by accommodating a power generation element consisting of a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator, that is, an electrode assembly in a can, injecting an electrolyte solution into the can, and then sealing it. The secondary battery sealed in the can is usually provided with an electrode terminal insulated from the can at the top, so that the electrode terminal forms one pole of the battery, and the other electrode is the battery can itself. At this time, the other electrode is usually to be the bottom surface of the battery.

이차 전지에 대한 박형 경량화의 요구에 따라 상기 전지 캔은 냉연강판과 같은 철제로부터 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용한 알루미늄제 캔으로 바뀌었다. 상기 캔을 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성하는 이유는 알루미늄이 철이나 기타 전도성 금속체에 비해 무게가 가벼워 전지의 경량화에 기여할 수 있고, 고전압하에서 장시간 사용할 때에도 부식되지 않는 등 전지 캔으로서의 사용 특성이 우수하기 때문이다.In accordance with the demand for thin weight reduction for secondary batteries, the battery cans have been changed from iron such as cold rolled steel sheets to aluminum cans using aluminum or aluminum alloy. The can is formed of aluminum or an aluminum alloy because aluminum is lighter than iron or other conductive metals, which contributes to the weight reduction of the battery and does not corrode even when used under high voltage for a long time. Because.

도 1은 종래 기술에 따른 각형 이차 전지의 구성도를 도시한 것으로, 특히 캔(100) 내부에 전극 조립체(110)가 수용된 상태를 도시한 것이다.1 illustrates a configuration of a rectangular secondary battery according to the prior art, and particularly illustrates a state in which an electrode assembly 110 is accommodated in a can 100.

도시한 바와 같이, 한쌍의 장변(102)들 및 이들을 연결하는 한쌍의 단변(104)들로 이루어진 각형의 캔(100) 내부에는 정극과 세퍼레이터 및 부극을 함께 권취한 후 압착하여서 이루어진 전극 조립체(110)가 수용되는데, 종래의 캔(100)은 장변(102)들이 길이방향(X축 방향)으로 일정한 두께를 갖는다. 즉, 장변의 길이방향 중간 부분의 두께(T1)와 단부 부분의 두께(T2)가 동일한 값을 갖는다. 상기 도 1에서, 미설명 도면부호 112는 정극 또는 부극을 도시하지 않은 캡 어셈블리에 연결하는 탭을 나타낸다.As shown in the drawing, an electrode assembly 110 formed by winding a positive electrode, a separator, and a negative electrode together in a rectangular can 100 having a pair of long sides 102 and a pair of short sides 104 connecting them is pressed together. ) Is accommodated in the conventional can 100, the long side 102 has a constant thickness in the longitudinal direction (X-axis direction). That is, the thickness T1 of the longitudinal middle part of the long side and the thickness T2 of the end part have the same value. In FIG. 1, reference numeral 112 denotes a tab connecting a positive electrode or a negative electrode to a cap assembly (not shown).

그런데, 캔(100)의 내부에 수납된 전극 조립체(110)는 전지의 충·방전시 팽창 및 수축을 반복하게 되는바, 상기한 전극 조립체(110)의 팽창시에는 전극 조립체(110)를 수용하고 있는 캔(100)의 장변(102) 중간 부분이 함께 팽창하게 된다. 이러한 현상을 스웰링(swelling) 현상이라고 하는데, 상기한 스웰링 현상은 장변의 두께를 증가시키면 억제가 가능하지만, 상기한 두께 증가는 전지의 경량화 추세에 역행하는 결과를 낳게 된다.However, the electrode assembly 110 accommodated in the can 100 repeats expansion and contraction during charging and discharging of the battery. The electrode assembly 110 accommodates the electrode assembly 110 when the electrode assembly 110 is expanded. The middle portion 102 of the long side 102 of the can 100 is expanded together. Such a phenomenon is called a swelling phenomenon. The swelling phenomenon can be suppressed by increasing the thickness of the long side, but the increase in thickness results in a result contrary to the light weight trend of the battery.

이에, 종래에는 전극 조립체(110)를 캔(100)에 수용한 후, 부피 팽창을 억제하는 방향으로 캔(100)의 외부에 압력(P)을 가하여 길이방향(X축 방향) 중간 부분의 초기 두께를 감소시킴으로써 상기한 스웰링 현상을 억제하는 방법을 주로 사용하였다. 그러나, 이러한 방법은 공정수 증가 및 이로 인한 제조 원가의 상승이 문제점으로 대두된다.Accordingly, after the electrode assembly 110 is accommodated in the can 100, the pressure P is applied to the outside of the can 100 in the direction of suppressing the volume expansion, and thus the initial portion of the middle portion in the longitudinal direction (X-axis direction) is applied. The method of suppressing the above-mentioned swelling phenomenon by mainly reducing the thickness was mainly used. However, this method has a problem of increasing the number of processes and the resulting increase in manufacturing cost.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전지의 중량 증가를 최소화하면서도 스웰링 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 이차 전지를 제공함을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a secondary battery that can effectively prevent a swelling phenomenon while minimizing the weight increase of the battery.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, The present invention to achieve the above object,

정극과 부극 및 세퍼레이터를 함께 권취하여 형성한 전극 조립체와;An electrode assembly formed by winding the positive electrode, the negative electrode, and the separator together;

서로 마주보는 한쌍의 장변 및 이들 장변을 연결하는 단변으로 이루어지며, 상기 전극 조립체를 전해액과 함께 내부에 수용하는 각형 캔;A rectangular can made of a pair of long sides facing each other and a short side connecting the long sides and accommodating the electrode assembly together with an electrolyte;

을 포함하며, 상기 캔 및 전극 조립체를 평면쪽에서 바라볼 때, 캔의 장변은 길이 방향을 따라 불균일한 두께로 형성되는 이차 전지를 제공한다.It includes, when the can and the electrode assembly when viewed from the planar side, the long side of the can provides a secondary battery is formed of non-uniform thickness along the longitudinal direction.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 캔의 장변은 길이방향 중간 부분을 다른 부분보다 두껍게 형성하거나, 얇게 형성할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the long side of the can can be formed thicker or thinner than the other middle portion in the longitudinal direction.

상기와 같이 장변을 불균일한 두께로 형성한 캔은 전극 조립체와 장변의 내벽면 사이의 간격인 여유도가 불균일하게 형성된다.As described above, the can formed with the non-uniform thickness of the long side is unevenly formed as a gap between the electrode assembly and the inner wall surface of the long side.

즉, 길이방향 중간 부분을 두껍게 형성하는 전자의 실시예에서는 장변의 길이방향 중간 부분에서의 여유도가 다른 부분보다 작게 형성되며, 상기한 중간 부분을 두껍게 형성하는 후자의 실시예에서는 중간 부분에서의 여유도가 다른 부분보다 크게 형성된다.That is, in the former embodiment in which the middle portion in the longitudinal direction is thick, the margin in the longitudinal middle portion of the long side is formed smaller than in the other portion, and in the latter embodiment in which the middle portion is thick in the middle embodiment, The margin is formed larger than other parts.

따라서, 전자의 실시예는 전극 조립체의 팽창을 억제함으로써 스웰링 현상을 방지할 수 있으며, 후자의 실시예는 전극 조립체의 팽창을 수용함으로써 스웰링 현상을 방지할 수 있다.Therefore, the former embodiment can prevent the swelling phenomenon by suppressing the expansion of the electrode assembly, and the latter embodiment can prevent the swelling phenomenon by accommodating the expansion of the electrode assembly.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 각형 이차 전지의 주요부 분해 사시도를 도시한 것이고, 도 3은 도 1의 평단면도를 도시한 것이다.FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating main parts of a rectangular rechargeable battery according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a plan sectional view of FIG. 1.

도시한 바와 같이, 본 실시예의 이차 전지는 정극(12)과 부극(14) 및 그 사이에 세퍼레이터(16)를 개재하여 함께 권취한 후 이를 압착하여 형성한 전극 조립체(10)를 구비하는데, 이렇게 형성한 전극 조립체(10)는 캔(20)의 내부에 수납된다.As illustrated, the secondary battery of the present embodiment includes an electrode assembly 10 formed by winding together a positive electrode 12, a negative electrode 14, and a separator 16 therebetween, and then compressing the secondary battery. The formed electrode assembly 10 is housed in the can 20.

전극 조립체(10)의 부극(14)은 관벽 접촉식 혹은 도시하지 않은 탭을 이용하여 캔(20)과 전기적으로 연결되고, 전극 조립체(10)의 정극(12)은 탭(18)을 이용하여 도시하지 않은 캡 어셈블리에 연결된다.The negative electrode 14 of the electrode assembly 10 is electrically connected to the can 20 using tube wall contact or a tab (not shown), and the positive electrode 12 of the electrode assembly 10 is connected to the tab 18. It is connected to a cap assembly not shown.

여기서 전극 조립체(10)는 종류에 따라 다소 차이가 있지만, 기재에 활물질을 도포 및 충전하여 정극(12) 및 부극(14)과 같은 전극을 제조하고, 양 전극(12,14)의 사이에 세퍼레이터(16)를 개재한 상태에서 맨드렐을 이용하여 권취하는 것이며, 각형 캔(20)에 맞도록 압착한 후 그 내부로 수납하고 있다.Here, although the electrode assembly 10 is somewhat different depending on the type, an electrode such as the positive electrode 12 and the negative electrode 14 is prepared by coating and filling an active material on a substrate, and a separator between the positive electrodes 12 and 14. It winds up using a mandrel in the state through (16), and it crimps | fits to fit the square can 20, and is stored in it.

상기한 구성의 전극 조립체(10)를 수납하는 본 실시예의 캔(20)은 한쌍의 장변(22) 및 이들을 연결하는 한쌍의 단변(24)을 갖는 각형으로 이루어지며, 정극 탭(18)과 권취 중심부에서의 세퍼레이터(16) 여분에 의한 전극 조립체(10)의 두께 증가와, 충·방전시의 전극 조립체(10)의 부피 팽창에 대응하기 위하여, 캔(20)의 장변(22)들은 길이방향(X축 방향) 중간 부분의 두께(T1')가 단부 부분의 두께(T2')보다 크게 형성된다.The can 20 of this embodiment for accommodating the electrode assembly 10 of the above-described configuration is formed in a square having a pair of long sides 22 and a pair of short sides 24 connecting them, and is wound with a positive electrode tab 18. In order to cope with the increase in the thickness of the electrode assembly 10 due to the extra separator 16 at the center and the volume expansion of the electrode assembly 10 during charging and discharging, the long sides 22 of the can 20 are in the longitudinal direction. (X-axis direction) The thickness T1 'of an intermediate part is formed larger than the thickness T2' of an end part.

즉, 단부 부분의 두께(T2')가 종래 캔의 단부 부분 두께(T2)와 동일하다고 가정할 경우, 중간 부분의 두께(T1')는 종래 캔의 중간 부분(T1)보다 크게 형성된다.That is, assuming that the thickness T2 'of the end portion is the same as the thickness T2 of the end portion of the conventional can, the thickness T1' of the middle portion is formed larger than the middle portion T1 of the conventional can.

도 3에서는 상기한 장변(22)들의 두께가 중간 부분으로부터 양측 단부 쪽으로 갈수록 점차적으로 감소하는 것을 도시하였지만 이는 필수적이지 않으며, 다양한 형태로 변형이 가능하다.In FIG. 3, the thickness of the long sides 22 gradually decreases from the middle portion toward both ends, but this is not essential and may be modified in various forms.

상기와 같이 장변(22)들의 두께가 중간 부분에서 두껍게 형성된 캔(20)은 이 부분에서 가장 크게 팽창하는 전극 조립체(10)의 팽창력을 억제할 수 있는 힘이 종래보다 증가된다. As described above, the can 20 having the thickness of the long sides 22 thickly formed in the middle portion increases the force capable of suppressing the expansion force of the electrode assembly 10 which expands the greatest in this portion.

따라서, 본 실시예의 각형 캔(20)은 장변 두께를 전체적으로 두껍게 형성하는 경우에 비해 두께 증가로 인한 중량 증가를 최소화 하면서도 전극 조립체(10)의 부피 팽창으로 인한 스웰링 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.Therefore, the rectangular can 20 of the present embodiment can effectively prevent the swelling phenomenon due to the volume expansion of the electrode assembly 10 while minimizing the weight increase due to the increase in thickness as compared with the case where the long side thickness is formed to be thick.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 주요부 평단면도를 도시한 것으로, 본 실시예는 도 2 및 도 3의 실시예와는 반대로 장변(22')의 길이방향 중간 부분 두께(T1")를 단부 부분의 두께(T2")보다 얇게 형성한 것이다.4 is a cross-sectional view of a main part of a rechargeable battery according to another exemplary embodiment of the present invention. The present exemplary embodiment of the present invention has a longitudinal intermediate portion thickness T1 of the long side 22 'as opposed to the exemplary embodiment of FIGS. 2 and 3. Is formed thinner than the thickness T2 of the end portion.

즉, 본 실시예의 캔(20')은 전극 조립체(10)와 내벽면(22a) 사이의 간격인 여유도를 형성함에 있어서, 중간 부분의 여유도(G1)를 단부 부분의 여유도(G2)보다 크게 형성한 것이다. 도 4에는 중간 부분으로부터 양측 단부쪽으로 갈수록 여유도가 점차적으로 감소하는 것을 도시하였지만 이는 필수적이지 않으며, 다양한 형태로 변형이 가능한 것은 자명하다.That is, the can 20 'of the present embodiment forms a margin, which is a gap between the electrode assembly 10 and the inner wall surface 22a, and the margin G1 of the intermediate portion is the margin G2 of the end portion. It is formed larger. Figure 4 shows that the margin gradually decreases from the middle portion toward both ends, but this is not essential, it is obvious that the various forms can be modified.

이러한 구성의 캔(20')은 전극 조립체(10)의 팽창이 가장 크게 발생되는 길이방향(X축 방향) 중간 부분에서의 여유도(G1)를 가장 크게 형성함으로써, 전극 조립체(10)의 팽창된 부분을 충분히 수용할 수 있게 된다. 따라서, 전술한 실시예에서와 마찬가지로 두께 증가를 최소화 하면서도 스웰링 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.The can 20 'of such a configuration forms the largest margin of clearance G1 in the middle portion of the longitudinal direction (X-axis direction) in which the expansion of the electrode assembly 10 is greatest, thereby expanding the electrode assembly 10. It will be able to fully accommodate the part. Therefore, as in the above-described embodiment, the swelling phenomenon can be effectively prevented while minimizing the increase in thickness.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

이상에서 설명한 구성 및 작용을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 각형 이차 전지의 캔은 전극 조립체의 팽창이 길이방향 중간 부분에서 가장 크게 발생된다는 점에 착안하여 장변의 중간 부분 두께를 다른 부분에 비해 크게 형성하거나 작게 형성함으로써, 전극 조립체의 팽창을 억제 또는 수용할 수 있게 된다.As can be seen from the above-described configuration and operation, the can of the rectangular secondary battery according to the present invention has been shown that the expansion of the electrode assembly is the greatest in the middle portion in the longitudinal direction. By forming large or small, it is possible to suppress or accommodate the expansion of the electrode assembly.

따라서, 캔의 두께를 전체적으로 두껍게 형성하는 경우에 비해 중량 증가를 최소화 하면서도 스웰링 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.Therefore, there is an effect that can effectively prevent the swelling phenomenon while minimizing the weight increase as compared to the case in which the thickness of the can as a whole thick.

도 1은 종래 기술에 따른 각형 이차전지의 평단면도.1 is a cross-sectional plan view of a rectangular secondary battery according to the prior art.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 각형 이차전지의 주요부 분리 사시도.Figure 2 is an exploded perspective view of the main part of the rectangular secondary battery according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 2의 평단면도.3 is a plan sectional view of FIG.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 각형 이차전지의 평단면도.Figure 4 is a cross-sectional plan view of a rectangular secondary battery according to another embodiment of the present invention.

Claims (10)

정극과 부극 및 세퍼레이터를 함께 권취하여 형성한 전극 조립체와;An electrode assembly formed by winding the positive electrode, the negative electrode, and the separator together; 서로 마주보는 한쌍의 장변 및 이들 장변을 연결하는 단변으로 이루어지며, 상기 전극 조립체를 전해액과 함께 내부에 수용하는 각형 캔;A rectangular can made of a pair of long sides facing each other and a short side connecting the long sides and accommodating the electrode assembly together with an electrolyte; 을 포함하며, 상기 캔 및 전극 조립체를 평면쪽에서 바라볼 때, 캔의 장변은 길이 방향을 따라 중간 부분이 다른 부분보다 얇게 형성된 이차 전지.The secondary battery of claim 2, wherein when the can and the electrode assembly are viewed from a flat side, a long side of the can is formed thinner than another portion along the longitudinal direction of the can. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 캔의 장변 두께는 상기 중간 부분으로부터 양측 단부쪽으로 갈수록 점차적으로 증가되는 이차 전지.The secondary battery of claim 1, wherein the long side thickness of the can is gradually increased from the middle portion toward both end portions. 정극과 부극 및 세퍼레이터를 함께 권취하여 형성한 전극 조립체와;An electrode assembly formed by winding the positive electrode, the negative electrode, and the separator together; 서로 마주보는 한쌍의 장변 및 이들 장변을 연결하는 단변으로 이루어지며, 상기 전극 조립체를 전해액과 함께 내부에 수용하는 각형 캔;A rectangular can made of a pair of long sides facing each other and a short side connecting the long sides and accommodating the electrode assembly together with an electrolyte; 을 포함하며, 상기 캔 및 전극 조립체를 평면쪽에서 바라볼 때, 상기 장변은, 내벽면과 전극 조립체 사이의 간격을 나타내는 여유도가 상기 장변의 길이방향 양측 단부 부분보다 중간 부분이 크게 형성되는 이차 전지.When the can and the electrode assembly is viewed from the planar side, the long side, the secondary battery is formed in the middle portion larger than the marginal side both ends of the longitudinal side of the long side, the margin indicating the distance between the inner wall surface and the electrode assembly . 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 6항에 있어서, 상기 여유도는 장변의 길이방향 중간 부분으로부터 양측 단부쪽으로 갈수록 점차적으로 감소하는 이차 전지.The rechargeable battery of claim 6, wherein the margin decreases gradually from the longitudinal middle portion of the long side toward both ends.
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