KR101080125B1 - Cylindrical Secondary Battery Containing Center Pin of Noble Structure - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극/분리막/음극을 권취하여 제조된 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지로서, 수평단면 상에서 소정의 이격 폭으로 등간격을 이루는 소용돌이형 권취 구조의 센터 핀이 젤리-롤의 권심에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공하는 바, 이러한 센터 핀은 우수한 기계적 강성을 발휘하므로, 예를 들어, 충격 테스트를 수행하는 등의 강한 외부적 충격이 가해지는 경우 센터 핀에 변형이 최소화되어 전지의 내부단락 및 이로 인한 전지의 발화를 방지함으로써, 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다. The present invention is a secondary battery in which an electrode assembly (jelly-roll) manufactured by winding a cathode / separator / cathode is embedded in a cylindrical battery case, and has a center of a spiral winding structure having an equal interval at a predetermined interval on a horizontal cross section. Provided is a secondary battery characterized in that the pin is inserted in the core of the jelly-roll, such a center pin exhibits excellent mechanical rigidity, so that a strong external shock such as, for example, performing an impact test is applied. In the case of losing the center pin deformation is minimized to prevent the internal short circuit of the battery and thereby the battery ignition, thereby greatly improving the safety of the battery.

Description

신규한 구조의 센터 핀을 포함하고 있는 원통형 이차전지 {Cylindrical Secondary Battery Containing Center Pin of Noble Structure}Cylindrical Secondary Battery Containing Center Pin of Noble Structure

도 1은 젤리-롤형 전극조립체를 내장하고 있는 종래기술의 원통형 전지의 수직 단면 사시도이다;1 is a vertical cross-sectional perspective view of a cylindrical battery of the prior art incorporating a jelly-roll electrode assembly;

도 2는 도 1의 전지에서 직선 A-A에 따른 센터 핀의 수평 단면도이다;2 is a horizontal cross-sectional view of the center pin along straight line A-A in the cell of FIG. 1;

도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 수직 단면 사시도이다;3 is a vertical sectional perspective view of a cylindrical secondary battery according to one embodiment of the present invention;

도 4는 도 3의 전지에서 직선 B-B에 따른 센터 핀의 수평 단면도이다.4 is a horizontal cross-sectional view of the center pin along the straight line B-B in the battery of FIG. 3.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 이차전지의 센터 핀의 수평 단면도이다.5 is a horizontal cross-sectional view of the center pin of the cylindrical secondary battery according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 신규한 구조의 센터 핀을 포함하고 있는 원통형 이차전지 에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극/분리막/음극을 권취하여 제조된 전극조립체(젤리- 롤)가 원통형 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지로서, 수평단면 상에서 소정의 이격 폭으로 등간격을 이루는 소용돌이형 권취 구조의 센터 핀이 젤리-롤의 권심에 삽입되어 있는 이차전지를 제공한다.The present invention relates to a cylindrical secondary battery including a center pin having a novel structure, and more particularly, to a secondary battery in which an electrode assembly (jelly roll) manufactured by winding a cathode / separator / cathode is embedded in a cylindrical battery case. As a battery, there is provided a secondary battery in which a center pin of a spiral winding structure having an equal interval at a predetermined separation width on a horizontal cross section is inserted into a core of a jelly-roll.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices have increased, the demand for secondary batteries as energy sources has been rapidly increasing. Many researches have been conducted on lithium secondary batteries with high energy density and discharge voltage among such secondary batteries. .

이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. According to the shape of the battery case, secondary batteries are classified into cylindrical batteries and rectangular batteries in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can, and pouch-type batteries in which the electrode assembly is embedded in a pouch type case of an aluminum laminate sheet. .

또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다. In addition, the electrode assembly embedded in the battery case is a power generator capable of charging and discharging composed of a laminated structure of the anode / separator / cathode, a jelly-roll type wound through a separator between the long sheet-type anode and cathode coated with the active material And a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are classified into a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes are sequentially stacked in a state where a separator is interposed therebetween. Among them, the jelly-roll type electrode assembly has an advantage of being easy to manufacture and having a high energy density per weight.

젤리-롤형 전극조립체는 주로 원통형 전지와 각형 전지에 사용되는 바, 도 1에는 젤리-롤형 전극조립체를 포함하고 있는 원통형 전지의 수직 단면 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.The jelly-roll type electrode assembly is mainly used for cylindrical cells and rectangular cells, and FIG. 1 schematically shows a vertical cross-sectional perspective view of a cylindrical cell including a jelly-roll type electrode assembly.

도 1을 참조하면, 원통형 이차전지(10)는 젤리-롤형(권취형) 전극조립체(20) 를 원통형 케이스(30)에 수납하고, 원통형 케이스(30) 내에 전해액을 주입한 후에, 케이스(30)의 개방 상단에 전극 단자(예를 들어, 양극 단자; 도시하지 않음)가 형성되어 있는 탑 캡(40)을 결합하여 제작한다.Referring to FIG. 1, the cylindrical secondary battery 10 accommodates a jelly-roll type (wound) electrode assembly 20 in a cylindrical case 30 and injects an electrolyte solution into the cylindrical case 30, followed by a case 30. ) Is manufactured by combining a top cap 40 having an electrode terminal (for example, a positive electrode terminal; not shown) formed at an open upper end thereof.

전극조립체(20)는 양극(21)과 음극(22), 및 분리막(23)을 차례로 적층하여 젤리-롤의 형태로 감은 구조로서, 그것의 권심(젤리-롤의 중심부)에는 일반적으로 원통형의 센터 핀(50)이 삽입되어 있다. 센터 핀(50)은 일반적으로 소정의 강도를 부여하기 위해 금속 소재로 이루어져 있으며, 판재를 둥글게 절곡한 구조를 가지고, 도 2에서와 같이, 수평 단면상 단부(51)가 접하지 않은 중공형의 원통형 구조로 이루어져 있다. 이러한 센터 핀(50)은 전극조립체를 고정 및 지지하고, 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 작용한다.The electrode assembly 20 has a structure in which a cathode 21, a cathode 22, and a separator 23 are sequentially stacked to be wound in a jelly-roll shape, and a core of the electrode assembly (center of the jelly-roll) is generally cylindrical. The center pin 50 is inserted. The center pin 50 is generally made of a metal material to impart a predetermined strength, and has a structure in which the plate is rounded, and as shown in FIG. 2, a hollow cylindrical shape in which the end 51 is not in contact with the horizontal cross section. It consists of a structure. The center pin 50 fixes and supports the electrode assembly, and serves as a passage for releasing gas generated by internal reaction during charging and discharging and operation.

그러나, 도 1 및 2에서와 같은 종래의 센터 핀(50)은 전지의 낙하 및 압착 등 외부충격이 인가되었을 때, 중공형의 내부구조에 변형이 일어나기 쉽고, 그러한 변형에 의해 센터 핀의 접하지 않은 단부(51)가 분리막을 뚫고 전극에 접촉됨으로써 내부단락을 유발할 수 있다. However, in the conventional center pin 50 as shown in Figs. 1 and 2, when an external shock such as dropping or crimping of the battery is applied, deformation is likely to occur in the hollow internal structure, and the center pin 50 is not contacted by such deformation. The non-end 51 penetrates the separator and contacts the electrode to cause an internal short circuit.

특히, 원통형 리튬 이차전지가, 예를 들어, 노트북 PC에 사용되는 경우, 대부분 충격 테스트(impact test) 등의 안전성 테스트를 거치게 되는 바, 이에 따라 강한 충격이 가해져 센터핀이 변형되면서 전지가 발화되는 현상이 발생하여 심각한 문제가 되고 있다. 더욱이, 최근 노트북 PC의 발화 사건이 연이어 발생함에 따라 전지의 안전성에 대한 중요성이 더욱 강조되고 있다. In particular, when a cylindrical lithium secondary battery is used in, for example, a notebook PC, most of the cylindrical lithium secondary batteries undergo a safety test such as an impact test. Thus, a strong shock is applied to deform the center pin and deform the battery. The phenomenon has been a serious problem. Moreover, the importance of the safety of the battery has been further emphasized as recent ignition events of the notebook PC occur.

따라서, 센터 핀의 변형에 의한 내부단락 및 이에 따른 전지의 발화를 효과 적으로 방지하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다. Therefore, there is a high demand for a technology that can effectively prevent the internal short circuit and the battery ignition caused by the deformation of the center pin to improve the safety of the battery.

이와 관련하여, 일본 특허출원공개 제2005-259567호는 상기 분리막의 두께가 20 ㎛ 이하인 경우 발생할 수 있는 좌굴(buckling) 현상을 방지하기 위하여, 심부에 작동 온도가 70~150℃인 가압 수단을 가지며, 상기 가압 수단은 형상 기억 합금 또는 열가소성 수지와 용수철 모양 금속으로 된 센터 핀을 배치하거나, 소정의 온도에서 체적 팽창하는 발포제 및 미소캡슐을 배치한 가압 수단을 포함하는 원통형 이차전지를 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술은 두께가 20 ㎛ 이하인 분리막을 사용하는 원통형 이차전지에 한하여 적용되는 기술이고, 센터 핀의 내부가 소정의 물질로 채워져 있으므로 단락에 의해 발생한 가스가 배출될 수 없으므로 문제가 있다. In this regard, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-259567 has a pressurizing means having an operating temperature of 70 to 150 ° C. in the core in order to prevent buckling that may occur when the thickness of the separator is 20 μm or less. The pressurizing means discloses a cylindrical secondary battery comprising a pressurizing means for arranging a center pin made of a shape memory alloy or a thermoplastic resin and a spring-shaped metal, or for arranging a foaming agent and a microcapsule which are volume expanded at a predetermined temperature. However, the above technique is a technique applied only to a cylindrical secondary battery using a separator having a thickness of 20 μm or less, and since the inside of the center pin is filled with a predetermined material, there is a problem that gas generated by a short circuit cannot be discharged.

또한, 본 출원의 발명자들이 행한 실험에 따르면, 내부가 채워져 있는 구조로서 소정의 직경 범위 이상인 센터 핀은, 충격 실험시 발화 현상이 발생하지 않고 발열 현상만이 발생하는 것을 확인했으나, 내부에서 발생한 가스의 배출 통로로서의 역할을 수행할 수 없기 때문에, 실제 전지에는 적용되기 어렵다. In addition, according to an experiment conducted by the inventors of the present application, the center pin having a predetermined diameter range as a structure having an inside filled therein was confirmed that only an exothermic phenomenon occurred without a ignition phenomenon during an impact test, but a gas generated inside Because it cannot play a role as the discharge passage of the, it is difficult to apply to the actual battery.

한편, 일본 특허출원공개 제1999-204130호, 제1997-270251호 및 제2003-092148호, 일본 등록특허 제3613407호, 한국 특허출원공개 제2003-043745호, 제2006-037843호 등에는 상기 구조를 일부 변형한 센터 핀들이 제시되어 있다. On the other hand, Japanese Patent Application Publication Nos. 1999-204130, 1997-270251 and 2003-092148, Japanese Patent No. 3613407, Korean Patent Application Publication No. 2003-043745, 2006-037843, etc. Some modified center pins are shown.

그러나, 이러한 센터 핀들은 그 나름의 장점을 가지기는 하지만, 앞서 설명한 바와 같은 문제점들을 모두 해결하지는 못하는 것으로 확인되었다.However, these center pins have their advantages, but they do not solve all of the problems described above.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 수평단면 상에서 소정의 이격 폭으로 등간격을 이루는 소용돌이형 권취 구조의 센터 핀을 젤리-롤의 권심에 삽입하였을 경우, 우수한 기계적 강도를 발휘함으로써 외부적 충격에 의한 센터 핀의 변형이 발생하는 경우에도 내부단락 및 그에 따른 전지의 발화를 방지함으로써, 발열 현상만이 발생하고, 더욱이 충방전 또는 작동시 발생되는 가스를 효과적으로 방출할 수 있으므로, 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.After extensive research and various experiments, the inventors of the present application have excellent mechanical strength when the center pin of the spiral winding structure having equal spacing with a predetermined separation width on a horizontal section is inserted into the core of the jelly-roll. When the center pin is deformed due to an external impact, the internal short circuit and the battery are prevented from being ignited, so that only a heat generation phenomenon occurs and moreover, the gas generated during charging and discharging or operation can be effectively released. It was confirmed that the safety of the battery can be greatly improved, and the present invention has been completed.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는, 양극/분리막/음극을 권취하여 제조된 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지로서, 수평단면 상에서 소정의 이격 폭으로 등간격을 이루는 소용돌이형 권취 구조의 센터 핀이 젤리-롤의 권심에 삽입되어 있는 것으로 구성되어 있다.A secondary battery according to the present invention for achieving the above object is a secondary battery in which an electrode assembly (jelly roll) manufactured by winding a cathode / separator / cathode is embedded in a cylindrical battery case, and has a predetermined separation width on a horizontal cross section. The center pin of the spiral winding structure equally spaced is inserted in the core of a jelly roll.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지에서 센터 핀은 소정의 이격 폭으로 등간격을 이루는 소용돌이형 구조로 이루어져 있으므로, 우수한 기계적 강도를 발휘함으로써, 외부 충격, 특히, 노트북 PC용 원통형 전지에 대한 충격 테 스트(impact test)시 가해지는 충격에 의한 센터 핀의 변형을 최소화 할 수 있으며, 등간격의 이격 폭에 의해 형성된 센터 핀 내부의 공간부는 충방전 및 작동시 발생되는 가스의 분출 통로로서의 역할을 수행하고, 고온 내지 고압 등의 가혹한 환경에서 전극조립체가 발화하는 현상을 방지할 수 있으므로, 궁극적으로 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다. As described above, in the secondary battery according to the present invention, since the center pin has a vortex structure formed at equal intervals at a predetermined separation width, the center pin exhibits excellent mechanical strength, thereby preventing external shock, in particular, a cylindrical battery for a notebook PC. The deformation of the center pin due to the impact applied during the impact test can be minimized, and the space inside the center pin formed by the spaced intervals of the equal intervals serves as a gas ejection passage during charging / discharging and operation. It is possible to prevent the phenomenon of the electrode assembly ignite in a harsh environment, such as high temperature to high pressure, and ultimately, it is possible to greatly improve the safety of the battery.

본 발명에 따른 센터 핀은 상기 구조로 제조된다면 절연성 소재, 도전성 소재 등이 모두 사용될 수 있다. 상기 절연성 소재의 예로는, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트 및 폴리메틸메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 고분자 소재나, 상기 고분자와 필러를 포함하는 복합체(complex) 소재 등일 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 우수한 기계적 강성을 부여한다는 측면에서는 금속 소재가 바람직하게 사용될 수 있다. If the center pin according to the present invention is manufactured in the above structure, both an insulating material and a conductive material can be used. Examples of the insulating material may include one or two or more polymer materials selected from the group consisting of polypropylene, polyimide, polyamide, polycarbonate, and polymethyl methacrylate, or a composite material including the polymer and filler. Etc., but it is not limited to these. In terms of imparting excellent mechanical rigidity, a metal material can be preferably used.

상기 센터 핀은 수평 단면을 기준으로 3 회 내지 8 회의 권취 구조로 이루어진 것이 바람직하다. 센터 핀의 권취 횟수는 그것의 소재의 종류 및 권취면의 두께 등과 더불어 센터 핀의 기계적 강성, 탄성력 등에 영향을 미치며, 외경의 크기에 따라 가스의 배출이나 전지의 용량에 영향을 미친다. 예를 들어, 센터 핀의 외경을 일정하게 유지하고 권취 횟수를 늘릴 경우, 상기 센터 핀의 내부의 공간부가 좁아지게 되고, 이에 따라 가스의 배출이 효과적으로 이루어지지 않을 수 있다. 반면에, 센터 핀의 외경과 상관없이 권취 횟수를 늘릴 경우, 상기 센터 핀은 전지케이스 내부에서 차지하는 공간이 넓어져 전지의 용량이 감소할 수도 있다. 따라서, 상기 센터 핀의 권취 횟수가 많아질수록 높은 기계적 강성을 발휘할 수 있지 만, 상기와 같은 문제점이 발생할 수 있으므로, 이러한 점들을 복합적으로 고려하여 적절한 권취 횟수를 결정할 수 있다.Preferably, the center pin has a winding structure of 3 to 8 times based on a horizontal cross section. The number of windings of the center pin affects the mechanical stiffness and elastic force of the center pin along with the kind of material and the thickness of the winding surface thereof, and also affects the discharge of gas or the capacity of the battery depending on the size of the outer diameter. For example, when the outer diameter of the center pin is kept constant and the number of windings is increased, the space inside the center pin is narrowed, and thus, the gas may not be effectively discharged. On the other hand, if the number of windings is increased regardless of the outer diameter of the center pin, the center pin may have a larger space in the battery case, thereby reducing the capacity of the battery. Therefore, the higher the number of winding of the center pin, the higher the mechanical rigidity can be exhibited, but the above problems can occur, it is possible to determine the appropriate number of winding in consideration of these points in combination.

또한, 상기 센터 핀은 외경은 2 내지 5 mm 인 것이 바람직하다. 외경 자체가 센터 핀의 전체 크기를 의미하므로, 상기 외경이 너무 클 경우에는 전지의 용량이 작아지고, 반대로 외경이 너무 작을 경우에는 센터 핀의 기계적 강성이 작아지므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 범위의 권취 횟수와 더불어 상기 범위의 외경을 가지도록 센터 핀을 제조하는 것이 더욱 바람직하다.In addition, the center pin is preferably an outer diameter of 2 to 5 mm. Since the outer diameter itself means the total size of the center pin, it is not preferable because the capacity of the battery is small when the outer diameter is too large, whereas the mechanical rigidity of the center pin is small when the outer diameter is too small. Therefore, it is more preferable to manufacture a center pin to have the outer diameter of the said range in addition to the number of windings of the said range.

상기 등간격의 이격 폭은 소정의 기계적 강도를 유지하면서 내부에서발생한 가스를 적절히 배출할 수 있는 범위에서 적절히 조절할 수 있는 바, 센터 핀의 반경을 기준으로 5 내지 30%의 크기인 것이 바람직하다. 상기 이격 폭의 크기가 너무 큰 경우에는, 소정의 기계적 강도를 발휘할 수 없으므로 센터 핀의 변형을 방지할 수 없을 수 있으며, 반대로 이격 폭의 크기가 너무 작은 경우, 가스를 효과적으로 배출할 수 없으므로, 전지가 발화할 염려가 있기 때문에 바람직하지 않다. The spacing width of the equal interval can be properly adjusted in a range capable of properly discharging the gas generated therein while maintaining a predetermined mechanical strength, it is preferable that the size of 5 to 30% based on the radius of the center pin. If the size of the separation width is too large, it may not be able to exhibit a predetermined mechanical strength, it may not be possible to prevent the deformation of the center pin, on the contrary, if the size of the separation width is too small, the gas can not be effectively discharged, It is not preferable because of fear of ignition.

하나의 바람직한 예에서, 상기 센터 핀의 최외각 권취 단부는 센터 핀의 외면에 밀착되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. 따라서, 전지에 외부 충격 등이 인가되는 경우 센터 핀의 변형이 발생함으로써, 최외곽의 권취 단부가 분리막을 뚫고 전극에 접촉됨에 따라 국부적으로 단락이 발생하는 문제점을 근본적으로 방지할 수 있어서, 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다. In one preferred example, the outermost winding end of the center pin may be of a structure that is in close contact with the outer surface of the center pin. Therefore, when an external shock or the like is applied to the battery, deformation of the center pin occurs, thereby preventing a problem in that a short circuit occurs locally as the outermost winding end penetrates the separator and contacts the electrode. The safety can be further improved.

상기 최외각 권취 단부를 센터 핀의 외면에 밀착하기 위한 방법은 특별히 제한되지 않는 바, 센터 핀의 소재에 따라 달라질 수 있으며, 공지 방법 중에서 선택 하거나 새로운 적절한 방법으로 행할 수 있다. 예를 들어, 최외각 권취 단부로 향할수록 두께가 점점 얇아지도록 구성되거나, 동일한 두께를 갖는 센터 핀의 최외각 권취 단부를 열융착하거나, 접착 필름을 부착하여 센터 핀의 외면에 밀착시킬 수 있다. The method for closely contacting the outermost winding end to the outer surface of the center pin is not particularly limited, and may vary depending on the material of the center pin, and may be selected from known methods or may be performed by a new suitable method. For example, the outermost winding end may be configured to become thinner toward the outermost winding end, or the outermost winding end of the center pin having the same thickness may be heat-sealed, or an adhesive film may be attached to the outer surface of the center pin.

한편, 접착 필름을 사용하여 센터 핀의 단부를 부착하는 경우, 상기 접착 필름은 소정의 고온에서 용융되는 소재로 된 것을 사용할 수도 있다. 이러한 구조에서는, 국부적인 내부 단락 등에 의해 전지의 내부 온도가 급격히 상승할 때, 상기 접착 필름이 용융되면서 센터 핀의 단부가 노출되고, 그러한 노출된 부분에서 전지 내부의 가스를 더욱 원활하게 배출할 수 있다. 경우에 따라서는, 노출된 최외각 권취 단부에 의해 인위적으로 단락을 유발함으로써, 단락 부위를 광범위하게 확장하여 국부적 단락에 의한 과열되거나 압력이 급격히 상승하는 현상을 완화할 수도 있다. In addition, when attaching the edge part of a center pin using an adhesive film, the said adhesive film can also use the thing made from the material melt | dissolved at predetermined high temperature. In this structure, when the internal temperature of the battery rises sharply due to a local internal short circuit or the like, the end portion of the center pin is exposed while the adhesive film is melted, and the exposed portion can more smoothly discharge the gas inside the battery. have. In some cases, by artificially causing a short circuit by the exposed outermost winding end, it is possible to widen the short-circuit area to alleviate the phenomenon of overheating or a sudden increase in pressure due to a local short circuit.

이하, 상기 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 수직 단면 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 직선 B-B에 따른 수평 단면도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 5에는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 원통형 이차전지의 센터 핀의 수평 단면도가 모식적으로 도시되어 있다. 3 is a vertical cross-sectional perspective view of a cylindrical secondary battery according to an embodiment of the present invention is schematically shown, Figure 4 is a horizontal cross-sectional view along a straight line BB of Figure 3 schematically, Figure 5 A horizontal cross-sectional view of the center pin of the cylindrical secondary battery according to another embodiment of the present invention is schematically shown.

이들 도면을 참조하면, 이차전지(100)는 권심에 센터 핀(200)이 삽입되어 있 는 젤리-롤 형의 전극조립체(110)로 구성되어 있으며, 18650 규격으로서 직경(RB)이 18 mm이고, 길이(L)가 65 mm이다. 이러한 이차전지(100)에 포함되어 있는 센터 핀(200, 201)은 4 mm의 외경(RC)을 기준으로 수평 단면상 3 회 권취되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 권취 구조가 등간격으로 이격되어 있으므로 우수한 기계적 강성을 제공할 수 있다. 이러한, 이격 틈에 의해 형성된 공간부(210, 211)에 의하여 가스 등이 원활하게 배출될 수 있으므로, 이로 인해 원통형 전지 내부 압력이 증가하여 안전벤트 및/또는 CID가 작동하게 되므로, 고압 가스의 배출과 전류의 통전을 차단시켜서 전지의 안전성을 향상시킬 수 있고, 고온 내지 고압 등의 가혹한 환경에서 젤리-롤 전체가 분출하는 현상을 막을 수 있다. Referring to these drawings, the secondary battery 100 is composed of a jelly-roll type electrode assembly 110 in which the center pin 200 is inserted into the core, and the diameter R B is 18 mm as the 18650 standard. And the length L is 65 mm. The center pins 200 and 201 included in the secondary battery 100 have a structure wound three times in a horizontal cross section based on an outer diameter R C of 4 mm, and the winding structures are spaced at equal intervals. It can provide excellent mechanical rigidity. Since the gas and the like can be smoothly discharged by the spaces 210 and 211 formed by the gap, this increases the internal pressure of the cylindrical battery, thereby operating the safety vent and / or the CID. It is possible to improve the safety of the battery by blocking the energization of overcurrent, and to prevent the entire jelly-roll from ejecting in a harsh environment such as high temperature to high pressure.

한편, 센터 핀(200, 201)의 최외각 단부는 동일한 두께로 형성(220)되어 있을 수도 있으나, 도 5에서와 같이, 단부로 향할수록 두께를 점차적으로 얇아지게 구성(221)하고, 열융착 또는 접착 필름을 부착하는 등의 방법으로 센터핀의 외면에 부착할 수도 있으며, 이 경우, 센터 핀의 변형에 의해 최외각 단부가 분리막을 뚫어 내부 단락이 유발되는 것을 근본적으로 방지할 수 있다. Meanwhile, although the outermost ends of the center pins 200 and 201 may be formed to have the same thickness 220, as shown in FIG. 5, the thickness is gradually thinned toward the ends 221, and heat-sealed. Or it may be attached to the outer surface of the center pin by a method such as attaching an adhesive film, in this case, it is possible to fundamentally prevent the innermost short circuit is caused to penetrate the separator by the deformation of the center pin.

본 발명에서 이차전지는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 기반 이차전지가 바람직하다. 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 기타 구성요소들에 대하여 이하에서 상세히 설명한다.In the present invention, the secondary battery is preferably a lithium-based secondary battery having high energy density, discharge voltage, and output stability. Other components of the lithium secondary battery according to the present invention will be described in detail below.

일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다. In general, a lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, a lithium salt-containing nonaqueous electrolyte, and the like.

양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is produced by, for example, applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder onto a positive electrode current collector, followed by drying, and further, a filler may be further added as necessary.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. The cathode current collector generally has a thickness of 3 to 500 mu m. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, the surface of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel Surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used. The current collector may form fine irregularities on its surface to increase the adhesion of the positive electrode active material, and may be in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + xMn2 - xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Li 1 + x Mn 2 - x O 4 (Where x is 0 to 0.33), lithium manganese oxides such as LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 and LiMnO 2 ; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , Cu 2 V 2 O 7 and the like; Ni-site type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x M x O 2 , wherein M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, or Ga, and x = 0.01 to 0.3; Formula LiMn 2-x M x O 2 (wherein M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta and x = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (wherein M = Fe, Co, Lithium manganese composite oxide represented by Ni, Cu or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with alkaline earth metal ions; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like. However, the present invention is not limited to these.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 양극 활물질에 도전성의 제 2 피복층이 부가됨으로 인해 상기 도전재의 첨가를 생략할 수도 있다.The conductive material is typically added in an amount of 1 to 50% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used. In some cases, since the conductive second coating layer is added to the positive electrode active material, the addition of the conductive material may be omitted.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding the active material and the conductive material to the current collector, and is generally added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당 해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for inhibiting the expansion of the positive electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing chemical change in the battery, for example, olefinic polymers such as polyethylene, polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

음극은 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.The negative electrode is manufactured by applying and drying a negative electrode material on the negative electrode current collector, and if necessary, the components as described above may be further included.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and may be formed of a material such as copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, surface of copper or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode current collector, fine concavities and convexities may be formed on the surface to enhance the bonding strength of the negative electrode active material, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.

상기 음극 재료는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용 할 수 있다.The negative electrode material may be, for example, carbon such as hardly graphitized carbon or graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0 ≦ x ≦ 1), Li x WO 2 (0 ≦ x ≦ 1), Sn x Me 1 - x Me ' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, halogen, 0 <x ≦ 1; 1 ≦ y ≦ 3; 1 ≦ z ≦ 8); Lithium metal; Lithium alloys; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , and oxides such as Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.

상기 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separator is interposed between the cathode and the anode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally from 0.01 to 10 ㎛ ㎛, thickness is generally 5 ~ 300 ㎛. As such a separator, for example, olefin polymers such as chemical resistance and hydrophobic polypropylene; Sheets or non-woven fabrics made of glass fibers or polyethylene are used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.

리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬 염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. A lithium salt containing non-aqueous electrolyte solution consists of a nonaqueous electrolyte solution and a lithium salt. As the nonaqueous electrolyte, a liquid nonaqueous electrolyte, a solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and the like are used.

상기 액상 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the liquid nonaqueous electrolyte include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butylo lactone, and 1,2-dimethoxy. Ethane, tetrahydroxy franc, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolon, formamide, dimethylformamide, dioxolon, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, acetic acid Methyl, phosphate triester, trimethoxy methane, dioxorone derivative, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, ether, pyrionic acid Aprotic organic solvents such as methyl and ethyl propionate can be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥 사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolytes include polyethylene derivatives, polyethylene oxide side derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphate ester polymers, agitation lysine, polyester sulfides, polyvinyl alcohols, and polyvinylidene fluorides. , Polymers containing ionic dissociating groups and the like can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides, sulfates and the like of Li, such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , and the like, may be used.

상기 리튬 염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a good material to be dissolved in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.

또한, 리튬염 함유 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.In addition, the lithium salt-containing non-aqueous electrolyte contains pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, and hexa for the purpose of improving charge and discharge characteristics and flame retardancy. Phosphate triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride, etc. This may be added. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 당업계에 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 삽입하고 거기에 전해액을 주입하여 제조할 수 있다.The lithium secondary battery according to the present invention can be produced by conventional methods known in the art. That is, it may be prepared by inserting a porous separator between the anode and the cathode and injecting the electrolyte therein.

양극은, 예를 들어, 앞서 설명한 리튬 전이 금속 산화물 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다. 마찬가지로 음극은, 예를 들어, 앞서 설명한 탄소 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 얇은 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다.The positive electrode may be manufactured by, for example, applying a slurry containing the lithium transition metal oxide active material, the conductive material, and the binder described above onto a current collector and then drying. Similarly, the negative electrode can be prepared by, for example, applying a slurry containing the above-described carbon active material, a conductive material and a binder onto a thin current collector and then drying it.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the following Examples are provided to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예 1]Example 1

두께가 0.45 mm인 폴리프로필렌 재질의 시트를, 도 4에서와 같이, 수평 단면상 0.2 mm의 등간격을 유지한 채로 3 회 권취한 후 열고정함으로써 외경이 4 mm인 센터 핀을 제조하였고, 상기 센터 핀을 전극조립체의 권심에 삽입하여 18650 규격(직경 18 mm, 길이 65 mm)의 원통형 이차전지를 제작하였다.A center pin having an outer diameter of 4 mm was manufactured by winding a polypropylene sheet having a thickness of 0.45 mm and winding it three times while maintaining an equal interval of 0.2 mm on a horizontal cross section as shown in FIG. 4. A pin was inserted into the core of the electrode assembly to fabricate a cylindrical secondary battery of 18650 (diameter 18 mm, length 65 mm).

[실시예 2][Example 2]

스테인리스 재질의 판재를 사용하여, 도 5에서와 같이, 수평 단면상 단부가 센터 핀의 외면에 밀착되어 있는 구조인 센터 핀을 제조하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 원통형 이차전지를 제조하였다.Using a stainless steel plate, as shown in Fig. 5, except that a center pin having a structure in which a horizontal cross-section end is in close contact with the outer surface of the center pin, a cylindrical secondary in the same manner as in Example 1 The battery was prepared.

[비교예 1]Comparative Example 1

스테인리스 재질의 판재를 사용하여, 도 2에서와 같이, 수평 단면상 단부가 접하지 않고 중공형의 원 구조인 센터 핀을 제조하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 원통형 이차전지를 제조하였다.A cylindrical secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that a center pin having a hollow circular structure was manufactured by using a stainless steel plate, and the ends were not in contact with each other in a horizontal cross section, as shown in FIG. 2. Was prepared.

[비교예 2 내지 8][Comparative Examples 2 to 8]

수평 단면상 단부가 접합되어 있고, 직경이 각각 하기 표 1과 같이 설정된 내부가 채워진 구조의 원기둥형의 센터 핀을 제조하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 원통형 이차전지를 제조하였다.A cylindrical secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a cylindrical center pin having a structure in which an end was joined on a horizontal cross section and a diameter was filled in each of which was set as shown in Table 1 below was manufactured. It was.

[실험예 1]Experimental Example 1

실시예 1에서 제조된 전지 10 개와 비교예 1 내지 8에서 제조된 전지 10 개를 4.2 V 전압에서 충격 실험을 실시하였다. 상기 충격 실험은 4.2 V로 충전된 전지를 기준으로 610 25 mm의 높이에서 직경 15.8 mm 이고 무게가 9.1 kg인 봉 형상의 물체를 떨어뜨려 단락의 발생 여부를 확인하는 과정으로 수행되었다. Ten batteries prepared in Example 1 and ten batteries prepared in Comparative Examples 1 to 8 were subjected to an impact test at 4.2 V voltage. The impact test was performed to check whether a short circuit occurred by dropping a rod-shaped object having a diameter of 15.8 mm and a weight of 9.1 kg at a height of 610 25 mm based on a battery charged with 4.2 V.

그 결과, 실시예 1에 따른 모든 전지들은 단락이 일어나지 않은 반면에, 비교예 1에 따른 전지들 중 3 개의 전지들에서 단락이 확인되었다. 단락이 유발된 비교예 1의 전지들을 분해하여 검사한 결과, 센터 핀의 단부가 분리막을 관통하여 젤리-롤의 전극에 접속됨으로써 단락이 유발되었음을 확인할 수 있었다. As a result, all the batteries according to Example 1 did not have a short circuit, whereas short circuits were observed in three of the batteries according to Comparative Example 1. As a result of disassembling and inspecting the batteries of Comparative Example 1 in which a short circuit was induced, it was confirmed that a short circuit was caused by connecting the end of the center pin to the electrode of the jelly-roll through the separator.

또한, 비교예 2 내지 8에 따른 전지들 중 센터 핀의 지름이 1.6 미만인 경우(비교예 2 내지 6)의 전지들에서는 단락이 유발되었고 전지의 발화가 발견되었으나, 1.6 이상인 경우(비교예 7 및 8)에는 젤리-롤이 받는 압력을 증가시켜 발화하지 않고 발열만 일어나는 것을 확인하였다. 그러나, 비교예 7 및 8에 따른 전지는 젤리-롤의 내부에서 발생한 가스가 센터 핀을 통해 배출될 수 없는 구조이므로, 실제 전지에 적용하기에는 한계가 있다. In addition, among the batteries according to Comparative Examples 2 to 8, when the diameter of the center pin was less than 1.6 (Comparative Examples 2 to 6), a short circuit was caused and the ignition of the battery was found, but when 1.6 or more (Comparative Examples 7 and In 8), it was confirmed that only the exotherm occurred without firing by increasing the pressure applied to the jelly-roll. However, the cells according to Comparative Examples 7 and 8 have a limitation in that the gas generated in the jelly-roll cannot be discharged through the center pin, so that the cells can be applied to actual cells.

<표 1>TABLE 1

Figure 112006076059412-pat00001
Figure 112006076059412-pat00001

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는 등간격의 소용돌이형 권취 구조의 센터핀을 포함함으로써, 우수한 기계적 강도를 발휘하여 외부적 충격에 의한 센터 핀의 변형을 최소화함으로써 내부단락 및 그로 인한 발화를 방지하여 발열 현상만이 발생하며, 더욱이 전지 성능에 영향을 끼치지 않으면서 전지 내부에서 발생되는 가스를 효과적으로 방출할 수 있으므로 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다. As described above, the secondary battery according to the present invention includes the center pin of the spiral winding structure of equal intervals, thereby exhibiting excellent mechanical strength and minimizing deformation of the center pin due to external impact, thereby resulting in internal short circuit and Only the heat generation occurs by preventing the ignition, and furthermore, it is possible to effectively release the gas generated inside the battery without affecting the performance of the battery can greatly improve the safety of the battery.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

Claims (8)

양극/분리막/음극을 권취하여 제조된 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지로서, 수평단면 상에서 센터 핀의 반경을 기준으로 5 내지 30%의 크기의 이격 폭으로 등간격을 이루는 소용돌이형 권취 구조의 센터 핀이 젤리-롤의 권심에 삽입되어 있고, 상기 센터 핀은 3 회 내지 8 회의 권취 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.A secondary battery in which an electrode assembly (jelly roll) manufactured by winding an anode / separator / cathode is embedded in a cylindrical battery case, and has a width of 5 to 30% based on the radius of the center pin on a horizontal cross section. A secondary battery having a spaced spiral center pin is inserted into the core of the jelly-roll, and the center pin is composed of three to eight winding structures. 제 1 항에 있어서, 상기 센터 핀은 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트 및 폴리메틸메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 고분자 소재나, 상기 고분자와 필러를 포함하는 복합체 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.The method of claim 1, wherein the center pin is one or more polymer materials selected from the group consisting of polypropylene, polyimide, polyamide, polycarbonate and polymethyl methacrylate, or a composite material comprising the polymer and filler Secondary battery, characterized in that consisting of. 제 1 항에 있어서, 상기 센터 핀은 금속 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the center pin is made of a metal material. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 센터 핀은 외경이 2 내지 5 mm 인 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the center pin has an outer diameter of 2 to 5 mm. 제 1 항에 있어서, 상기 센터 핀의 최외각 권취 단부는 센터 핀의 외면에 밀착되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery according to claim 1, wherein the outermost winding end of the center pin is in close contact with an outer surface of the center pin. 제 1 항에 있어서, 상기 전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the battery is a lithium secondary battery.
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