KR20100092700A - Cylindrical secondary battery containing center pin of noble material - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 신규한 재료의 센터 핀을 포함하고 있는 원통형 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 신규한 재료의 센터 핀을 포함하고 있는 원통형 이차전지는 센터 핀의 재질자체를 유연한 금속, 금속산화물 또는 폴리머를 사용하여 유연하고 탄성있고 내열성있고 박리되지 않는 센터 핀을 형성하여 중공형의 내부구조에 변형이 일어나지 않고, 그러한 변형이 일어나지 않으므로 센터 핀의 접하지 않은 단부가 분리막을 뚫고 전극에 접촉되어 일어나는 내부단락이 방지되고, 센터 핀 자체의 재질의 변화를 가져오는 것이므로 추가 코팅공정이 필요하지 않고 코팅된 면의 박리가 발생하지 않는 신규한 재료의 센터 핀을 포함하고 있는 원통형 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a cylindrical secondary battery including a center pin of a novel material, and more particularly, to a cylindrical secondary battery including a center pin of the novel material. Or by using a polymer to form a flexible, elastic, heat-resistant and non-peelable center pin so that no deformation occurs in the hollow internal structure, and such deformation does not occur, so that the non-contacted end of the center pin penetrates the separator and contacts the electrode. The present invention relates to a cylindrical secondary battery including a center pin of a novel material which does not require an additional coating process and does not cause peeling of the coated surface because an internal short circuit is prevented and a change in the material of the center pin itself is caused. .
일반적으로, 리튬 이차전지는 휴대폰, PDA, 휴대용 게임기, MP3, 노트북 등 모바일기기에 사용되고 있으며, 장차 차량 수송에 사용하려고 하고 있다. 현재, 리 튬 이차전지에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있어 그에 따른 리튬 이차전지를 신속하고도 실장시험에서 불량이 없도록 생산하는 기술이 필요하다. In general, lithium secondary batteries are used in mobile devices such as mobile phones, PDAs, portable game consoles, MP3s, and notebook computers, and are intended to be used for transportation of vehicles in the future. At present, the demand for lithium secondary batteries is exploding, and thus, there is a need for a technology for producing lithium secondary batteries accordingly in order to produce defects in a fast and practical test.
리튬 이차전지는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어 과충전, 과전류, 물리적인 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 문제점이 있으므로, 리튬 이차전지에는 과충전 등의 비정상적인 상태를 제어할 수 있는 보호회로모듈(PCM)이 절연성 장착부재상에 놓여 전지셀에 접속된 상태로 탑재되어 있다. Since lithium secondary batteries have various combustible materials, there are problems such as overheating and explosion due to overcharging, overcurrent, and physical shock. Therefore, a lithium secondary battery has a protection circuit module (PCM) that can control abnormal conditions such as overcharging. It is mounted on an insulating mounting member and mounted in a state of being connected to a battery cell.
상기 절연성 장착부재는 상부의 절연성 탑 캡과 접착제로 접합되어 전지셀을 완성한다.The insulating mounting member is bonded to the upper insulating top cap with an adhesive to complete the battery cell.
그 중 젤리-롤형 전극조립체는 주로 원통형 전지와 각형 전지에 사용되고 있는 데, 원통형 이차전지는 상기 젤리-롤형(권취형) 전극조립체를 원통형 케이스에 수납하고, 상기 원통형 케이스 내에 전해액을 주입한 후에, 상기 원통형 케이스의 개방 상단에 전극 단자(예를 들어, 양극단자; 도시하지 않음)가 형성되어 있는 상기 탑 캡을 결합하여 제작한다.Among them, a jelly-roll type electrode assembly is mainly used for a cylindrical battery and a square battery, and a cylindrical secondary battery stores the jelly-roll type (wound) electrode assembly in a cylindrical case and injects an electrolyte solution into the cylindrical case. The top cap having an electrode terminal (for example, a positive electrode terminal; not shown) is formed on the open upper end of the cylindrical case.
상기 전극조립체는 양극과 음극, 및 분리막을 차례로 적층하여 둥근 형태로 감은 구조로서, 그것의 권심(젤리-롤의 중심부)에는 원통형의 센터 핀이 삽입되어 있다. 상기 센터 핀은 일반적으로 소정의 강도를 부여하기 위해 SUS 재질의 스틸 금속 소재로 이루어져 있으며, 판재를 둥글게 절곡한 구조를 가지고, 수평 단면상 단부가 접하지 않은 중공형의 원통형 구조로 이루어져 있다. 이러한 상기 센터 핀은 상기 전극조립체를 고정 및 지지하는 작용과 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 작용한다.The electrode assembly has a structure in which a cathode, an anode, and a separator are sequentially stacked and wound in a round shape, and a cylindrical center pin is inserted into its core (center of a jelly roll). The center pin is generally made of a steel metal material of SUS material to give a predetermined strength, has a structure bent round the plate material, and has a hollow cylindrical structure having no end in contact with the horizontal cross section. The center pin acts as a passage for fixing and supporting the electrode assembly and for releasing gas generated by internal reaction during charging and discharging and during operation.
그러나, 상기 SUS 재질의 센터 핀은 전지의 낙하 및 압착 등 외부충격이 인가되었을 때, 중공형의 내부구조에 변형이 일어나기 쉽고, 그러한 변형에 의해 센터 핀의 접하지 않은 단부가 분리막을 뚫고 전극에 접촉됨으로써 내부단락을 유발할 수 있다.However, the center pin of the SUS material is easily deformed to the hollow internal structure when an external shock such as dropping or crimping of the battery is applied, and the non-contacted end of the center pin penetrates the separator and is applied to the electrode. Contact may cause an internal short circuit.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 기술은 아직 공개되어 있지 않다. Techniques for solving this problem are not yet disclosed.
반면, 기존의 스테인레스 스틸(SUS) 재질의 센터핀 대신, 저렴한 스틸(steel), 구리(Cu), 양철 등의 재질로 센터핀을 제조하고 그 표면을 폴리머 또는 다른 금속으로 코팅하여 전해액 속에서의 금속 용출을 방지함으로써 센터핀의 제조 비용을 낮춘 원통형 리튬 이차전지(대한민국 특허등록 제770,091호)에 대한 기술이 공개되어 있다. 그러나, 상기 센터핀의 제조 비용을 낮춘 원통형 리튬 이차전지는 코팅공정이 추가되어 비용이 발생하고 코팅된 면이 충방전시 부반응에 의해 발생하는 이산화탄소와 유기산화물에 의해 박리되는 문제점이 남아있다. On the other hand, instead of the existing center pin made of stainless steel (SUS), the center pin is made of cheap steel, copper (Cu), tin, etc., and the surface is coated with a polymer or other metal to A technique for a cylindrical lithium secondary battery (Korean Patent Registration No. 770,091) that lowers the manufacturing cost of a center pin by preventing metal dissolution is disclosed. However, a cylindrical lithium secondary battery having a lower manufacturing cost of the center pin has a problem in that a coating process is added and the coated surface is separated by carbon dioxide and organic oxides generated by side reactions during charging and discharging.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 센터 핀의 재료로 SUS를 사용하였을 때 중공형의 내부구조에 변형이 일어나기 쉽고, 그러한 변형에 의해 센터 핀의 접하지 않은 단부가 분리막을 뚫고 전극에 접촉됨으로써 내부단락을 유발하고, 다른 저렴한 재질을 사용하였을 때, 추가 코팅공정이 필요하고 코팅된 면의 박리가 발생하는 문제를 센터 핀의 재질자체를 유연한 금속, 금속산화물 또는 폴리머로 형성하여 유연하고 탄성있고 내열성있고 박리되지 않는 센터 핀을 제조하여 해결한 신규한 재료의 센터 핀을 포함하고 있는 원통형 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is that deformation is easily caused in the hollow inner structure when SUS is used as the material of the conventional center pin, and the non-contacted end of the center pin penetrates the separator and contacts the electrode by the deformation. The problem that short circuiting and other inexpensive materials require additional coating process and peeling of the coated surface causes the center pin's material to be formed of a flexible metal, metal oxide or polymer, making it flexible, elastic and heat resistant. An object of the present invention is to provide a cylindrical secondary battery including a center pin of a novel material which is manufactured by solving a center pin that is not peeled off.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 본 발명은 신규한 재료의 센터 핀을 포함하고 있는 원통형 이차전지로서, In order to solve the above object, the present invention is a cylindrical secondary battery including a center pin of a novel material,
양극/분리막/음극을 권취하여 제조된 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지로서, 수평단면 상에서 강도를 부여하는 중공 구조의 센터 핀이 젤리-롤의 권심에 삽입되어 있되, 상기 센터 핀의 재질이 유연한 금속, 소결한 금속산화물 또는 폴리머로 형성되는 것을 포함하는 이차전지를 제공한다.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 a hollow center pin having strength on a horizontal cross section is inserted into the core of the jelly-roll. However, the center pin provides a secondary battery comprising a material formed of a flexible metal, a sintered metal oxide or a polymer.
본 발명의 신규한 재료의 센터 핀을 포함하고 있는 원통형 이차전지는 센터 핀의 재질자체를 유연한 금속, 금속산화물 또는 폴리머를 사용하여 유연하고 탄성있고 내열성있고 박리되지 않는 센터 핀을 형성하여 중공형의 내부구조에 변형이 일어나지 않고, 그러한 변형이 일어나지 않으므로 센터 핀의 접하지 않은 단부가 분리막을 뚫고 전극에 접촉되어 일어나는 내부단락이 방지되고, 센터 핀 자체의 재질의 변화를 가져오는 것이므로 추가 코팅공정이 필요하지 않고 코팅된 면의 박리가 발생하지 않는 장점이 현저하다.The cylindrical secondary battery including the center pin of the novel material of the present invention forms the center pin by using a flexible metal, metal oxide, or polymer to form a flexible, elastic, heat resistant, non-peelable center pin. There is no deformation in the internal structure, and such deformation does not occur, which prevents the internal short circuit caused by the non-contacted end of the center pin penetrating the separator and in contact with the electrode. The advantage is that it is not necessary and no peeling of the coated side occurs.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
본 발명은 양극/분리막/음극을 권취하여 제조된 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지로서, 수평단면 상에서 강도를 부여하는 중공 구조의 센터 핀이 젤리-롤의 권심에 삽입되어 있되, 상기 센터 핀의 재질이 유연한 금속, 금속산화물 또는 폴리머로 형성되는 것을 포함한다.The present invention is a secondary battery in which an electrode assembly (jelly-roll) manufactured by winding a cathode / separation membrane / cathode is embedded in a cylindrical battery case, and a center pin of a hollow structure that imparts strength on a horizontal cross section has a core of jelly-roll. Is inserted into, the material of the center pin comprises a flexible metal, metal oxide or polymer is formed.
구체적으로, 본 발명의 신규한 재료의 센터 핀을 포함하고 있는 원통형 이차전지는 양극/분리막/음극을 권취하여 제조된 전극조립체(젤리-롤)가 원통형 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지로서, 수평단면 상에서 강도를 부여하는 중공 구조의 센터 핀이 젤리-롤의 권심에 삽입되어 있되, 센터 핀의 재질자체를 유연한 금속, 금속산화물 또는 폴리머를 사용하여 유연하고 탄성있고 내열성있고 박리되지 않는 센터 핀을 형성하여 중공형의 내부구조에 변형이 일어나지 않고, 그러한 변형이 일어나지 않으므로 센터 핀의 접하지 않은 단부가 분리막을 뚫고 전극에 접촉되어 일어나는 내부단락이 방지되고, 센터 핀 자체의 재질의 변화를 가져오는 것이므로 추가 코팅공정이 필요하지 않고 코팅된 면의 박리가 발생하지 않는 신규한 재료의 센터 핀을 포함하고 있는 원통형 이차전지이다. Specifically, the cylindrical secondary battery including the center pin of the novel material of 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 is horizontal. The center pin of the hollow structure which gives strength on the cross section is inserted in the core of the jelly-roll, and the center pin itself is made of flexible, elastic, heat-resistant and non-peelable by using a flexible metal, metal oxide or polymer. Formation does not cause deformation of the hollow internal structure, and such deformation does not occur, thereby preventing internal short circuits caused by the non-contacted end of the center pin penetrating the separator and contacting the electrode, resulting in a change in the material of the center pin itself. It includes a center pin of new material that does not require additional coating and does not cause peeling of the coated side. And a cylindrical secondary battery.
즉, 상기 센터 핀의 재질을 변경하여 원통형 이차전지의 외부 충격 시 내부 단락 발생 억제하는 것으로서, 원통형 이차전지가 외부 충격 시 변형되어 납작해 짐으로써 에지(edge)부분이 이차전지 내부의 단락을 유발할 수 있고, 이러한 센터핀의 역할은 충방전 부반응에 발생하는 이산화탄소와 유기산화물등의 가스를 원할히 외부로 방출하는 것이다.That is, by changing the material of the center pin to suppress the internal short-circuit generated during the external impact of the cylindrical secondary battery, the cylindrical secondary battery is deformed and flattened during the external impact, the edge portion (edge) may cause a short circuit inside the secondary battery The role of the center pin is to smoothly discharge gas such as carbon dioxide and organic oxides generated in the side-charge reaction.
따라서, 센터 핀의 형태를 유지한 상태로 재질을 변경하여 가스 통로 역할을 유지하면서, 외부 충격 시 변형된 모형이 내부 단락을 유발시키지 못하도록 하여 안전성이 향상될 수 있다. 이에 가능한 재질은 가스 통로를 원활히 하기 위하여 원형 모양을 유지할 수 있는 열에 강한 재질과 물리적 변형을 가할 경우 탄성을 가지는 재질이 필요하다.Therefore, while maintaining the role of the gas passage by changing the material while maintaining the shape of the center pin, the deformed model during the external impact does not cause an internal short circuit can be improved safety. To this end, a material capable of maintaining a circular shape in order to smooth the gas passage requires a material having elasticity when a strong material is applied to heat and physical deformation.
여기서, 상기 센터 핀의 재질 중 유연한 금속은 탄탈륨, 티탄, 알루미늄, 니오비움, 아연, 주석, 또는 구리 중 어느 하나이거나 이들 중 둘 이상의 합금으로 이루어진다.Here, the flexible metal of the center pin is made of any one of tantalum, titanium, aluminum, niobium, zinc, tin, or copper, or an alloy of two or more thereof.
상기 유연한 금속의 사용은 탄성, 내열성, 유연성을 주기 위함이다.The use of the flexible metal is to give elasticity, heat resistance, flexibility.
상기 탄탈륨, 티탄, 알루미늄, 니오비움, 아연, 주석, 구리, 또는 그 합금은 산소와 반응하여 산화피막을 형성함에 의해 부식을 방지한다.The tantalum, titanium, aluminum, niobium, zinc, tin, copper, or alloys thereof react with oxygen to form an oxide film to prevent corrosion.
즉, 상기 탄탈륨은 전해액과 전극과의 부반응에 의해 일어나는 이산화탄소와 유기산화물에 의한 부식에 대해 강한 내성을 갖는 청회색의 금속이다.That is, the tantalum is a bluish gray metal having strong resistance to corrosion by carbon dioxide and organic oxides caused by side reaction between the electrolyte and the electrode.
상기 티탄은 가볍고 전해액과 전극과의 부반응에 의해 일어나는 이산화탄소와 유기산화물에 의한 부식에 대해 강한 내성을 갖는 은회색의 금속이다.Titanium is a silver gray metal that is light and has a strong resistance to corrosion by carbon dioxide and organic oxides caused by side reactions of electrolytes and electrodes.
상기 알루미늄은 유연하고 전해액과 전극과의 부반응에 의해 일어나는 이산화탄소와 유기산화물에 의한 부식에 대해 강한 내성을 갖는 회색의 금속이다.The aluminum is a gray metal that is flexible and has a strong resistance to corrosion by carbon dioxide and organic oxides caused by side reactions between the electrolyte and the electrode.
상기 니오비움은 상기 탄탈륨과 비슷한 성질을 갖는 금속으로서 유연하고, 전해액과 전극과의 부반응에 의해 일어나는 이산화탄소와 유기산화물에 의한 부식에 대해 강한 내성을 갖는 회색의 금속이다.Niobium is a metal having similar properties to tantalum and is a gray metal that is flexible and has a strong resistance to corrosion by carbon dioxide and organic oxides caused by side reactions between electrolytes and electrodes.
상기 아연은 전해액과 전극과의 부반응에 의해 일어나는 이산화탄소와 유기산화물에 의한 부식에 대해 강한 내성을 갖는 청회색의 금속이다.The zinc is a bluish gray metal having a strong resistance to corrosion by carbon dioxide and organic oxides caused by side reactions between the electrolyte and the electrode.
상기 주석은 전해액과 전극과의 부반응에 의해 일어나는 이산화탄소와 유기산화물에 의한 부식에 대해 강한 내성을 갖는 은회색의 금속이다.The tin is a silver gray metal having strong resistance to corrosion by carbon dioxide and organic oxides caused by side reactions between the electrolyte and the electrode.
상기 구리는 전해액과 전극과의 부반응에 의해 일어나는 이산화탄소와 유기산화물에 의한 부식에 대해 내성을 갖는 황색의 금속이다.The copper is a yellow metal that is resistant to corrosion by carbon dioxide and organic oxides caused by side reactions between the electrolyte and the electrode.
상기 합금은 상기 탄탈륨, 티탄, 알루미늄, 니오비움, 아연, 주석, 구리 금속을 같거나 서로 다른 함량으로 혼합하여 형성된다.The alloy is formed by mixing the tantalum, titanium, aluminum, niobium, zinc, tin, copper metal in the same or different content.
또한, 상기 센터 핀의 재질 중 금속 산화물은 산화탄탈륨, 산화티탄, 산화알루미늄, 산화니오비움, 산화아연, 산화주석, 또는 산화구리 중 어느 하나이거나 이들 중 둘 이상의 합금산화물로 이루어진다.In addition, the metal oxide of the material of the center fin is any one of tantalum oxide, titanium oxide, aluminum oxide, niobium oxide, zinc oxide, tin oxide, or copper oxide, or an alloy oxide of two or more thereof.
상기 금속 산화물의 사용은 내열성, 탄성, 유연성을 주기 위함이다.The use of the metal oxide is to give heat resistance, elasticity, and flexibility.
상기 산화탄탈륨은 백색의 무취 파우더인 오산화탄탈륨(Ta2O5)를 포함하며, 상기 오산화탄탈륨은 1470℃이상에서 분해되는 안정한 산화물로서 소결온도에서 소결하여 사용한다.The tantalum oxide includes tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), which is a white odorless powder, and the tantalum pentoxide is a stable oxide decomposed at 1470 ° C. or higher, and is used after sintering at a sintering temperature.
상기 산화티탄은 백색 파우더인 이산화티탄(TiO2)을 포함하며, 상기 이산화티탄은 용제에 용해되지 않는 안정한 산화물로서 소결온도에서 소결하여 사용한다.The titanium oxide includes titanium dioxide (TiO 2 ), which is a white powder, and the titanium dioxide is a stable oxide which is not dissolved in a solvent and is used by sintering at a sintering temperature.
상기 산화알루미늄은 연마제로 사용하는 알루미나(Al2O3)로도 불리우고 내화제로도 사용된다.The aluminum oxide is also called alumina (Al 2 O 3 ) used as an abrasive and is also used as a fire-resistant.
상기 산화니오비움은 니오비움모노옥사이드(NbO), 니오비움디옥사이드(NbO2), 니오비움펜타옥사이드(NbO5)로 형성되고, 상기 니오비움펜타옥사이 드(NbO5)는 백색의 고체로 절연체를 형성한다.The niobium oxide is formed of niobium monooxide (NbO), niobium dioxide (NbO 2 ), niobium pentaoxide (NbO 5 ), and the niobium pentaoxide (NbO 5 ) is a white solid to form an insulator. Form.
상기 산화아연은 ZnO이고, 백색의 고체로서 물에는 거의 녹지 않는다.The zinc oxide is ZnO, which is a white solid and hardly soluble in water.
상기 산화주석은 SnO을 포함하고, 검은색의 파우더로 소결온도에서 소결하여 사용한다.The tin oxide contains SnO and is used as a black powder by sintering at sintering temperature.
상기 산화구리는 CuO를 포함하고, 검은색의 파우더로서 소결온도에서 소결하여 사용한다. The copper oxide contains CuO and is used as a black powder by sintering at sintering temperature.
여기서, 상기 합금산화물은 산화탄탈륨, 산화티탄, 산화알루미늄, 산화니오비움, 산화아연, 산화주석, 산화구리를 같거나 서로 다른 함량으로 혼합하여 형성된다.Here, the alloy oxide is formed by mixing tantalum oxide, titanium oxide, aluminum oxide, niobium oxide, zinc oxide, tin oxide, copper oxide in the same or different contents.
또한, 상기 센터 핀의 재질 중 폴리머는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 또는 폴리메틸메타크릴레이트 중 어느 하나 이상이다.In addition, the polymer of the center pin is any one or more of polyethylene, polypropylene, polyimide, polyamide, polycarbonate, or polymethyl methacrylate.
상기 폴리머의 사용은 유연성과 탄성, 내열성을 위함이다.The use of the polymer is for flexibility, elasticity and heat resistance.
여기서, 상기 폴리에틸렌은 고밀도 폴리에틸렌 또는 선형 폴리에틸렌을 포함한다.Here, the polyethylene includes high density polyethylene or linear polyethylene.
상기 폴리프로필렌은 녹는점이 160℃로서 내열성을 가지고 있는 유연하고 탄성있는 재질이다.The polypropylene is a flexible and elastic material having a melting point of 160 ° C. and having heat resistance.
상기 폴리이미드는 250℃에서도 내열성을 갖는 유연하고 탄성있는 재질이다.The polyimide is a flexible and elastic material having heat resistance even at 250 ° C.
상기 폴리아미드는 나일론, 아라미드를 포함하며 350℃에서도 내열성을 갖는 유연하고 탄성있는 재질이다.The polyamide is a flexible and elastic material including nylon and aramid and having heat resistance even at 350 ° C.
상기 폴리카보네이트는 녹는점이 267℃로서 내열성을 가지고 있는 유연하고 탄성있는 재질이다. The polycarbonate has a melting point of 267 ° C. and is a flexible and elastic material having heat resistance.
상기 폴리메틸메타크릴레이트는 PMMA라고도 불리우며 녹는점이 140℃로서 내열성을 가지고 있는 유연하고 탄성있는 재질이다.The polymethyl methacrylate is also called PMMA and has a melting point of 140 ° C. and is a flexible and elastic material having heat resistance.
또한, 상기 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.In addition, the jelly-roll type electrode assembly is mainly used for cylindrical batteries and rectangular batteries, and FIG. 1 schematically illustrates a vertical cross-sectional perspective view of a cylindrical battery including a jelly-roll type electrode assembly.
도 1과 같이, 원통형 이차전지(100)는 젤리-롤형(권취형) 전극조립체(10)를 원통형 케이스(40)에 수납하고, 원통형 케이스(40) 내에 전해액을 주입한 후에, 원통형 케이스(40)의 개방 상단에 전극 단자(예를 들어, 양극단자; 도시하지 않음)가 형성되어 있는 탑 캡(30)을 결합하여 제작한다.As illustrated in FIG. 1, the cylindrical
전극조립체(10)는 양극(11)과 음극(12), 및 분리막(13)을 차례로 적층하여 둥근 형태로 감은 구조로서, 그것의 권심(젤리-롤의 중심부)에는 원통형의 센터 핀(20)이 삽입되어 있다. 센터 핀(20)은 소정의 강도와 내열성, 탄성을 부여하기 위해 금속, 금속산화물, 또는 폴리머 소재로 이루어져 있으며, 판재를 둥글게 절곡한 구조를 가지고, 도 2에서와 같이, 수평 단면상 단부(21)가 접하지 않은 중공형의 원통형 구조로 이루어져 있다. 이러한 센터 핀(20)은 전극조립체(10)를 고정 및 지지하는 작용과 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 작용한다.The
센터 핀(20)은 소정의 강도와 내열성, 탄성을 부여하기 위해 금속, 금속산화물, 또는 폴리머 소재로 이루어져 있어 전지의 낙하 및 압착 등 외부충격이 인가되었을 때, 중공형의 내부구조에 변형이 일어나지 않으므로, 상기 센터 핀의 접하지 않은 단부(21)가 분리막을 뚫고 전극에 접촉되지 않아 내부단락을 방지할 수 있다.The
이때, 상기 이차전지는 원통형의 리튬 이차전지이다.In this case, the secondary battery is a cylindrical lithium secondary battery.
상기 원통형의 리튬 이차전지에는 상기 도 1과 도 2와 같은 형태의 센터 핀이 형성된다.In the cylindrical lithium secondary battery, a center pin having a shape as shown in FIGS. 1 and 2 is formed.
상기 리튬 이차전지는 리튬이온전지, 리튬이온폴리머전지 또는 리튬폴리머전지이다.The lithium secondary battery is a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery or a lithium polymer battery.
여기서, 상기 리튬이온전지는 양극으로는 리튬 또는 리튬-흑연 화합물을 사용하고, 음극으로는 리튬코발트옥사이드(LiCoO2), 리튬철포스페이트(LiFePO4), 또는 리튬망간옥사이드(LiMnO4)를 사용하고, 전해액으로는 에테르, 또는 테트라하이드로퓨란과 같은 유기용매에 녹아있는 리튬염으로서 리튬테트라플로로포스페이트(LiPF4), 리튬테트라플로로보레이트(LiBF4), 또는 리튬퍼클로레이트(LiClO4)를 사용한다.Herein, the lithium ion battery uses lithium or a lithium-graphite compound as a positive electrode, and lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), or lithium manganese oxide (LiMnO 4 ) as a negative electrode. As the electrolyte, lithium tetrafluorophosphate (LiPF 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), or lithium perchlorate (LiClO 4 ) is used as a lithium salt dissolved in an organic solvent such as ether or tetrahydrofuran. .
상기 리튬이온폴리머전지는 양극으로는 리튬 또는 리튬-흑연 화합물을 사용 하고, 음극으로는 리튬코발트옥사이드(LiCoO2), 리튬철포스페이트(LiFePO4), 또는 리튬망간옥사이드(LiMnO4)를 사용하는 것은 상기 리튬이온전지와 같으나, 전해액으로는 에틸렌카보네이트(Ethylen Carbonate) 용매에 쇄상 에스테르를 첨가하고, 여기에 리튬헥사플로로포스페이트(LiPF6)와 같은 리튬염을 혼합한 것이 다르다. The lithium ion polymer battery uses lithium or a lithium-graphite compound as a positive electrode, and lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), or lithium manganese oxide (LiMnO 4 ) as a negative electrode. The same as the lithium ion battery, except that a chain ester is added to an ethylene carbonate (Ethylen Carbonate) solvent as an electrolyte, and a lithium salt such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is mixed.
상기 리튬폴리머전지는 양극으로는 리튬 또는 리튬-흑연 화합물을 사용하고, 음극으로는 리튬코발트옥사이드(LiCoO2), 리튬철포스페이트(LiFePO4), 또는 리튬망간옥사이드(LiMnO4)를 사용하는 것은 상기 리튬이온전지와 같으나, 전해질 및 분리막으로 전도성 고분자 전해질을 사용하는 것이 다르다. 상기 고분자 전해질은 폴리에틸렌옥사이드와 같은 고체 고분자에 리튬헥사플로로포스페이트(LiPF6) 또는 이산화규소와 같은 전기 전도성 염을 혼합한 것이다. The lithium polymer battery uses lithium or a lithium-graphite compound as a positive electrode, and lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), or lithium manganese oxide (LiMnO 4 ) as the negative electrode. It is the same as a lithium ion battery, but uses a conductive polymer electrolyte as an electrolyte and a separator. The polymer electrolyte is a mixture of an electrically conductive salt such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) or silicon dioxide with a solid polymer such as polyethylene oxide.
여기서, 상기 폴리머라는 단어는 고분자 전해질 및 분리막이라는 뜻이다.Here, the word "polymer" means a polymer electrolyte and a separator.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석 되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일반적인 젤리-롤형 전극조립체를 내장하고 있는 원통형 전지의 수직 단면 사시도이다.1 is a vertical cross-sectional perspective view of a cylindrical battery incorporating a general jelly-roll electrode assembly of the present invention.
도 2는 도 1의 전지에서 직선 I-I'에 따른 센터 핀의 수평 단면도이다.FIG. 2 is a horizontal cross-sectional view of the center pin along the straight line II ′ in the battery of FIG. 1. FIG.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* * Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10: 전극조립체 11: 양극 10: electrode assembly 11: anode
12: 음극 13: 분리막 12: cathode 13: separator
20: 센터 핀 21: 단부 20: center pin 21: end
30: 탑 캡 40: 원통형 케이스 30: top cap 40: cylindrical case
100: 이차전지100: secondary battery
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- 2009-02-13 KR KR1020090011964A patent/KR20100092700A/en not_active Application Discontinuation
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