KR20130084540A - Secondary battery of improved process yield - Google Patents

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KR20130084540A
KR20130084540A KR1020120005396A KR20120005396A KR20130084540A KR 20130084540 A KR20130084540 A KR 20130084540A KR 1020120005396 A KR1020120005396 A KR 1020120005396A KR 20120005396 A KR20120005396 A KR 20120005396A KR 20130084540 A KR20130084540 A KR 20130084540A
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secondary battery
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upper insulator
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KR1020120005396A
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김진
이진수
이길영
성주환
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주식회사 엘지화학
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Abstract

PURPOSE: A secondary battery is provided to effectively prevent a fault which is generated in the post processing by leaving of predetermined position or inclining of an upper insulator after the upper insulator is inserted in a battery case. CONSTITUTION: A jelly-roll of an anode / separation film / cathode structure are built in a battery case of the angular type in a secondary battery, upper insulator (100) which is an insulation member is mounted in the upper end of the jelly-roll. At least two or more protrusions (110, 120, 130) which are contacted with the inner surface of the battery case are formed in the outer periphery of the upper insulator in order to prevent the upper insulator is left a predetermined position or inclined after the upper insulator is inserted into the battery case. The protrusions are positioned at least more than two places among sites in which protrusions are adjacent to four edge of the square shaped battery case.

Description

공정 양품률이 향상된 이차전지 {Secondary Battery of Improved Process Yield}Secondary Battery of Improved Process Yield

본 발명은 공정 양품률이 향상된 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극/분리막/음극 구조의 젤리-롤이 각형의 전지케이스에 내장되어 있고 상기 젤리-롤의 상단에 절연성의 부재('상부 절연체')가 탑재되어 있는 이차전지로서, 상기 상부 절연체가 전지케이스에 삽입된 후 상부 절연체가 정위치 이탈되거나 기울어지는 것을 방지할 수 있도록, 상부 절연체의 외주면에는 전지케이스의 내면과 접하는 적어도 2개 이상의 돌기들이 형성되어 있는 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery having improved process yield, and more particularly, a jelly-roll having a cathode / separation membrane / cathode structure is embedded in a rectangular battery case and an insulating member (' A secondary battery having an upper insulator ') mounted thereon, the outer circumferential surface of the upper insulator contacting the inner surface of the battery case to prevent the upper insulator from being displaced or inclined after the upper insulator is inserted into the battery case; It relates to a secondary battery in which more than one protrusion is formed.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.As technology development and demand for mobile devices are increasing, the demand for batteries as energy sources is rapidly increasing, and accordingly, a lot of researches on batteries capable of meeting various demands have been conducted.

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.The secondary battery is classified into a cylindrical battery and a prismatic battery in which the electrode assembly is housed in a cylindrical or rectangular metal can according to the shape of the battery case, and a pouch-shaped battery in which the electrode assembly is housed in a pouch-shaped case of an aluminum laminate sheet .

또한, 이차전지는 충방전이 가능한 발전소자로서, 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell) 등의 유닛 셀들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.In addition, the secondary battery is a power generator capable of charging and discharging, and may be classified according to the structure of the electrode assembly having a cathode / separation membrane / cathode structure, and typically, a separator having a long sheet-shaped cathode and an anode interposed therebetween. Jelly-roll (wound) electrode assembly having a structure wound in a closed state, stack-type electrode assembly in which a plurality of positive and negative electrodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator therebetween, predetermined units And a stack / foldable electrode assembly having a structure in which unit cells, such as a bi-cell or a full cell, are stacked with the positive and negative electrodes of the positive electrode and the negative electrode interposed therebetween.

그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어서, 각형 또는 원통형 전지케이스에 탑재되는 전극조립체로 널리 사용되고 있다.Among them, the jelly-roll type electrode assembly has an advantage of easy manufacturing and high energy density per weight, and thus is widely used as an electrode assembly mounted in a rectangular or cylindrical battery case.

이러한 각형 또는 원통형 이차전지에서 젤리-롤형 전극 조립체의 상단에는 탑 캡, 전극리드 등과의 절연성을 확보하기 위하여, 절연성의 부재(일명, '상부 절연체(top insulator)'라 함)가 젤리-롤 상부에 장착이 용이하도록 상기 전지케이스의 내주면 보다 작은 크기로 장착되어 있다.In such a rectangular or cylindrical secondary battery, an insulating member (also referred to as a 'top insulator') is formed on top of a jelly roll to secure insulation between a top cap and an electrode lead at the top of the jelly-roll electrode assembly. It is mounted to a size smaller than the inner circumferential surface of the battery case to facilitate mounting on.

이 경우, 상부 절연체의 삽입성은 용이하나, 상부 절연체의 삽입 후 후공정을 위한 조립 설비에서의 이동 및 탭 용접과 같은 후공정의 외력에 의해 젤리-롤 상부에 삽입된 상부 절연체가 전지케이스의 외부로 이탈하거나 젤리-롤 상부에서 기울어져 후공정에서 불량이 발생하는 문제점이 있다.In this case, the insertability of the upper insulator is easy, but the upper insulator inserted in the upper part of the jelly-roll by the external force of the post-process such as the tab welding and the movement in the assembly equipment for the post-process after the upper insulator is inserted into the outside of the battery case There is a problem that a defect occurs in the post-process due to the inclination at the top or jelly-roll.

또한, 전지셀이 낙하되거나 전지셀의 상단에 충격이 가해지는 경우, 전지케이스의 내주면 보다 작은 크기의 이러한 상부 절연체가 각형 또는 원통형 이차전지의 젤리-롤 상부에서 이탈되거나 기울어짐으로써, 전극간 단락, 전극과 캔의 단락 등이 유발되는 문제점이 존재한다. 이러한 문제점을 도면을 참조하여 이하에서 설명한다. In addition, when a battery cell falls or an impact is applied to an upper end of the battery cell, such an upper insulator smaller than the inner circumferential surface of the battery case is separated or inclined from the top of the jelly-roll of the square or cylindrical secondary battery, thereby shorting the electrodes. There is a problem that a short circuit between the electrode and the can is caused. This problem is described below with reference to the drawings.

도 1은 종래의 각형 이차전지의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.1 is a schematic exploded perspective view of a conventional rectangular secondary battery.

도 1을 참조하면, 각형 전지(50)는 젤리-롤형 전극조립체(10)가 각형 금속 케이스(20)에 내장되어 있고 케이스(20)의 개방 상단에 돌출형 전극단자(예를 들어, 음극단자: 32)가 형성되어 있는 탑 캡(30)을 결합하는 구조로 이루어져 있다.Referring to FIG. 1, the rectangular battery 50 has a jelly-roll type electrode assembly 10 embedded in a rectangular metal case 20 and a protruding electrode terminal (eg, a negative electrode terminal) at an open top of the case 20. : 32) is configured to combine the top cap 30 is formed.

전극조립체(10)의 음극은 음극 탭(12)을 통해 탑 캡(30) 상의 음극단자(32)의 하단에 전기적으로 연결되며, 그러한 음극단자(32)는 절연부재(34)에 의해 탑 캡(30)으로부터 절연되어 있다. 반면에, 전극조립체(10)의 또 다른 전극(예를 들어, 양극)은 그것의 양극 탭(14)이 알루미늄, 스테인리스 스틸 등과 같은 도전성 소재로 되어 있는 탑 캡(30)에 전기적으로 연결되어 그 자체로서 양극단자를 형성한다.The negative electrode of the electrode assembly 10 is electrically connected to the lower end of the negative electrode terminal 32 on the top cap 30 through the negative electrode tab 12. The negative electrode terminal 32 is electrically connected to the top cap 30 by the insulating member 34, (30). On the other hand, another electrode (for example, an anode) of the electrode assembly 10 is electrically connected to the top cap 30 whose anode tab 14 is made of a conductive material such as aluminum, stainless steel, And forms a bipolar terminal by itself.

또한, 전극 탭들(12, 14)을 제외하고 전극조립체(10)와 탑 캡(30)의 전기적 절연 상태를 보장하기 위하여, 각형 케이스(20)와 전극조립체(10) 사이에 상부 절연체(40)를 삽입한 뒤, 탑 캡(30)을 덮고, 탑 캡(30)과 케이스(20)의 접촉면을 따라서 용접으로 이들을 결합한다. 그런 다음, 전해액 주입구(43)를 통해 전해액을 주입한 후 용접하여 밀봉하고, 에폭시 등으로 용접 부위를 도포함으로써 전지가 제조된다.In addition, the upper insulator 40 is disposed between the rectangular case 20 and the electrode assembly 10 to ensure the electrical insulation state of the electrode assembly 10 and the top cap 30 except for the electrode tabs 12 and 14. After inserting, the top cap 30 is covered, and these are joined by welding along the contact surface of the top cap 30 and the case 20. Then, an electrolyte is injected through the electrolyte injection port 43, and then the battery is sealed by welding and applying a welding portion with epoxy or the like to manufacture a battery.

이러한 상부 절연체(40)는 전지셀의 낙하 또는 강한 외력이 전지셀에 인가될 때, 예를 들어, 전지셀의 좌측 상단에서 인가된 외력에 의해 이탈되거나 기울어지면서, 예를 들어, 음극 탭(12)을 누르게 되고, 외력을 받은 음극 탭(12)의 상단이 절곡되면서 전극조립체(10)의 양극 상단과 접촉됨으로써, 내부 단락을 유발할 수 있다. 이러한 내부 단락은 이차전지의 안전성에 심각한 지장을 초래한다.The upper insulator 40 is, for example, when the falling or strong external force of the battery cell is applied to the battery cell, for example, is separated or tilted by the external force applied at the upper left of the battery cell, for example, the negative electrode tab 12 When pressing), the upper end of the negative electrode tab 12 subjected to the external force is bent to contact the upper end of the positive electrode of the electrode assembly 10, thereby causing an internal short circuit. This internal short circuit seriously impairs the safety of the secondary battery.

일반적으로, 원통형 또는 각형 전지에서 전극조립체(젤리-롤)의 상단 부위는 제조공정상의 한계, 구조적 특징으로 인해, 전지케이스인 금속 캔의 개방에 장착되는 캡 어셈블리 또는 탑 캡으로부터 소정의 간격으로 이격되어 있다. 따라서, 외부 충격 또는 낙하시 유발되는 안전성 문제는 젤리-롤의 하단보다는 상단에서 심각하지만, 종래기술은 상부에 가해지는 외력 및 상부쪽으로 유발된 전지셀의 낙하에 따른 문제점을 근본적으로 해결하지는 못한다.In general, the top portion of the electrode assembly (jelly-roll) in a cylindrical or square cell is spaced at a predetermined distance from a cap assembly or a top cap mounted to an opening of a metal can, which is a battery case, due to manufacturing process limitations and structural features. It is. Therefore, the safety problem caused by external impact or drop is serious at the top rather than the bottom of the jelly-roll, but the prior art does not fundamentally solve the problem caused by the external force applied to the top and the drop of the battery cell caused to the top.

따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technique capable of fundamentally solving such problems.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 젤리-롤의 상단에 상부 절연체가 탑재되어 있는 이차전지에서, 상부 절연체의 외주면에 다수개의 돌기를 형성하여 젤리-롤의 상단에 결합시킬 경우, 후공정의 외력에 의해 전지케이스로부터 상부 절연체가 정위치 이탈되거나 기울어지는 불량을 방지할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.After repeated studies and various experiments, the present inventors have formed a plurality of protrusions on the outer circumferential surface of the upper insulator and coupled to the upper end of the jelly roll in the secondary battery having the upper insulator mounted on the top of the jelly roll. In addition, the inventors have found out that the failure of the upper insulator to be displaced or inclined from the battery case due to the external force of the post process can be completed.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는, 양극/분리막/음극 구조의 젤리-롤이 각형의 전지케이스에 내장되어 있고 상기 젤리-롤의 상단에 절연성의 부재('상부 절연체')가 탑재되어 있는 이차전지로서, 상기 상부 절연체가 전지케이스에 삽입된 후 상부 절연체가 정위치 이탈되거나 기울어지는 것을 방지할 수 있도록, 상부 절연체의 외주면에는 전지케이스의 내면과 접하는 적어도 2개 이상의 돌기들이 형성되어 있는 것으로 구성되어 있다. In the secondary battery according to the present invention for achieving the above object, a jelly-roll having a cathode / separation membrane / cathode structure is built in a rectangular battery case, and an insulating member ('top insulator') is formed on the top of the jelly-roll. A secondary battery mounted thereon, wherein at least two protrusions are formed on the outer circumferential surface of the upper insulator to contact the inner surface of the battery case to prevent the upper insulator from being displaced or inclined after the upper insulator is inserted into the battery case. It is composed of.

따라서, 본 발명에 따른 이차전지는 외주면에 다수개의 돌기가 형성되어 있는 상부 절연체가 젤리-롤의 상단에 결합되어 있어서, 탭 용접과 같은 후공정의 외력에 의해 전지케이스로부터 상부 절연체가 정위치 이탈되거나 기울어지는 불량을 방지할 수 있다.Accordingly, in the secondary battery according to the present invention, the upper insulator having a plurality of protrusions formed on the outer circumferential surface thereof is coupled to the upper end of the jelly roll, and the upper insulator is separated from the battery case by the external force of the post process such as tab welding. Or tilting can be prevented.

또한, 본 발명에 따른 이차전지는 전지의 낙하 또는 외부 충격의 인가시에도 상부 절연체에 젤리-롤의 상단부가 눌리면서 발생할 수 있는 젤리-롤의 변형을 억제할 수 있으므로, 전극간 단락 또는 전극과 캔의 단락을 방지할 수 있다. In addition, the secondary battery according to the present invention can suppress the deformation of the jelly-roll that may occur when the upper end of the jelly-roll is pressed on the upper insulator even when the battery is dropped or an external impact is applied, the short circuit between the electrodes or the electrode and the can Short circuit can be prevented.

일반적으로, 상기 상부 절연체가 젤리-롤의 상단에 분리된 상태로 탑재되어 있거나, 접착제 등에 의해 단순히 부착되어 있는 경우에는, 전지의 낙하 또는 외부 충격의 인가시, 예를 들어, 젤리-롤의 상단에서 양극보다 길게 돌출된 음극의 단부가 절곡되는 등의 변형이 일어나게 되며, 이로 인해 양극과 접촉되면서 내부 단락이 발생하게 된다. 반면에, 본 발명에서와 같이, 전지케이스의 내주면에 밀착되도록 상부 절연체의 외주면에 다수개의 돌기가 형성되면, 외부 충격의 인가시에도 상기 상부 절연체가 이탈되거나 기울어지지 않게 되므로, 음극과 양극의 접촉에 의한 단락이 방지된다.In general, when the upper insulator is mounted on the top of the jelly-roll or simply attached by an adhesive or the like, when the battery is dropped or an external impact is applied, for example, the top of the jelly-roll Deformation such as the end of the negative electrode protruding longer than the positive electrode is generated, such that the internal short circuit occurs while contacting the positive electrode. On the other hand, as in the present invention, if a plurality of protrusions are formed on the outer peripheral surface of the upper insulator to be in close contact with the inner peripheral surface of the battery case, the upper insulator does not detach or tilt even when an external impact is applied, the contact between the negative electrode and the positive electrode The short circuit by is prevented.

상기 젤리-롤은, 예를 들어, 양극집전체의 적어도 일면에 양극활물질 코팅부를 포함하는 양극과 음극집전체의 적어도 일면에 음극활물질 코팅부를 포함하는 음극이 분리막을 이용하여 대향하도록 권취하여 구성되어 있고, 양극의 무지부에 양극의 길이 방향에 대해 수직으로 장착된 양극 탭과 음극의 무지부에 음극의 길이 방향에 대해 수직으로 장착된 음극 탭을 포함하는 구조일 수 있다.The jelly-roll is, for example, is configured by winding the positive electrode including the positive electrode active material coating on at least one surface of the positive electrode collector and the negative electrode including the negative electrode active material coating on at least one surface of the negative electrode current collector to face the separator using a separator. And a cathode tab mounted vertically with respect to the longitudinal direction of the cathode and a cathode tab mounted vertically with respect to the longitudinal direction of the cathode to the non-coated portion of the cathode.

하나의 바람직한 예에서, 상기 돌기들은 각형 전지케이스의 네 모서리와 인접한 부위들 중 적어도 두 곳 이상에 위치하는 구조일 수 있다. 돌기들이 한 곳에만 위치하면, 전지케이스에 대한 낮은 밀착력으로 인해 상부 절연체가 정위치 이탈 또는 기울어질 수 있으므로 소망하는 효과를 기대하기 어려워 바람직하지 않다. In one preferred example, the protrusions may have a structure located at at least two of the four corners and adjacent portions of the rectangular battery case. If the projections are located only in one place, the upper insulator may be displaced or inclined due to the low adhesion to the battery case, so it is difficult to expect a desired effect, which is not preferable.

상기 네 모서리의 인접 부위는, 예를 들어, 각형 전지케이스의 장축 폭의 크기를 기준으로 돌기의 내측 단부가 전지케이스 단부로부터 5 내지 30% 이격된 부위일 수 있다. 상부 절연체에 형성된 돌기들이 전지케이스의 장축 폭의 크기를 기준으로 단부로부터 5% 이하이거나 30% 이상 이격된 부위에 형성되면, 전지케이스에 대한 상부 절연체의 밀착 결합을 효과적으로 달성하기 어려우므로 바람직하지 않다.The adjacent portions of the four corners may be, for example, a portion where the inner end of the protrusion is 5 to 30% from the end of the battery case based on the size of the long axis width of the rectangular battery case. If projections formed on the upper insulator are formed at a portion 5% or less or 30% or more spaced apart from the ends based on the size of the long axis width of the battery case, it is not preferable because the close coupling of the upper insulator to the battery case is difficult to be effectively achieved. .

하나의 구체적인 예에서, 상기 양극 탭과 음극 탭이 젤리-롤의 권취 외주면에 모두 위치하는 경우, 상기 돌기는 3개 또는 4개로 이루어진 구조일 수 있다.In one specific example, when both the positive electrode tab and the negative electrode tab are located on the outer peripheral surface of the winding of the jelly-roll, the protrusions may have a structure consisting of three or four.

이러한 구조에서, 바람직하게는, 상기 양극 탭과 음극 탭에 대응 부위를 제외한 각형 전지케이스의 세 모서리의 인접 부위들에 각각 돌기들이 형성되거나, 상기 양극 탭과 음극 탭에 대응 부위를 제외한 각형 전지케이스의 네 모서리의 인접 부위들에 각각 돌기들이 형성되어 있을 수 있다.In this structure, preferably, protrusions are formed at adjacent portions of three corners of the rectangular battery case except for the corresponding portions on the positive electrode tab and the negative electrode tab, or the rectangular battery case except the corresponding portions on the positive electrode tab and the negative electrode tab. Protrusions may be formed at adjacent portions of the four corners of each.

또 다른 구체적인 예에서, 상기 양극 탭과 음극 탭이 젤리-롤의 권취 외주면과 내주면에 각각 위치하는 경우, 상기 돌기는 4개로 이루어진 구조일 수 있다.In another specific example, when the positive electrode tab and the negative electrode tab are located on the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the jelly-roll, respectively, the protrusions may have a structure of four.

한편, 상기 돌기들의 형상은 특별히 제한되는 것은 아니고, 예를 들어, 수평 단면상 반원, 반타원 또는 사각형의 형상으로 이루어질 수 있다. 그 중에서도, 돌기들이 사각형으로 형성되는 경우에 상부 절연체가 전지케이스에 삽입 시, 돌기들과 전지케이스와의 마찰 또는 저항이 최소화하면서 전지케이스에 대한 밀착력을 최대화할 수 있으므로, 더욱 바람직하다.On the other hand, the shape of the protrusions is not particularly limited, for example, may be formed in the shape of a semi-circle, semi-ellipse or square on a horizontal cross section. Among them, when the upper insulator is inserted into the battery case when the protrusions are formed in a quadrangle, the adhesion to the battery case can be maximized while minimizing friction or resistance between the protrusions and the battery case.

하나의 바람직한 예에서, 상기 돌기들의 높이는 전지케이스와 상부 절연체 사이의 이격 공간에 대응하는 크기이거나 그보다 큰 크기를 가지는 구조일 수 있다.In one preferred example, the height of the protrusions may be a structure having a size corresponding to or larger than the spaced space between the battery case and the upper insulator.

돌기의 높이가 이격 공간보다 큰 경우, 그 범위는 이격 공간의 크기를 기준으로 1 내지 20%일 수 있다.If the height of the projections is greater than the spacing space, the range may be 1 to 20% based on the size of the spacing space.

구체적으로, 상기 돌기들의 높이는 50 ㎛ 내지 150 ㎛로 이루어질 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 돌기들의 높이는 대략 75 ㎛일 수 있다. 돌기들의 높이가 50 ㎛ 이하로 형성되면, 상부 절연체가 전지케이스에 효과적으로 밀착될 수 없어 소망하는 전지의 안전성을 담보할 수 없고, 돌기들의 높이가 150 ㎛ 이상이면, 상부 절연체를 전지케이스에 장착하는 과정이 용이하지 않고 장착된 후에는 전지케이스에 과도한 응력을 가하여 변형을 유발할 수 있으므로 바람직하지 않다.Specifically, the height of the protrusions may be made of 50 ㎛ to 150 ㎛, more preferably the height of the protrusions may be approximately 75 ㎛. If the heights of the protrusions are formed to be 50 μm or less, the upper insulator cannot be effectively adhered to the battery case and thus cannot secure the desired battery. If the heights of the protrusions are 150 μm or more, the upper insulator is mounted on the battery case. Since the process is not easy and after being mounted, it is not preferable because excessive stress may be applied to the battery case to cause deformation.

상기 상부 절연체는, 예를 들어, 전지케이스에 억지끼움 방식으로 삽입되는 구조일 수 있고, 강한 내구성과 소정의 탄성력을 가진 폴리프로필렌(PP) 소재로 형성될 수 있다. 따라서, 상부 절연체의 돌기들이 전지케이스의 상부 내측면에 억지끼움 방식으로 용이하게 밀착 및 고정될 수 있다. The upper insulator may be, for example, a structure inserted into a battery case by interference fit, and may be formed of a polypropylene (PP) material having strong durability and a predetermined elastic force. Therefore, the projections of the upper insulator can be easily adhered and fixed to the upper inner surface of the battery case in an interference fit manner.

상기 전지케이스는 각형 금속 캔일 수 있고, 각형 이차전지는 양극/분리막/음극의 전극조립체를 전지케이스에 탑재한 후 상부 절연체를 탑재하고, 베이스 플레이트(Base Plate)나 캡 어셈블리와 같은 전지 상단 부품을 덮고 밀봉하여 제조될 수 있다. The battery case may be a rectangular metal can, and the rectangular secondary battery mounts an electrode assembly of a cathode / separator / cathode in a battery case, then mounts an upper insulator, and attaches an upper battery part such as a base plate or a cap assembly. Can be prepared by covering and sealing.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는, 젤리-롤의 상단에 상부 절연체가 탑재되어 있는 이차전지로서, 상부 절연체의 외주면에는 전지케이스의 내면과 접하는 적어도 2개 이상의 돌기들이 형성되어 있으므로, 상부 절연체가 전지케이스에 삽입된 후 상부 절연체가 정위치 이탈되거나 기울어져 후공정에서 불량이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. As described above, the secondary battery according to the present invention is a secondary battery having an upper insulator mounted on an upper end of a jelly roll, and at least two or more protrusions are formed on the outer circumferential surface of the upper insulator in contact with the inner surface of the battery case. After the upper insulator is inserted into the battery case, the upper insulator may be deviated or inclined in position, thereby effectively preventing a defect from occurring in a later process.

또한, 본 발명에 따른 이차전지는, 낙하 또는 외부 충격의 인가 시에도 상부 절연체의 외주면에 형성된 돌기에 의하여 전지케이스에 밀착 고정됨으로써, 전극간 단락 또는 전극과 캔의 단락을 방지할 수 있으므로 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, since the secondary battery according to the present invention is tightly fixed to the battery case by a protrusion formed on the outer circumferential surface of the upper insulator even when a drop or an external impact is applied, it is possible to prevent short circuit between electrodes or short circuit between electrodes and cans, thereby improving safety. There is an effect that can be improved.

도 1은 종래의 일반적인 각형 이차전지의 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 다수 개의 돌기가 형성되어 있는 상부 절연체의 평면도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다수 개의 돌기가 형성되어 있는 상부 절연체의 평면도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다수 개의 돌기가 형성되어 있는 상부 절연체의 평면도이다.1 is an exploded perspective view of a conventional general rectangular secondary battery;
2 is a plan view of an upper insulator in which a plurality of protrusions are formed according to one embodiment of the present invention;
3 is a plan view of an upper insulator having a plurality of protrusions according to another embodiment of the present invention;
4 is a plan view of an upper insulator having a plurality of protrusions according to another exemplary embodiment of the present invention.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.

도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 상부 절연체의 평면도가 모식적으로 도시되어 있다. 젤리-롤의 전반적인 구조는 도 1에서와 동일하므로, 이하에서는 본 발명의 특징적인 사항에 대해서만 설명한다.2 is a plan view schematically showing an upper insulator according to one embodiment of the present invention. Since the overall structure of the jelly-roll is the same as in FIG. 1, only the features of the present invention will be described below.

도 2를 참조하면, 양극 탭(160)과 음극 탭(150)은 젤리-롤(도시하지 않음)의 권취 외측 단부 상에 함께 위치하고 있다. 상부 절연체(100)의 외주면에는 돌기들과 양극 탭(160) 및 음극 탭(150)의 위치 간섭을 고려하여 제 1 돌기(110), 제 2 돌기(120) 및 제 3 돌기(130)가 형성되어 있으므로, 상부 절연체(100)는 돌기들(110, 120, 130)에 의하여 각형 전지케이스(도시하지 않음)의 상부 내측면에 억지끼움 방식으로 삽입되어 고정된다.Referring to FIG. 2, positive electrode tab 160 and negative electrode tab 150 are co-located on the winding outer end of a jelly-roll (not shown). The first protrusion 110, the second protrusion 120, and the third protrusion 130 are formed on the outer circumferential surface of the upper insulator 100 in consideration of the positional interference between the protrusions, the positive electrode tab 160, and the negative electrode tab 150. Since the upper insulator 100 is inserted into and fixed to the upper inner surface of the rectangular battery case (not shown) by the protrusions 110, 120, and 130, it is fixed.

돌기들(110, 120, 130)은 각형 전지케이스의 네 모서리의 인접 부위, 즉, 각형 전지케이스의 장축 폭(W)를 기준으로 돌기(110)의 내측 단부가 전지케이스 단부로부터 5 내지 30% 이격된 크기(w)에 대응하는 부위에 형성되어 있다. The protrusions 110, 120, and 130 have 5 to 30% of the inner end of the protrusion 110 from the edge of the battery case based on the adjacent portions of four corners of the rectangular battery case, that is, the long axis width W of the rectangular battery case. It is formed at a portion corresponding to the spaced size w.

또한, 돌기들의 높이(h)는 50 ㎛ 내지 150 ㎛의 범위에서 형성되어 있는다. In addition, the height h of the projections is formed in the range of 50 µm to 150 µm.

도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상부 절연체의 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.3 is a plan view schematically showing an upper insulator according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 음극 탭(150)이 전극조립체(도시하지 않음)의 권취 내측 단부에 위치하고 양극 탭(160)이 권취 외측 단부에 위치하고 있다. 상기에서 전술한 바와 같이, 상부 절연체(100a)의 외주면에는 제 1 돌기(110), 제 2 돌기(120) 및 제 3 돌기(130)를 포함하여 제 4 돌기(140)가 추가로 형성되어 있으므로, 상부 절연체(100a)는 돌기들(110, 120, 130, 140)에 의하여 전지케이스(도시하지 않음)의 상부 내측면에 억지끼움 방식으로 삽입된다.Referring to FIG. 3, a negative electrode tab 150 is located at a winding inner end of an electrode assembly (not shown) and a positive electrode tab 160 is located at a winding outer end. As described above, since the fourth protrusion 140 is further formed on the outer circumferential surface of the upper insulator 100a including the first protrusion 110, the second protrusion 120, and the third protrusion 130. The upper insulator 100a is inserted into the upper inner surface of the battery case (not shown) by the protrusions 110, 120, 130, and 140 in an interference fit manner.

돌기들(110, 120, 130, 140)의 형성 위치와 높이는 도 2에서와 동일하므로, 그에 대한 설명은 생략한다.Since the formation positions and heights of the protrusions 110, 120, 130, and 140 are the same as in FIG. 2, description thereof will be omitted.

도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상부 절연체의 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.4 is a plan view schematically showing an upper insulator according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 상부 절연체(100b)의 외주면에 제 4 돌기(170)가 추가로 형성되어 있는 것을 제외하고는 도 2의 구조와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 4, since the fourth protrusion 170 is additionally formed on the outer circumferential surface of the upper insulator 100b, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 도 4의 상부 절연체(100b)는 전지용량이 큰 이차전지를 제조하기 위해 젤리-롤의 크기가 큰 경우에 특히 바람직하다.
In addition, the upper insulator 100b of FIG. 4 is particularly preferable when the size of the jelly roll is large in order to manufacture a secondary battery having a large battery capacity.

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 further detail with reference to the following examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

[실시예 1]Example 1

양극 활물질로서 LiCoO2 95 중량%, 도전제로서 Super-P 2.5 중량%, 및 바인더로서 PVdF 2.5 중량%를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하고, 음극 활물질로서 인조흑연 94 중량%, 도전제로서 Super-P 1.5 중량%, 및 바인더로서 PVdF 4.5 중량%를 용제인 NMP에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조한 후, 알루미늄 시트와 구리 시트 상에 각각 코팅, 건조 및 압착하여 양극 및 음극을 제조하였다.95% by weight of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 2.5% by weight of Super-P as a conductive agent, and 2.5% by weight of PVdF as a binder were added to N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent to prepare a positive electrode mixture slurry. 94% by weight of artificial graphite as an active material, 1.5% by weight of Super-P as a conductive agent, and 4.5% by weight of PVdF as a binder were added to NMP as a solvent to prepare a negative electrode mixture slurry, and then coated on an aluminum sheet and a copper sheet, respectively. Drying and compacting produced positive and negative electrodes.

상기 양극과 음극 사이에 다공성 분리막(셀가드TM)을 개재시킨 상태에서 둥글게 권취하여 젤리-롤을 제조하였다. A jelly-roll was prepared by winding round in a state in which a porous separator (Celgard TM ) was interposed between the positive electrode and the negative electrode.

그런 다음, 이러한 젤리-롤을 각형 전지케이스에 내장하고, 젤리-롤 상에 PP 소재의 상부 절연체(도 2의 상부 절연체; 돌기 높이: 75 ㎛)를 상기 전지케이스의 상단부에 억지끼움 방식으로 장착시키고, 1M LiPF6의 카보네이트계 전해질을 함침하여 각형 전지를 제조하였다.
Then, the jelly-roll is embedded in the rectangular battery case, and the upper insulator (the upper insulator of FIG. 2; the projection height: 75 μm) of PP material is mounted on the jelly-roll in the upper end of the battery case. Then, a prismatic battery was prepared by impregnating a carbonate electrolyte of 1M LiPF 6 .

[비교예 1]Comparative Example 1

젤리-롤을 각형 전지케이스에 내장한 후, 폴리프로필렌 소재의 상부 절연체를 젤리-롤 상에 단순히 탑재한 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 전지를 제조하였다.
After the jelly-roll was embedded in the rectangular battery case, a battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the upper insulator made of polypropylene was simply mounted on the jelly-roll.

[실험예 1][Experimental Example 1]

상기 실시예 1과 비교예 1에서 각각 제조된 만충전 상태의 각형 전지들 각각 100 개씩에 대해 상부 절연체의 이탈 또는 기울어짐 여부를 확인하는 공정성 실험을 실시하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
For each 100 cells each of the fully charged angular cells prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was carried out a fairness experiment to determine whether the upper insulator is detached or tilted, the results are shown in Table 1.

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 실시예 1에 따른 모든 전지들은 상부 절연체를 젤리-롤의 상부에 공급하는 공정 이후의 후공정들에서 100개 전지 모두에서 상부 절연체의 기울어짐이 유발되지 않았다.As shown in Table 1, all the cells according to Example 1 did not cause the top insulator to tilt in all 100 cells in post-processes after the process of supplying the top insulator to the top of the jelly-roll.

이와는 달리, 비교예 1에 따른 전지들은 탑 캡을 공급하기 전의 공정에서 5개, 전극 탭을 90도 절곡한 후의 공정에서 8개, 음극 탭을 성형한 후의 공정에서 65 개의 전지들에서 상부 절연체의 기울어짐이 확인되었다.In contrast, the cells according to Comparative Example 1 were five in the process before supplying the top cap, eight in the process after the electrode tab was bent by 90 degrees, and 65 in the process after the formation of the negative electrode tab. Tilting was confirmed.

또한, 탭 용접부위의 불량율을 확인한 바 실시예 1 의 모든 전지들은 불량이 발생하지 않았으나, 비교예 1의 전지들 중 0.08%에서 불량이 발생함을 확인하였다.In addition, as a result of confirming the defective rate of the tab welding region, all the batteries of Example 1 did not generate a failure, but it was confirmed that the failure occurred in 0.08% of the batteries of Comparative Example 1.

따라서, 다수개의 돌기가 형성된 상부 절연체가 젤리-롤의 상단에 전지케이스의 내면과 밀착되어 결합되어 있는 본 발명에 따른 이차전지는, 상부 절연체가 젤리-롤 상단에 단순 탑재되어 있는 전지보다 기울어지는 불량이 발생하지 않음을 알 수 있다.
Accordingly, the secondary battery according to the present invention, in which the upper insulator having a plurality of protrusions is closely attached to the inner surface of the battery case at the top of the jelly roll, is inclined than the battery in which the upper insulator is simply mounted on the top of the jelly roll. It can be seen that a defect does not occur.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.

Claims (13)

양극/분리막/음극 구조의 젤리-롤이 각형의 전지케이스에 내장되어 있고 상기 젤리-롤의 상단에 절연성의 부재('상부 절연체')가 탑재되어 있는 이차전지로서,
상기 상부 절연체가 전지케이스에 삽입된 후 상부 절연체가 정위치 이탈되거나 기울어지는 것을 방지할 수 있도록, 상부 절연체의 외주면에는 전지케이스의 내면과 접하는 적어도 2개 이상의 돌기들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.A secondary battery in which a jelly-roll having a cathode / separation membrane / cathode structure is built in a rectangular battery case and an insulating member ('top insulator') is mounted on top of the jelly-roll.
After the upper insulator is inserted into the battery case, the secondary insulator, characterized in that at least two or more projections in contact with the inner surface of the battery case is formed on the outer circumferential surface of the upper insulator so as to prevent the insulator from deviating or inclined in position battery. 제 1 항에 있어서, 상기 젤리-롤은,
양극집전체의 적어도 일면에 양극활물질 코팅부를 포함하는 양극과 음극집전체의 적어도 일면에 음극활물질 코팅부를 포함하는 음극이 분리막을 이용하여 대향하도록 권취하여 구성되어 있고,
양극의 무지부에 양극의 길이 방향에 대해 수직으로 장착된 양극 탭과 음극의 무지부에 음극의 길이 방향에 대해 수직으로 장착된 음극 탭을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.The method of claim 1, wherein the jelly-roll,
At least one surface of the positive electrode current collector and the positive electrode including the positive electrode active material coating portion and the negative electrode including the negative electrode active material coating portion on at least one surface of the current collector is configured to be wound so as to face the separation membrane,
A secondary battery comprising a positive electrode tab mounted vertically with respect to the longitudinal direction of the positive electrode and a negative electrode tab mounted vertically with respect to the longitudinal direction of the negative electrode at the non-coated portion of the positive electrode. 제 2 항에 있어서, 상기 돌기들은 각형 전지케이스의 네 모서리와 인접한 부위들 중 적어도 두 곳 이상에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 2, wherein the protrusions are positioned at at least two of four corners and adjacent portions of the rectangular battery case. 제 3 항에 있어서, 상기 네 모서리의 인접 부위는, 각형 전지케이스의 장축 폭의 크기를 기준으로 전지케이스 단부로부터 5 내지 30% 이격된 부위인 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 3, wherein adjacent portions of the four corners are 5-30% spaced apart from the ends of the battery case based on the size of the long axis width of the rectangular battery case. 제 3 항에 있어서, 양극 탭과 음극 탭이 젤리-롤의 권취 외주면에 모두 위치하는 경우, 상기 돌기는 3개 또는 4개로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery as claimed in claim 3, wherein when the positive electrode tab and the negative electrode tab are both located on the outer circumferential surface of the jelly-roll, the protrusions are three or four. 제 5 항에 있어서, 양극 탭과 음극 탭에 대응 부위를 제외한 각형 전지케이스의 세 모서리의 인접 부위들에 각각 돌기들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery according to claim 5, wherein protrusions are formed at adjacent portions of three corners of the rectangular battery case except for corresponding portions of the positive electrode tab and the negative electrode tab. 제 5 항에 있어서, 양극 탭과 음극 탭에 대응 부위를 제외한 각형 전지케이스의 네 모서리의 인접 부위들에 각각 돌기들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery according to claim 5, wherein protrusions are formed at adjacent portions of four corners of the rectangular battery case except for corresponding portions of the positive electrode tab and the negative electrode tab, respectively. 제 3 항에 있어서, 양극 탭과 음극 탭이 젤리-롤의 권취 외주면과 내주면에 각각 위치하는 경우, 상기 돌기는 4개로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery as claimed in claim 3, wherein when the positive electrode tab and the negative electrode tab are positioned on the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the jelly roll, respectively, the protrusions are formed of four. 제 1 항에 있어서, 상기 돌기들의 형상은 수평 단면상 반원, 반타원 또는 사각형인 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the protrusions have a semi-circle, semi-ellipse, or quadrangle in a horizontal cross section. 제 1 항에 있어서, 상기 돌기들의 높이는 전지케이스와 상부 절연체 사이의 이격 공간에 대응하는 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the protrusions have a size corresponding to a space between the battery case and the upper insulator. 제 1 항에 있어서, 상기 돌기들의 높이는 50 ㎛ 내지 150 ㎛로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지. The secondary battery of claim 1, wherein the protrusions have a height of 50 μm to 150 μm. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 절연체는 전지케이스에 억지끼움 방식으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the upper insulator is inserted into the battery case in an interference fit manner. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 각형 금속 캔인 것을 특징으로 하는 이차전지.The secondary battery of claim 1, wherein the battery case is a rectangular metal can.
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