JP2024517280A - 電池セルおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明の一実施例による電池セルは、正極、負極、および前記正極と負極との間に介在する分離膜を含む積層体と、前記積層体の正極または負極から延びた電極タブと、前記電極タブと結合された電極リードとを含み、前記電極タブには、それぞれの前記電極タブを連結するプリウェルディング部と、前記電極タブと前記電極リードとを結合するメインウェルディング部とが形成され、前記プリウェルディング部は、内側周縁と外側周縁とを含み、前記メインウェルディング部の溶接スポットの少なくとも１つは、前記プリウェルディング部の内側周縁と重なり、前記電極タブの長手方向上、前記プリウェルディング部の内側周縁は、前記プリウェルディング部の外側周縁より前記積層体の近くに位置している。

Description

関連出願との相互参照
本出願は、２０２２年１月２８日付の韓国特許出願第１０－２０２２－００１３６３３号および２０２３年１月２６日付の韓国特許出願第１０－２０２３－００１０１５４号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、電池セルおよびその製造方法に関し、より具体的には、電極タブのクラックが防止された電池セルおよびその製造方法に関する。
現代社会では、携帯電話、ノートパソコン、ビデオカメラ、デジタルカメラなどの携帯型機器の使用が日常化されるにつれ、このようなモバイル機器に関連する分野の技術開発が活発になっている。また、充放電可能な二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車両などの大気汚染などの問題を解決するための方策として、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐ－ＨＥＶ）などの動力源として用いられていることから、二次電池に対する開発の必要性が高まっている。
現在商用化された二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがあるが、このうち、リチウム二次電池は、充放電が自由であり、自己放電率が低く、エネルギー密度が高いというメリットがあり、最も多く注目されている。
二次電池は、電池ケースの形状により、電極組立体が円筒形または角形の金属缶に内蔵されている円筒形電池および角型電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに内蔵されているパウチ型電池とに分類される。
また、二次電池は、正極、負極、および正極と負極との間に介在する分離膜が積層された構造の電極組立体がいかなる構造になっているかにより分類されたりもする。代表的には、長いシート状の正極と負極とを分離膜が介在した状態で巻取った構造のゼリーロール型（巻取型）電極組立体、所定サイズの単位に切り取った複数の正極と負極とを分離膜を介在した状態で順次に積層したスタック型（積層型）電極組立体などが挙げられる。
図１は、従来の電池セルに含まれている電極タブおよび電極リードを示す図である。
図１を参照すれば、電池セル１０は、スタック型電極組立体がセルケース内に収容されたパウチ型電池であってもよい。電池セル１０は、正極、負極、および正極と負極との間に介在した分離膜が含まれている積層体１１と、正極または負極から延びる電極タブ１２と、電極タブ１２に連結される電極リード１３とを含むことができる。
パウチ型電池において、積層体１１の各電極から延びる複数の電極タブ１２は、溶接機器によってプリウェルディング（ｐｒｅ－ｗｅｌｄｉｎｇ）されて一地点に集まった後、電極リード１３に連結される。ここで、複数の電極タブ１２を連結する溶接部位はプリウェルディング部２０、電極タブ１２と電極リード１３とを連結する溶接部位はメインウェルディング部３０と称される。以後、積層体１１、電極タブ１２および電極リード１３は、セルケースに内蔵されて電池セル１０として製造され、この時、電極リード１３は、外部バスバーに連結されるために、その一端がセルケースの外部に突出するように位置することができる。
一方、電池セル１０がモジュールまたはパックに装着される時、電極リード１３とバスバーも溶接工程により連結されるが、溶接条件により電極リード１３に高いエネルギーが加えられる場合には、電池セル１０内部の電極リード１３と電極タブ１２とが分離される問題が発生し得る。また、このような電極リード１３と電極タブ１２との分離を防止するために、電池セル１０の製造時、メインウェルディング部３０の溶接条件を強化しようとする目的で電極タブ１２に加えられる溶接エネルギーまたは加圧力が過度になると、電極タブ１２にクラックが発生するか、またはすでに形成されたクラックが成長し得る問題点がある。
本発明が解決しようとする課題は、電極タブの断線の危険を低減するための電池セルおよびその製造方法を提供することである。
しかし、本発明の実施例が解決しようとする課題は上述した課題に限定されず、本発明に含まれている技術的思想の範囲で多様に拡張可能である。
本発明の一実施例による電池セルは、正極、負極、および前記正極と負極との間に介在する分離膜を含む積層体と、前記積層体の正極または負極から延びた電極タブと、前記電極タブと結合された電極リードとを含み、前記電極タブには、それぞれの前記電極タブを連結するプリウェルディング部と、前記電極タブと前記電極リードとを結合するメインウェルディング部とが形成され、前記プリウェルディング部は、内側周縁と外側周縁とを含み、前記メインウェルディング部の溶接スポットの少なくとも１つは、前記プリウェルディング部の内側周縁と重なり、前記電極タブの長手方向上、前記プリウェルディング部の内側周縁は、前記プリウェルディング部の外側周縁より前記積層体の近くに位置している。
前記メインウェルディング部は、互いに並んで配置される第１ウェルディングライン、第２ウェルディングライン、および第３ウェルディングラインを含み、前記第１ウェルディングラインは、前記第２ウェルディングラインと前記第３ウェルディングラインとの間に配置され、前記第２ウェルディングラインは、前記プリウェルディング部と重なり、前記第３ウェルディングラインは、前記プリウェルディング部と重ならない。
前記第２ウェルディングラインは、前記メインウェルディング部の周縁を形成し、前記電極タブの長手方向上、前記積層体から遠くなる方向において前記第２ウェルディングラインの外側に前記プリウェルディング部の外側周縁が位置することができる。
前記電極タブの長手方向上、前記積層体へ近づく方向において前記プリウェルディング部の内側周縁の外側に前記第３ウェルディングラインが位置することができる。
前記メインウェルディング部の溶接スポットの少なくとも１つは、前記プリウェルディング部より内側に位置することができる。
前記プリウェルディング部は、前記電極タブの幅方向上、前記電極タブの周縁と離隔するように形成されている。
前記プリウェルディング部の前記電極タブの幅方向上の長さは、前記電極タブの幅より小さい。
前記プリウェルディング部の前記電極タブの幅方向上、周縁の外側に前記メインウェルディング部の一部が形成されている。
前記プリウェルディング部は、ピラミッド型パターンに形成されている。
前記プリウェルディング部は、一字型パターンに形成されている。
前記電極リードの角部は、ラウンド形状に形成されている。
前記電極タブの一面には前記電極リードが位置し、前記電極タブの一面に対向する前記電極タブの他面には背面プレートが位置することができる。
前記背面プレートと前記電極タブとの間に追加ウェルディング部が形成される。
本発明の他の実施例による電池セルは、正極、負極、および前記正極と負極との間に介在する分離膜を含む積層体と、前記積層体の正極または負極から延びた電極タブと、前記電極タブにはそれぞれの前記電極タブを連結してタブ束を形成するプリウェルディング部とを含み、前記プリウェルディング部は、前記電極タブの幅方向上、前記電極タブの周縁と離隔するように形成される。
前記電池セルは、前記電極タブと結合された電極リードと、前記電極タブと前記電極リードとを結合するメインウェルディング部とをさらに含み、前記プリウェルディング部は、内側周縁と外側周縁とを含み、前記メインウェルディング部の溶接スポットの少なくとも１つは、前記プリウェルディング部の内側周縁と重なることができる。
本発明のさらに他の実施例による電池セルの製造方法は、正極、負極、および前記正極と前記負極との間に介在する分離膜を含む積層体を形成する段階と、前記正極または負極から延びた電極タブにプリウェルディング部を形成する段階と、前記電極タブの一面に電極リードを連結するためのメインウェルディング部を形成する段階とを含み、前記プリウェルディング部および前記メインウェルディング部の少なくとも一部は、互いに重なり、前記電極タブの長手方向上、前記メインウェルディング部は、前記プリウェルディング部より積層体の近くに位置する。
前記プリウェルディング部を形成する段階の後に、溶接されていない前記電極タブを除去する段階をさらに含むことができる。
前記メインウェルディング部を形成する段階の前に、前記電極リードの角部をラウンド形状に形成する段階をさらに含むことができる。
前記メインウェルディング部を形成する段階は、電極タブの一面に電極リードを配置する段階と、電極タブの他面に背面プレートを配置する段階とを含むことができる。
実施例によれば、本発明の電池セルの製造時、電極リードおよび電極タブに形成される溶接部位の位置および大きさを調節することによって、電極タブの断線の危険を低減させることができる。
本発明の効果は以上に言及した効果に制限されず、言及されていないさらに他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解されるであろう。
従来の電池セルに含まれている電極タブおよび電極リードを示す図である。 本発明の一実施例による電池セルに含まれている電極タブおよび電極リードを示す図である。 図２のＡ領域の部分拡大図である。 電極タブに発生しうる応力を説明するための図である。 電極タブに形成されたプリウェルディング部の大きさおよび位置に応じた応力の変化を説明するための図である。 図２の電極タブに形成されたプリウェルディング部の例示である。 図２の電極リードの角部の形成過程を示す図である。 図２の電池セルに背面プレートが提供された例を示す図である。
以下、添付した図面を参照して、本発明の様々な実施例について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は、以下に説明したもの以外に種々の異なる形態で実現可能であり、本発明の範囲はここで説明する実施例によって限定されない。
本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付す。
また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に拡大または縮小して示したものであるので、本発明の内容が図示のものに限定されないことは自明である。以下の図面では、様々な層および領域を明確に表現するために各層の厚さを拡大して示した。そして、以下の図面では、説明の便宜のために、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。
また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あると説明する時、これは、当該層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「直上に」ある場合のみならず、その間に他の部分がある場合も含むと解釈されなければならない。これとは逆に、当該層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「直上に」あると説明する時は、その間に他の部分がないことを意味することができる。さらに、基準となる部分の「上に」あるというのは、基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力の反対方向に向かって「上に」位置することを意味するものではない。一方、他の部分の「上に」あると説明するのと同様に、他の部分の「下に」あると説明することも上述した内容を参照して理解できるであろう。
また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
さらに、明細書全体において、「平面上」とする時、これは当該部分を上から見た時を意味し、「断面上」とする時、これは当該部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。
図２は、本発明の一実施例による電池セルに含まれている電極タブおよび電極リードを示す図である。図３は、図２のＡ領域の部分拡大図である。
図２および図３を参照すれば、本実施例の電池セル１００は、正極、負極、および前記正極と負極との間に介在する分離膜を含む積層体１１０と、積層体１１０の正極または負極から延びた電極タブ１２０と、電極タブ１２０と結合された電極リード１３０とを含むことができる。積層体１１０、電極タブ１２０および電極リード１３０は、電極リード１３０の一端が突出した状態で、電解液と共にセルケース内に密封されて電池セル１００として製造される。図２および図３は、セルケースが省略された状態の電池セル１００を示す図である。
積層体１１０は、充放電可能な発電素子であってもよい。積層体１１０に含まれている電極は、正極および負極を含むことができ、各電極の間に分離膜が介在することによって、積層体１１０は、正極／分離膜／負極が交互に積層された構造を有することができる。正極または負極は、集電体上に正極活物質または負極活物質が塗布されたものであってもよく、分離膜は、絶縁材質からなることによって、正極と負極との間を電気的に絶縁するためのものであってもよい。
また、積層体１１０は、下から分離膜／正極／分離膜／負極または分離膜／負極／分離膜／正極が積層されたモノセル（ｍｏｎｏ－ｃｅｌｌ）が単位セルとして製造されて複数個積層され、且つ分離膜／負極／分離膜または分離膜／正極／分離膜の順に積層されたハーフセル（ｈａｌｆ－ｃｅｌｌ）が最外層に積層されたものであってもよい。
積層体１１０の一端または積層体１１０に含まれている電極の一端には電極タブ１２０が位置することができる。電極タブ１２０は、各電極から一方向または二方向に延びる部分であってもよい。電極タブ１２０は、電極活物質が塗布されない部分であってもよい。電極タブ１２０のうち、正極に連結された電極タブ１２０は正極タブ、負極に連結された電極タブ１２０は負極タブと称される。この時、正極タブは、積層体１１０の一端に位置し、負極タブは、積層体１１０の他端に位置することができる。
電極リード１３０は、セルケース内の積層体１１０とセルケースの外部部材との間の電気的連結を形成するためのものであってもよい。電極リード１３０の一端は、セルケースの外部に引出され、電極リード１３０の他端は、セルケース内で電極タブ１２０と結合することができる。ここで、電極リード１３０と電極タブ１２０は、溶接により結合可能である。
一方、電極から延びる複数の電極タブ１２０は、電極リード１３０に連結される前に、溶接機器によって相互結合されて電極タブ束を形成することができる。電極タブ１２０には、複数の電極タブ１２０を結合するためのプリウェルディング部２００が形成される。プリウェルディング部２００は、複数の電極タブ１２０を溶接機器を介して接合部が形成されたものであってもよい。複数の電極タブ１２０は、タブガイドなどによって加圧されることで一地点に密集することができ、溶接機器によって液相または固相状態で結合できる。プリウェルディング部２００の形成に用いられる溶接機器は、超音波溶接方式を利用する機器であってもよい。この時、溶接機器は、ホーン（ｈｏｒｎ）、アンビル（ａｎｖｉｌ）および／またはホーンを振動させるアクチュエータを含むことができ、被作業物の電極タブ１２０は、ホーンおよびアンビルの間に挿入された後、超音波溶接により互いに結合できる。
また、電極タブ１２０と電極リード１３０との結合のために、電極タブ１２０および電極リード１３０にはメインウェルディング部３００が形成される。メインウェルディング部３００は、溶接機器を介して形成される。溶接機器によって電極タブ１２０および電極リード１３０は部分的に加熱され、加熱された部分が接合されることによって相互結合できる。メインウェルディング部３００の形成に用いられる溶接機器は、レーザ溶接方式を利用する機器であってもよい。レーザ溶接方式を利用する場合、メインウェルディング部３００は、照射されたレーザによって形成された複数の溶接スポット３０２を含むことができる。
ここで、レーザ溶接方式は、メインウェルディング部３００を形成するのに用いられ、超音波溶接方式は、プリウェルディング部２００を形成するのに用いられると説明したが、必ずしもその限りではなく、レーザ溶接がプリウェルディング部２００を形成するのに用いられ、超音波溶接方式がメインウェルディング部３００を形成するのに用いられることも可能であろう。
図２および図３を再び参照すれば、電極タブ１２０の一面に形成されたプリウェルディング部２００およびメインウェルディング部３００の少なくとも一部は、互いに重なることができる。電極タブ１２０の幅方向（Ｘ軸方向）および／または電極タブ１２０の長手方向（Ｙ軸方向）においてプリウェルディング部２００の外側にメインウェルディング部３００が形成される。また、プリウェルディング部２００が占める領域のうち外側部分にメインウェルディング部３００が形成されない領域が存在する。
メインウェルディング部３００に含まれている溶接スポット３０２の少なくとも１つは、プリウェルディング部２００の一側に位置した周縁と重なることができる。メインウェルディング部３００に含まれている溶接スポット３０２の少なくとも１つは、プリウェルディング部２００の内側周縁２１０と重なることができる。ここで、内側周縁２１０は、プリウェルディング部２００の領域のうち後述する外側周縁２２０に比べて積層体１１０に相対的に近く位置する部分であってもよい。
具体的には、プリウェルディング部２００は、内側周縁２１０と外側周縁２２０とを含み、メインウェルディング部３００の溶接スポット３０２の少なくとも１つは、プリウェルディング部２００の内側周縁２１０と重なることができる。この時、プリウェルディング部２００の内側周縁２１０は、電極タブの長手方向においてプリウェルディング部２００の外側周縁２２０より積層体１１０と近く位置することができる。
本実施例によれば、図３に示しているように、メインウェルディング部３００は、互いに並んで配置される第１ウェルディングライン３１０、第２ウェルディングライン３２０、および第３ウェルディングライン３３０を含むことができる。第１ウェルディングライン３１０、第２ウェルディングライン３２０、および第３ウェルディングライン３３０それぞれは、メインウェルディング部３００の溶接スポット３０２が電極タブ１２０の幅方向（Ｘ軸方向）に複数個配列されたものを含むことができる。
図３に第２ウェルディングライン３２０と第３ウェルディングライン３３０がそれぞれ１つずつ示されているが、第２ウェルディングライン３２０と第３ウェルディングライン３３０それぞれは、２以上形成されてもよい。第１ウェルディングライン３１０は、第２ウェルディングライン３２０と第３ウェルディングライン３３０との間に配置され、第２ウェルディングライン３２０は、プリウェルディング部２００と重なり、第３ウェルディングライン３３０は、プリウェルディング部２００と重ならない。
第２ウェルディングライン３２０は、メインウェルディング部３００の周縁を形成し、電極タブ１２０の長手方向（Ｙ軸方向）上、積層体１１０と遠くなる方向に第２ウェルディングライン３２０の外側にプリウェルディング部の外側周縁２２０が位置することができる。また、電極タブ１２０の長手方向（Ｙ軸方向）上、積層体１１０と近づく方向にプリウェルディング部２００の内側周縁２１０の外側に第３ウェルディングライン３２０が位置することができる。
図１により示されているように、メインウェルディング部３００の形成時、電極タブ１２０にはクラックが発生しうるが、本実施例のように、プリウェルディング部２００の内側周縁２１０上に溶接スポット３０２が形成されることによって、プリウェルディング部２００の内側周縁２１０で発生するクラックの形成または形成されたクラックの伝播が最小化できる。プリウェルディング部２００の内側周縁２１０は、メインウェルディング部３００の形成時にクラックが始まるポイントに対応することができる。
ここで、電極タブ１２０の内側とは、電極タブ１２０から積層体１１０に向かう方向（－Ｙ軸方向）であり、電池セル１００の長手方向上、セルケースの内部に向かう方向であってもよい。また、外側とは、電極タブ１２０から電極リード１３０に向かう方向であり、電池セル１００の長手方向上、セルケースの外部に向かう方向であってもよい。
電極タブ１２０において、メインウェルディング部３００は、プリウェルディング部２００より内側に位置することができる。プリウェルディング部２００の一側に位置した周縁は、メインウェルディング部３００内に位置することができる。プリウェルディング部２００の内側周縁２１０は、メインウェルディング部３００内に重なって位置することができる。電極タブ１２０の長手方向上、メインウェルディング部３００は、プリウェルディング部２００より積層体１１０に近く位置することができる。メインウェルディング部３００に含まれている溶接スポット３０２のうちの１つ以上は、プリウェルディング部２００より積層体１１０に近く位置することができる。このように、メインウェルディング部３００がプリウェルディング部２００より内側まで拡張して形成されると、プリウェルディング部２００の内側周縁２１０の周辺がメインウェルディング部３００の溶接による機械的拘束領域が形成されて、当該領域で発生するクラックの形成がメインウェルディング部３００の溶接スポット３０２によって阻止できる。また、メインウェルディング部３００を形成する時、プリウェルディング部２００の内側周縁２１０が再溶融しながらクラックが除去されることも可能である。
また、後述のように、電極タブ１２０は、製造工程上または電池セルの駆動中に発生するセルスウェリングによる体積膨張によって引張力を受けることがあり、これによって応力による収縮が引き起こされるが、メインウェルディング部３００に含まれている溶接スポット３０２の一部がプリウェルディング部２００より内側に形成されることによって、電極タブ１２０の剛性が補完され、引張および応力による電極タブ１２０の損傷が防止できる。
図２および図３を再び参照すれば、本発明の他の実施例によれば、電極タブ１２０の一面に形成されたプリウェルディング部２００は、電極タブ１２０の幅方向上、電極タブ１２０の周縁と離隔するように形成される。あるいは、プリウェルディング部２００の電極タブ１２０の幅方向上の長さは、電極タブ１２０の幅より小さい。これに関しては、図４および図５を参照してより具体的に説明する。
図４は、電極タブに発生しうる応力を説明するための図である。図５は、電極タブに形成されたプリウェルディング部の大きさおよび位置に応じた応力の変化を説明するための図である。ここで、引張は、電極タブを長手方向上両端に向かって引くことを意味し、図４および図５にて引張方向は上下に向かう矢印で示された。また、引張による応力は、図４および図５にて左右に向かう矢印で示された。
図４を参照すれば、通常、電極タブ１２の引張時に引き起こされる応力（ストレス）により電極タブ１２には幅方向において収縮が発生しうる。しかし、図５に示されているように、電極タブ１２にプリウェルディング部２０が形成された場合には、応力およびこれによる収縮の様相が多少変化しうる。図５（ａ）のように、プリウェルディング部２００が電極タブ１２の幅方向上周縁まで形成されていた従来の電極タブ１２では、プリウェルディング部２００が電極タブ１２の一部の長さ区間を全体的に固定するので、電極タブ１２の引張時に応力がプリウェルディング部２０の内側周縁２１の周辺に集中する様相が現れた。このようにプリウェルディング部２０の内側周縁２１に応力が集中すると、プリウェルディング部２０の内側周縁２１の周辺でクラックが形成されやすく、また小さく形成されたクラックがさらに大きく成長しうる問題がある。
これに対し、本実施例では、上述した問題を解決するために、プリウェルディング部２００が電極タブ１２０の幅方向において電極タブ１２０の周縁と離隔するように形成される。具体的には、図５（ｂ）に示しているように、プリウェルディング部２００の電極タブ１２０の幅方向（Ｘ軸方向）上、周縁の外側にメインウェルディング部３００の一部が形成される。一例として、図３に示しているように、メインウェルディング部３００の溶接スポット３０２がプリウェルディング部２００の周縁の外側に形成される。
図５（ｂ）に示しているように、プリウェルディング部２００が電極タブ１２０の幅方向において電極タブ１２０の周縁と離隔するように形成されると、プリウェルディング部２００が電極タブ１２０の一部の長さ区間を部分的に固定するので、電極タブ１２０の引張時に応力による収縮がプリウェルディング部２００の内側周縁２１０に集中しない。応力による電極タブ１２０の収縮は、プリウェルディング部２００を含むさらに広い範囲で引き起こされ、これによって内側周縁２１０の周辺でクラックが発生したり、発生したクラックが成長したりする様相が最小化できる。したがって、本実施例のように、プリウェルディング部２００が形成されることによって、電極タブ１２０に発生可能なクラックの発生または成長が緩和できる。
図２および図３を参照して説明した実施例において、プリウェルディング部２００が電極タブ１２０の幅方向において周縁と離隔するように形成される実施例と、プリウェルディング部２００およびメインウェルディング部３００の少なくとも一部が互いに重なる実施例を同一の図面内に示したが、これに限定されず、図４および図５にて説明するプリウェルディング部２００が電極タブ１２０の幅方向上周縁と離隔するように形成される実施例は、メインウェルディング部３００の特定構造に限定されずに実施可能である。
図６は、図２の電極タブに形成されたプリウェルディング部の例示である。
図６を参照すれば、本実施例のプリウェルディング部２００は、多様なパターンに形成される。プリウェルディング部２００のパターンは、溶接機器に含まれているホーンの仕様により異なる。プリウェルディング部２００のパターンは、ホーンのナール（ｋｎｕｒｌ）パターンにより異なる。
例えば、プリウェルディング部２００のパターンは、図６（ａ）のようにピラミッド型に形成されてもよく、図６（ｂ）および図６（ｃ）のように一字型またはウィンドウ型に形成されてもよい。図６（ａ）のようなピラミッド型の場合、ナール（ｋｎｕｒｌ）あたり電極タブ１２０に加えられる加圧力が、図６（ｂ）および図６（ｃ）のような一字型より大きく、これによって電極タブ１２０が損傷しうる。したがって、電極タブ１２０に加えられる加圧力を分散させるためには、図６（ｂ）または図６（ｃ）のような一字型に形成されることが好ましい。
図７は、図２の電極リードの角部の形成過程を示す図である。
図７を参照すれば、本実施例の電極リード１３０の角部１３２は、ラウンド形状を有することができる。電極リード１３０の角部１３２は、電池セル１００の製造過程または使用過程で電極タブ１２０と接触できるが、角部１３２にバリ（ｂｕｒｒ）が形成される場合、電極タブ１２０を突き刺して損傷させることがある。したがって、電極タブ１２０の断線を防止するために、電極リード１３０の角部１３２は、ラウンド形状を有するように処理されることが好ましい。角部１３２に形成されたバリを除去するために、図７に示されているようにレーザ機器が用いられる。
図８は、図２の電池セルに背面プレートが提供された例を示す図である。
図８を参照すれば、本実施例の電池セル１００には背面プレート１４０が提供される。背面プレート１４０は、電極タブ１２０の一面に提供される。背面プレート１４０は、電極タブ１２０を挟んで電極リード１３０に対向するように位置することができる。電極タブ１２０の一面に背面プレート１４０が付加されることによって、溶接時に断線が防止され、電極タブ１２０に伝達される加圧力が分散することができる。また、背面プレート１４０によって製造工程上に発生しうる電極タブ１２０の引張およびこれによる応力に対する抵抗性が強化できる。
したがって、本実施例の電池セル１００のメインウェルディング部３００は、電極タブ１２０の一面に電極リード１３０を配置し、電極タブ１２０の一面に対向する他面に背面プレート１４０を配置し、溶接機器を用いて電極リード１３０、電極タブ１２０および背面プレート１４０を結合することによって形成される。この時、本実施例による電池セル１００は、背面プレート１４０と電極タブ１２０との間に形成された追加ウェルディング部３００’を含むことができる。追加ウェルディング部３００’は、電極タブ１２０と電極リード１３０との間にメインウェルディング部３００を形成する時、メインウェルディング部３００の溶接部強化のために背面プレート１４０が追加されることによって、背面プレート１４０と電極タブ１２０との間に形成される溶接部であってもよい。追加ウェルディング部３００’によって電極タブ１２０の間および電極タブ１２０と電極リード１３０との間の溶接強度を強化して、電極タブ１２０の結合および電極タブ１２０と電極リード１３０との間の結合された部分の剪断力に耐えられる力を強化させることができる。
この時、追加ウェルディング部３００’の領域は、メインウェルディング部３００と重なり、追加ウェルディング部３００’の領域は、メインウェルディング部３００の領域と実質的に面積が同一であってもよい。追加ウェルディング部３００’の領域がメインウェルディング部３００の領域と実質的に同一となるようにするために、背面プレート１４０は、電極リード１３０が電極タブ１２０と重なる部分の面積と同一の面積を有することができる。また、背面プレート１４０は、電極リード１３０と同一の材料、例えば、アルミニウムや銅などを用いて形成することができる。
以下、本発明の他の実施例による電池セルの製造方法に関して説明する。以下に説明される製造方法は、上述した実施例の内容をすべて含み、重複記載を避けるために上述した実施例と同一の内容は省略する。また、本実施例による電池セルの製造方法を説明するにあたり、Ｓ１００のような符号は、各段階を区分するために表示したものに過ぎず、図面に表示されたものではない。
本実施例による電池セルの製造方法Ｓ１００は、正極、負極、および前記正極と前記負極との間に介在する分離膜を含む積層体１１０を形成する段階Ｓ１１０と、前記正極または負極から延びた電極タブ１２０にプリウェルディング部２００を形成する段階Ｓ１２０と、前記電極タブ１２０の一面に電極タブ１２０と電極リード１３０とを連結するためのメインウェルディング部３００を形成する段階Ｓ１３０とを含むことができる。
積層体１１０を形成する段階Ｓ１１０は、公知のスタック型電極組立体を形成する方法により説明される。例えば、積層体１１０は、複数のモノセルを積層し、積層されたモノセルの最外層にハーフセルを積層することによって形成される。
プリウェルディング部２００を形成する段階Ｓ１２０は、複数の電極タブ１２０間の連結を形成するためのものであってもよい。プリウェルディング部２００の形成には、上述のように超音波溶接が利用されるが、抵抗溶接など公知の他の溶接方法によってプリウェルディング部２００が形成されることも可能である。
ここで、プリウェルディング部２００は、図２～図５にて説明したように、電極タブ１２０の幅方向において周縁と離隔するように形成される。また、プリウェルディング部２００は、図６にて説明したように多様なパターンに形成される。
一方、非溶接区間が電極タブ１２０に残存する場合、電極リード１３０と電極タブ１２０との結合時にメインウェルディング部３００がより大きく形成されなければならないので、本実施例による電池セルの製造方法Ｓ１００は、プリウェルディング部２００を形成する段階Ｓ１２０の後、メインウェルディング部３００を形成する段階Ｓ１３０の前に、溶接されていない電極タブ１２０を除去する段階をさらに含むこともできる。非溶接区間は、プリウェルディング部２００の外側周縁の周辺を切断することによって電極タブ１２０から除去できる。この時、切断位置は、プリウェルディング部２００の外側周縁から内側に所定の距離だけ離隔した位置であってもよい。このように、溶接されていない電極タブ１２０を切断する段階により電極タブ１２０の外側末端に非溶接部分が位置しないようにすることによって、電極タブ１２０の外側末端は溶接される。これによって、メインウェルディング部３００の大きさまたは溶接スポット３０２の個数は減少できる。
メインウェルディング部３００を形成する段階Ｓ１３０は、電極タブ１２０と電極リード１３０との連結を形成するためのものであってもよい。メインウェルディング部３００の形成には、上述のようにレーザ溶接が利用されるが、抵抗溶接など公知の他の溶接方法によってメインウェルディング部３００が形成されることも可能である。また、具体的に示されないが、電極リード１３０の一面にはリードフィルムが付着し、リードフィルムは、セルケースと電極リード１３０との間の接着形成またはセルケースの損傷防止のためのものであってもよい。
ここで、電極リード１３０の角部１３２は、図７にて説明したように、ラウンド形状を有するように処理される。したがって、本実施例の電池セルの製造方法Ｓ１００は、メインウェルディング部３００を形成する段階Ｓ１３０の前に、電極リード１３０の角部１３２をラウンド形状に形成する段階をさらに含むことができる。
また、ここで、電極タブ１２０には、図８にて説明したように、背面プレート１４０が提供される。したがって、メインウェルディング部３００を形成する段階Ｓ１３０は、電極タブ１２０の一面に電極リード１３０の一面の少なくとも一部が重なるように配置する段階、電極タブ１２０の他面に背面プレート１４０を配置する段階、電極タブ１２０、電極リード１３０および背面プレート１４０を溶接機器で結合させる段階で具体化される。この時、背面プレート１４０と電極タブ１２０との間に追加ウェルディング部３００’が形成される。
一方、上述した電池セルは、一方向に積層されて電池セル積層体を形成することができ、電池セル積層体を収容するモジュールケースの内部に収容されて電池モジュールにモジュール化される。また、電池モジュールは、電池の温度や電圧などを管理する電池管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ；ＢＭＳ）および／または冷却装置などと共に電池パックを形成することができる。電池パックは、多様なデバイスに適用可能である。例えば、電池パックが適用されるデバイスは、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段であってもよい。しかし、上述したデバイスがこれに制限されるわけではなく、上述した例示のほかに多様なデバイスに本実施例による電池パックが使用可能であり、これも本発明の権利範囲に属する。
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
１００：電池セル
１１０：積層体
１２０：電極タブ
１３０：電極リード
１４０：背面プレート
２００：プリウェルディング部
２１０：内側周縁
２２０：外側周縁
３００：メインウェルディング部
３００’：追加ウェルディング部
３１０、３２０、３３０：第１、第２、第３ウェルディングライン

Claims (22)

  1. 正極、負極、および前記正極と負極との間に介在する分離膜を含む積層体と、
    前記積層体の正極または負極から延びた電極タブと、
    前記電極タブと結合された電極リードとを含み、
    前記電極タブには、それぞれの前記電極タブを連結するプリウェルディング部と、前記電極タブと前記電極リードとを結合するメインウェルディング部とが形成され、
    前記プリウェルディング部は、内側周縁と外側周縁とを含み、
    前記メインウェルディング部の溶接スポットの少なくとも１つは、前記プリウェルディング部の内側周縁と重なり、
    前記電極タブの長手方向上、前記プリウェルディング部の内側周縁は、前記プリウェルディング部の外側周縁より前記積層体の近くに位置している、電池セル。
  2. 前記メインウェルディング部は、互いに並んで配置される第１ウェルディングライン、第２ウェルディングライン、および第３ウェルディングラインを含み、
    前記第１ウェルディングラインは、前記第２ウェルディングラインと前記第３ウェルディングラインとの間に配置され、前記第２ウェルディングラインは、前記プリウェルディング部と重なり、前記第３ウェルディングラインは、前記プリウェルディング部と重ならない、請求項１に記載の電池セル。
  3. 前記第２ウェルディングラインは、前記メインウェルディング部の周縁を形成し、
    前記電極タブの長手方向上、前記積層体から遠くなる方向において前記第２ウェルディングラインの外側に前記プリウェルディング部の外側周縁が位置する、請求項２に記載の電池セル。
  4. 前記電極タブの長手方向上、前記積層体へ近づく方向において前記プリウェルディング部の内側周縁の外側に前記第３ウェルディングラインが位置する、請求項２に記載の電池セル。
  5. 前記メインウェルディング部の溶接スポットの少なくとも１つは、前記プリウェルディング部より内側に位置する、請求項１に記載の電池セル。
  6. 前記プリウェルディング部は、前記電極タブの幅方向上、前記電極タブの周縁と離隔するように形成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の電池セル。
  7. 前記プリウェルディング部の前記電極タブの幅方向上の長さは、前記電極タブの幅より小さい、請求項６に記載の電池セル。
  8. 前記プリウェルディング部の前記電極タブの幅方向上、周縁の外側に前記メインウェルディング部の一部が形成されている、請求項６に記載の電池セル。
  9. 前記プリウェルディング部は、ピラミッド型パターンに形成されている、請求項１に記載の電池セル。
  10. 前記プリウェルディング部は、一字型パターンに形成されている、請求項１に記載の電池セル。
  11. 前記電極リードの角部は、ラウンド形状に形成されている、請求項１に記載の電池セル。
  12. 前記電極タブの一面には前記電極リードが位置し、
    前記電極タブの一面に対向する前記電極タブの他面には背面プレートが位置する、請求項１に記載の電池セル。
  13. 前記背面プレートと前記電極タブとの間に追加ウェルディング部が形成されている、請求項１２に記載の電池セル。
  14. 正極、負極、および前記正極と負極との間に介在する分離膜を含む積層体と、
    前記積層体の正極または負極から延びた電極タブと、
    前記電極タブにはそれぞれの前記電極タブを連結してタブ束を形成するプリウェルディング部とを含み、
    前記プリウェルディング部は、前記電極タブの幅方向上、前記電極タブの周縁と離隔するように形成されている電池セル。
  15. 前記電極タブと結合された電極リードと、
    前記電極タブと前記電極リードとを結合するメインウェルディング部とをさらに含み、
    前記プリウェルディング部は、内側周縁と外側周縁とを含み、
    前記メインウェルディング部の溶接スポットの少なくとも１つは、前記プリウェルディング部の内側周縁と重なる、請求項１４に記載の電池セル。
  16. 前記電極タブの長手方向上、前記プリウェルディング部の内側周縁は、前記プリウェルディング部の外側周縁より前記積層体の近くに位置する、請求項１５に記載の電池セル。
  17. 前記メインウェルディング部は、互いに並んで配置される第１ウェルディングライン、第２ウェルディングライン、および第３ウェルディングラインを含み、
    前記第１ウェルディングラインは、前記第２ウェルディングラインと前記第３ウェルディングラインとの間に配置され、前記第２ウェルディングラインは、前記プリウェルディング部と重なり、前記第３ウェルディングラインは、前記プリウェルディング部と重ならない、請求項１６に記載の電池セル。
  18. 前記プリウェルディング部の前記電極タブの幅方向上、周縁の外側に前記メインウェルディング部の一部が形成されている、請求項１５に記載の電池セル。
  19. 正極、負極、および前記正極と前記負極との間に介在する分離膜を含む積層体を形成する段階と、
    前記正極または負極から延びた電極タブにプリウェルディング部を形成する段階と、
    前記電極タブの一面に電極リードを連結するためのメインウェルディング部を形成する段階とを含み、
    前記プリウェルディング部および前記メインウェルディング部の少なくとも一部は、互いに重なり、
    前記電極タブの長手方向上、前記メインウェルディング部は、前記プリウェルディング部より積層体の近くに位置する電池セルの製造方法。
  20. 前記プリウェルディング部を形成する段階の後に、溶接されていない前記電極タブを除去する段階をさらに含む、請求項１９に記載の電池セルの製造方法。
  21. 前記メインウェルディング部を形成する段階の前に、前記電極リードの角部をラウンド形状に形成する段階をさらに含む、請求項１９に記載の電池セルの製造方法。
  22. 前記メインウェルディング部を形成する段階は、電極タブの一面に電極リードを配置する段階と、電極タブの他面に背面プレートを配置する段階とを含む、請求項１９に記載の電池セルの製造方法。
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