KR100659887B1 - 이차 전지의 제조 방법 - Google Patents

이차 전지의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 이차 전지의 제조 방법은 상측으로 제1,2전극탭이 인출되며 제1,2전극판과 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체를 파우치의 일측에 형성된 드로잉부에 수용시키는 단계와, 파우치의 타측을 접어 상기 드로잉부를 커버하는 단계와, 드로잉부의 좌우 가장자리가 상측을 향하도록 접는 단계와, 드로잉부의 전방 가장자리가 상측을 향하도록 접는 단계 및 제1,2전극탭과 보호회로모듈을 연결시키는 단계를 포함하므로 전방 가장자리가 접혀지지 않은 상태로 그 상측에 보호회로모듈이 설치될 때 보다 길이가 짧게 형성될 수 있는 이점이 있다.

Description

이차 전지의 제조 방법 {Manufacturing Method of Secondary Battery}
도 1은 종래의 이차 전지를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 전극 조립체와 파우치를 도시한 분리 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 이차 전지의 일실시예를 도시한 도면,
도 4a는 본 발명에 따른 이차 전지의 일실시예를 도시한 상면도,
도 4b는 본 발명에 따른 이차 전지의 다른 실시예를 도시한 상면도,
도 5는 본 발명에 따른 이차 전지의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >
100 : 이차 전지 101 : 전극 조립체
110 : 제1전극판 115 : 제1전극탭
117 : 제1접속리드 120 : 제2전극판
125 : 제2전극탭 127 : 제2접속리드
130 : 세퍼레이터 140 : 케이스
141 : 좌우 가장자리 143 : 드로잉부
145 : 전방 가장자리 150 : 보호회로모듈
200 : 팩 케이스
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보호회로모듈이 연결된 전극 조립체를 갖는 이차 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화 된 전기/전자 장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자 장치를 일정기간 동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.
전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충ㆍ방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 이차 전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차 전지 등이 있다.
특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 폴리머 전지라고 한다.
여기서, 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지의 경우에는 유기 전해액의 누출 문제가 없고 유기 전해액을 함유하는 겔형 리튬 이온 폴리머 전지의 경우에도 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 비교할 때 전해액의 누출 문제는 보다 간이한 형태로 방지될 수 있다. 이에 리튬 이온 폴리머 전지는 전극 조립체의 용기로 금속 캔 대신 파우치를 사용할 수 있다.
파우치는 통상 금속 포일층과 이를 덮는 합성수지층의 다층막으로 구성되는데 이를 사용할 경우에는 금속 캔을 사용할 때보다 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있다. 다층막 파우치에서 포일을 이루는 금속으로 통상 알미늄이 사용된다. 파우치막 내층을 이루는 폴리머막은 전해질로부터 금속 포일을 보호함과 아울러, 양극과 음극 그리고 전극 탭들 사이의 단락을 방지한다.
파우치형 이차 전지를 형성하기 위해 제1전극판, 제2전극판 그리고, 세퍼레이터를 적층하거나, 적층 후 권취하여 이루어지는 전극 조립체를 가봉지 상태의 파우치 내에 위치시킨다. 그리고 파우치의 개방된 가장자리부에서 상하 파우치막을 가열 융착 시키면 밀봉된 파우치 형태의 베어 셀(Bare cell)이 만들어진다.
베어 셀에는 보호회로기판(PCM : protecting circuit module)이나 PTC(positive temperature coefficient)와 같은 부속품 혹은 구조체가 부착되어 코어 팩(Core Pack)이 형성된다. 다음 코어 팩을 하드 케이스 내에 결합시키며 배터리 팩 전지가 형성되는 것이다.
이러한 베어 셀은 도 1을 참조하면, 대략 직사각형인 파우치(20)의 일측에 일정 깊이의 드로잉부(21)를 형성하고, 드로잉부(21)에는 제1,2전극판(미도시) 및 세퍼레이터(미도시)가 권취되며 제1,2전극탭(11,12)이 인출된 전극 조립체(미도시)를 수납시킨다.
다음, 제1,2전극탭(11,12)은 파우치(20)의 외측으로 인출시키고, 파우치(20)의 타측을 접어 드로잉부(21)의 개방된 측을 커버한 후, 그 가장자리(23,25)를 밀봉시킨다. 파우치(20)의 외측으로 인출된 제1,2전극탭(11,12)에는 보호회로기판(30) 및 기타 구조체가 연결된다.
여기서, 밀봉된 파우치(20)는 좌우 두변과 전방에 플랜지 형태의 좌우 가장자리(23)와 전방 가장자리(25)가 형성된다. 파우치(20)의 좌우 두변에서는 파우치(20) 밀봉시 융착된 플랜지 형태의 좌우 가장자리(23)가 상측을 향하도록 접힌 상태를 유지한다. 이때, 좌우 가장자리(23)를 접는 것은 융착에 의해 파우치(20)를 밀봉하여 형성된 베어 셀에서 좌우 가장자리(23)에 해당하는 만큼 전지의 폭을 줄여 무용한 공간을 없애기 위한 것이다.
다음, 보호회로기판(30) 및 기타 구조체는 파우치(20)의 전방 가장자리(25) 상측에 위치되어 파우치(20)에서 인출되어 도시된 바와 같이 절곡된 제1,2전극탭(11,12)과 연결되어 코어 팩(10)을 형성한다.
그런데, 이러한 파우치 형 코어 팩(10)에서 파우치(20)의 좌우 가장자리(23)를 접음으로써 전지의 폭을 줄이지만 전방 가장자리(25)는 그 상측에 보호회로기판(30)을 안착시키므로 전방 가장자리(25)의 간격만큼 그 크기가 커지게 된다. 따라서, 코어 팩(10)이 수용되는 배터리 팩의 크기가 커지는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 코어 팩의 크기를 줄여 이차 전지의 부피를 줄일 수 있는 이차 전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상측으로 제1,2전극탭이 인출되며 제1,2전극판과 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체를 파우치의 일측에 형성된 드로잉부에 수용시키는 단계와, 상기 파우치의 타측을 접어 상기 드로잉부를 커버하는 단계와, 상기 드로잉부의 좌우 가장자리가 상측을 향하도록 접는 단계와, 상기 드로잉부의 전방 가장자리가 상측을 향하도록 접는 단계 및, 상기 제1,2전극탭과 보호회로모듈을 연결시키는 단계를 포함하는 이차 전지의 제조 방법을 제공한다.
상기 보호회로모듈은 상기 파우치의 전방 가장자리가 접혀진 면에 설치될 수 있다.
상기 보호회로모듈은 상기 파우치의 좌우 가장자리가 접혀진 면 중 어느 일측면과 접촉되게 설치될 수 있다.
상기 보호회로모듈이 연결된 파우치는 팩 케이스에 수납되는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1,2전극탭과 상기 보호회로모듈은 접속리드를 매개로 연결될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이차 전지의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 전극 조립체와 파우치를 도시한 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 이차 전지의 일실시예를 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명에 따른 이차 전지의 일실시예를 도시한 상면도이고, 도 4b는 본 발명에 따른 이차 전지의 다른 실시예를 도시한 상면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 이차 전지의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
이들 도면을 참조하면, 이차 전지는 전극 조립체(101)와 전극 조립체(101)를 수용하는 케이스(140)와, 전극 조립체(101)의 충/방전을 제어하기 위한 보호회로모듈(150)과, 전극 조립체(101)와 보호회로모듈(150)을 전기적으로 연결시켜주는 접속리드(117,127)를 포함한다.
이차 전지용 케이스(140; 이하 '파우치'로 표기)는 파우치형으로 형성될 수 있다.
파우치(140)는 대략 직사각형 형태로서, 전극 조립체(110)가 수용될 수 있도록 일측에는 일정 깊이의 드로잉부(143)가 형성될 수 있고, 타측은 드로잉부(143)와 대응되게 벤딩되어 드로잉부(143)를 커버할 수 있도록 이루어져 있다.
여기서, 파우치(140)는 일측의 드로잉부(143)가 벤딩된 타측으로 커버되었을 때 파우치(140)의 좌우와 전방에는 플랜지 형태의 좌우 가장자리(141)와 전방 가장자리(145)가 형성된다.
전극 조립체(101)는 제1전극탭(115)이 부착된 제1전극판(110), 제2전극탭(125)이 부착된 제2전극판(120) 및 제1전극판(110)과 제2전극판(120) 사이에 개재 된 세퍼레이터(130)가 권취된 형태로 이루어져 있다.
즉, 전극 조립체(101)는 제1전극판(110), 제2전극판(120) 및 세퍼레이터(130)가 각각 한 장의 스트립(strip)으로 이루어져, 제1전극판(110), 세퍼레이터(130), 제2전극판(120), 세퍼레이터(130)의 순으로 배치되어, 젤리-롤형(jelly-roll type)으로 권취되며, 권취된 전극 조립체(200)는 도시되지 않은 고정 테이프에 의하여 고정되어 있다.
제1전극판(110)은 양극일 수 있으며, 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 제1전극집전체에 제1활물질층이 코팅되어 이루어진다. 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있으나, 본 실시예에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다. 제1전극판(110)의 양 말단은 제1활물질층이 도포되지 않은 제1전극집전체영역, 즉, 제1전극무지부이며, 제1전극무지부 중 어느 한 편에는 제1전극탭(115)이 전기적으로 연결되어 있다.
제2전극판(120)은 음극일 수 있으며, 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 제2전극집전체와, 그 양면에 코팅된 제2활물질층을 포함하고 있다. 제2활물질는 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있으나, 본 실시예에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다. 제2전극판(120)의 양 말단은 제2활물질층이 형성되지 않은 제2전극집 전체 영역, 즉 제2전극무지부이며, 제2전극무지부 중 어느 한 편에는 제2전극탭(125)이 전기적으로 연결되어 있다.
세퍼레이터(130)는 제1전극판(110)과 제2전극판(120)의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이차 전지(100)의 전하(charge), 예를 들면 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 것으로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 폴리플로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 어느 하나로 이루어져 있으나, 본 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
전극 조립체(101)에서 인출된 제1전극탭(115) 및 제2전극탭(125)은 케이스(140)의 외측으로 인출되며, 제1전극탭(115) 및 제2전극탭(125)은 제1접속리드(117) 및 제2접속리드(127)와 각각 연결되어 보호회로모듈(150)과 전기적으로 연결된다.
보호회로모듈(150)은 전극 조립체(101)의 충/방전 및 오작동을 제어하기 위한 것이다. 예를 들면, 보호회로모듈(150)은 전극 조립체(101)로부터 과전류가 흘렀을 때, 과전류를 차단하는 역할을 수행한다.
이에, 보호회로 모듈(150)은 접속리드(117,127)를 매개로 제1,2전극탭(115,125)과 연결된다.
여기서, 보호회로모듈(150)과 연결되며 전극 조립체(101)가 수용된 파우치(140)는 팩 케이스(200)에 수납되어 배터리 팩을 형성할 수 있다. 이러한 배터리 팩은 도 4a,4b에 도시된 바와 같이, 보호회로모듈(150)이 파우치(140)의 전방 가장자리(145)측이나 좌우 가장자리(141) 중 어느 측방에 설치될 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 갖는 배터리 팩의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 제1,2전극판(110,120)과 세퍼레이터(130)가 젤리 롤형으로 권취된 전극 조립체(101)는 파우치(140)의 일측에 형성된 드로잉부(141)에 수용된다.(S310)
전극 조립체(101)가 수용되면 파우치(140)의 타측은 벤딩되어 드로잉부(141)의 상측을 커버한다.(S320)
다음, 드로잉부(141)를 커버하도록 벤딩된 파우치(140)는 좌우 가장자리(141)가 상측을 향하도록 접는다.(S330)
파우치(140)의 전방 가장자리(145)도 상측을 향하도록 접는다. 이때, 파우치(140)의 전방 가장자리(145)를 통해 제1,2전극탭(115,125)을 파우치(140)의 외측으로 인출시킨다.(S340)
다음, 인출된 제1,2전극탭(115,125)은 절곡되어 접속리드(117,127)를 통해 보호회로모듈(150)과 연결된다.
이때, 보호회로모듈(150)은 도 4a에 도시된 바와 같이 제1,2전극탭(115,125)이 인출되며 상측으로 접혀진 전방 가장자리(145)와 접촉되게 연결될 수 있다.
또한, 보호회로모듈(150)은 도 4b에 도시된 바와 같이 전극리드(117,127)를 연장되게 형성하여 파우치(140)의 좌우 가장자리(141) 중 어느 일측면에 접촉되게 연결될 수 있다. (S350)
보호회로모듈(150)이 연결된 파우치(140)는 팩 케이스(200)에 수납되어 배터리 팩을 형성한다.(S360)
따라서, 파우치(140)는 전방 가장자리(145)가 상측으로 접히도록 제조됨에 따라 종래에 전방 가장자리(145)가 접혀지지 않은 상태로 그 상측에 보호회로모듈(150)이 설치될 때보다 길이가 짧게 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 파우치의 전방 가장자리가 상측으로 접히도록 제조됨에 따라 종래에 전방 가장자리가 접혀지지 않은 상태로 그 상측에 보호회로모듈이 설치될 때 보다 길이가 짧게 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 이차 전지는 그 부피가 줄어드는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지가 팩 케이스에 수납되어 배터리 팩으로 형성될 경우 일정한 규격을 갖는 팩 케이스에는 파우치의 전방 가장자리를 상측으로 접어 이차 전지를 제조함에 따라 줄어드는 부피만큼 전극 조립체의 길이를 길게 형성 할 수 있으므로 이차 전지의 성능이 향상되는 이점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있다.

Claims (5)

  1. 상측으로 제1,2전극탭이 인출되며 제1,2전극판과 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체를 파우치의 일측에 형성된 드로잉부에 수용시키는 단계;
    상기 파우치의 타측을 접어 상기 드로잉부를 커버하는 단계;
    상기 드로잉부의 좌우 가장자리가 상측을 향하도록 접는 단계;
    상기 드로잉부의 전방 가장자리가 상측을 향하도록 접는 단계; 및
    상기 제1,2전극탭과 보호회로모듈을 연결시키는 단계를 포함하는 이차 전지의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보호회로모듈은 상기 파우치의 전방 가장자리가 접혀진 면에 설치된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 보호회로모듈은 상기 파우치의 좌우 가장자리가 접혀진 면 중 어느 일측면과 접촉되게 설치된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보호회로모듈이 연결된 파우치는 팩 케이스에 수납되는 단계를 더 포함 하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1,2전극탭과 상기 보호회로모듈은 접속리드를 매개로 연결된 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
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CN114175334A (zh) * 2019-07-29 2022-03-11 三星Sdi株式会社 二次电池

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