KR100929032B1 - 전극 조립체, 이를 구비하는 이차 전지, 전극 조립체의제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 전극 조립체 - Google Patents

전극 조립체, 이를 구비하는 이차 전지, 전극 조립체의제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 전극 조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극 조립체, 이를 구비하는 이차 전지, 전극 조립체의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 전극 조립체에 관한 것으로, 극판과 전극 탭을 고주파 유도가열 방식으로 접합시킴으로써, 기재의 손상을 방지할 수 있으며, 안전성을 향상시킬 수 있는 전극 조립체, 이를 구비하는 이차 전지, 전극 조립체의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 전극 조립체에 관한 것이다.
본 발명은 양극 탭이 접합되는 양극판, 음극 탭이 접합되는 음극판 및 세퍼레이터가 적층 및 권취되어 형성되는 전극 조립체에 있어서, 상기 양극 탭 및 상기 양극판, 상기 음극 탭 및 상기 음극판 중 하나 또는 둘 다는 용접되는 용접부 전체가 면용접된 접합면을 형성하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 양극판 및 양극 탭 또는 음극판 및 음극 탭을 고주파 유도가열 방식으로 접합시킴으로써, 양극 및 음극 기재의 손상을 방지할 수 있으며, 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 대면적의 접합부를 쉽게 확보할 수 있으므로, 대면적의 접합부를 확보하기 위해 용접을 반복해야 하는 공정의 손실을 방지할 수 있다.
전극 조립체, 극판, 전극 탭, 용접, 고주파 유도가열

Description

전극 조립체, 이를 구비하는 이차 전지, 전극 조립체의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 전극 조립체{Electrode assembly, secondary battery using the same, manufacturing method of electrode assembly and electrode manufactured thereby}
본 발명은 전극 조립체, 이를 구비하는 이차 전지, 전극 조립체의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 전극 조립체에 관한 것으로, 극판과 전극 탭을 고주파 유도가열 방식으로 접합시킴으로써, 기재의 손상을 방지할 수 있으며, 안전성을 향상시킬 수 있는 전극 조립체, 이를 구비하는 이차 전지, 전극 조립체의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 전극 조립체에 관한 것이다.
급속도로 변화하고 있는 정보화에 따라 휴대용 전자기기의 소형화, 경량화, 고기능화에 대한 사용자들의 요구가 증대되고 있다.
PDA, 휴대폰, 캠코더 등의 휴대용 전자기기들은 에너지 밀도가 높으며, 재충전이 가능한 이차 전지를 주전원을 사용한다.
이차 전지는 전원 공급 시간, 사이즈, 무게 등의 요인으로 인하여 휴대용 전자기기의 휴대성과 이동성을 결정하는데 매우 중요한 요소로서 인식되고 있다.
따라서, 이차 전지는 전원 공급 시간의 증가와 함께 소형화, 경량화되는 추세이며, 이차 전지의 수명을 연장하고 안전 사고를 예방하기 위하여 보호 소자가 실장되는 보호회로기판을 구비한다.
이차 전지로는 니켈-아연 전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 작동 전압이 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 널리 사용되고 있다.
리튬 이차 전지는 전극 조립체를 알루미늄 등의 재질로 이루어진 캔에 수용하고, 캔을 캡 조립체로 마감한 후, 캔 내부에 전해액을 주입하고 밀봉함으로써 형성되는 베어 셀에 보호회로기판을 연결하여 사용된다.
리튬 이차 전지는 수용되는 캔의 형태에 따라 원통형, 각형 및 파우치형으로 분류되며, 전해액에 따라서는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지로 분류된다.
일반적으로, 캔에 수용되는 전극 조립체는 양극판, 음극판 및 두 극판 사이에 개재되는 세퍼레이터가 적층 및 권취되어 젤리-롤 형상을 가지게 된다.
양극판은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되는 양극 집전체에 양극 활물질이 도포되어 형성되며, 음극판은 구리 또는 구리 합금으로 형성되는 음극 집전체에 음극 활물질이 도포되어 형성된다.
이때, 양극판 및 음극판에는 활물질이 도포되지 않는 무지부가 형성되며, 각각의 무지부에는 전극 조립체를 외부와 전기적으로 연결하기 위한 전극 탭이 용접 된다.
즉, 양극판에 형성되는 양극 무지부에는 양극 탭이 용접되고, 음극판에 형성되는 음극 무지부에는 음극 탭이 용접된다.
이때, 전극 탭은 도전성이 좋은 니켈로 형성되기 때문에, 서로 다른 재질의 전극 탭과 전극판이 용접된다.
즉, 알루미늄 재질의 양극판과 니켈 재질의 양극 탭이 용접되고, 구리 재질의 음극판과 니켈 재질의 음극 탭이 용접된다.
서로 다른 재질의 금속은 저항 용접으로 접합시키기 어렵기 때문에, 초음파 용접을 통해 극판과 전극 탭을 접합시키게 된다.
상기와 같은 초음파 용접은 용접시 발생하는 금속 부스러기를 발생하기 쉬우며, 이에 따른 내부 쇼트를 유발할 수 있는 문제점을 지니게 된다.
또한, 초음파 용접은 점 용접 방식이기 때문에 외부 충격으로 인해 접합부가 쉽게 탈락되는 문제점이 있으며, 접촉 저항 및 내부 저항이 발생할 수 있다.
따라서, 접합부의 충분한 면적을 확보하기 위해서 초음파 용접을 반복적으로 실시해야 하기 때문에, 기재를 손상시킬 우려가 있으며, 공정상의 손실이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 시간 경과나 마모에 의한 국부적인 미접합부분이 발생할 수 있으나, 외관상 확인이 어렵고, 파괴검사를 실시해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 양극 탭이 접합되는 양극판, 음극 탭이 접합되는 음극판 및 세퍼레이터가 적층 및 권취되어 형성되는 전극 조립체에 있어서, 상기 양극 탭 및 상기 양극판, 상기 음극 탭 및 상기 음극판 중 하나 또는 둘 다는 용접되는 용접부 전체가 면용접된 접합면을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 양극 탭이 접합되는 양극판, 음극 탭이 접합되는 음극판 및 세퍼레이터가 적층 및 권취되어 형성되는 전극조립체 및 상기 전극 조립체를 수용하는 외장재를 구비하는 이차 전지에 있어서, 상기 양극 탭 및 상기 양극판, 상기 음극 탭 및 상기 음극판 중 하나 또는 둘 다는 용접되는 용접부 전체가 면용접된 접합면을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 접합면은 고주파 유도가열 방식에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 접합면은 상기 양극판 및 양극 탭 또는 상기 음극판 및 음극 탭을 고주파 유도가열 방식에 의해 접합시키기 위한 유도 코일과 대응되는 면적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 양극 탭은 니켈로 형성되고, 상기 양극판은 알루미늄으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 양극판 및 양극 탭 또는 음극판 및 음극 탭을 고주파 유도가열 방식으로 접합시킴으로써, 양극 및 음극 기재의 손상을 방지할 수 있으며, 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 대면적의 접합부를 쉽게 확보할 수 있으므로, 대면적의 접합부를 확보하기 위해 용접을 반복해야 하는 공정의 손실을 방지할 수 있다.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시 예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명 에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다.
도1a 및 도1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 분해 사시도 및 평면도를 나타낸 것이다.
도1a 및 도1b를 참조하면, 전극 조립체(10)는 제1 전극판(20)(이하, 양극판이라 한다), 제2 전극판(30)(이하, 음극판이라 한다) 및 세퍼레이터(40)를 포함한다.
또한, 상기 양극판(20)의 일측 단부에는 양극 탭(21)이 접합되고, 상기 음극판(30)의 일측 단부에는 음극 탭(31)이 접합된다.
상기 양극판(20)은 화학반응에 의하여 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해 주는 양극 집전체(22)와 상기 양극 집전체(22)의 일측면 혹은 양측면에 양극 활물질이 도포되며 리튬 이온을 흡장 또는 탈리할 수 있는 구조로 되어 있는 양극 활물질층(23), 상기 양극 집전체(22) 중 양극 활물질이 도포되지 않아 양극 집전체(22)가 그대로 드러나 있는 양극 무지부(24)가 형성되어 있다.
상기 양극 집전체(22)로는 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄 또는 이들의 합금, 알루미늄 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하다.
양극 집전체(22)의 형태로는 호일, 필름, 시트, 펀칭된 것, 다공질체, 발포제 등을 들 수 있으며, 두께는 통상 1~50μm, 바람직하게는 1~30μm이며, 여기서 형태 및 두께를 한정하는 것은 아니다.
양극 활물질층(23)은 리튬 이온을 흡장 또는 탈리할 수 있는 양극 활물질로 이루어지며, 이러한 양극 활물질로는 코발트, 망간, 니켈에서 선택되는 최소한 1종 및 리튬과의 복합산화물 중 1종 이상의 것이 바람직하다.
양극 집전체(22)에 모인 전자들을 외부 회로로 전달해 주며, 니켈로 형성되는 양극 탭(21)은 상기 양극 무지부(24)에 고주파 유도가열 방식으로 접합된다.
고주파 유도가열 방식에 의한 접합 방법은 도2를 참조한 이하 설명에서 상술하도록 한다.
상기 양극 탭(21)이 접합되는 부위의 상부면에는 보호 부재(25)가 구비될 수 있다.
보호 부재(25)는 접합되는 부위를 보호하여 단락 등을 방지하기 위한 것으로서, 내열성을 가지는 소재, 예컨대 폴리에스테르와 같은 고분자 수지가 바람직할 것이다.
아울러, 상기 보호 부재(25)는 양극 무지부(24)에 접합되는 양극 탭(21)을 완전히 밀폐할 수 있을 정도의 폭과 길이를 갖는다.
상기 음극판(30)은 화학반응에 의하여 발생한 전자를 모아서 외부 회로로 전달해 주는 음극 집전체(32)와 상기 음극 집전체(32)의 일측면 혹은 양측면에 음극 활물질이 도포되며 리튬 이온을 흡장 또는 탈리할 수 있는 구조로 되어 있는 음극 활물질층(33), 상기 음극 집전체(32) 중 음극 활물질이 도포되지 않아 음극 집전체(32)가 그대로 드러나 있는 음극 무지부(34)가 형성되어 있다.
상기 음극 집전체(32)로는 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄 또는 이들의 합금, 구리 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 구리 또는 구리 합금이 바람직하다.
음극 집전체(32)의 형태로는 호일, 필름, 시트, 펀칭된 것, 다공질체, 발포제 등을 들 수 있으며, 두께는 통상 1~50μm, 바람직하게는 1~30μm이며, 여기서 형태 및 두께를 한정하는 것은 아니다.
음극 활물질층(33)은 리튬 이온을 흡장 및 탈리할 수 있는 음극 활물질로 이루어지며, 이러한 음극 활물질로는 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬 합금 등이 사용될 수 있다.
예를 들면, 비정질 탄소로는 하드카본, 코크스, 1500℃ 이하에서 소성한 메조카본 마이크로비즈(MCMB), 메조페이스피치계 탄소섬유(MPCF) 등이 있다.
결정질 탄소로는 흑연계 재료가 있으며, 구체적으로는 천연흑연, 흑연화 코크스, 흑연화 MCMB, 흑연화 MPCF 등이 있다.
리튬 합금으로는 리튬과 알루미늄, 아연, 비스무스, 카드뮴, 안티몬, 실리콘, 납, 주석, 갈륨 또는 인듐과의 합금이 사용될 수 있다.
음극 집전체(32)에 모인 전자들을 외부 회로로 전달해 주며, 니켈로 형성되는 음극 탭(31)은 상기 음극 무지부(34)에 고주파 유도가열 방식으로 접합된다.
고주파 유도가열 방식에 의한 접합 방법은 도2를 참조한 이하 설명에서 상술하도록 한다.
상기 음극 탭(31)이 접합되는 부위의 상부면에는 보호 부재(35)가 구비될 수 있다.
보호 부재(35)는 접합되는 부위를 보호하여 단락 등을 방지하기 위한 것으로서, 내열성을 가지는 소재, 예컨대 폴리에스테르와 같은 고분자 수지가 바람직할 것이다.
아울러, 상기 보호 부재(35)는 음극 무지부(34)에 접합되는 음극 탭(31)을 완전히 밀폐할 수 있을 정도의 폭과 길이를 갖는다.
상기 세퍼레이터(40)는 양극판(20) 및 음극판(30) 사이에 개재되어 상기 양극판(20)과 상기 음극판(30) 사이에 발생할 수 있는 쇼트를 방지하며, 리튬 이온의 이동 통로를 제공한다.
세퍼레이터(40)는 통상적으로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 열가소성 수지로 형성되며, 그 표면은 다공막 구조로 되어 있다.
이러한 다공막 구조는 전지내부의 온도 상승으로 상기 열가소성 수지의 융점 근처가 되면 세퍼레이터(40)가 용융하여 공공이 막힘으로써 절연 필름이 된다.
이렇게 절연 필름으로 바뀜으로써 양극판(20)과 음극판(30)간의 리튬 이온의 이동이 차단되고, 더 이상의 전류가 흐르지 못하게 됨으로써 전지 내부의 온도 상승이 중단된다.
도2a 및 도2b는 극판과 전극 탭을 고주파 유도가열 방식으로 접합시키는 방법을 설명하기 위한 제1 실시예를 도시한 평면도 및 측면도를 나타낸 것이다.
도2a 및 도2b를 참조하면, 고정 지그(105)와 유도 코일(103) 사이에 접합하고자 하는 극판(102)과 전극 탭(101)을 정렬시킨다.
또는, 극판(102)과 전극 탭(101)을 정렬한 후, 극판(102)과 전극 탭(101)을 가운데에 두고, 고정 지그(105)와 유도 코일(103)을 양쪽에 정렬시킬 수 있다.
고정 지그(105)의 일측에 극판(102)이 정렬된 후, 극판(102) 상에 전극 탭(101)이 정렬될 수 있으며, 고정 지그(105)의 일측에 전극 탭(101)이 정렬된 후, 전극 탭(101) 상에 극판(102)이 정렬될 수도 있다.
유도 코일(103)의 단자(104)는 외부전원(미도시)에 연결되어, 외부전원(미도시)으로부터 전원을 인가받는다.
상기의 전극 탭(101)과 극판(102)은 양의 극성을 가질 수도 있으며, 음의 극성을 가질 수도 있다.
양의 극성을 가질 경우, 극판(102)은 알루미늄 재질일 수 있으며, 전극 탭(102)은 니켈로 형성될 수 있다.
음의 극성을 가질 경우, 극판(102)은 구리로 형성될 수 있으며, 전극 탭(102)은 니켈로 형성될 수 있다.
또한, 상기 극판(102)에는 활물질이 도포된 상태일 수도 있으며, 활물질이 도포되지 않은 상태일 수도 있으나, 접합 과정에서 활물질이 손상되거나 변질될 위험이 있는 경우 활물질이 도포되지 않은 상태에서 접합이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 설치한 상태에서, 외부전원(미도시)으로부터 유도 코일(103)에 고주파 전류를 급속히 통전시키면, 고주파 전류에 의해 생성된 자속이 전극 탭(101) 및 극판(102)을 관통해서 고밀도의 와전류를 유도시킨다.
이 와전류는 전극 탭(101) 및 극판(102)의 표면에서 강하게 발생되기 때문에, 전극 탭(101) 및 극판(102)의 표면이 가열된다.
또한, 통전 전류와 자속밀도에 비례하는 전자기력(F1)이 발생하며, 이 힘에 의해 순간적으로 전극 탭(101) 및 극판(102)에 압력이 가해진다.
따라서, 와전류에 의해 발생하는 열과 전류의 흐름으로 발생하는 전자기력(F1)에 의해 가열되고 가압되어 전극 탭(101) 및 극판(102)이 접합될 수 있다.
일반적으로, 고주파 전류의 주파수는 50Hz에서 1MHz 범위에서 사용되며, 유도 코일(103)과 극판(102) 사이의 거리(d)는 0.1 ~ 50mm 범위에서 사용되므로, 상기 범위 내에서 접합이 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
물론, 접합하고자 하는 전극 탭(101) 및 극판(102)의 재질에 따라서 통전 시간, 고주파 전류의 주파수 및 유도 코일(103)과 극판(102) 사이의 거리(d)는 다양하게 설정이 가능하다.
도3은 극판과 전극 탭을 고주파 유도가열 방식으로 접합시키는 방법을 설명하기 위한 제2 실시예를 도시한 측면도를 나타낸 것이다.
제2 실시예에서는 제1 실시예와 달리 지그를 구비하지 않은 상태에서 전극 탭(111) 및 극판(112)을 접합시키는 방법을 설명한다.
도3을 참조하면, 각각 외부 전원과 연결하기 위한 단자(114)를 구비하는 두개의 유도 코일(113) 사이에 접합시키고자 하는 전극 탭(111) 및 극판(112)을 정렬시킨다.
또한, 전극 탭(111) 및 극판(112)을 정렬시킨 후, 전극 탭(111)과 극판(112) 을 가운데에 두고, 양쪽에 유도 코일(113)이 정렬될 수도 있다.
본 제2 실시예에 구비되는 구성 요소(111, 112, 113, 114)는 제1 실시예에 구비되는 구성 요소(101, 102, 103, 104)와 동일한 구성 및 효과를 가지므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제1 실시예에서는 통전 전류와 자속밀도에 비례하여 발생되는 전자기력(F1)은 접합시키고자 하는 전극 탭(101) 및 극판(102)의 한쪽 방향에서만 가압시킨다.
하지만, 본 제2 실시예에서는 가운데에 접합시키고자 하는 전극 탭(111) 및 극판(112)을 사이에 두고 양쪽에 유도 코일(113)이 위치하고 있으므로, 통전 전류와 자속밀도에 비례하여 발생되는 전자기력(F2, F3)이 양쪽 방향에서 전극 탭(111) 및 극판(112)을 가압할 수 있다.
도4a 및 도4b는 제1 실시예에 따른 고주파 유도가열 방식에 의해 접합된 경우의 평면도 및 측면도를 나타낸 것이다.
도4a 및 도4b를 참조하면, 전극 탭(101)과 극판(102)을 고주파 유도가열 방식에 의해 접합시키는 경우, 유도 코일에 대응되어 접합되는 접합면(106)이 형성된다.
접합면(106)은 전극 탭(101) 및 극판(102)을 가열, 가압하기 위한 유도 코일의 형상, 면적에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
따라서, 전극 탭(101) 및 극판(102)의 접촉 면적이 작으면, 유도 코일의 면적을 작게 하고, 전극 탭(101) 및 극판(102)의 접촉 면적이 넓으면, 유도 코일의 면적을 넓게 함으로써, 접합면(106)의 면적을 쉽게 조절할 수 있다.
또한, 대면적의 접합면을 가져야 할 경우, 종래의 초음파 용접과 같이 반복적인 용접을 통해서 얻는 것이 아니라, 순간적으로 가열 및 가압함으로써 대면적의 접합면을 확보할 수 있기 때문에 기재의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 접합 시 발생하는 금속 부스러기 등을 억제할 수 있어 안전성에 유리하다.
도5는 본 발명에 따른 전극 조립체를 구비하는 이차 전지의 일 예를 나타낸 도면이다.
도5를 참조하면, 이차 전지(200)는 전극 조립체(210)와 상기 전극 조립체(210)를 수용하는 외장재(220)를 구비한다.
상기 전극 조립체(210)는 상술한 바와 같은 구성을 가지며, 상기 외장재(220)는 도시된 바와 같이 파우치 형태로서, 전극 조립체(210)가 안착되는 하부 외장재(221)와 상기 하부 외장재(221)를 밀봉하는 상부 외장재(223)로 이루어져 있다.
또한, 상기 외장재(220)는 파우치 형태뿐만 아니라, 원통형 또는 각형일 수도 있다.
상기 외장재(220)는 기본적으로 절연층, 금속층 및 보호층이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.
상기 절연층은 최내각층으로서, 절연성 및 열접착성을 가지는 물질층으로 형성되며, 상기 금속층은 수분 침투 방지와 전해액의 손실을 방지하는 역할을 하며, 상기 보호층은 최외각층으로서 전지 몸체를 보호하는 역할을 한다.
상기 상부 외장재(221) 및 하부 외장재(223) 내측의 가장자리면에 위치한 절연층이 열에 의해 용융되어 상호 융착됨으로써, 상기 상부 외장재(221)와 하부 외장재(223)가 상호 결합하여 밀봉된다.
이때, 상기 전극 조립체(210)로부터 인출된 양극 탭(211) 및 음극 탭(213)은 외장재(220)의 외부로 돌출된다. 상기와 같이 돌출된 양극 탭(211) 및 음극 탭(213)은 외부회로와 전기적으로 연결된다.
이차 전지(200)는 수명을 연장하고 안전 사고를 예방하기 위한 보호 소자가 실장되는 보호회로기판을 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 외장재(210)가 각형 또는 원통형일 경우, 이차 전지(200)는 전극 조립체를 딥 드로잉 등의 방법을 통해 형성한 알루미늄 등의 금속 재질의 캔에 수용한 후, 캔의 상단부를 캡 조립체로 마감하고, 전해액을 주입하여 형성된 것일 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 있으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 분해 사시도를 나타낸 것이다.
도1b는 도1a의 전극 조립체의 평면도를 나타낸 것이다.
도2a는 극판과 전극 탭을 고주파 유도가열 방식으로 접합시키는 방법을 설명하기 위한 제1 실시예에 따른 구성을 나타낸 평면도이다.
도2b는 도2a의 제1 실시예에 따른 구성을 나타낸 측면도이다.
도3은 극판과 전극 탭을 고주파 유도가열 방식으로 접합시키는 방법을 설명하기 위한 제2 실시예에 따른 구성을 나타낸 측면도이다.
도4a 및 도4b는 제1 실시예에 따른 고주파 유도가열 방식에 의해 접합된 경우의 평면도 및 측면도를 나타낸 것이다.
도5는 본 발명에 따른 전극 조립체를 구비하는 이차 전지의 일 예를 나타낸 도면이다.
[주요 도면부호에 대한 설명]
10, 210 : 전극 조립체 20 : 양극판
21, 211 : 양극 탭 22 : 양극 집전체
23 : 양극 활물질층 24 : 양극 무지부
25, 35 : 보호 부재 30 : 음극판
31, 213 : 음극 탭 32 : 음극 집전체
33 : 음극 활물질층 34 : 음극 무지부
40 : 세퍼레이터 101, 111 : 전극 탭
102, 112 : 극판 103, 113 : 유도 코일
104, 114 : 단자 105 : 고정 지그
106 : 접합면 200 : 이차 전지
220 : 외장재 221 : 하부 외장재
223: 상부 외장재

Claims (25)

  1. 양극 탭이 접합되는 양극판, 음극 탭이 접합되는 음극판 및 세퍼레이터가 적층 및 권취되어 형성되는 전극 조립체에 있어서,
    상기 양극 탭 및 상기 양극판, 상기 음극 탭 및 상기 음극판 중 하나 또는 둘 다는 용접되는 용접부 전체가 면용접된 접합면을 형성하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합면은 고주파 유도가열 방식에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합면은 상기 양극판 및 양극 탭 또는 상기 음극판 및 음극 탭을 고주파 유도가열 방식에 의해 접합시키기 위한 유도 코일과 대응되는 면적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극 탭 및 음극 탭이 접합되는 부위의 상부면에 보호 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극 탭 및 상기 양극판은 서로 재질이 다른 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 양극 탭은 니켈로 형성되고, 상기 양극판은 알루미늄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극 탭 및 상기 음극판은 서로 다른 재질의 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 음극 탭은 니켈로 형성되고, 상기 음극판은 구리로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극판은 양극 집전체;
    상기 양극 집전체의 일측면 또는 양측면에 양극 활물질이 도포되는 양극 활물질층; 및
    상기 양극 집전체 중 상기 양극 활물질이 도포되지 않는 양극 무지부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극판은 음극 집전체;
    상기 음극 집전체의 일측면 또는 양측면 음극 활물질이 도포되는 음극 활물질층; 및
    상기 음극 집전체 중 상기 음극 활물질이 도포되지 않는 음극 무지부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  11. 양극 탭이 접합되는 양극판, 음극 탭이 접합되는 음극판 및 세퍼레이터가 적층 및 권취되어 형성되는 전극조립체 및 상기 전극 조립체를 수용하는 외장재를 구비하는 이차 전지에 있어서,
    상기 양극 탭 및 상기 양극판, 상기 음극 탭 및 상기 음극판 중 하나 또는 둘 다는 용접되는 용접부 전체가 면용접된 접합면을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 외장재는 파우치형, 원통형 및 각형 중 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 이차 전지는 보호소자가 실장되는 보호회로기판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 접합면은 고주파 유도가열 방식에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 접합면은 상기 양극판 및 양극 탭 또는 상기 음극판 및 음극 탭을 고주파 유도가열 방식에 의해 접합시키기 위한 유도 코일과 대응되는 면적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 양극 탭은 니켈로 형성되고, 상기 양극판은 알루미늄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 음극 탭은 니켈로 형성되고, 상기 음극판은 구리로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  18. 양극 탭이 접합되는 양극판, 음극 탭이 접합되는 음극판 및 세퍼레이터로 이루어지는 전극 조립체의 제조방법에 있어서,
    상기 양극 탭과 양극판 또는 상기 음극 탭과 음극판의 접합은 고정 지그를 제공하는 단계;
    외부 전원과 연결되는 단자를 포함하는 유도 코일을 제공하는 단계;
    상기 고정 지그에 접합시키고자 하는 상기 극판을 정렬시키고, 상기 극판과 상기 유도 코일 사이에 접합시키고자 하는 상기 전극 탭을 정렬시키는 극판 및 전극 탭 정렬 단계; 및
    상기 외부 전원으로부터 상기 단자를 통해 상기 유도 코일에 고주파 전류를 통전시켜 상기 극판과 상기 전극 탭을 접합시키는 접합 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 극판 및 전극 탭 정렬 단계는 상기 고정 지그에 접합시키고자 하는 상기 전극 탭을 정렬시키고, 상기 전극 탭과 상기 유도 코일 사이에 접합시키고자 하는 상기 극판을 정렬시키는 단계인 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 접합 단계는 상기 고주파 전류에 의해 생성되는 자속에 의해 상기 극판 및 상기 전극 탭의 표면에 발생되는 와전류에 의해 발생되는 열과 상기 통전되는 전류와 상기 자속에 비례하여 발생되는 전자기력에 의해 가해지는 압력에 의해 접합이 이루어지는 단계인 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  21. 양극 탭이 접합되는 양극판, 음극 탭이 접합되는 음극판 및 세퍼레이터로 이루어지는 전극 조립체의 제조방법에 있어서,
    상기 양극 탭과 양극판 또는 상기 음극 탭과 음극판의 접합은 외부 전원과 연결되는 단자를 각각 포함하는 두개의 유도 코일을 제공하는 단계;
    상기 두 유도 코일 사이에 상기 극판을 정렬시키고, 상기 극판과 상기 두 유도 코일 중 어느 한쪽의 유도 코일 사이에 상기 전극 탭을 정렬시키는 극판 및 전극 탭 정렬 단계; 및
    상기 외부 전원으로부터 상기 단자를 통해 상기 유도 코일에 고주파 전류를 통전시켜 상기 극판과 상기 전극 탭을 접합시키는 접합 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 접합 단계는 상기 고주파 전류에 의해 생성되는 자속에 의해 상기 극판 및 상기 전극 탭의 표면에 발생되는 와전류에 의해 발생되는 열과 상기 통전되는 전류와 상기 자속에 비례하여 발생되는 전자기력에 의해 가해지는 압력에 의해 접합이 이루어지는 단계인 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 극판 및 전극 탭 정렬 단계는 상기 두 유도 코일 사이에 상기 전극 탭을 정렬시키고, 상기 전극 탭과 상기 두 유도 코일 중 어느 한쪽의 유도 코일 사이에 상기 극판을 정렬시키는 단계인 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  24. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 의하여 제조된 전극 조립체.
  25. 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 의하여 제조된 전극 조립체.
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