KR101029841B1 - 각형 이차전지의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극조립체가 각형 캔에 내장되어 있는 이차전지의 제조방법으로서, 각형 캔에 전극조립체를 삽입하고, 미세 관통구가 천공되어 있는 만입부와 전해액 주입구가 형성되어 있는 탑 캡을 각형 캔의 개방 상단에 결합하는 과정; 상기 미세 관통구를 밀봉할 수 있도록 만입부 상에 금속 플레이트를 가결합하는 과정; 상기 전해액 주입구를 통해 전해액을 주입하고, 1차 활성화(Pre-Formation)를 위한 충전을 수행하는 과정; 상기 1차 활성화 과정에서 발생한 가스를 배출한 후 전해액 주입구를 밀봉하고, 2차 활성화를 위한 만충전/만방전과 고온 숙성을 수행하는 과정; 상기 금속 플레이트를 펀칭하여 2차 활성화 과정에서 발생한 가스를 배출하고, 상기 미세 관통구에 금속 플레이트를 용접하는 과정; 을 포함하는 것으로 구성된 제조방법을 제공한다.

Description

각형 이차전지의 제조방법 {Process for Preparation of Prismatic Secondary Battery}

도 1은 종래기술에 따른 각형 전지에 사용되는 탑 캡의 하단면에 대한 평면도이다;

도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 전지에 사용되는 탑 캡의 하단면에 대한 평면도와 부분 단면도이다;

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 각형 이차전지의 제조방법에 따른 제조 단계별 단면 모식도들이다;

도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 전지의 조립 과정의 모식도이다.

본 발명은 전극조립체가 각형 캔에 내장되어 있는 이차전지의 제조방법으로, 더욱 상세하게는, 각형 캔에 전극조립체를 삽입하고, 탑 캡의 미세 관통구가 천공 되어 있는 만입부 상에 금속 플레이트를 가결합하고 전해액 주입구를 통해 전해액을 주입한 후, 1차 활성화를 위한 충전을 수행하고 발생한 가스를 배출한 뒤 전해액 주입구를 밀봉하며, 2차 활성화를 위한 만충전/만방전과 고온 숙성을 수행하고, 상기 금속 플레이트를 펀칭하여 발생한 가스를 배출한 뒤, 미세 관통구에 금속 플레이트를 용접하는 과정으로 구성된 각형 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.

대표적으로 전지의 재료면에서 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높고, 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있고 높은 집적도로 적층되어 제조되는 전지모듈의 전지로도 사용될 수 있는 각형 전지와 파우치형 전지에 대한 수요가 높다.

이차전지에서 전지반응이 일어나는 전극조립체는 일반적으로 양극 활물질이 도포된 양극판과 음극 활물질이 도포된 음극판 및 분리막에 전해액이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다. 이러한 이차전지의 전극조립체는 그것의 구조에 따라 젤리-롤형(권취형) 전극조립체와 스택형(적층형) 전극조립체로 구분된다. 따라서, 각형 전지는 젤리-롤형 전극조립체나 스택형 전극조립체를 각형 금속 케이스에 수납함으로써 제조된다.

일반적으로 각형 전지는 각형 금속 캔의 내부에 전극조립체를 장착하고 그것 의 개방 상단에 상부 절연체를 탑재한 후, 그 위에 다시 탑 캡을 용접한 뒤 전해액을 주입하여 밀봉하는 조립 과정을 거치게 된다. 이때, 전해액을 소정량 주입하고 전해액 주입구를 밀봉하지 않은 상태에서 전지의 활성화를 위해 1 차 충전(1차 활성화: Pre-Formation)을 행하고, 1차 활성화 과정에서 발생한 가스를 전해액 주입구를 통하여 배출한 후 재차 전해액을 주입하고 전해액 주입구를 밀봉한다. 그런 다음, 만충전/만방전 및 고온 숙성에 의한 2 차 충전(2차 활성화)을 수행하게 된다.

상기 제조과정에서 1차 활성화 과정 중에 다량으로 발생한 가스는 전해액 주입구를 통해 배출된다. 그러나, 2차 활성화 과정 중에 전지셀의 충방전 및 고온에의 노출을 거치면서 추가적으로 발생한 가스는 탑 캡의 전해액 주입구가 밀봉된 상태이므로, 외부로 배출되지 못하고 가압 상태로 존재하게 되며, 이렇게 증가된 전지셀의 내부 압력은 전지 캔을 외부로 밀어내어 전지셀의 두께를 증가시키는 문제가 발생한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 한국 특허등록 제0615155호는 전해액 주입구 이외의 가스배출구를 각형 캔 본체의 일측면에 형성하고 가스배출구 부위를 금속 박판으로 막은 상태에서, 전지셀의 충방전 테스트를 실시한 후, 가스배출구의 금속 박판을 파단하여 내부 가스를 배출시키고, 파단된 구멍에 플러그를 삽입 및 용접하여 밀봉시키는 구조를 제시하고 있다.

그러나, 각형 캔의 본체 두께는 일반적으로 탑 캡 부위보다 현저히 얇기 때문에, 금속박판을 캔의 본체의 가스배출구에 용접하거나 또는 충방전 테스트 후 파 단된 구멍에 플러그를 용접하는 경우, 각형 캔에 주름이 지는 현상 등과 같은 변형 가능성이 높고, 조립공정이 복잡하다는 문제점이 있다.

또한, 한국 등록특허 제0319111호에는 조립된 이차전지의 최초 충전시 발생하는 가스로 인한 전지의 부피 팽창을 막기 위하여, 캡 플레이트 상에 가스 배출구를 형성하고 절연체로부터 상향 연장된 흡입관이 상기 가스 배출구에 연통되도록 구성한 기술을 제시하고 있다.

그러나, 상기 특허는 흡입관을 포함하는 절연체의 제조가 필요하고 전지의 조립과정에서 작은 크기의 흡입관을 가스 배출구에 정밀하게 일치시켜야 하는 등 전지의 제조공정이 매우 복잡하고 높은 난이도의 작업이 요구되는 문제점을 가지고 있다.

또한, 상기 특허들은 전지 제조 후 최초 충전 단계인 1차 전지 활성화 과정에서만 언급하고 있으며, 전지 제조공정 중 마지막 단계인 전지를 활성화하고 불량품을 선별하기 위한 2차 전지 활성화 과정에서의 내부 가스를 제거하는 방법에 대해서는 침묵하고 있다. 즉, 상기 특허들은 2차 활성화 과정에서 발생한 가스를 배출할 수 있는 기술을 제시하지 못하고 있다.

최근 고용량 전극 사용이 증대됨에 따라, 내부 가스 생성량이 기존보다 많이 발생하고 있으며, 전지의 활성화를 위한 초기 충전 과정인 1차 활성화 과정 뿐만 아니라, 2차 활성화 과정인 고온 숙성 단계에서도 셀 내부 가스를 제거하여 셀 두께를 감소시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 탑 캡의 일측에 가스 배출을 위한 미세 관통구를 천공한 상태에서 단조하여 작은 단차를 가진 만입부를 형성하고, 2차 활성화 과정까지는 그러한 만입부에 금속 플레이트를 밀봉하여 두었다가, 2차 활성화 과정 후 금속 플레이트 부위를 펀칭하여 가스를 배출한 뒤 용접하여 미세 관통구를 밀봉함으로써, 1차 활성화 과정 뿐만 아니라 2차 활성화 과정에서 발생한 가스까지도 효과적으로 배출시켜 전지셀의 두께가 증가하는 것을 획기적으로 방지할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명에 따른 각형 이차전지의 제조방법은, 전극조립체가 각형 캔에 내장되어 있는 이차전지의 제조방법으로서,

(a) 각형 캔에 전극조립체를 삽입하고, 미세 관통구가 천공되어 있는 만입부와 전해액 주입구가 형성되어 있는 탑 캡을 각형 캔의 개방 상단에 결합하는 과정;

(b) 상기 미세 관통구를 밀봉할 수 있도록 만입부 상에 금속 플레이트를 가결합하는 과정;

(c) 상기 전해액 주입구를 통해 전해액을 주입하고, 1차 활성화(Pre-Formation)를 위한 충전을 수행하는 과정;

(d) 상기 1차 활성화 과정에서 발생한 가스를 배출한 후 전해액 주입구를 밀봉하고, 2차 활성화를 위한 만충전/만방전과 고온 숙성을 수행하는 과정;

(e) 상기 금속 플레이트를 펀칭하여 2차 활성화 과정에서 발생한 가스를 배출하고, 상기 미세 관통구에 금속 플레이트를 용접하는 과정;

을 포함하는 것으로 구성되어 있다.

따라서, 본 발명의 제조방법에 따르면, 전지의 제조시 최초 충전 단계인 1차 활성화 과정에서 발생한 가스는 전해액 주입구를 통해 외부로 배출되고, 2차 활성화 과정에서 발생한 가스는 탑 캡의 만입부 상부에 가결합되어 있는 금속 플레이트를 펀칭하여 만입부에 형성되어 있는 미세 관통구를 통해 외부로 배출됨으로써, 가스에 의한 전지셀의 두께가 증가하는 현상을 완전히 방지할 수 있고, 이에 따른 전지셀 최초 두께를 크게 감소시킬 수 있다.

상기 '활성화' 과정은 전지를 제조하는 과정에서 실시하는 충전으로서, 상기 각형 이차 전지에 전기 에너지를 공급하여 전기 화학적 에너지로 변경시키는 공정을 의미하며, '1차 활성화' 과정은 전지를 제조하는 과정에서 최초로 실시하는 충전 단계이고, '2차 활성화' 과정은 전지를 제조하는 과정에서 마지막 단계에서 실시하는 충방전 과정으로서, 만충전, 만방전 및 고온 숙성(에이징: Aging)의 방법으로 진행한다.

또한, 2차 활성화 단계의 충방전은 전지셀의 활성화와 함께 전지의 용량 체크 및 불량품을 선별하기 위한 목적으로 실행하며, 고온 숙성은 실질적으로 불량품을 선별할 목적으로 시행한다.

예를 들어, 고온 숙성 과정은 50 내지 60℃의 온도에서 전지셀을 24 시간 유지한 후 전지셀의 전압을 체크하고, 다시 상온에서 일주일 정도 유지한 후 전지셀의 전압을 체크함으로써, 저전압 전지셀의 불량을 확인한다. 즉, 전지의 제조과정에서 미세한 쇼트가 존재하는 경우, 전지셀을 고온 상태로 만들어 상기 미세 쇼트의 진행을 촉진시킴으로써 단시간내에 불량을 확인할 수 있다.

상기 과정(a)에서 탑 캡을 각형 캔의 개방 상단에 결합하기 이전에 탑 캡의 만입부에 미리 금속 플레이트를 가결합시키는 경우, 과정(b)를 생략하고 과정(c)를 수행함으로써, 과정(a)와 과정(b)의 두 단계를 한 단계로 줄여서 제조할 수 있다. 즉, 금속 플레이트가 미리 가결합되어 있는 탑 캡을 각형 캔의 개방된 상단부에 결합함으로써, 제조공정의 수를 상기 5단계에서 4단계로 절감할 수 있다.

미세 관통구가 천공되어 있는 만입부상에 금속 플레이트를 가결합하는 것은 1차 및 2차 활성화 과정에서 상기 미세 관통구를 통해 전해액이 분출되는 것을 방지하기 위함이다. 이를 위한 금속 플레이트의 가결합 방식은 다양할 수 있는 바, 예를 들어, 접착, 용접 또는 기계적 체결 방식에 의해 형성될 수 있다.

상기 각형 캔과 금속 플레이트는 가공상의 용이성과 일정 수준 이상의 기계적 강도를 고려할 때 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

상기 탑 캡의 만입부에 형성되어 있는 미세 관통구의 직경은 전지셀 내부의 가스를 배출할 수 있는 크기라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 0.1 내지 0.5 mm의 크기인 것이 바람직하다. 미세 관통구의 직경이 0.1 mm 보다 작으면 단시간 내 에 가스의 배출이 용이하지 못할 수 있고, 0.5 mm 보다 크면 용접 부위가 커져 밀봉도가 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다.

탑 캡의 일측면에 형성되어 있는 만입부는 탑 캡의 강도 저하를 실질적으로 유발하지 않도록 작은 크기로 형성되는 것이 바람직하다. 하나의 바람직한 예에서, 만입부의 직경은 미세 관통구의 직경보다는 큰 범위인 0.5 내지 5 mm의 크기이고, 만입부의 깊이는 탑 캡의 상단면을 기준으로 0.2 내지 0.6 mm의 깊이로 형성되어 있을 수 있다. 만입부의 직경이 너무 작거나 깊이가 너무 얕으면 금속 플레이트를 펀칭하여 파단하기가 용이하지 않고 파단 과정에서 가스 배출이 용이하지 않을 수 있으며, 반대로 만입부의 직경이 너무 크거나 깊이가 너무 깊으면 탑 캡의 강도 저하를 유발할 수 있으므로 바람직하지 않다.

이러한 만입부는, 예를 들어, 탑 캡의 하부 방향으로 해당하는 부위만큼 단조 가공법으로 형성할 수 있으며, 여기서 '단조 가공법'은 고체인 금속재료를 다이 등과 같은 부재로 가압하는 기계적 방법을 사용하여 금속재료를 일정한 모양으로 만드는 조작방법을 의미한다.

상기 만입부는 금속 플레이트의 가결합에 의해 활성화 과정에서 그것의 미세 관통구가 밀봉되어 있다가, 2차 활성화 과정 이후에 펀칭되면서 가압 가스를 배출하는 통로로 활용된 후, 용접에 의해 상기 미세 밀봉부가 밀봉된다.

금속 플레이트는 상기와 같은 역할을 수행할 수 있는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 하나의 바람직한 예에서, 상부의 외경이 만입부의 내경보다 크고, 하부가 만입부에 삽입될 수 있도록 수직 단면상으로 단차가 형성되어 있으며, 금속 플레이트가 만입부 상에 가결합된 상태에서, 하단면은 만입부의 상단면으로부터 펀칭이 가능한 높이로 이격되어 있어서, 펀칭 작업시 금속 플레이트의 중앙 부위가 파단되어 만입부 상부면에 밀착되면서 생긴 공간을 통해 탑 캡의 외부로 가스가 배출되는 구조일 수 있다.

결과적으로, 상기 구조에서, 금속 플레이트는 큰 외경의 상부가 만입부의 외주면 상에 결합되고 하단면이 만입부의 상단면으로부터 이격된 상태로 가결합 상태를 형성한다. 그런 다음, 펀칭 작업시에는 작은 외경의 하부가 잘리면서 만입부의 상단면 상으로 낙하되고, 이러한 과정에서 생긴 이격 공간을 통해 가압 가스가 미세 관통구를 통해 배출될 수 있다. 따라서, 가압 가스의 배출을 위한 통로가 확보될 수 있도록, 금속 플레이트의 하부는 만입부의 내경보다 작은 것이 바람직하다.

금속 플레이트의 두께는 0.1 내지 1 mm의 두께로 형성하는 것이 바람직한 바, 두께가 너무 얇으면 가결합시키기 용이하지 않고 추후 용접 과정에서 소망하는 밀봉성을 제공하기 어려울 수 있으며, 반대로 너무 두꺼운 경우에는 펀칭이 용이하지 않을 수 있으므로, 바람직하지 않다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 금속 플레이트의 상부에는 하부의 외경에 대응하는 위치에 소정의 노치가 형성되어 있어서, 펀칭 작업시 상기 노치를 따라 용이하게 절단될 수 있다.

상기 미세 관통구에 대한 금속 플레이트의 용접은 바람직하게는 레이저 용접으로 수행할 수 있으며, '레이저 용접'은 레이저 광선으로 소망하는 해당 부위의 금속을 가열하여 녹여서 붙이는 용접방법을 의미한다.

본 발명의 제조방법에서, 전지의 활성화 공정은 공지의 방법으로 수행할 수 있으며, 예를 들어, 1차 활성화 공정에서 양극과 음극 활물질은 낮은 상태에서 높은 에너지 상태로 변화하는 것이므로, 활성화 충전 시에는 낮은 전류를 상대적으로 긴 시간 동안 공급하여 전지에 무리가 없이 안정하게 충전되도록 하기 위하여, 낮은 C-rate 및/또는 다단계 과정으로 충전함으로써 수행될 수 있다.

상기'C-rate'는 전지의 용량을 1 시간 만에 모두 방출할 때 흐르는 전류이고, '낮은 C-rate 및 다단계 과정'은 고속 충전방식이 아닌 저속 충전방식으로 순차적으로 용량을 늘리면서 충전하는 것을 의미한다.

본 발명은 또한 상기 방법으로 제조된 이차전지를 제공한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 이차전지는, 전극조립체가 각형 캔에 내장되어 있는 이차전지로서, 각형 캔의 개방 상단부에 결합되는 탑 캡의 일측에는 전해액 주입구가 형성되어 있고, 타측에는 가스 배출을 위한 미세 관통구가 천공되어 있는 만입부가 형성되어 있으며, 상기 미세 관통구는 전지의 제조과정에서 만입부 상에 가결합된 후 펀칭되어 용접된 금속 플레이트에 의해 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.

본 발명에 따른 이차전지는, 전지셀의 종류 및 외형에 관계없이 다양하게 적용가능하며, 바람직하게는 리튬 이차전지일 수 있다.

이러한 이차전지를 구성하는 전극조립체 등의 기타 구성요소들은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 내용을 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 각형 전지에 사용되는 종래기술에 따른 탑 캡의 하단면에 대한 평면도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 각형 전지에서 하나의 실시예에 따른 탑 캡의 하단면에 대한 평면도와 부분 단면도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 탑 캡(100)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 금속 판재로 이루어져 있으며, 중앙에 돌출단자용 접속부재(110)가 절연성 소재의 가스켓(120)에 의해 전기적으로 절연된 상태에서 형성되어 있다. 그러한 접속부재(110)는 전극조립체(도시하지 않음)의 음극에 용접되며, 전극조립체의 양극은 탑 캡(100) 자체에 용접된다.

탑 캡(100)의 일측에는 전해액 주입구(130)가 천공되어 있고, 탑 캡(100)이 전극조립체를 내장한 각형 캔(도시하지 않음)의 개방 상단에 결합된 상태에서 전해액 주입구(130)를 통해 전해액이 주입된다.

본 발명에 따른 탑 캡(100)은, 도 2에서 보는 바와 같이, 전해액 주입구(130)의 대향 부위에 그것의 상단면으로부터 소정의 깊이로 만입부(200)가 형성되어 있으며, 만입부(200)에는 미세 관통구(220)가 형성되어 있어서, 전지 활성화 및 불량품 선별을 위한 2차 활성화 과정에서 배출되는 가스를 외부로 방출시키게 된다.

만입부(200)에는 소정 형태의 금속 플레이트((210)가 가결합되어 있으며, 만입부(200)의 미세 관통구(220)는 가결합된 금속 플레이트(210)에 의해 실질적으로 밀봉되어 있다.

도 3a 내지 도 3c에는 본 발명의 각형 이차전지의 제조방법에 따른 단계별 단면 모식도들이 도시되어 있다.

우선, 도 3a를 참조하면, 각형 캔(도시하지 않음)에 전극조립체(도시하지 않음)를 삽입하고, 미세 관통구(220)가 천공되어 있는 만입부(200)와 전해액 주입구(도시하지 않음)가 형성되어 있는 탑 캡(100)을 각형 캔의 개방된 상단부에 결합한 다음, 만입부(200) 상에 금속 플레이트(210)를 용접하여 가결합시킴으로써, 미세 관통구(220)를 밀봉한다. 경우에 따라서는, 만입부(220) 상에 금속 플레이트(210)를 가결합한 후에 탑 캡(100)을 각형 캔에 결합시킬 수도 있다.

금속 플레이트(210)는 상부(212)의 외경(R₁)이 만입부(200)의 내경(r₁)보다 크고, 하부(214)의 외경(R₂)이 만입부(200)의 내경(r₁)보다 작은 단차 구조로 이루어져 있어서, 상부(212)가 탑 캡(100)의 상단면에 걸치면서 하부(214)가 만입부(200) 안으로 도입되는 구조로 가결합이 이루어진다. 그러한 가결합 상태에서 미세 관통구(220)를 금속 플레이트(210)에 의해 밀봉된다.

또한, 금속 플레이트(210)의 하단면(216)이 만입부(200)의 상단면(202)로부터 소정의 높이로 이격되어 있고, 금속 플레이트(210)의 상부(212)에는 하부(214)의 외경에 대응하는 위치에 노치(218)가 형성되어 있다. 따라서, 금속 플레이트(210)의 상부에 강한 압력을 가하면서, 노치(218)를 따라 하부(214)가 절단되면서 만입부(200)의 상단면(202) 쪽으로, 즉, 미세 관통구(220) 상으로 낙하되게 될 수 있다.

이러한 과정은 도 3b를 참조하면 용이하게 이해할 수 있는 바, 2차 활성화 과정에서 만충전, 만방전 및 고온숙성을 수행한 후, 소정의 다이(도시하지 않음)를 사용하여 금속 플레이트의 중앙 상단을 가압하여 펀칭하면, 상부의 외주면 부위에 대응하는 측면부(212a)와 하부에 대응하는 중앙부(214a)가 파단되면서 가스 배출을 위한 통로가 순간적으로 확보된다. 즉, 중앙부(214)가 낙하되어 미세 관통구(220) 상으로 낙하되는 과정에서 외부와 연통되는 통로가 짧은 시간이나마 만들어지고, 가압 가스는 그러한 통로를 통해 용이하게 배출될 수 있다.

그런 다음, 도 3c에서와 같이, 레이저를 조사하면, 도 3b의 측면부(212a)와 중앙부(214a)가 용융되면서 일부 용융물이 미세 관통구(220)로 주입된 후 고화되어 밀봉이 이루어진다. 따라서, 용융 고화된 금속 플레이트(210a)에 의해 미세 관통구(220)가 효과적으로 밀봉된다.

도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 전지의 조립과정이 모식적으로 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 각형의 금속 캔(400)의 내부에는 양극(412)과 음극(414)이 상향 돌출된 형태로 전극조립체(410)가 삽입되어 있다. 전극조립체(410)는 양극시트와 음극시트를 분리막을 개재시킨 상태에서 둥글게 권취한 후 각형의 형태로 압축하여 만들어진다.

전극조립체(410)의 상단에는 양측 돌출 지지부(320)가 상부로 향한 상태로 상부 절연부재(300)가 탑재된다. 이러한 탑재 과정에서 전극조립체(410)의 양 극(412)과 음극(414)은 개구(330)에 삽입되어 절연부재(300)로부터 돌출된다.

상부 절연부재(300)가 탑재된 상태에서 탑 캡(100)이 금속 캔(400)의 상단에 용접에 의해 결합된다. 탑 캡(100)의 만입부(200)에는 도 3a에서와 같이 금속 플레이트(210)가 가결합되어 있어서, 그것의 미세 관통구(220)는 밀봉된 상태를 유지한다.

이러한 조립과정이 완료된 상태에서 전해액 주입구(130)를 통해 전해액을 소정량 주입하고 1차 활성화를 행한 후 내부 가스를 전해액 주입구(130)를 통하여 배출시킨다.

다시 전해액을 보충하고 전해액 주입구(130)를 밀봉한 뒤 2차 활성화를 수행한다.

그런 다음, 도 3b에서와 같이, 금속 플레이트(210)를 펀칭하여 전극조립체(410) 내부에서 다량으로 발생한 가스를 만입부(200)의 미세 관통구(220)를 통해 탑 캡(100)의 외부로 배출한다.

최종적으로, 도 3c에서와 같이, 레이저 용접을 행하여 미세 관통구(220)를 밀봉함으로써 각형 전지를 완성한다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 각형 이차전지는 탑 캡의 내면에 가스 배출을 위한 미세 관통구를 천공한 상태에서 단조하여 작은 단차를 가진 만입부를 형성하고, 2차 활성화 과정까지는 그러한 만입부에 금속 플레이트를 밀봉하여 두었다가, 2차 활성화 과정 후 펀칭하여 가스를 배출한 후 만입부 상단부에 레이저 용접을 인가하여 미세 관통구를 밀봉함으로써, 전지셀의 두께가 증가하는 것을 획기적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (15)

1. 전극조립체가 각형 캔에 내장되어 있는 이차전지의 제조방법으로서,

   (a) 각형 캔에 전극조립체를 삽입하고, 미세 관통구가 천공되어 있는 만입부와 전해액 주입구가 형성되어 있는 탑 캡을 각형 캔의 개방 상단에 결합하는 과정;

   (b) 상기 미세 관통구를 밀봉할 수 있도록 만입부 상에 금속 플레이트를 가결합하는 과정;

   (c) 상기 전해액 주입구를 통해 전해액을 주입하고, 1차 활성화(Pre-Formation)를 위한 충전을 수행하는 과정;

   (d) 상기 1차 활성화 과정에서 발생한 가스를 배출한 후 전해액 주입구를 밀봉하고, 2차 활성화를 위한 만충전/만방전과 고온 숙성을 수행하는 과정; 및

   (e) 상기 금속 플레이트를 펀칭하여 2차 활성화 과정에서 발생한 가스를 배출하고, 상기 미세 관통구에 금속 플레이트를 용접하는 과정;

   을 포함하는 것으로 구성된 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(a)에서 탑 캡의 만입부에는 금속 플레이트가 가결합되어 있고, 과정(b)를 생략하고 과정(c)를 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 만입부에 대한 금속 플레이트의 가결합은 접착, 용 접 또는 기계적 체결 방식으로 달성되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 각형 캔과 금속 플레이트는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 미세 관통구는 0.1 내지 0.5 mm의 직경을 가진 것을 특징으로 하는 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 만입부는 0.5 내지 5 mm의 직경을 가진 것을 특징으로 하는 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 만입부는 0.2 내지 0.6 mm의 깊이로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 만입부는 단조 가공법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 플레이트는 상부의 외경이 만입부의 내경보다 크고, 하부가 만입부에 삽입될 수 있도록 수직 단면상으로 단차가 형성되어 있으며, 금속 플레이트가 만입부 상에 가결합된 상태에서, 상기 금속 플레이트의 하단 면은 만입부의 상단면으로부터 펀칭이 가능한 높이로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 금속 플레이트의 상부에는 하부의 외경에 대응하는 위치에 소정의 노치가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 플레이트는 0.1 내지 1 mm의 두께를 가진 것을 특징으로 하는 제조방법.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 1차 활성화 과정은 낮은 C-rate 및/또는 다단계 과정으로 충전함으로써 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 미세 관통구에 대한 금속 플레이트의 용접은 레이저 용접으로 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
14. 전극조립체가 각형 캔에 내장되어 있는 이차전지로서, 각형 캔의 개방 상단부에 결합되는 탑 캡의 일측에는 전해액 주입구가 형성되어 있고, 타측에는 가스 배출을 위한 미세 관통구가 천공되어 있는 만입부가 형성되어 있으며, 상기 미세 관통구는 전지의 제조과정에서 만입부 상에 가결합된 후 펀칭되어 용접된 금속 플레이트에 의해 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.

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