KR101255353B1 - 배터리 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 모조셀이 일반 셀과 함께 탭 용접 및 파우치 조립 공정이 수행되고, 각 단계에서 검사가 수행됨으로써 불량률을 줄일 수 있으며, 검사 주기를 줄인다 하더라도 전체 생산성 저하를 방지할 수 있는 배터리 제조 방법에 관한 것이다.

Description

배터리 제조 방법{MANUFACTURING METHOD FOR BATTERY}
본 발명은 배터리 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 모조셀이 일반 셀과 함께 탭 용접 및 파우치 조립 공정이 수행되고, 각 단계에서 검사가 수행됨으로써 불량률을 줄일 수 있으며, 검사 주기를 줄인다 하더라도 전체 생산성 저하를 방지할 수 있는 배터리 제조 방법에 관한 것이다.
전지는 크게 1차 전지와 2차 전지로 구분될 수 있는데, 1차 전지란 비가역적인 반응을 이용하여 전기를 생산하므로 한 번 사용된 후에는 재사용이 불가능한 전지로서 일반적으로 많이 사용하는 건전지, 수은 전지, 볼타 전지 등이 이에 속하며, 2차 전지는 이와는 달리 가역적인 반응을 이용하므로 사용 후 충전하여 재사용이 가능한 전지로서 납 축전지, 리튬 이온 전지, 니카드(Ni-Cd) 전지 등이 이에 속한다. 도 1은 2차 전지 중 하나인 일반적인 리튬 이온 전지의 구조를 개념적으로 도시한 것이다.
리튬 이온 전지와 리튬 이온 폴리머 전지는 전해질의 성상(액체/고체)만 다를 뿐 그 구조는 동일하다. 또한, 전지에 따라 전해질이나 극의 재질이 도 1에 기재된 재질과는 조금씩 다를 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 리튬 이온 전지는 일반적으로 탄소로 이루어지는 음극(1) 및 일반적으로 리튬 화합물로 이루어지는 양극(2), 두 극(1, 2) 사이에 위치하는 전해질(3), 그리고 음극(1) 및 양극(2)을 연결하는 전선(4)을 포함하여 구성된다. 전해질(3) 내의 리튬 이온은 충전(charge) 시에는 음극(1) 쪽으로, 방전(discharge) 시에는 양극(2) 쪽으로 이동하며, 각 극에서 잉여의 전자를 방출하거나 또는 흡수하면서 화학 반응을 일으키게 된다. 이러한 과정에서 상기 전선(4)에 전자가 흐르게 되며, 이에 따라 전기 에너지가 발생하게 된다.
여기에서 리튬 이온 전지를 사용하여 설명하였으나, 다른 2차 전지의 경우도 전극 또는 전해질로 사용되는 물질이 달라질 뿐 기본 원리 및 구조는 이와 동일하다. 즉, 일반적으로 2차 전지는 상술한 바와 같이 음극(1), 양극(2), 전해질(3) 및 전선(4)을 포함하여 이루어지는 것이다.
일반적으로 2차 전지는 그 내부에 다수 개의 단위 전극을 포함하고 있으며, 또한 일반적으로 각 셀의 전극들과 연결된 한 쌍의 외부 단자 탭(즉 각 단위 셀의 음극들이 연결된 하나의 음극, 각 셀의 양극들이 연결된 하나의 양극으로서, 전지 하나당 한 쌍이 구비되어 전극으로서 기능하는 탭)이 외부로 노출되어 있는 형태로 구성된다.
이 때, 상기 전극과 탭의 연결 상태는 2차 전지의 성능을 결정짓는 주요 인자로서, 용접 공정 수행 이후에 하나의 표본을 선정하고, 위 샘플의 용접이 올바르게 수행되었는지를 검사한다.
그런데, 용접 검사 주기 또는 샘플의 개수를 늘릴 경우에, 용접의 불량률을 줄일 수 있는 장점이 있으나, 용접 검사는 파괴 검사로서 검사 수 폐기하여야 하므로 그만큼 제작품의 개수가 줄어들게 되어 생산성을 저하하는 원인이 된다.
한편, 종래의 배터리는 상기 탭이 형성된 셀을 견고하게 지지하고, 전해액의 누액없이 보관하기 위하여 파우치 내부에 구비된다.
상기 파우치의 실링 상태에 따라 고온 혹은 고습의 환경에 배터리가 노출되었을 때 전해액이 누액될 수도 있으며 실링과정의 파우치 손상으로 파우치와 내부 전극이 단락될 경우 파우치 자체의 파손이 일어나 전지로서의 기능을 할 수 없게 될 수 있다.
그러므로 상기 파우치의 실링 상태 역시, 용접 공정의 적합성과 함께 올바르게 수행되었는지를 검사하게 되는데, 파우치 실링 검사 주기 또는 샘플의 개수를 늘릴 경우에, 용접 검사와 마찬가지로 파괴 검사이기 때문에 생산성 저하 원인이 된다.
아울러, 용접 검사 및 파우치 실링 검사는 배터리 불량률을 낮추기 위해 필수적인데 반해, 단일 샘플을 이용하여 검사가 이루어지지 않으므로, 검사를 위해 필요한 제품 손실률이 증가될수 밖에 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 모조셀을 이용함으로써 용접 상태 및 조립 상태를 검사하기 위해 소모되는 일반 셀의 낭비를 방지할 수 있어 전체 생산성 저하를 방지할 수 있는 배터리 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 모조셀에 모조전극이 형성된 상태로, 일반 셀과 함께 탭 용접 및 파우치 조립 공정이 수행되고, 각 단계에서 검사가 수행됨으로써 불량률을 줄일 수 있는 배터리 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 배터리 제조 방법은 배터리 제조 방법에 있어서, 모조전극(110)이 형성된 모조셀(100)을 준비하는 모조셀(100) 준비 단계(S10); 상기 모조셀(100)의 모조전극(110)에 탭(130)을 용접하는 탭(130) 용접 단계(S20); 및 탭(130)이 용접된 모조셀(100)의 용접 상태를 검사하는 제1검사 단계(S30); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모조셀(100)은 일반 셀과 형태 및 무게가 같게 제조되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 모조전극(110)은 탭(130)이 용접가능한 크기로 일반 전극의 일정 영역으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 모조셀(100)은 상기 모조전극(110)이 형성되는 영역이 오목한 안착홈(101)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모조전극(110)은 활물질이 코팅되지 않은 기재인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 모조전극(110)은 접착재를 이용하여 접합고정되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 모조전극(110)은 별도의 덮개(102)와 모조셀(100) 사이에 위치되어 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1검사 단계(S30)는 상기 모조전극(110)과 탭(130)의 접합 강도를 측정하여 수행되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 배터리 제조 방법은 파우치(200)에 열을 가해 접합함으로써 탭(130) 용접된 모조셀(100)을 파우치(200) 내부에 고정하는 파우치(200) 고정 단계(S40); 및 상기 파우치(200)에 조립된 모조셀(100)의 조립 상태를 검사하는 제2검사 단계(S50); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리 제조 방법은 상기 파우치(200) 고정 단계(S40) 이전에
상기 탭(130)에 실링부(120)를 형성하는 실링부(120) 형성 단계(S41); 가 수행되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제2검사 단계(S50)는 상기 파우치(200)와 파우치(200)의 접합 강도 및 상기 파우치(200)와 실링부(120)의 접합 강도를 측정하여 수행되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 배터리 제조 방법은 모조셀을 이용함으로써 용접 상태 및 조립 상태를 검사하기 위해 소모되는 일반 셀의 낭비를 방지할 수 있어 전체 생산성 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 배터리 제조 방법은 모조셀에 모조전극이 형성된 상태로, 일반 셀과 함께 탭 용접 및 파우치 조립 공정이 수행되고, 각 단계에서 검사가 수행됨으로써 불량을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 리튬 이온 전지의 구조도.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 제조 방법의 단계도.
도 3 및 도 4는 상기 도 2에 도시한 배터리 제조 방법의 일부 단계를 설명한 도면.
(도 3은 모조셀의 평면도 및 도 4는 모조셀의 분해사시도)
도 5는 본 발명에 따른 배터리 제조 방법의 다른 단계도.
도 6은 상기 도 5에 도시한 배터리 제조 방법을 설명한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 배터리 제조 방법의 또 다른 단계도.
도 8 및 도 9는 상기 도 7에 도시한 배터리 제조 방법을 설명한 도면.
도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 배터리 제조 방법의 다른 예를 설명한 도면.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 배터리 제조 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 배터리 제조 방법은 도 2에 도시한 바와 같이 모조셀(100) 준비 단계(S10); 탭(130) 용접 단계(S20); 및 제1검사 단계(S30)를 포함하여 수행된다.
상기 탭(130) 용접 단계(S20)는 일반 셀의 전극에 탭(130)을 용접하는 단계로서, 배터리를 제조하기 위해서 필수적인 공정에 해당된다.
상기 탭(130)의 용접 상태는 배터리 성능에 직접적인 영향을 주는 인자로서, 본 발명의 배터리 제조 방법은 탭(130) 용접 단계(S20) 이전에 용접 상태를 검사하기 위한 모조셀(100) 준비 단계(S10)가 수행된다.
더욱 상세하게, 상기 모조셀(100) 준비 단계(S10)는 모조전극(110)이 형성된 모조셀(100)을 준비하는 단계로서, 일반 셀과 함께 탭(130) 용접 단계(S20)가 수행될 수 있도록 수행된다.
본 발명에서 일반 셀이란 일반적인 셀에 해당되며, 모조셀(100)과의 구별을 위하여 “일반”이라는 기재를 덧붙여 설명하였다.
상기 모조셀(100) 준비 단계(S10)는 일반 셀에 대응되는 모조셀(100)을 형성하는 단계로서, 상기 모조셀(100)은 일반 셀과 형태 및 무게가 같게 제조되는 것이 바람직하다.
또한, 일반 셀은 전극이 셀의 양측에서 전체 영역에 대응되는 크기로 형성되는데, 본 발명의 배터리 제조 방법은 상기 모조전극(110)이 상기 탭(130)이 용접가능한 크기로 일반 전극의 일정 영역만 형성되도록 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 배터리 제조 방법은 상기 탭(130)과 용접되는 부분 및 이를 지지하기 위한 영역에만 모조전극(110)이 형성된다.
이 때, 상기 모조전극(110)은 일반 전극과 동일한 기재를 이용하되, 활물질이 코팅되지 않은 상태로 모조셀(100)에 형성됨으로써 제조 비용을 더욱 절감할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 3 및 도 4는 모조셀(100)의 평면도 및 분해사시도를 나타낸 도면으로서, 상기 모조셀(100)은 일반 셀과 동일한 형태 및 무게를 갖도록 형성되며, 상기 모조전극(110)이 안착되도록 오목한 안착홈(101)이 형성된 예를 나타내었다.
상기 안착홈(101)은 상기 모조전극(110)이 안착되는 공간으로서, 모조전극과 모조셀(100)의 고정력을 높일 수 있다.
상기 모조셀(100) 준비 단계(S10)에서, 상기 모조전극(110)은 접착재를 이용하여 고정될 수도 있고, 별도의 덮개(102)가 이용되어 고정될 수 있다.
상기 도 4에서, 별도의 덮개(102)가 상기 모조전극(110)을 사이에 두고 고정됨으로써 상기 모조전극(110)을 고정하는 예를 나타내었다.
이 때, 본 발명의 배터리 제조 방법은 상기 모조전극(110)이 상기 덮개(102)를 이용하여 고정된다 할지라도 상기 안착홈(101)의 형성 영역 및 깊이를 조절하여 모조셀(100) 외측으로 돌출되는 영역이 형성되지 않도록 한다.
상기 탭(130) 용접 단계(S20)는 상기 모조셀(100) 준비 단계(S10)를 통해 준비된 모조셀(100)을 포함하여 일반 셀에 탭(130)을 용접하는 단계이다.(도 4 참조)
도 2에서 일반 셀의 제조를 위한 공정은 굵은색 화살표로 표시하였다.
상기 탭(130) 용접 단계(S20)를 수행한 모조셀(100)은 제1검사 단계(S30)가 수행된다.
상기 제1검사 단계(S30)는 상기 탭(130) 용접 단계(S20)를 통해 수행된 용접의 적합성을 검사하는 단계로서, 상기 탭(130)이 용접된 모조셀(100)의 용접 상태를 검사하여 수행된다.
상기 제1검사 단계(S30)는 모조전극(110)과 탭(130)의 용접 강도를 측정하여 수행될 수 있다.
즉, 본 발명의 배터리 제조 방법은 모조셀(100)을 낮은 비용으로 제조할 수 있으며, 상기 제1검사 단계(S30)가 모조셀(100)을 이용하여 수행되어 용접 상태를 용이하게 검사할 수 있는 것으로서, 일반 셀의 낭비 없이 탭(130) 용접 상태를 검사할 수 있으며, 이에 따라 전체 배터리 불량률을 줄이고, 생산 효율을 향상할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 배터리 제조 방법은 상기 제1검사 단계(S30) 이후에, 파우치(200) 고정 단계(S40), 및 제2검사 단계(S50)가 수행될 수 있다.
상기 파우치(200) 고정 단계(S40)는 탭(130) 용접된 모조셀(100)을 파우치(200) 내부에 고정하기 위하여 파우치(200)에 열을 가해 접합하는 단계로서, 상기 탭(130) 용접된 모조셀(100)의 일부는 상기 제1검사 단계(S30)가 수행되고, 탭(130) 용접된 일반 셀과 함께 나머지 탭(130) 용접된 모조셀(100)은 상기 파우치(200) 고정 단계(S40)가 수행된다.
상기 파우치(200) 고정 단계(S40)는 외부 충격 등으로부터 셀을 안전하게 보호하며, 상기 탭(130)이 형성된 셀을 견고하게 지지하고, 전해액의 누액없이 보관하기 위하여 수행되는 것으로, 배터리 제조 방법에 필수적인 공정에 해당된다.
도 5 역시, 도 2와 마찬가지로, 일반 셀의 공정 단계를 굵은색 화살표로 표시하였다.
즉, 상기 파우치(200) 고정 단계(S40)는 탭(130) 용접된 일반 셀 및 모조셀(100) 모두 수행된다.
상기 제2검사 단계(S50)는 상기 파우치(200)에 조립된 모조셀(100)의 조립 상태를 검사하는 단계로서, 강도를 측정하여 수행될 수 있다.
이 때, 상기 제2검사 단계(S50)는 강도 측정 위치를 달리하여 측정 하는 것이 바람직하며, 파우치(200)와 파우치(200)의 접합 강도 및 파우치(200)와 탭(130)의 접합 강도의 측정이 포함된다.
이에 따라, 본 발명의 배터리 제조 방법은 일반 셀의 낭비 없이 용접 상태 및 파우치(200) 조립 상태(실링 상태)를 검사할 수 있으며, 검사 주기를 짧게 가져가 검사의 신뢰성을 보다 높일 수 있는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 배터리 제조 방법을 나타낸 도면으로서, 상기 고정 단계(S40) 이전에 상기 탭(130)에 실링부(120)를 형성하는 실링부(120) 형성 단계(S41); 가 수행될 수 있다.
상기 실링부(120) 형성 단계는 파우치(200)의 고정력을 더욱 높이기 위하여 상기 탭(130)에 실링부(120)를 형성하는 단계이다.(도 8 참조)
상기 실링부(120)가 형성된 보조셀(100)은 상기 파우치(200)의 고정 단계(S50) 수행 시, 파우치(200)와 상기 실링부(120)의 일정 영역이 맞닿아 고정된다.(도 9 참조)
이를 통해, 본 발명의 배터리 제조 방법은 제2검사 단계(S50)에서, 실링부(120)와 파우치(200)의 접합 강도를 측정하여 일반 셀의 상태를 보다 정확히 측정할 수 있다.
아울러, 본 발명의 배터리 제조 방법은 도 10 내지 도 12에 도시한 바와 같이, 상기 모조셀(100)의 일측면에 모조전극(110) 이 위치될 수 있다.
상기 도 10 내지 도 12는 상기 도 3, 도 4, 및 도 8에 도시한 형태와 동일한 구성을 갖되, 일측면에 일측면에 모조전극(110)의 구성이 형성되는 예를 나타낸 것으로서, 본 발명의 배터리 제조 방법은 상기 모조셀(100)의 일측 또는 양측에 모조전극(110)이 고정될 수 있다.
특히, 본 발명의 배터리 제조 방법은 모조셀(100)을 이용하여 일반 셀의 제조 공정과 동일한 공정(탭(130) 용접 단계(S20) 및 파우치(200) 고정 단계(S40))을 수행하되, 모조셀(100) 제조 단계(S10)를 통해 제조된 모조셀(100)을 이용하여 탭(130) 용접된 모조셀(100)의 강도를 측정하여 용접 강도를 확인하고, 파우치(200) 조립된 모조셀(100)의 강도를 측정하여 공정 적합성의 확인이 용이하며, 이에 따라 불량을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 배터리 제조 방법은 일반 셀의 낭비를 방지하여 전체 생산비용을 저감할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
S10 내지 S50 : 배터리 제조 방법의 각 단계
100 : 모조셀 101 : 안착부
102 : 덮개
110 : 모조전극 120 : 실링부
130 : 탭
200 : 파우치

Claims (11)

  1. 배터리 제조 방법에 있어서,
    모조전극(110)이 형성된 모조셀(100)을 준비하는 모조셀(100) 준비 단계(S10);
    상기 모조셀(100)의 모조전극(110)에 탭(130)을 용접하는 탭(130) 용접 단계(S20); 및
    탭(130)이 용접된 모조셀(100)의 용접 상태를 검사하는 제1검사 단계(S30); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모조셀(100)은 일반 셀과 형태 및 무게가 같게 제조되는 것을 특징으로 하는 배터리 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모조전극(110)은 탭(130)이 용접가능한 크기로 일반 전극의 일정 영역으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 모조셀(100)은 상기 모조전극(110)이 형성되는 영역이 오목한 안착홈(101)이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 모조전극(110)은 활물질이 코팅되지 않은 기재인 것을 특징으로 하는 배터리 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 모조전극(110)은 접착재를 이용하여 접합고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 모조전극(110)은 별도의 덮개(102)와 모조셀(100) 사이에 위치되어 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1검사 단계(S30)는 상기 모조전극(110)과 탭(130)의 접합 강도를 측정하여 수행되는 것을 특징으로 하는 배터리 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 제조 방법은
    파우치(200)에 열을 가해 접합함으로써 탭(130) 용접된 모조셀(100)을 파우치(200) 내부에 고정하는 파우치(200) 고정 단계(S40); 및
    상기 파우치(200)에 조립된 모조셀(100)의 조립 상태를 검사하는 제2검사 단계(S50); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 제조 방법은 상기 파우치(200) 고정 단계(S40) 이전에
    상기 탭(130)에 실링부(120)를 형성하는 실링부(120) 형성 단계(S41); 가 수행되는 것을 특징으로 하는 배터리 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2검사 단계(S50)는 상기 파우치(200)와 파우치(200)의 접합 강도 및 상기 파우치(200)와 실링부(120)의 접합 강도를 측정하여 수행되는 것을 특징으로 하는 배터리 제조 방법.
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