KR101255628B1 - 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 쇼트와 불량을 방지하도록 전극리드와 절연필름을 일정 크기만큼 증가시킨 후 쇼트 부위와 불량 부위를 절단하는 배터리 팩 제조방법으로서, 전지케이스에 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극리드가 결합된 양극/분리막/음극의 전극조립체를 장착하고 전해액 또는 고분자 전해질을 주입하여 전지셀을 형성한 후 상기 전극리드가 외부로 돌출되도록 상기 전지케이스를 열융착하는 단계; 및 상기 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극리드와 일정 크기만큼 증가시켜 부착한 절연필름을 보호회로모듈(Protection Circuit Module; PCM)과 연결된 상태에서 상기 전극리드 상단부의 일부와, 상기 전극리드와 상기 절연필름의 양측면 일부와, 상기 절연필름의 상단면 일부를 절단하는 단계;를 포함하는 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법에 관한 것이다. 상술한 본 발명은, 상기 전극리드와 상기 절연필름의 양측면 일부와 상기 절연필름의 상단면 일부를 ㄴ자형 칼 또는 일자형 칼로 절단면을 따라 동시에 또는 이시에 절단하여 정품기준을 충족시키므로 팩 제조시 쇼트와 상기 전극리드의 이탈에 의한 불량율이 획기적으로 감소하고, 팩 제조시 불량에 대해 사전에 대응함으로써 공정비용이 월등히 감소한다.
배터리 팩, 리튱이온폴리머셀, 리튬폴리머셀, 팩 제조설계 유연성 확보

Description

팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법{Method Of Manufacturing Battery Pack With Flexible Manufacturing Plan}
본 발명은 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법은 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극리드와 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 절연필름을 PCM(Protection Circuit Module)과 연결된 상태에서 상기 전극리드와 상기 절연필름의 양측면 일부와 상기 절연필름의 상단면 일부를 절단하여 정품기준을 충족시키므로 팩 제조시 쇼트와 상기 전극리드의 이탈에 의한 불량율이 획기적으로 감소하고, 팩 제조설계의 유연성이 확보되고, 팩 제조시 불량에 대해 사전에 대응함으로써 공정비용이 월등히 감소하는 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 휴대폰, PDA, 휴대용 게임기, MP3, 노트북 등 모바일기기에 사용되고 있으며, 장차 차량 수송에 사용하려고 하고 있다. 즉, 리튬 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 동력원으로도 주목받고 있다. 자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 시스템이 사용된다. 그러한 중대형 전지 시스템에 단위전지로서 많이 사용되는 파우치
형 리튬이온폴리머 이차전지와 리튬폴리머 이차전지는 소형 디바이스에 사용되는 동일 계열의 전지에 비해 상대적으로 큰 크기를 가지고 있다.
그러나, 상기 리튬이온폴리머 이차전지의 전해액과 상기 리튬폴리머 이차전지의 고분자 전해질은 유연성이 커서 상부의 전극리드가 움직이는 문제점이 남아있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 전극리드를 비대칭적으로 배치한 슬림라인 배터리 팩에 관한 기술(미국 특허공개 제2008-0193836호)이 공개되어 있다. 그러나, 상기 슬림라인 배터리 팩은 전해액과 고분자 전해질에 의해 유연성이 큰 리튬이온폴리머 이차전지와 리튬폴리머 이차전지의 배터리 팩에는 적용하기 어려운 보호회로모듈(Protection Circuit Module; PCM) 기구물 접촉에 의한 쇼트와 육안불량의 문제점이 남아있다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 배터리 팩 제조시 보호회로모듈(Protection Circuit Module; PCM) 기구물 접촉에 의한 쇼트와 육안불량 등의 문제를 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극리드와 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 절연필름을 보호회로모듈(Protection Circuit Module; PCM)과 연결된 상태에서 상기 전극리드의 상단부 일부와, 상기 전극리드와 상기 절연필름의 양측면 일부와, 상기 절연필름의 상단면 일부를 절단하여 쇼트와 불량을 방지하여 해결한 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,
쇼트와 불량을 방지하도록 전극리드와 절연필름을 일정 크기만큼 증가시킨 후 쇼트 부위와 불량 부위를 절단하는 배터리 팩 제조방법으로서,
수지층 및 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스를 준비하는 단계;
일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극리드를 양극/분리막/음극의 전극조립체 의 전극 탭에 결합시키는 단계;
상기 전극 탭의 상단면의 상기 전극리드와 상기 전지케이스와의 결합부위에 절연필름을 일정 크기만큼 증가시켜 부착하는 단계;
상기 전지케이스에 상기 전극리드가 결합된 양극/분리막/음극의 전극조립체를 장착하고 전해액 또는 고분자 전해질을 주입하여 전지셀을 형성한 후 상기 전극리드가 외부로 돌출되도록 상기 전지케이스를 열융착하는 단계; 및
상기 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극리드와 상기 일정 크기만큼 증가시켜 부착한 절연필름을 보호회로모듈(Protection Circuit Module; PCM)과 연결된 상태에서 상기 전극리드 상단부의 일부와, 상기 전극리드와 상기 절연필름의 양측면 일부와, 상기 절연필름의 상단면 일부를 절단하는 단계;를 포함하는 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법을 제공한다.
본 발명의 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법은 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극리드와 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 절연필름을 보호회로모듈(Protection Circuit Module; PCM)과 연결된 상태에서 상기 전극리드와 상기 절연필름의 양측면 일부와 상기 절연필름의 상단면 일부를 ㄴ자형 칼 또는 일자형 칼로 절단면을 따라 동시에 또는 이시에 절단하여 정품기준을 충족시키므로 팩 제조시 쇼트와 상기 전극리드의 이탈에 의한 불량율이 획기적으로 감소하고, 팩 제조설계의 유연성이 확보되고, 팩 제조시 불량에 대해 사전에 대응함으로써 공정비용이 월등히 감소한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 쇼트와 불량을 방지하도록 전극리드와 절연필름을 일정 크기만큼 증가시킨 후 쇼트 부위와 불량 부위를 절단하는 배터리 팩 제조방법으로서,
수지층 및 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스를 준비하는 단계; 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극리드를 양극/분리막/음극의 전극조립체 의 전극 탭에 결합시키는 단계; 상기 전극 탭의 상단면의 상기 전극리드와 상기 전지케이스와의 결합부위에 절연필름을 일정 크기만큼 증가시켜 부착하는 단계; 상기 전지케이스에 상기 전극리드가 결합된 양극/분리막/음극의 전극조립체를 장착하고 전해액 또는 고분자 전해질을 주입하여 전지셀을 형성한 후 상기 전극리드가 외부로 돌출되도록 상기 전지케이스를 열융착하는 단계; 및 상기 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극리드와 상기 일정 크기만큼 증가시켜 부착한 절연필름을 보호회로모듈(Protection Circuit Module; PCM)과 연결된 상태에서 상기 전극리드 상단부의 일부와, 상기 전극리드와 상기 절연필름의 양측면 일부와, 상기 절연필름의 상단면 일부를 절단하는 단계;를 포함한다.
구체적으로, 상기 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법은 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극리드와 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 절연필름을 보호회로모듈(Protection Circuit Module; PCM)과 연결된 상태에서 상기 전극리드 상단부의 일부와, 상기 전극리드와 상기 절연필름의 양측면 일부와, 상기 절연필름의 상단면 일부를 절단하여 정품기준을 충족시키므로 팩 제조시 쇼트와 상기 전극리드의 이탈에 의한 불량율이 획기적으로 감소하고, 팩 제조설계의 유연성이 확보되고, 팩 제조시 불량에 대해 사전에 대응함으로써 공정비용이 월등히 감소하는 배터리 팩 제조방법이다.
즉, 상기 전지셀 제조시 장폭의 전극리드와 절연필름을 부착 설계한 후 여분의 부분을 절단한다. 따라서, 상기 전극리드와 상기 절연필름의 위치 이탈로 인한 배터리 팩 공정불량을 방지하고, 또한, 최적의 상기 전극리드와 상기 절연필름 위치의 균일성을 확보함으로써 상기 보호회로모듈(Protection Circuit Module; PCM) 기구물 접촉에 의한 쇼트를 방지한다. 또한, 상기 전극리드와 상기 절연필름의 위치 이탈로 인한 고객 클레임의 발생원인을 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고출력 대용량 전지 시스템에 사용되는 하나의 예시적인 파우치형 리튬폴리머 이차전지의 모식도이다.
도 1과 같이, 리튬폴리머 이차전지(100)는, 고분자 수지와 알루미늄의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스(200)에 양극/분리막/음극으로 이루어진 전극조립체(300)를 장착한 후 상기 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극리 드(410, 420)를 전지케이스(200) 상단에 노출시킨 상태로 결합시켜 제작된다. 상기 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극리드(410, 420)에는 전극조립체(300)로부터 돌출되어 있는 각각의 전극 탭들(310, 320)이 결합되어 있다. 전지케이스(200)와 상기 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극리드(410, 420)가 결합되는 부위에는 전해액의 누출을 방지하고 공기중의 수분이 전지내로 침투하는 것을 방지하며 전극리드(410,420)의 전기적 절연성을 담보하기 위하여, 상기 일정 크기만큼 증가시켜 부착한 얇은 절연필름(500)이 결합되어 있다.
도 2는 도 1의 대용량 폴리머 전지의 전극리드와 절연필름을 일부 절단한 부분의 확대도이고, 도 3은 도 2의 절단결과 후의 정품을 나타낸 도면이다.
도 2와 같이, 양극/분리막/음극의 전극조립체(도시하지 않음)와 전기적으로 연결되어 있는 상기 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 양극리드(410) 및 상기 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 음극리드(420)가 알루미늄 라미네이트 시트의 전지케이스(200) 상단으로부터 노출된 상태로 밀봉되어 있다. 전지케이스(200)와 전극리드(410, 420)의 사이에는 상기 일정 크기만큼 증가시켜 부착한 절연필름(500)이 개재되어 있다. 전지의 제조를 위해서는, 고온 고압에 의해 전지케이스(200)의 상단부재(210)와 하단부재(220)를 상호 융착시킨다. 그런 다음, 상기 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극리드와 상기 일정 크기만큼 증가시켜 부착한 절연필름을 보호회로모듈(Protection Circuit Module; PCM)과 연결된 상태에서 상기 전극리드 상단부의 일부와, 상기 전극리드와 상기 절연필름의 양측면 일부와, 상기 절연필름의 상단면 일부를 절단면을 따라 절단한다.
도 3과 같이, 상기 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극리드와 상기 일정 크기만큼 증가시켜 부착한 절연필름을 보호회로모듈(Protection Circuit Module; PCM)과 연결된 상태에서 상기 전극리드 상단부의 일부와, 상기 전극리드와 상기 절연필름의 양측면 일부와, 상기 절연필름의 상단면 일부를 절단면을 따라 절단하여 팩 제조시 쇼트와 상기 전극리드의 이탈에 의한 불량율을 최소화한 정품을 나타낸다.
상기 전극리드와 상기 절연필름의 절단은 동시에 또는 이시에 수행한다.
상기 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극리드와 상기 일정 크기만큼 증가시켜 부착한 절연필름은 서로 결합되어 있으므로 상기 전극리드 상단부의 일부와, 상기 전극리드와 상기 절연필름의 양측면 일부와, 상기 절연필름의 상단면 일부를 절단면을 따라 동시에 또는 이시에 절단한다.
상기 전극리드와 상기 절연필름의 절단은 ㄴ자형 칼 또는 일자형 칼을 사용하여 수행한다.
상기 전극리드와 상기 절연필름의 절단은 상기 ㄴ자형 칼을 사용하여 양측면에서 절단하거나, 상기 ㄴ자형 칼을 사용하여 양측면에서 절단한 후 상기 일자형 칼을 사용하여 상기 전극리드의 상단부의 마무리를 한다. 또는 상기 일자형 칼로 방향을 바꿔가며 절단한다.
상기 전극리드와 상기 절연필름의 절단 후 에어(Air)로 세척하는 단계;를 더 포함한다.
상기 에어 세척은 상기 배터리 팩에 습기를 넣지 않는 세척방법으로 상기 전극리드와 상기 절연필름의 절단 찌거기를 제거하기 위해 사용된다.
상기 전지셀은 고출력 대용량 전지 시스템의 단위전지셀이다.
자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 시스템이 사용되고 상기 중대형 전지 시스템에서는 기존의 리튬이온전지셀보다 크기가 크고 전기적 연결이 수월한 리튬이온폴리머셀과 리튬폴리머셀을 선호한다.
상기 전지셀은 각형의 리튬 이차전지셀이다. 그러나, 그 형태에 한정하지 않는다.
상기 리튬 이차전지셀은 리튬이온폴리머전지셀 또는 리튬폴리머셀이다.
상기 리튬이온폴리머셀은 양극으로는 리튬 또는 리튬-흑연 화합물을 사용하고, 음극으로는 리튬코발트옥사이드(LiCoO2), 리튬철포스페이트(LiFePO4), 또는 리튬망간옥사이드(LiMnO4)를 사용하는 것은 상기 리튬이온전지셀과 같으나, 전해액으로는 에틸렌카보네이트(Ethylen Carbonate) 용매에 쇄상 에스테르를 첨가하고, 여 기에 리튬헥사플로로포스페이트(LiPF6)와 같은 리튬염을 혼합한 것이 다르다.
상기 리튬폴리머셀은 양극으로는 리튬 또는 리튬-흑연 화합물을 사용하고, 음극으로는 리튬코발트옥사이드(LiCoO2), 리튬철포스페이트(LiFePO4), 또는 리튬망간옥사이드(LiMnO4)를 사용하는 것은 상기 리튬이온전지셀과 같으나, 전해질 및 분리막으로 전도성 고분자 전해질을 사용하는 것이 다르다. 상기 고분자 전해질은 폴리에틸렌옥사이드와 같은 고체 고분자에 리튬헥사플로로포스페이트(LiPF6) 또는 이산화규소와 같은 전기 전도성 염을 혼합한 것이다.
여기서, 상기 폴리머라는 단어는 고분자 전해질 및 분리막이라는 뜻이다.
또한, 상기 전지케이스는 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스이다.
상기 전지케이스는 상기 각형의 전지셀을 안착시키기 위한 것으로서 그 형태는 안착시킬 전지셀의 형태에 따라 달라질 수 있다.
여기서, 상기 라미네이트 시트는 수지층과 금속층을 포함하여 구성된다. 상기 금속층은 알루미늄, 구리, 니켈, 주석, 또는 아연 등의 금속을 사용할 수 있다. 상기 파우치형은 상기 전지셀을 안착시킨 후 열융착한 모양을 표현한다.
상기 전극리드는 구리, 알루미늄, 니켈, 주석, 또는 아연인 금속재료로 제조된다.
상기 전극리드 중 양극리드는 알루미늄으로 만들어진 금속박편으로 되어 있 고, 음극리드는 니켈로 만들어진 금속박편으로 된 것이 바람직하나, 그에 한정하지 않고 상기 금속재료가 다양하게 사용될 수 있다.
상기 절연필름은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리이미드(PI), 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)인 고분자재료로 제조된다.
상기 절연필름의 고분자재료는 전기절연성을 가지고 있으므로 상기 전극리드의 절연성을 담보하기 위하여 사용된다.
또한, 본 발명은 상기 배터리 팩 제조방법에 의해 제조된 배터리 팩을 제공한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 고출력 대용량 전지 시스템에 사용되는 하나의 예시적인 파우치형 리튬폴리머 이차전지의 모식도이다.
도 2는 도 1의 대용량 폴리머 전지의 전극리드와 절연필름을 일부 절단한 부분의 확대도이다.
도 3은 도 2의 절단결과 후의 정품을 나타낸 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 파우치형 리튬폴리머 이차전지 200: 전지케이스
210: 상단부재 220: 하단부재
300: 전극조립체 310: 양극 전극탭
320: 음극 전극탭 410: 양극리드
420: 음극리드 500: 절연필름

Claims (11)

  1. 쇼트와 불량을 방지하도록 전극리드와 절연필름을 일정 크기만큼 증가시킨 후 쇼트 부위와 불량 부위를 절단하는 배터리 팩 제조방법으로서,
    수지층 및 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스를 준비하는 단계;
    일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극리드를 양극/분리막/음극의 전극조립체 의 전극 탭에 결합시키는 단계;
    상기 전극 탭의 상단면의 상기 전극리드와 상기 전지케이스와의 결합부위에 절연필름을 일정 크기만큼 증가시켜 부착하는 단계;
    상기 전지케이스에 상기 전극리드가 결합된 양극/분리막/음극의 전극조립체를 장착하고 전해액 또는 고분자 전해질을 주입하여 전지셀을 형성한 후 상기 전극리드가 외부로 돌출되도록 상기 전지케이스를 열융착하는 단계; 및
    상기 일정 크기만큼 증가시켜 형성한 전극리드와 상기 일정 크기만큼 증가시켜 부착한 절연필름을 보호회로모듈(Protection Circuit Module; PCM)과 연결된 상태에서 상기 전극리드 상단부의 일부와, 상기 전극리드와 상기 절연필름의 양측면 일부와, 상기 절연필름의 상단면 일부를 절단하는 단계;를 포함하는 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극리드와 상기 절연필름의 절단은 동시에 또는 이시에 수행하는 것을 특징으로 하는 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전극리드와 상기 절연필름의 절단은 ㄴ자형 칼 또는 일자형 칼을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전극리드와 상기 절연필름의 절단 후 에어(Air)로 세척하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전지셀은 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차에 사용되는 전지 시스템의 단위전지셀인 것을 특징으로 하는 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전지셀은 각형의 리튬 이차전지셀인 것을 특징으로 하는 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 리튬 이차전지셀은 리튬이온폴리머전지셀 또는 리튬폴리머셀인 것을 특징으로 하는 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전지케이스는 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스인 것을 특징으로 하는 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전극리드는 구리, 알루미늄, 니켈, 주석, 또는 아연인 금속재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 절연필름은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리이미드(PI), 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)인 고분자재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 팩 제조설계가 유연한 배터리 팩 제조방법.
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