KR101365968B1 - 신규한 구조의 전지셀 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀의 제조방법으로서, (a) 전지셀 활성화 공정을 위한 충전 핀의 접속을 위해 접속용 개구 구간을 전지케이스의 하단면에 형성한 상태로 전지케이스의 전체 표면을 아노다이징(anodizing) 코팅하는 단계; (b) 전지케이스의 내부에 전극조립체를 장착하고 전지케이스의 개방 상단에 캡 플레이트를 레이저 용접하는 단계; (c) 캡 플레이트의 전해액 주입구를 통해 전해액을 주입하고 전지셀 활성화 공정을 거치는 단계; 및 (d) 전해액을 보충한 후 전해액 주입구를 밀봉하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.

Description

신규한 구조의 전지셀 제조방법 {Method for Battery Cell of Novel Structure}
본 발명은 신규한 구조의 전지셀 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전극조립체가 전해액과 함께 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀의 제조방법으로서, (a) 전지셀 활성화 공정을 위한 충전 핀의 접속을 위해 접속용 개구 구간을 전지케이스의 하단면에 형성한 상태로 전지케이스의 전체 표면을 아노다이징(anodizing) 코팅하는 단계; (b) 전지케이스의 내부에 전극조립체를 장착하고 전지케이스의 개방 상단에 캡 플레이트를 레이저 용접하는 단계; (c) 캡 플레이트의 전해액 주입구를 통해 전해액을 주입하고 전지셀 활성화 공정을 거치는 단계; 및 (d) 전해액을 보충한 후 전해액 주입구를 밀봉하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 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 그것의 개방 상단에 상부 절연체를 탑재한 후, 그 위에 다시 캡 플레이트를 용접한 뒤 전해액을 주입하여 밀봉하는 조립 과정을 거치게 된다.
이 때, 전지셀을 내장하고 있는 전지케이스의 실링부 일부를 절곡하여 절연성 테이프를 부착하거나, 바코드를 프린트하는 등의 매우 복잡한 과정을 거치게 된다.
또한, 외부에서 충격이 가해질 경우, 전지팩은 기계적 강성이 낮은 절연성 테이프의 사용으로 인해, PCM이 파손되거나, 치수 안정성이 현저히 떨어지는 등의 문제점을 야기할 수도 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해서 상기 전지케이스에 별도의 표면 처리를 수행하거나 전지케이스에 소정의 강도가 있는 커버를 추가로 장착하는 기술이 제시되기도 하지만, 이 경우, 전지케이스의 개방 상단에 캡 플레이트를 레이저 용접하는 과정에서, 상기 표면 처리 등에 의해 용접이 수월하게 되지 않는 등의 문제점이 있다.
한편, 이차전지는 양산공정에서 팩 케이스에 내장하기 전의 전지셀 단계에서 별도의 충방전 장치에 각각의 전지셀들을 임시적으로 장착하여 활성화를 위한 충전을 행한 후에 전지팩으로 제조되어 출하된다. 이러한 충방전 장치에서 전지의 충방전을 위하여 전극단자에 접촉하게 되는 접속단자는 일반적으로 핀의 형태로 이루어져 있으며, 양산공정의 자동화로 인하여 짧은 시간 내에 전극단자에 접촉하여 충전을 행한 후 분리된다.
이 때, 상기 언급한 바와 같이 전지케이스에 표면 처리를 할 경우, 상기 전극핀이 형성된 일측면은 전극단자의 연결 및 충방전이 수월하지 않은 문제점이 있다.
또한, 리튬 이차전지에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성에 큰 단점을 가지고 있다. 따라서, 리튬 이차전지에는 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 안전소자로서 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등이 전지셀에 접속된 상태로 탑재되어 있다.
일반적으로 PCM 등은 도전성 니켈 플레이트를 매개로 하여 용접 또는 솔더링 방식으로 전지셀에 전기적으로 연결된다. 즉, PCM의 전극 탭에 니켈 플레이트를 각각 용접 또는 솔더링하여 접속한 다음, 그러한 니켈 플레이트를 전지셀의 전극 단자에 각각 용접 또는 솔더링하는 방법으로 PCM을 전지셀에 연결하여 전지팩을 제조한다.
이러한 PCM을 포함한 안전소자들은 전극단자와 전기적 접속을 유지하면서 동시에 전지셀의 다른 부분과는 전기적 절연상태를 유지하여야 한다. 이러한 접속 형태를 구성하기 위해서는 다수 개의 절연성 장착부재 또는 다수의 부품들이 요구되므로, 전지팩의 조립공정을 복잡하게 만든다. 특히, 이러한 PCM 및 절연성 캡을 결합한 전체 높이 합은 일반적으로 3 mm에 이르므로, 상대적으로 전지셀을 수납하는 공간이 감소하게 되는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 이러한 종래기술의 문제점들을 해소하면서, 전지케이스의 내구성을 향상시키고, 활성화 공정시 충전 핀의 연결 및 충방전을 용이하게 수행시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 접속용 개구 구간을 전지케이스의 하단면에 형성한 상태로 전지케이스의 전체 표면을 아노다이징(anodizing) 코팅함으로써, 충전 핀의 접속을 용이하게 수행할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 방법으로 전지팩에 소요되는 부품 수를 줄이고, 조립공정을 단순화하여 동일 규격 대비 전지의 용량을 증가시킬 수 있는 이차전지 팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀의 제조방법은, 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀의 제조방법으로서,
(a) 전지셀 활성화 공정을 위한 충전 핀의 접속을 위해 접속용 개구 구간을 전지케이스의 하단면에 형성한 상태로 전지케이스의 전체 표면을 아노다이징(anodizing) 코팅하는 단계;
(b) 전지케이스의 내부에 전극조립체를 장착하고 전지케이스의 개방 상단에 캡 플레이트를 레이저 용접하는 단계;
(c) 캡 플레이트의 전해액 주입구를 통해 전해액을 주입하고 전지셀 활성화 공정을 거치는 단계; 및
(d) 전해액을 보충한 후 전해액 주입구를 밀봉하는 단계;
을 포함하는 것으로 구성된다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀의 제조방법은, 전지케이스의 전체 표면을 아노다이징 코팅시키기 이전에, 전지케이스 하단면에 접속용 개구 구간을 둠으로써, 전극단자와 충전 핀의 접속을 용이하게 이룰 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 단계(a)는,
(a1) 탈지용액에 전지케이스를 침지시킨 후 꺼내 수세하는 탈지 과정;
(a2) 산 세정액에 전지케이스를 침지시켜 수세하는 산 세정 과정; 및
(a3) 전지케이스의 표면에 산화 피막을 형성하는 아노다이징 코팅 과정;
을 포함할 수 있다.
즉, 상기 아노다이징 코팅에 의한 견고한 산화 피막에 의해 전지케이스의 내구성 및 내식성이 향상되고, 작은 유공성, 섬유성에 의해 염색이 가능하여 내마모성 및 실용성 또한 높으므로 매우 바람직하다.
상기 접속용 개구 구간은 충전 핀에 대응하는 형태라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 평면상으로 원형, 타원형 또는 다각형 등으로 다양할 수 있다.
상기 미코팅 마진 구간을 형성하는 방법 역시, 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 상기 접속용 개구 구간은 전지케이스의 일부 하단면에 절연물질을 도포하거나 절연체 또는 절연 테이프를 장착 내지 부착한 상태에서 아노다이징 코팅한 후, 상기 절연물질 또는 절연체 또는 절연 테이프를 제거함으로써 형성될 수 있다.
경우에 따라서는, 단계(d) 이후에 상기 접속용 개구 구간을 절연부재로 밀봉하는 과정을 추가로 포함함으로써, 전지셀을 보호하고 전기적 절연상태를 유지할 수 있다.
상기 절연부재는 접속용 개구 구간을 외부로부터 보호함과 동시에 전기적 절연상태를 유지하는 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는, 절연 테이프, 접착풀 및 코팅물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전지셀 활성화 공정은 제 1 충전 핀을 캡 플레이트의 상단 전극단자에 접속시키고 제 2 충전 핀을 전지케이스의 접속용 개구 구간에 접속시킨 상태에서 수행할 수 있다.
따라서, 상기 제 2 충전 핀, 즉 양극 극성을 띄는 양극 핀의 안정적인 접촉 상태에 의해 효과적인 충전을 행할 수 있다.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 단계(a)에서, 아노다이징 코팅은 전지케이스의 상단 외주면으로부터 하향으로 소정 크기의 미코팅 마진 구간을 둔 상태로 수행할 수 있다. 따라서, 전지케이스의 개방 상단에 캡 플레이트와의 레이저 용접을 용이하게 수행할 수 있다.
상기 미코팅 마진 구간은 전지케이스의 상단 외주면으로부터 하향으로 바람직하게는 0.5 내지 5 mm로 형성될 수 있는 바, 상기 길이가 너무 길면, 표면 처리에 의한 전지케이스의 소망하는 내구성을 발휘하기 어려울 수 있고, 반대로 너무 짧으면 레이저 용접이 용이하지 않으므로 바람직하지 않다.
상기 미코팅 마진 구간을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 전지케이스 상에 절연물질을 도포하거나 절연체 또는 절연 테이프를 장착 내지 부착한 상태에서 아노다이징 코팅한 후, 상기 절연물질 또는 절연체 또는 절연 테이프를 제거함으로써 형성될 수 있다.
상기 단계(b)의 레이저 용접은 공정 상황에 따라 달라질 수 있으며. 바람직하게는, 캡 플레이트의 상부에서 전지셀의 외주면을 따라 수행할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조된 전지셀을 제공한다. 이러한 전지셀은 그것의 상단면에 제 1 및 제 2 전극단자들이 형성되어 있다.
또한, 본 발명은 상기 전지셀을 포함하는 이차전지 팩을 제공한다. 구체적으로, 본 발명의 이차전지 팩은,
상기 전지셀;
상기 전지셀의 제 2 전극 단자가 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있고, 전지셀의 상단면에 장착되는 전기절연성의 장착부재;
보호회로가 형성되어 있고 상기 장착부재 상에 탑재되는 기판(PCB), 상기 제 1 전극 단자에 접속되는 접속부재(A), 및 안전소자를 경유하여 상기 제 2 전극 단자에 접속되는 접속부재(B)를 포함하고 있고, 상기 접속부재(B)가 노출될 수 있는 관통구가 상기 PCB 상에 천공되어 있는 보호회로모듈(PCM); 및
상기 접속부재들과 보호회로 기판이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재를 감싸면서 전지셀의 상단부에 결합되는 절연성 캡;
을 포함하고 있으며,
상기 PCM 및 절연성 캡의 전체 높이 합이 0.6 mm 이하인 구조로 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 이차전지 팩은 전기절연성의 장착부재 상에 PCM 을 탑재한 상태에서, PCB 상의 관통구에 의해 노출되어 있는 접속부재(B)가 상측으로부터 전지셀의 제 2 전극 단자에 전기적으로 연결되고, 접속부재(A)는 제 1 전극 단자에 전기적 연결이 달성되므로, 전체적으로 간단한 연결 방식으로 전기적 연결 과정이 수행될 수 있고, 작업의 용이성이 향상되어 제조 공정성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, PCM의 일측 단부로부터 연장된 접속부재(A)는 비절곡 상태이고, 접속부재(B)는 별도의 탑재공간을 필요로 하지 않으므로, 종래기술에서 안전소자의 전기적 연결을 위해 접속부재들이 절곡되면서 초래되는 사공간(dead space)을 최소화할 수 있고, PCM 및 절연성 캡의 전체 높이 합을 최소화하여 동일 규격 대비 높은 에너지 밀도의 이차전지 팩을 제조할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 제 2 전극 단자는 음극 단자고 제 1 전극 단자는 양극 단자일 수 있다. 예를 들어, 각형 전지셀은 그것의 상단면에 돌출된 전극 단자와 전지케이스가 각각 음극 단자와 양극 단자를 형성하는 구조로 이루어져 있고, 이들 사이에는 가스켓과 같은 절연부재가 개재되어 상호 절연을 이루고 있다. 따라서, 이러한 각형 전지셀 구조에서, 제 2 전극 단자는 상기 전지케이스 상단면에 돌출된 음극 단자고, 제 1 전극 단자는 음극 단자를 제외하고 전지케이스의 상단면에 형성되어 있는 양극 단자일 수 있다.
상기 접속부재들과 PCM의 결합(전기적 접속)은 다양한 방법으로 달성될 수 있으며, 바람직하게는, 표면실장기술(SMT) 방식에 의해 PCB의 하면에 결합되어 있을 수 있다. 이러한 SMT 방식은 솔더링시 페이스트가 PCB의 하면에 남아 있거나 용접시 PCB의 하면이 열에 의해 파손되는 것을 방지하고, 종래의 용접 또는 솔더링 방식보다 정확하고 신뢰성 있게 상호간 결합할 수 있으므로 바람직하다. 참고로, SMT는 인쇄회로기판(PCB)과 같은 전자기판 위에 표면실장형 부품을 장착하는데 많이 사용되고 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 접속부재(B)는 PCB의 관통구 하면에 결합되어 있는 구조일 수 있다. 즉, 상기 관통구를 이용하여 접속부재(B)와 제 2 전극 단자에 연결된 안전소자를 용접에 의해 상호간 결합시킬 수 있으므로, 조립 공정을 더욱 간소화하고 PCM의 두께를 최소화할 수 있다.
상기 안전소자는 과전류의 통전시 파단되거나 온도 상승에 따라 저항이 증가하는 소자로서, 바람직하게는 PTC 소자일 수 있다. 이러한 PTC 소자는, 전지팩이 내부 단락 등의 원인으로 온도가 급상승할 경우, PTC 소자와 결합된 접속부재(B)가 전지팩의 상단에서 전류를 차단하는 역할을 수행한다. 그러나, 안전소자가 PTC 소자 만으로 한정되지 않음은 물론이며, 예를 들어, 바이메탈, 퓨즈 등의 사용도 가능하다.
상기 구조에서, PTC 소자는, 바람직하게는, PTC 본체, 상기 PTC 본체의 상면에 결합되어 있는 PCM 결합부, 및 상기 PTC 본체의 하면에 결합되어 있는 전지셀 결합부를 포함하고 있고, 그 중 PCM 결합부가 PCB의 관통구를 통해 접속부재(B)에 결합되는 있는 구조로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 접속부재(A)의 일측 단부는 상부로부터 노출되도록 PCB의 외주면보다 길게 연장된 상태로 PCB의 하면에 결합되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 접속부재(A)는 바람직하게는 상기 전기절연성의 장착부재보다 작은 두께로 형성되어 있어서, PCM의 일측 단부와 전지셀 상단면의 일측 단부 사이에 접속부재(A)를 위치시킬 공간을 용이하게 확보할 수 있다.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 전지셀에 대한 PCB의 장착 안정성을 제공하기 위해 일측 단부가 PCB의 하면에 결합되어 있고 타측 단부가 전지셀의 상단면에 결합되는 장착 보조부재를 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로, 장착 보조부재는 접속부재(A)의 대향 위치에 결합되어 있으며, 일측 단부가 상부로부터 노출되도록 PCB의 외주면보다 길게 연장된 상태로 PCB의 하면에 결합됨으로써, PCB에 안정적으로 고정되면서 사공간을 최소화할 수 있다.
이러한 장착 보조부재의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 니켈 플레이트 등의 금속 플레이트일 수 있다.
상기 전지케이스 상단면에 대한 절연성 장착부재의 결합은, 전지팩 조립 공정의 용이성 및 더욱 안정적인 결합 상태를 확보할 수 있도록, 예를 들어, 접착(Bonding) 방식에 의해 별도로 결합될 수 있다.
상기 절연성 캡은 전지셀 상에 장착된 상태에서 그것의 적어도 일부가 전지셀의 상단부의 외측면을 감쌀 수 있도록 소정의 높이를 형성하는 바, 상기 절연성 캡의 높이는 바람직하게는 0.4 mm 이하일 수 있다. 따라서, 종래의 절연성 캡 높이와 비교하여 그 높이를 최소화하여 동일 규격 대비 높은 에너지 밀도의 이차전지 팩을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지 팩은, 전지셀의 종류 및 외형에 관계없이 다양하게 적용 가능하며, 바람직하게는 각형의 리튬 이차전지를 전지셀로서 포함하는 전지팩에 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 전지케이스의 하단면에 접속용 개구 구간 및 상단부에 미코팅 구간을 둔 상태로 전지케이스의 전체 표면에 아노다이징 코팅을 함으로써, 내구성을 향상되고, 충전 핀의 접속 및 캡 플레이트의 레이저 용접을 용이하게 수행할 수 있다.
또한, 이러한 전지셀을 이용한 이차전지 팩은 PCM 및 절연성 캡의 전체 높이 합을 최소화 하여 동일 규격 대비 전지의 용량을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 활성화를 위한 충전 과정에서 사용되는 접속핀이 결합된 전지셀의 정면도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 팩에서, 전지셀, 아노다이징 코팅부 및 절연 테이브의 분해 사시도이다;
도 3은 도 2의 전지셀의 하단면의 부분 사시도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 상단부의 부분 사시도이다;
도 5는 도 4의 전지셀의 상단부의 부분 측면도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지 팩에서, 전지셀의 상단부 및 절연성 장착부재가 탑재된 절연성 절연성 캡의 분해 사시도이다;
도 7은 도 6의 부분 확대도이다;
도 8은 도 6에서 전지셀의 상단에 절연성 장착부재를 장착한 부분 사시도이다;
도 9는 도 8의 구조에 PCM을 장착한 부분 사시도이다;
도 10은 도 9의 구조에 절연성 캡을 장착한 부분 사시도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 전지셀의 활성화를 위한 충전 과정에서 사용되는 접속핀이 결합된 전지셀의 정면도가 도시되어 있고, 도 2에는 전지셀, 아노다이징 코팅부 및 절연 테이브의 분해 사시도가 도시되어 있으며, 도 3에는 전지셀의 하단면의 부분 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 전지셀 상단부의 부분 사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 알루미늄으로 이루어진 전지케이스(150)의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀(110)의 제조를 위해, 우선, 전지셀(110) 활성화 공정을 위한 충전 핀(160, 161)의 접속을 위해 접속용 개구 구간(162)을 전지케이스(150)의 하단면(159)에 형성한 상태로 전지케이스의 전체 표면을 아노다이징 코팅(155)을 한다. 그런 다음, 전지케이스(150)의 내부에 전극조립체를 장착하고 전지케이스(150)의 개방 상단에 캡 플레이트(152)를 레이저 용접한 뒤, 캡 플레이트(152)의 전해액 주입구(153)를 통해 전해액을 주입하고 전지셀 활성화 공정을 거친다. 이후, 전해액을 보충한 후 전해액 주입구(153)를 밀봉한다.
접속용 개구 구간(162)은 평면상으로 사각형 형상으로 이루어져 있지만 다양하게 구성할 수 있다.
또한, 접속용 개구 구간(162)은 전지케이스(150)의 일부 하단면에 절연물질(도시하지 않음) 부착한 상태에서 아노다이징 코팅(155)한 후, 절연물질을 제거함으로써 형성된다.
최종적으로는, 접속용 개구 구간(162)을 절연 테이프 인 절연부재(165)로 밀봉한다.
전지셀 활성화 공정은 제 1 충전 핀(160)을 캡 플레이트(152)의 상단 전극단자(131)에 접속시키고 제 2 충전 핀(161)을 전지케이스(150)의 접속용 개구 구간(162)에 접속시킨 상태에서 수행한다.
따라서, 접속용 개구 구간(162)에 의해 제 2 충전 핀(161)의 접속을 용이하게 수행할 수 있다.
도 5에는 도 4의 부분 확대 측면도가 도시되어 있다.
도 5를 도 1 내지 도 4와 함께 참조하면, 전지케이스(150)는 그것의 상단 외주면으로부터 하향으로 약 3 mm 길이(h)의 미코팅 마진 구간(151)을 둔 상태로 전지케이스의 전체 표면을 아노다이징 코팅(도 2의 155 참조)을 한다. 이러한 미코팅 마진 구간(152)은 전지케이스(150) 상에 절연물질(도시하지 않음)을 임시적으로 도포한 상태에서 아노다이징 코팅한 후, 절연물질을 제거함으로써 형성된다.
레이저 용접을 캡 플레이트(152)의 상부에서 전지셀(110)의 외주면을 따라 수행(도 4의 화살표 참조)함으로써, 미코팅 마진 구간(152)에 의해 캡 어셈블리의 레이저 용접을 용이하게 수행할 수 있다.
도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 팩에서, 전지셀의 상단부 및 절연성 장착부재가 탑재된 절연성 캡의 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 부분 확대도가 도시되어 있으며, 도 8에는 전지셀의 상단에 절연성 장착부재를 장착한 부분 사시도가, 도 9에는 PCM을 장착한 부분 사시도가, 도 10에는 절연성 캡을 장착한 부분 사시도가 각각 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 이차전지 팩(100)은 전지셀(110), 전지셀(110)의 상단면에 장착되는 전기절연성의 장착부재(120), 보호회로모듈(PCM: 130), 및 절연성 장착부재(120)를 감싸면서 전지셀(110)의 상단에 장착되는 절연성 캡(140)을 포함하는 구조로 이루어져 있다.
전지셀(110)은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 알루미늄 소재로 이루어진 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있고, 상단면 중앙에 돌출되어 있는 음극 단자(111)와 음극 단자(111)를 제외하고 전지셀(110)의 상단면에 형성되어 있는 양극 단자(112)가 형성되어 있는 구조로 이루어져 있다.
절연성 장착부재(120)에는 전지셀(110)의 음극 단자(111)가 노출될 수 있도록 개구(121)가 천공되어 있다.
PCM(130)은 보호회로가 형성되어 있고 장착부재(120) 상에 탑재되는 기판(PCB: 133), 양극 단자(112)에 접속되는 접속부재(132) 및 PTC 소자(134)를 경유하여 음극 단자(111)에 접속되는 접속부재(136)를 포함하고 있고, 접속부재(136)가 노출될 수 있는 관통구(137)가 PCB(133) 상에 천공되어 있다.
접속부재(136)는 PCB(133)의 관통구(137) 하면에 결합되어 있다.
도 8을 참조하면, PTC 소자(134)는, PTC 본체(1341), PTC 본체(1341)의 상면에 결합되어 있는 PCM 결합부(1342), 및 PTC 본체(1342)의 하면에 결합되어 있는 전지셀 결합부(1343)를 포함하고 있고, 그 중 PCM 결합부(1342)가 PCB(133)의 관통구(137)를 통해 접속부재(136)에 결합된다.
한편, 접속부재(132)의 일측 단부는 상부로부터 노출되도록 PCB(133)의 외주면보다 길게 연장된 상태로 SMT 방식에 의해 PCB(133)의 하면에 결합되어 있다.
전지셀(110)에 대한 PCB(133)의 장착 안정성을 제공하기 위해, 일측 단부가 PCB(133)의 하면에 결합되어 있고 타측 단부가 전지셀(110)의 상단면에 결합되는 니켈 플레이트의 장착 보조부재(135)가 포함되어 있으며, 접속부재(132)의 대향 위치에 결합되어 있다.
절연성 캡(140)은 전기 절연성 소재로 이루어져 있고, 접속부재들(132, 136)과 보호회로 기판(133)이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재(120)를 감싸면서 형성되어 있다.
또한, 전지케이스 상단면에 대한 절연성 캡(140)의 결합은 접착 방식에 의해 달성되며, 이러한 절연성 캡(140)의 높이는 약 0.4 mm 이하로 형성된다.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지 팩(100)은 절연성의 장착부재(120) 상에 PCM(130)을 탑재한 상태에서, PCB(133) 상의 관통구(137)에 의해 노출되어 있는 접속부재(136)가 상측으로부터 PTC 소자(134)를 경유하여 전지셀(110)의 음극 단자(111)에 전기적으로 연결되고, 접속부재(132)는 양극 단자(112)에 전기적 연결이 달성되므로, 간단한 연결 방식으로 전기적 연결 과정이 수행될 수 있고, PCM(130) 및 절연성 캡(140)의 전체 높이 합이 약 0.6 mm 이하로 구성하여 동일 규격 대비 높은 에너지 밀도의 이차전지 팩을 제조할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (22)

  1. 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 전지셀의 제조방법으로서,
    (a) 전지셀 활성화 공정을 위한 충전 핀의 접속을 위해 접속용 개구 구간을 전지케이스의 하단면에 형성한 상태로 전지케이스의 전체 표면을 아노다이징(anodizing) 코팅하는 단계;
    (b) 전지케이스의 내부에 전극조립체를 장착하고 전지케이스의 개방 상단에 캡 플레이트를 레이저 용접하는 단계;
    (c) 캡 플레이트의 전해액 주입구를 통해 전해액을 주입하고 전지셀 활성화 공정을 거치는 단계; 및
    (d) 전해액을 보충한 후 전해액 주입구를 밀봉하는 단계;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(a)는,
    (a1) 탈지용액에 전지케이스를 침지시킨 후 꺼내 수세하는 탈지 과정;
    (a2) 산 세정액에 전지케이스를 침지시켜 수세하는 산 세정 과정; 및
    (a3) 전지케이스의 표면에 산화 피막을 형성하는 아노다이징 코팅 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 접속용 개구 구간은 평면상으로 원형 또는 다각형의 형상인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 접속용 개구 구간은 전지케이스의 일부 하단면에 절연물질을 도포하거나 절연체 또는 절연 테이프를 장착 내지 부착한 상태에서 아노다이징 코팅한 후, 상기 절연물질 또는 절연체 또는 절연 테이프를 제거함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 단계(d) 이후에 상기 접속용 개구 구간을 절연부재로 밀봉하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 절연부재는 절연 테이프, 접착풀 및 코팅물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 활성화 공정은 제 1 충전 핀을 캡 플레이트의 상단 전극단자에 접속시키고 제 2 충전 핀을 전지케이스의 접속용 개구 구간에 접속시킨 상태에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(a)에서, 아노다이징(anodizing) 코팅은 전지케이스의 상단 외주면으로부터 하향으로 소정 크기의 미코팅 마진 구간을 둔 상태로 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 미코팅 마진 구간은 상기 전지케이스의 상단 외주면으로부터 하향으로 0.5 내지 5 mm인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 미코팅 마진 구간은 전지케이스 상에 절연물질을 도포하거나 절연체 또는 절연 테이프를 장착 내지 부착한 상태에서 아노다이징 코팅한 후, 상기 절연물질 또는 절연체 또는 절연 테이프를 제거함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(b)의 레이저 용접은 캡 플레이트의 상부에서 전지셀의 외주면을 따라 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 하나에 따른 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 전지셀의 상단면에 제 1 및 제 2 전극단자들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 12 항에 따른 전지셀;
    상기 전지셀의 제 2 전극 단자가 노출될 수 있도록 개구가 형성되어 있고, 전지셀의 상단면에 장착되는 전기절연성의 장착부재;
    보호회로가 형성되어 있고 상기 장착부재 상에 탑재되는 기판(PCB), 상기 제 1 전극 단자에 접속되는 접속부재(A), 및 안전소자를 경유하여 상기 제 2 전극 단자에 접속되는 접속부재(B)를 포함하고 있고, 상기 접속부재(B)가 노출될 수 있는 관통구가 상기 PCB 상에 천공되어 있는 보호회로모듈(PCM); 및
    상기 접속부재들과 보호회로 기판이 탑재된 상태에서 절연성 장착부재를 감싸면서 전지셀의 상단부에 결합되는 절연성 캡;
    을 포함하고 있으며,
    상기 PCM 및 절연성 캡의 전체 높이 합이 0.6 mm 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 2 전극 단자는 전지셀의 상단면 중앙에 돌출되어 있는 음극 단자이고 상기 제 1 전극 단자는 음극 단자를 제외하고 전지셀의 상단면에 형성되어 있는 양극 단자인 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 접속부재들은 표면실장기술(SMT) 방식에 의해 PCB의 하면에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 접속부재(B)는 PCB의 관통구 하면에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 안전소자는 PTC 소자이고, 상기 PTC 소자는, PTC 본체, 상기 PTC 본체의 상면에 결합되어 있는 PCM 결합부, 및 상기 PTC 본체의 하면에 결합되어 있는 전지셀 결합부를 포함하고 있고, 그 중 PCM 결합부가 PCB의 관통구를 통해 접속부재(B)에 결합되는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 접속부재(A)의 일측 단부는 상부로부터 노출되도록 PCB의 외주면보다 길게 연장된 상태로 PCB의 하면에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  20. 제 14 항에 있어서, 상기 전지셀에 대한 PCB의 장착 안정성을 제공하기 위해 일측 단부가 PCB의 하면에 결합되어 있고 타측 단부가 전지셀의 상단면에 결합되는 장착 보조부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 장착 보조부재는 접속부재(A)의 대향 위치에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 장착 보조부재는 일측 단부가 상부로부터 노출되도록 PCB의 외주면보다 길게 연장된 상태로 PCB의 하면에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
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