KR101756388B1 - 캔 형 이차 전지 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지 캔에 전해액을 주입하는 속도를 증가시켜 이차 전지 제조 시간을 단축할 수 있도록 하는 캔 형 이차 전지 제조 방법을 개시한다.
본 발명에 따른 캔 형 이차 전지 제조 방법은, 전지 캔 및 전지 캔에 수납되는 전극 조립체를 포함하는 캔 형 이차 전지 제조 방법으로서, 상기 전지 캔에 상기 전극 조립체를 수납하는 단계; 상기 전지 캔에 전해액을 주입하는 단계; 및 상기 전지 캔에 수납된 상기 전극 조립체의 상부에 탑 인슐레이터를 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

캔 형 이차 전지 제조 방법{Method for manufacturing can type secondary battery}

본 발명은 이차 전지를 제조하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지 제조 과정에서 전해액의 주액 속도를 증가시킬 수 있도록 하는 캔 형 이차 전지 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 용량이 크고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.

한편, 리튬 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차 전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다. 이러한 각형 또는 원통형 이차 전지의 외장재는 개방단이 형성된 케이스, 즉 전지 캔 및 전지 캔의 개방단에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 구비한다.

도 1은, 종래의 원통형 이차 전지의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 일반적으로 원통형 이차 전지는 원통형 전지 캔(10), 전지 캔(10)의 내부에 수용되는 젤리-롤 형태의 전극 조립체(30), 전지 캔(10)의 상부에 결합되는 캡 조립체(20), 캡 조립체(20)를 장착하기 위해 전지 캔(10)의 선단에 마련된 비딩부(40) 및 전지를 밀봉하기 위한 클림핑 부위(50)를 구비한다.

전극 조립체(30)는 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 개재된 상태로 젤리-롤 형태로 권취된 구조이며, 양극에는 양극 리드(31)가 부착되어 캡 조립체(20)에 접속되어 있고, 음극에는 음극 리드(미도시)가 부착되어 전지 캔(10)의 하단에 접속되어 있다.

캡 조립체(20)는 양극 단자를 형성하는 탑 캡(21), 전지 내부의 온도 상승시 저항이 증가하여 전류를 차단하는 안전 소자(22), 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하고 및/또는 가스를 배기하는 안전 벤트(13), 특정 부분을 제외하고 안전 벤트(23)를 전류차단부재(25)로부터 전기적으로 분리시키는 절연부재(24), 양극에 연결된 양극 리드(31)가 접속되어 있는 전류차단부재(25)가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 그리고, 이러한 캡 조립체(20)는 가스켓에 장착된 상태로 전지 캔(10)의 비딩부(40)에 장착된다. 따라서, 정상적인 작동 조건에서 전극 조립체(30)의 양극은 양극 리드(31), 전류차단부재(25), 안전 벤트(23) 및 안전 소자(22)를 경유하여 탑 캡(21)에 연결되어 통전을 이룬다.

또한, 이와 같은 구조의 이차 전지는 일반적으로 전극 조립체(30)와 캡 조립체(20) 사이 및 전극 조립체(30)와 전지 캔(10) 사이의 불필요한 단락(short)을 방지하기 위해 탑 인슐레이터(60)를 더 포함하고 이러한 탑 인슐레이터(60)는 전극 조립체(30) 상부에 장착된다.

이러한 이차 전지의 제조 공정은 전지 캔(10)에 전극 조립체(30)를 수납하는 공정, 수납된 전극 조립체(30)의 상부에 탑 인슐레이터(60)를 삽입하는 공정, 비딩부(40)를 형성하는 공정 및 전지 캔(10)에 전해액을 주입하는 공정을 포함한다.

그런데, 이러한 이차 전지 제조 공정에 따르면, 전해액 주입시 전극 조립체(30)의 상부에 안착되는 탑 인슐레이터(60)와 전지 캔(10)의 외주면에 형성된 비딩부(60)가 전해액의 흐름을 방해하여 전해액이 전극 조립체(30)에 쉽게 침투되지 못하는 문제가 있다. 이와 같이 전해액이 전극 조립체(30)에 쉽게 침투되지 못하는 경우, 전해액의 주액 효율이 떨어져 이차 전지 제조 시간이 길어지게 되어, 이차 전지의 생산성이 낮아질 우려가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전지 캔에 전해액을 주입하는 속도를 증가시켜 이차 전지 제조 시간을 단축할 수 있도록 하는 캔 형 이차 전지 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 캔 형 이차 전지 제조 방법은, 전지 캔 및 전지 캔에 수납되는 전극 조립체를 포함하는 캔 형 이차 전지 제조 방법으로서, 상기 전지 캔에 상기 전극 조립체를 수납하는 단계; 상기 전지 캔에 전해액을 주입하는 단계; 및 상기 전지 캔에 수납된 상기 전극 조립체의 상부에 탑 인슐레이터를 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전해액 주입 단계 이후 상기 전지 캔의 외주면에 비딩부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 탑 인슐레이터 삽입 단계는, 상기 비딩부 형성 단계 이전에 수행되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 전지 캔 상부에 캡 조립체를 안착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 전지 캔의 상단을 클림핑하여 상기 캡 조립체를 고정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 전지 캔 및 상기 전극 조립체는 원통형인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전극 조립체의 상부에 탑 인슐레이터를 삽입하기 전에 전해액을 주입함으로써, 탑 인슐레이터가 전해액의 흐름을 방해하지 않아 전해액이 보다 신속하게 전극 조립체에 함침될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전지 캔의 상부 외주면에 비딩부를 형성하기 전에 전해액을 주입함으로써, 비딩부가 전해액의 흐름을 방해하지 않아 전해액이 보다 신속하게 전극 조립체에 함침될 수 있다.

이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 종래의 원통형 이차 전지의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 캔 형 이차 전지 제조 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3a는, 전지 캔에 전극 조립체가 삽입된 상태에서 전해액이 주입되는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3b는, 전해액이 주입된 이후 전극 조립체의 상부에 탑 인슐레이터가 장착된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3c는, 탑 인슐레이터가 장착된 이후 전지 캔의 상부 외주면에 비딩부가 형성된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 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 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 캔 형 이차 전지 제조 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 캔 형 이차 전지를 제조하기 위해서는 우선 전극 조립체(200)가 전지 캔(100)에 수납된다(S110).

상기 전지 캔(100)은, 내부에 수납 공간이 마련되어 전극 조립체(200) 및 전해액을 수용할 수 있는 외장재로서 다양한 형태 및/또는 재질로 구성될 수 있다. 이러한 전지 캔(100)에는 개방단이 형성되어 있다. 주로 전지 캔(100)의 상부에 형성된 개방단을 통해 전극 조립체(200)가 전지 캔(100)에 수납될 수 있으며, 후술할 전해액도 개방단을 통해 주입될 수 있다.

상기 전극 조립체(200)는, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 형태로 구성된다. 전극 조립체(200)의 전극판들은 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로 형성되는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 집전체에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재할 수 있으며, 이러한 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 리드가 부착될 수 있다. 한편, 이러한 전극 조립체(200)는 젤리 롤 형태로 권취된 상태로 전지 캔(100)에 수납될 수 있다.

이어서, 전지 캔(100)에 전해액이 주입된다(S120). 상기 S110 단계와 상기 S120 단계는 순서가 바뀔수도 있으나, 바람직하게는 상술한 바와 같이 전극 조립체(200)가 먼저 수납(S110)된 다음에 전해액이 주입(S120)되는 것이 좋다.

상기 전해액은 혼합 유기 용매에 리튬염과 같은 용질이 용해된 것으로서, 양극판과 음극판 사이에서 이온이 이동될 수 있도록 한다.

다음으로, 전지 캔(100)에 수납된 전극 조립체(200)의 상부에 탑 인슐레이터(300)가 삽입된다(S130). 특히, 본 발명에 따른 캔 형 이차 전지 제조 방법은, 상술한 전해액 주입 단계 이후에 탑 인슐레이터(300)를 삽입 단계가 수행된다. 이와 같이, 전해액이 주입된 이후 탑 인슐레이터(300) 삽입됨으로써 전지 캔(100)에 주입되는 전해액이 탑 인슐레이터(300)에 의해 방해받지 않고 전극 조립체(200)에 함침될 수 있다. 이에 대해서는 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 3a는, 전지 캔에 전극 조립체가 삽입된 상태에서 전해액이 주입되는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3b는, 전해액이 주입된 이후 전극 조립체의 상부에 탑 인슐레이터가 장착된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3c는, 탑 인슐레이터가 장착된 이후 전지 캔의 상부 외주면에 비딩부가 형성된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다. 한편, 여기서는 먼저 도 3a와 도 3b에 대해서 살펴보고 도 3c에 대해서는 후술하도록 한다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 전해액(E)이 주입된 이후 탑 인슐레이터(300)가 삽입됨으로써 전지 캔(100)에 주입되는 전해액(E)이 탑 인슐레이터(300)에 의해 방해받지 않고 전극 조립체(200)에 함침될 수 있다. 이와 달리, 탑 인슐레이터(300)가 삽입된 이후에 전해액(E)이 주입되는 경우를 고려해보면, 전해액(E)의 흐름이 도 3b에 도시된 바와 같은 탑 인슐레이터(300)에 의해 방해를 받게 된다. 따라서, 전해액(E)이 곧바로 신속하게 전극 조립체(200)에 침투되지 못하고 탑 인슐레이터(300)를 우회하여 전극 조립체(200)에 침투되게 된다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 캔 형 이차 전지 제조 방법은 전지 캔(100)의 외주면에 비딩부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 도 3c를 참조하면, 전지 캔(100)의 외주면에 비딩부(400)가 형성되어 있다. 이러한 비딩부 형성 단계에서 형성된 비딩부(400)는 전지 캔(100)의 개방단에 캡 조립체를 용이하게 안착시키고, 캡 조립체와 전지 캔(100)의 결합력을 확보하는 기능을 수행한다.

특히, 본 발명에 따른 캔 형 이차 전지 제조 방법은, 상술한 전해액 주입 단계 이후에 비딩부 형성 단계가 수행된다. 이와 같이, 전해액(E)이 주입된 이후에 비딩부(400)가 형성됨으로써 전지 캔(100)에 주입되는 전해액(E)이 비딩부(400)에 의해 방해받지 않고 전극 조립체(200)에 함침될 수 있다. 이와 달리, 비딩부(400)가 형성된 이후에 전해액(E)이 주입되는 경우를 고려해보면, 전해액(E)의 흐름이 도 3(c)에 도시된 바와 같은 비딩부(400)에 의해 방해를 받게 된다. 따라서, 전해액(E)이 곧바로 신속하게 전극 조립체(200)에 침투되지 못하고 비딩부(400)를 우회하여 전극 조립체(200)에 침투되게 된다.

한편, 본 발명에 따른 캔 형 이차 전지 제조 방법은, 탑 인슐레이터 삽입 단계와 비딩부 형성 단계의 순서의 선후에 제한을 받지 않는다. 즉, 탑 인슐레이터(300)가 삽입된 이후 비딩부(400)가 형성될 수 있고, 이와 달리 비딩부(400)가 형성된 이후에 탑 인슐레이터(300)가 삽입될 수도 있으며, 탑 인슐레이터(300)가 삽입되는 것과 동시에 비딩부(400)가 형성될 수도 있다.

다만, 바람직하게는, 도 2 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 탑 인슐레이터(300)가 삽입된 이후에 비딩부(400)가 형성되는 것이 좋다. 바꾸어 말해, 탑 인슐레이터 삽입 단계는, 비딩부 형성 단계 이전에 수행되는 것이 좋다. 이러한 실시예에 의하면 비딩부(400)와 전극 조립체(200) 사이에 탑 인슐레이터(300)가 배치되어 전극 조립체(200)와 비딩부(400) 사이에 단락(short)이 발생하는 것을 방지하는 것이 용이하기 때문이다.

또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 캔 형 이차 전지 제조 방법은, 전지 캔(100) 상부에 캡 조립체를 안착시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서 캡 조립체는 상기의 비딩부(400)에 안착되어 전지 캔(100)과 결합될 수 있다. 한편, 이러한 캡 조립체의 기능 및 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐릴 수 있으므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.

또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 캔 형 이차 전지 제조 방법은, 전지 캔(100)의 상단을 클림핑하여 캡 조립체를 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 비딩부(400)에 안착된 캡 조립체는 전지 캔(100)에 의해 둘러싸인 이후 클림핑되어 전지 캔(100)에 고정될 수 있다.

또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 캔 형 이차 전지 제조 방법에 사용되는 전지 캔(100) 및 전극 조립체(200)는 원통형일 수 있다.

한편, 상술한 본 발명에 따른 캔 형 이차 전지 제조 방법은 특정 종류의 이차 전지를 제조하는 방법으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명에 의하여 제조되는 이차 전지는 전지 캔(100), 전극 조립체(200) 및 전해액(E) 등은 다양한 재질이나 종류, 형태 등을 가질 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절한 부결합(subcombination)에서 구현될 수 있다.

전해액: E
전지 캔: 100
전극 조립체: 200
탑 인슐레이터: 300
비딩부: 400

Claims (6)

1. 삭제
2. 전지 캔 및 전지 캔에 수납되는 전극 조립체를 포함하는 캔 형 이차 전지 제조 방법에 있어서,
   비딩부가 형성되기 전의 전지 캔의 상부에 형성된 개방단을 통해 상기 전지 캔에 전극 조립체를 수납하는 단계;
   상기 전지 캔에 상기 전극 조립체가 수납된 상태에서 상기 개방단을 통해 상기 전지 캔에 전해액을 주입하여 상기 전해액 흐름이 비딩부나 다른 부재의 방해를 받아 우회하지 않고 곧바로 상기 전극 조립체에 침투되도록 하는 단계;
   상기 전해액 주입 단계 이후 상기 전지 캔에 수납된 상기 전극 조립체의 상부에 탑 인슐레이터를 삽입하는 단계; 및
   상기 전해액 주입 단계 이후 상기 전지 캔의 외주면에 비딩부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캔 형 이차 전지 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 탑 인슐레이터 삽입 단계는, 상기 비딩부 형성 단계 이전에 수행되는 것을 특징으로 하는 캔 형 이차 전지 제조 방법.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 전지 캔 상부에 캡 조립체를 안착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캔 형 이차 전지 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 전지 캔의 상단을 클림핑하여 상기 캡 조립체를 고정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캔 형 이차 전지 제조 방법.
6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전지 캔 및 상기 전극 조립체는 원통형인 것을 특징으로 하는 캔 형 이차 전지 제조 방법.
   

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