KR101807353B1 - 원통형 이차전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

원통형 이차전지 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파우치형 이차전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 양극, 세퍼레이터 및 음극이 적층된 상태로 권취되어 이루어지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체 및 전해액을 내부에 수용하며, 단부에 개구부가 형성되는 원통형 캔; 상기 개구부를 마감하는 캡 어셈블리를 포함하고, 상기 양극과 연결되는 양극 탭 및 상기 음극과 연결되는 음극 탭은 상기 개구부를 향하여 인출되되, 상기 양극 탭 또는 상기 음극 탭 중 적어도 하나는 상기 캔의 내주면에 용접되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전극 탭을 원통형 캔의 내주면에 용접함에 따라 용접봉을 사용하지 않고 전극 탭을 용접할 수 있다. 이에, 용접봉의 삽입에 따른 문제점 및 용접봉 마모에 대한 문제점을 해결할 수 있다.

Description

원통형 이차전지 및 이의 제조 방법{Cylindrical Type Secondary Battery And Method For Manufacturing The Same}
본 발명은 원통형 이차전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 용접봉을 사용하지 않고 전극 탭을 용접할 수 있는 원통형 이차전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능하다는 이점으로 인하여 최근 그 개발 및 사용이 증가하고 있다. 이차전지는 양극, 음극 및 분리막으로 이루어지는 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다. 이차전지는 구조적 특징에 따라 원통형 이차전지, 각형 이차전지, 파우치형 이차전지 등으로 분류할 수 있다.
도 1은 이러한 원통형 이차전지의 단면을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 원통형 이차전지(100)는 양극(111), 음극(113) 및 분리막으로 이루어지는 전극 조립체(110)와, 전극 조립체(110)를 수납하며 상단에 개구부가 마련된 캔(120)과, 캔(120) 상단 개구부를 마감하는 캡 어셈블리(130)를 포함한다. 전극 조립체(110)의 양극(111)에는 양극 탭(115)이 연결되며, 양극 탭(115)은 개구부 상단의 캡 어셈블리(130)와 용접으로 연결된다. 전극 조립체(110)의 음극(113)에는 음극 탭(117)이 연결되며, 음극 탭(117)은 캔(120)의 바닥면과 용접으로 연결된다.
도 2 내지 도 4는 종래 원통형 이차전지의 음극 탭과 캔 바닥면의 용접 공정 모습을 도시한 도면이다. 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 종래 원통형 이차전지의 음극 탭(117)은 음극(113)과 연결되고 연장되어 전극 조립체의 하단으로 인출된다. 음극 탭(117)은 캔(120)의 바닥면과 용접을 통하여 전기적으로 연결된다. 이를 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 캔(120)의 상부 개구부를 통하여 캔(120) 내부에 전극 조립체가 수납된다. 이후, 도 3에 도시된 바와 같이, 음극 탭(117)과 캔(120) 바닥면의 용접을 위하여 캔(120)의 상부 개구부로부터 전극 조립체의 가운데에 형성된 중공으로 용접봉(140)이 삽입된다. 이에, 캔(120) 내부의 용접봉(140)과 캔(120) 외부의 용접 부재(150)에 의하여 음극 탭(117)과 캔(120)의 바닥면은 용접 고정된다.
그러나 이와 같은 음극 탭(117)과 캔(120)의 용접을 위하여 전극 조립체 가운데의 중공으로 용접봉(140)이 삽입되어야 한다. 이러한 방법은 전극 조립체의 직경이 작은 초소형 원통형 이차전지의 경우 용접봉(140)의 삽입이 어려울 뿐만 아니라, 삽입을 위해 별도로 얇은 두께의 용접봉(140)이 요구된다. 또한, 이와 같은 용접봉(140)은 마모되기 쉬워 내구성이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용접봉을 사용하지 않고 전극 탭을 용접할 수 있는 원통형 이차전지 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 원통형 이차전지는, 양극, 세퍼레이터 및 음극이 적층된 상태로 권취되어 이루어지는 전극 조립체; 상기 전극 조립체 및 전해액을 내부에 수용하며, 단부에 개구부가 형성되는 원통형 캔; 상기 개구부를 마감하는 캡 어셈블리를 포함하고, 상기 양극과 연결되는 양극 탭 및 상기 음극과 연결되는 음극 탭은 상기 개구부를 향하여 인출되되, 상기 양극 탭 또는 상기 음극 탭 중 적어도 하나는 상기 캔의 내주면에 용접되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 음극 탭은 상기 캔의 상기 개구부측 단부 내주면에 용접되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 음극 탭과 상기 캔의 내주면은 초음파 용접으로 용접되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 원통형 이차전지 및 이의 제조 방법에 따르면, 전극 탭을 원통형 캔의 내주면에 용접함에 따라 용접봉을 사용하지 않고 전극 탭을 용접할 수 있다. 이에, 용접봉의 삽입에 따른 문제점 및 용접봉 마모에 대한 문제점을 해결할 수 있다. 또한, 초소형 원통형 이차전지의 경우에도 캔의 개구부를 통하여 전극 탭과 캔을 용접하므로 용접이 보다 용이하고, 공정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 원통형 이차전지의 단면을 도시한 도면.
도 2 및 도 4는 종래 원통형 이차전지의 음극 탭과 캔의 용접 공정을 도시한 도면.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 용접 공정을 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 음극 탭과 캔의 연결 모습을 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 제조 방법의 순서를 도시한 도면.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 원통형 이차전지는 양극(11), 세퍼레이터 및 음극(13)이 적층된 상태로 권취되어 이루어지는 전극 조립체(10)와, 전극 조립체(10) 및 전해액을 내부에 수용하며, 단부에 개구부가 형성되는 원통형 캔(20)과, 개구부를 마감하는 캡 어셈블리(30)를 포함한다.
전극 조립체(10)는 전극 집전체의 양면에 양극(11) 활물질이 도포되어 이루어지는 양극(11)과, 전극 집전체의 양면에 음극(13) 활물질이 도포되어 이루어지는 음극(13)과, 양극(11)과 음극(13) 사이에 세퍼레이터가 개재되어 적층된 상태로 권취하여 이루어진다. 전극 조립체(10)의 양극(11) 일측에는 양극 탭(15)이 연결되고 연장되며, 음극(13) 일측에는 음극 탭(17)이 연결되어 연장된다.
캔(20)은 전극 조립체(10)를 수납하기 위한 수납 공간이 내부에 형성되고, 상단부에는 개구부가 형성되어 있다. 전극 조립체(10)는 캔(20) 상단의 개구부를 통하여 삽입되어 내부 수납공간으로 수납된다.
캡 어셈블리(30)는 원통형 전지의 최상단에 위치하며, 캔(20) 상단의 개구부를 마감한다. 캡 어셈블리(30)는 원통형 이차전지가 고온 고압 시 내부에 발생하는 가스에 의하여 압력이 상승할 경우 가스를 배출하기 위한 안전벤트(미도시)를 포함한다.
한편, 양극(11)과 연결되는 양극 탭(15) 및 상기 음극(13)과 연결되는 음극 탭(17)은 캔(20) 상단의 개구부를 향하여 인출된다. 즉, 양극 탭(15)과 음극 탭(17) 모두 전극 조립체(10)의 상부로 인출된다. 전극 조립체(10)의 상부로 인출되는 양극 탭(15) 또는 음극 탭(17) 중 적어도 하나는 캔(20)의 내주면에 용접된다.
이를 보다 상세히 설명하면, 양극 탭(15)은 캡 어셈블리(30)의 안전벤트 일측과 용접된다. 음극 탭(17)은 캔(20)의 개구부측 단부 내주면에 용접된다(도 6 참조). 음극 탭(17)은 전극 조립체(10)의 가장자리로부터 상부로 인출되어 캔(20)의 개구부와 인접한 내벽과 용접되어 전기적으로 연결된다(도 8 참조). 음극 탭(17)과 캔(20)의 내주면은 초음파 용접을 통하여 용접되는 것이 바람직하다. 이에, 음극 탭(17)이 전극 조립체(10)의 상부로 인출되어 캔(20)의 개구부측 단부 내주면에 용접됨에 따라, 종래와 같이 용접봉을 삽입할 필요가 없이, 초음파 용접을 위한 앤빌(50)과 초음파 혼(40)을 원통형 캔(20)의 개구부를 통해 삽입하여 용접이 가능하다. 이에, 종래 용접봉을 이용하지 않아도 되므로, 전극 조립체(10)의 직경이 작은 초소형 원통형 이차전지의 음극 탭(17) 용접이 보다 용이하며, 용접봉 사용에 따른 문제점을 해결할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 9는 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 제조 방법의 순서를 도시한 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 제조 방법은, 양극(11), 세퍼레이터 및 음극(13)을 적층한 상태로 권취하여 이루어지는 전극 조립체 제조 단계(S1)와, 전극 조립체(10)를 원통형 캔(20) 내부에 수용시키는 수납 단계(S2)와, 음극 탭(17)을 캔(20)의 내주면에 용접하는 제1 용접 단계(S3)와, 양극 탭(15)을 캡 어셈블리(30)와 용접하는 제2 용접 단계(S4)를 포함한다.
전극 조립체 제조 단계(S1)에는, 전극 집전체의 양면에 양극(11) 활물질이 도포되어 이루어지는 양극(11)과, 전극 집전체의 양면에 음극(13) 활물질이 도포되어 이루어지는 음극(13)과, 세퍼레이터를 권취하여 이루어진다. 즉, 양극(11)과 음극(13) 사이에 세퍼레이터를 개재하고 이를 권취함으로써 전극 조립체(10)를 제조한다. 전극 조립체(10)의 양극(11) 일측은 양극 탭(15)이 연결되어 연장되고, 음극(13) 일측은 음극 탭(17)이 연결되어 연장된다. 이와 같은 양극 탭(15)과 음극 탭(17)은 동일한 방향인 상부로 돌출시킨다.
수납 단계(S2)에는 전극 조립체 제조 단계(S1)를 통하여 제조된 전극 조립체(10)를 원통형 캔(20) 내부에 수납한다. 수납 단계(S2)에는 원통형 캔(20)의 상부에 마련된 개구부를 통하여 전극 조립체(10)를 캔(20) 내부에 수납한다. 이 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 동일한 방향으로 돌출된 전극 조립체(10)의 양극 탭(15)과 음극 탭(17)이 원통형 캔(20)의 개구부 측을 향하도록 위치시킨다.
수납 단계(S2)를 통하여 원통형 캔(20) 내부에 수납된 전극 조립체(10)는 제1 용접 단계(S3)를 통하여 음극 탭(17)과 캔(20)을 연결한다. 제1 용접 단계(S3)에서는 전극 조립체(10)의 상부로 인출된 음극 탭(17)을 캔(20)의 내주면에 용접한다. 제1 용접 단계(S3)에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 음극 탭(17)의 단부를 캔(20)의 내주면에 밀착시킨 후, 음극 탭(17)의 일측에 초음파 혼(40)을 접촉시키고, 대응되는 캔(20)의 외주면에 앤빌(50)을 접촉시킨다. 음극 탭(17)의 일측을 초음파를 전달하기 위한 초음파 혼(40)과 접하도록 하고, 캔(20)의 외주면을 앤빌(50)과 접하도록 한 상태에서, 초음파 혼(40)으로부터 초음파를 발생시켜 음극 탭(17)과 캔(20)의 내주면이 용접되어 전기적으로 연결되도록 한다(도 7 참조).
음극 탭(17)과 캔(20)의 내주면을 용접한 후, 캔(20)의 상부 개구부에 캡 어셈블리(30)를 위치시킨다. 이후, 제2 용접 단계(S4)를 통하여 전극 조립체(10)의 상부로 인출된 양극 탭(15)을 캡 어셈블리(30)와 용접한다. 제2 용접 단계(S4)에서는 양극 탭(15)과 캡 어셈블리(30)를 초음파 용접으로 용접하여 전기적으로 연결시킨다.
전술된 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
13: 음극
17: 음극 탭
20: 캔

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 양극, 세퍼레이터 및 음극을 적층한 상태로 권취하되, 상기 양극과 연결되는 양극 탭과 상기 음극과 연결되는 음극 탭을 동일한 방향으로 돌출시켜 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조 단계;
    상기 양극 탭과 상기 음극 탭이 원통형 캔의 개구부 측을 향하도록 상기 전극 조립체를 상기 원통형 캔 내부에 수용시키는 수납 단계;
    상기 음극 탭을 상기 캔의 내주면에 용접하는 제1 용접 단계; 및
    상기 양극 탭을 캡 어셈블리와 용접하는 제2 용접 단계를 포함하며,
    상기 제2 용접 단계에서는 상기 양극 탭과 상기 캡 어셈블리를 초음파 용접으로 용접하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 용접 단계에서는 상기 음극 탭과 상기 캔의 내주면을 초음파 용접으로 용접하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 용접 단계에서는 상기 음극 탭의 일측이 초음파를 전달하기 위한 초음파 혼과 접하도록 하고,
    상기 캔의 외주면이 앤빌과 접하도록 한 상태에서,
    상기 초음파 혼으로부터 초음파를 발생시켜 상기 음극 탭과 상기 캔의 내주면을 용접하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 제조 방법.
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