KR102157495B1 - 파우치형 배터리 셀 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파우치형 배터리 셀 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 양극판(101), 분리막(102), 음극판(103)으로 이루어지는 전극조립체 준비단계(S10); 양극판(101)에 형성된 양극탭(101a)과 음극판(103)에 형성된 음극탭(103a)에 각각 용접될 클래드메탈로 된 전극리드 준비단계(S20); 양극탭(101a)과 클래드메탈로 된 양극리드(201)의 일단부를 레이저용접하는 제1용접단계(S30); 음극탭(103a)과 클래드메탈로 된 음극리드(202)의 일단부를 레이저용접하는 제2용접단계(S40); 양극리드(201)와 음극리드(202)에 각각 실링필름(30)을 부착하는 필름부착단계(S50); 실링필름(30)의 부착 완료 후 전극조립체(10)를 파우치케이스(40)에 수용시키는 패킹단계(S60); 전극조립체(10)가 패킹된 파우치케이스(40) 내부에 전해액을 주입하는 전해액주입단계(S70); 전해액이 주입된 파우치케이스(40)를 실링하는 실링단계(S80); 를 포함하여 파우치형 배터리 셀 제조방법을 구성하고, 그 파우치형 배터리 셀 제조방법을 통해 제조되는 파우치형 배터리 셀을 제공한다.
본 발명에 따르면, 전극리드의 무게를 대폭 줄일 수 있게 되어 경량성이 향상되며, 다층으로 적층된 전극탭과 전극리드의 견고한 접합성을 유지할 수 있게 되어 물리적 충격에도 견디는 우수한 내구성을 가지는 효과가 있을 뿐만 아니라, 높은 출력과 용량을 가진 파우치형 배터리 셀의 구현이 가능한 효과가 있다.

Description

파우치형 배터리 셀 및 그 제조방법{Pouch type battery cell and manufacturing method thereof}
본 발명은 파우치형 배터리 셀 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마찰 용접된 클래드메탈로 전극리드를 형성하여 전극탭과 레이저용접이 가능케 함으로써 생산성과 내구성을 향상시키고, 높은 출력과 용량을 구현할 수 있게 한 파우치형 배터리 셀 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 반도체, 디스플레이와 더불어 IT 기기의 핵심부품인 2차전지 산업이 각광을 받고 있다.
2차전지는 1차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털카메라, P-DVD, MP3P, 휴대전화, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 전자제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같이 고출력이 요구되는 대형제품과 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치 등 다양한 분야에 널리 적용되어 사용되고 있다.
일반적인 2차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있으며, 일정 전압을 가지는 단위 2차전지 즉, 배터리 셀은 형태에 따라 각형, 원통형, 파우치형 등이 있으나, 각형이나 원통형 대비 두께가 얇고, 무게가 가벼우며, 다양한 형상 및 모양으로 제조가 가능할 뿐만 아니라, 부피 면적당 효율 및 방열성이 우수하고, 다층으로 적층이 용이한 파우치형 배터리 셀의 사용 비중이 점차 증가하고 있는 실정이다.
일반적인 파우치형 배터리 셀은 전극조립체, 파우치케이스, 전극리드로 구성된다.
전극조립체는 일측에 양극탭이 돌출되게 형성된 양극판; 일측에 음극탭이 돌출되게 형성된 음극판; 양극판과 음극판의 사이에 위치하는 분리막을 포함하여 구성되며, 전극조립체는 배터리 셀에서 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 스택형 또는 폴딩형 구조로 적층 형성된다.
이때, 양극판과 음극판은 펀칭(Punching) 가공 또는 노칭(Notching) 가공을 통해 양극판에 양극텝이 돌출 형성되고, 음극판에 음극탭이 돌출 형성된다.
파우치케이스는 전극조립체를 수용하도록 구성되되, 내부에 주액된 전해액의 누액을 방지하기 위한 내전해액성과 우수한 성형성을 만족하도록 알루미늄 라미네이팅 필름으로 제조된다.
전극리드는 양극리드와 음극리드로 구성되되, 양극리드는 일단부가 파우치케이스 내부에서 양극탭에 접속되고, 일측은 파우치케이스 외부로 돌출되며, 음극리드는 일단부가 파우치케이스 내부에서 음극탭에 접속되고, 일측은 파우치케이스 외부로 돌출된다.
한편, 다층으로 적층된 전극조립체의 양극탭 및 음극탭에 각각 접속되는 양극리드 및 음극리드는 전극조립체에서 발생한 전기를 외부로 출력하기 위하여 양극탭 및 음극탭과 전기적으로 연결된다.
파우치형 배터리 셀의 개발 초기에는 납땜 방식의 전기적 연결이 이루어졌으나, 종래의 음극리드는 니켈 또는 니켈을 도금한 구리를 사용하여 음극탭과 납땜이 용이하지만, 고가의 니켈이 사용됨에 따라 제조원가가 인상되는 단점이 있다.
또한, 종래의 양극리드는 알루미늄 재질로서 견고한 납땜이 불가능하고 납땜부가 염수에 잘 부식되는 문제가 있었다.
그리하여 최근에는 전극탭과 전극리드를 전기적으로 연결하기 위하여 용접 방식이 사용되는데, 양극리드는 알루미늄 재질로 됨으로써 재료 특성상 높은 열전도율과 높은 반사율로 인해 에너지밀도가 낮은 초음파 용접 방식으로 용접이 이루어짐으로써 다층으로 구성되는 전극탭의 미용접 불량이 빈번히 발생하는 단점이 있을 뿐만 아니라, 접합부의 내구성이 떨어져 외부의 진동 또는 충격에 의하여 쉽게 파손됨에 따라 높은 출력과 용량을 안정적으로 구현하기 어려운 단점이 있다.
또한, 초음파 용접은 에너지밀도가 낮기 때문에 다층으로 적층되는 전극탭의 수가 증가하면 전극탭의 표면적을 더 넓게 형성해야 함으로써 제작상 문제를 야기하는 단점도 있다.
한국공개특허공보 제10-2009-0114126호
상술한 바와 같은 종래의 단점을 해결하기 위하여 본 발명은 마찰 용접된 클래드메탈로 전극리드를 형성하여 전극탭과 레이저용접이 가능케 함으로써 전극탭과의 용접성을 향상시킨 파우치형 배터리 셀 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적의 달성을 위하여 본 발명의 파우치형 배터리 셀 제조방법은,
양극판(101), 분리막(102), 음극판(103)으로 이루어지는 전극조립체 준비단계(S10);
상기 양극판(101)에 형성된 양극탭(101a)과 음극판(103)에 형성된 음극탭(103a)에 각각 용접될 클래드메탈로 된 전극리드 준비단계(S20);
양극탭(101a)과 클래드메탈로 된 양극리드(201)의 일단부를 레이저용접하는 제1용접단계(S30);
음극탭(103a)과 클래드메탈로 된 음극리드(202)의 일단부를 레이저용접하는 제2용접단계(S40);
상기 양극리드(201)와 음극리드(202)에 각각 실링필름(30)을 부착하는 필름부착단계(S50);
상기 실링필름(30)의 부착 완료 후 전극조립체(10)를 파우치케이스(40)에 수용시키는 패킹단계(S60);
전극조립체(10)가 패킹된 파우치케이스(40) 내부에 전해액을 주입하는 전해액주입단계(S70);
전해액이 주입된 파우치케이스(40)를 실링하는 실링단계(S80); 를 포함한다
상기 전극리드 준비단계(S20)는,
구리 봉재와 알루미늄 봉재를 마찰용접기에 장착하여 용접하는 마찰용접단계(S201);
마찰용접된 접합체를 전극리드 두께로 압연 가공하는 압연단계(S202);
압연된 접합체의 양단부에 구리와 알루미늄이 배치되도록 전극리드(20)의 크기로 절단하는 절단단계(S203); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 마찰용접단계(S201)는,
구리 봉재와, 알루미늄 봉재를 마찰용접기의 척에 각각 장착하는 재료준비단계(S201a);
마찰용접기에 장착된 구리 봉재와 알루미늄 봉재를 1,600 내지 2,200rpm의 회전속도로 상호 역방향으로 회전시키는 제1회전단계(S201b);
상호 역방향으로 회전하는 구리 봉재와 알루미늄 봉재의 상호 대향하는 면을 밀착시키면서 접촉면 방향으로 7 내지 20ton의 가압력을 소정 시간동안 제공하여 구리 봉재와 알루미늄 봉재를 접합하는 접합단계(S201c); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 마찰용접단계(S201)는,
구리 봉재와 알루미늄 봉재가 접합된 접합체를 일방향으로 회전시키는 제2회전단계(S201d);
회전하는 접합체의 일측 외주면에 비드제거날을 밀착시키면서 접합체의 타측으로 이동시켜 접합부의 용접비드를 제거하는 비드제거단계(S201e); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 압연단계(S202)는,
구리 봉재와 알루미늄 봉재가 마찰용접된 접합체를 압연기에 투입하여 균일한 소정 두께의 박판으로 압연하는 제1압연단계(S202a);
상기 제1압연된 박판의 구리 부분을 알루미늄 부분보다 더 얇게 압연하는 제2압연단계(S202b); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 파우치형 배터리 셀은 이상의 파우치형 배터리 셀 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전도성이 우수한 구리와 무게가 가벼운 알루미늄을 마찰 용접하여 형성된 클래드메탈을 이용해 전극리드를 형성함으로써 전극리드의 무게를 대폭 줄일 수 있게 되어 경량성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 전극탭과 전극리드의 용접성이 크게 향상됨에 따라 에너지밀도가 높은 레이저용접이 가능케 됨으로써 다층으로 적층된 전극탭과 전극리드의 견고한 접합성을 유지할 수 있게 되어 물리적 충격에도 견디는 우수한 내구성을 가지는 효과가 있다.
또한, 고가의 니켈을 사용하지 않고도 전기 전도성이 우수한 구리와 무게가 가벼운 알루미늄을 마찰 용접하여 형성된 클래드메탈을 이용해 전극리드를 구성함으로써 고출력전압을 견디는 신뢰성과 안전성을 가짐에 따라 높은 출력과 용량을 가진 파우치형 배터리 셀의 구현이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 파우치형 배터리 셀을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 파우치형 배터리 셀을 나타낸 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 파우치형 배터리 셀을 나타낸 주요부 측면 단면도.
도 4는 본 발명의 파우치형 배터리 셀 제조방법의 한 실시 예에 따른 제조공정을 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명의 파우치형 배터리 셀 제조방법의 제2 실시 예에 따른 제조공정을 나타낸 블록도.
도 6은 본 발명의 파우치형 배터리 셀 제조방법의 제3 실시 예에 따른 제조공정을 나타낸 블록도.
도 7은 본 발명의 파우치형 배터리 셀 제조방법의 제4 실시 예에 따른 제조공정을 나타낸 블록도.
도 8은 본 발명의 파우치형 배터리 셀 제조방법의 제5 실시 예에 따른 제조공정을 나타낸 블록도.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적이나 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는" 과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 파우치형 배터리 셀을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 파우치형 배터리 셀을 나타낸 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 파우치형 배터리 셀을 나타낸 주요부 측면 단면도이고, 도 4는 본 발명의 파우치형 배터리 셀 제조방법의 한 실시 예에 따른 제조공정을 나타낸 블록도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
본 발명의 파우치형 배터리 셀 제조방법은, 마찰 용접된 클래드메탈로 전극리드(20)를 형성하여 전극탭과 레이저용접이 가능하도록 전극조립체 준비단계(S10); 전극리드 준비단계(S20); 제1용접단계(S30); 제2용접단계(S40); 필름부착단계(S50); 패킹단계(S60); 전해액주입단계(S70); 실링단계(S80); 를 포함한다.
상기 전극조립체 준비단계(S10)는 양극판(101), 분리막(102), 음극판(103)으로 이루어지는 전극조립체(10)를 준비한다.
상기 양극판(101)은 펀칭 또는 노칭에 의해 일측에 양극탭(101a)이 돌출되게 형성되고, 상기 음극판(103)은 펀칭 도는 노칭에 의해 일측에 음극탭(103a)이 돌출되게 형성되며, 양극판(101)과 음극판(103)의 사이에 분리막(102)을 개재시켜 전극조립체(10)를 구성하되, 전극조립체(10)는 배터리 셀에서 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 스택형 또는 폴딩형 구조로 반복 적층하여 형성된다.
이때, 양극판(101)은 두께 10㎛의 알루미늄 박판으로 형성되고, 음극판(103)은 두께 5㎛의 구리 박판으로 형성되는 것이 바람직할 것이나, 이에 한정하는 것은 아님을 미리 밝혀둔다.
상기 전극리드 준비단계(S20)는, 마찰용접단계(S201), 압연단계(S202), 절단단계(S203)를 포함한다.
상기 마찰용접단계(S201)는, 구리 봉재와 알루미늄 봉재를 마찰 용접하기 위하여 재료준비단계(S201a), 제1회전단계(S201b), 접합단계(S201c)를 포함한다.
상기 재료준비단계(S201a)는 구리(또는 구리합금) 봉재와, 알루미늄(또는 알루미늄 합금) 봉재를 마찰용접기의 척에 각각 장착한다.
상기 제1회전단계(S201b)는, 마찰용접기에 장착된 구리 봉재와 알루미늄 봉재를 1,600 내지 2,200rpm의 회전속도로 상호 역방향으로 회전시킨다.
상기 접합단계(S201c)는 상호 역방향으로 회전하는 구리 봉재와 알루미늄 봉재의 상호 대향하는 면을 밀착시키면서 접촉면 방향으로 7 내지 20ton의 가압력을 소정 시간동안 제공하여 구리 봉재와 알루미늄 봉재를 접합한다.
즉, 구리 봉재와 알루미늄 봉재가 각각 고속으로 회전하면서 가압력이 가해지는 동안에 접촉면에는 400 내지 700℃의 마찰열이 발생하게 된다.
이때, 마찰열은 접촉되는 구리 봉재와 알루미늄 봉재의 접촉면의 크기에 따라 달라질 수 있음을 미리 밝혀둔다.
그리하여 구리 봉재와 알루미늄 봉재의 접합에 필요한 온도에 도달하면 구리 봉재와 알루미늄 봉재의 회전을 멈춘 후 접촉면 방향으로 7 내지 20ton의 가압력을 소정 시간동안 지속하면 마찰열과 압력에 의해 구리 봉재와 알루미늄 봉재가 접합되면서 이종 금속이 일체로 접합된 클래드메탈이 형성된다.
상기 압연단계(S202)는, 구리 봉재와 알루미늄 봉재가 마찰용접된 접합체를 압연기에 투입하여 박판 형상으로 가공한다.
이때 압연기는 다수의 압연롤이 소정 간격으로 설치된 롤 압연기를 사용하는 것이 바람직할 것이나, 이에 한정하는 것은 아님을 미리 밝혀둔다.
상기 접합체는 압연기에 의해 압연되되, 접합체가 길이 방향으로 압연되거나 폭 방향으로 압연될 수 있으며, 압연된 박판의 두께는 0.05 내지 50㎜로 형성되는 것이 바람직할 것이나, 이에 한정하는 것은 아님을 미리 밝혀둔다.
상기 절단단계(S203)는 박판 형상으로 압연된 접합체의 양단부에 구리와 알루미늄이 배치되도록 전극리드(20)의 크기로 절단한다.
이때, 절단된 접합체는 평면상에서 볼 때, 구리 부분과 알루미늄 부분이 전후로 배치된 형태로 절단되거나, 구리 부분과 알루미늄 부분이 좌우로 배치된 형태로 절단될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
상기 제1용접단계(S30)는, 양극탭(101a)과 클래드메탈로 된 양극리드(201)의 일단부를 레이저용접한다.
즉, 양극탭(101a)에 클래드메탈로 된 양극리드(201)의 일단부를 용접하기 위하여 먼저 양극리드(201)의 알루미늄 부분이 양극탭(101a)의 일측에 밀착되게 공급한 후, 알루미늄으로 된 양극탭(101a)과 양극리드(201)의 알루미늄 부분을 레이저용접한다.
이때, 양극탭(101a)과 양극리드(201)는 서로 겹쳐지게 배치되는 것이 바람직할 것이나 이에 한정하는 것은 아니며, 양극탭(101a)의 단부과 양극리드(201)의 단부가 서로 맞닿은 형태로 레이저용접이 이루어질 수 있음을 미리 밝혀둔다.
한편, 레이저용접은 에너지밀도가 높기 때문에 다층으로 적층된 복수의 양극탭(101a)이 양극리드(201)와 긴밀하고 견고하게 용접되어 견고한 접합성을 유지할 수 있게 되고, 물리적 충격에도 견디는 우수한 내구성을 가지게 된다.
상기 제2용접단계(S40)는, 음극탭(103a)과 클래드메탈로 된 음극리드(202)의 일단부를 레이저용접한다.
즉, 음극탭(103a)에 클래드메탈로 된 음극리드(202)의 일단부를 용접하기 위하여 먼저 음극리드(202)의 구리 부분이 음극탭(103a)의 일측에 밀착되게 공급한 후, 구리로 된 음극탭(103a)과 음극리드(202)의 구리 부분을 레이저용접한다.
이때, 음극탭(103a)과 음극리드(202)는 서로 겹쳐지게 배치되는 것이 바람직할 것이나 이에 한정하는 것은 아니며, 양극탭(101a)의 단부과 음극리드(202)의 단부가 서로 맞닿은 형태로 레이저용접이 이루어질 수 있음을 미리 밝혀둔다.
상기 필름부착단계(S50)는, 양극리드(201)와 음극리드(202)에 각각 실링필름(30)을 부착한다.
이때 실링필름(30)의 부착은 양극리드(201)와 음극리드(202)의 상하 방향에서 각각 실링필름(30)을 공급한 후, 양극리드(201)와 음극리드(202)를 각각 감싸게 상호 밀착된 실링필름(30)을 가압 융착하는 것이 바람직할 것이나 이에 한정하는 것은 아님을 미리 밝혀둔다.
한편, 실링필림의 부착 위치는 클래드메탈로 된 양극리드(201)와 음극리드(202)의 소재 접합부가 완전히 감싸지게 실링필름(30)을 부착하는 것이 바람직하다.
따라서, 클래드메탈로 된 양극리드(201)와 음극리드(202)의 각 접합부가 파우치케이스(40)내의 알루미늄층과 반응하여 상호 작용에 의해 쇼트 등의 전기적 충격 또는 부식 등의 물리적 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 패킹단계(S60)는 파우치 케이스를 구성하는 제1파우치필름(401)을 전극조립체(10)가 내부에 안착되도록 소정 형상으로 성형한 후, 성형된 제1파우치필름(401) 상에 전극조립체(10)를 안착시키고, 그 위에 제2파우치필름(402)도 공급하여 제1파우치필름(401)과 제2파우치필름(402)의 가장자리를 따라 융착함으로써 전극조립체(10)가 파우치케이스(40) 내부에 수용된다.
이때, 제2파우치필름(402)도 제1파우치필름(401)과 대칭되는 소정 형상으로 성형할 수 있음은 물론이다.
한편, 제1파우치필름(401)과 제2파우치필름(402)을 융착할 때, 양극리드(201)와 음극리드(202)의 외측 단부는 융착된 파우치케이스(40)의 일측으로 돌출 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 양극리드(201)와 음극리드(202)에 각각 부착된 실링필름(30)이 상호 융착되는 제1파우치필름(401)과 제2파우치필름(402) 간에 개재된 상태에서 융착이 이루어짐으로써 양극단자와 음극단자가 알루미늄 라미네이팅 소재로 된 파우치케이스(40)와의 직접 접촉이 방지되면서 쇼트 등의 전기적 충격 또는 부식 등의 물리적 손상의 발생이 방지될 뿐만 아니라, 합성수지로 된 실링필름(30)에 의해 더욱 긴밀한 밀봉이 가능케 된다.
한편, 제1파우치필름(401)과 제2파우치필름(402)을 융착하여 성형된 파우치케이스(40)의 일측 가장자리는 전해액의 주입을 위하여 융착하지 않고 개구부가 형성되게 하는 것이 바람직하다.
상기 전해액주입단계(S70)는 전극조립체(10)를 파우치케이스(40)에 패킹하는 단계에서 형성된 파우치케이스(40)의 개구부로 전해액을 주입한다.
상기 실링단계(S80)는 전해액이 주입된 파우치케이스(40)의 개구부를 융착하여 실링함으로써 파우치케이스(40)의 모든 가장자리가 부분이 완전히 밀봉됨에 따라 파우치케이스(40) 내부에 수용된 전극조립체(10)가 고정됨과 동시에 파우치케이스(40) 내부에 주입된 전해액의 누액이 방지된다.
도 5는 본 발명의 파우치형 배터리 셀 및 그 제조방법의 제2 실시 예에 따른 제조공정을 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하여 설명하되, 전술한 실시 예와 중복되는 구성 및 동일부호를 갖는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 마찰용접단계(S201)는 제2회전단계(S201d), 비드제거단계(S201e)를 더 포함할 수 있다.
상기 제2회전단계(S201d)는 구리 봉재와 알루미늄 봉재가 접합된 접합체를 1,600 내지 2,200rpm의 회전속도로 일방향으로 회전시킨다.
상기 비드제거단계(S201e)는 회전하는 접합체의 일측 외주면에 비드제거날을 밀착시키면서 비드제거날을 접합체의 타측으로 이동시켜 접합체의 외주면을 선삭 가공함으로써 접합체의 외주면에서 외향으로 돌출되게 형성된 접합부의 용접비드가 제거된다.
도 6은 본 발명의 파우치형 배터리 셀 및 그 제조방법의 제3 실시 예에 따른 제조공정을 나타낸 블록도이다.
도 6을 참조하여 설명하되, 전술한 실시 예와 중복되는 구성 및 동일부호를 갖는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 압연단계(S202)는, 제1압연단계(S202a), 제2압연단계(S202b)를 포함할 수 있다.
상기 제1압연단계(S202a)는, 구리 봉재와 알루미늄 봉재가 마찰용접된 접합체를 압연기에 투입하여 균일한 소정 두께의 박판으로 압연한다.
상기 제2압연단계(S202b)는, 제1압연된 박판의 구리 부분을 알루미늄 부분보다 더 얇게 압연한다.
즉, 구리가 알루미늄에 비해 전기전도율이 더 높기 때문에 클래드메탈로 된 전극리드(20)에 있어서 구리 부분의 두께가 알루미늄 부분의 두께보다 더 얇더라도 구리 부분과 알루미늄 부분을 동일한 전기전도율을 가질 수 있게 된다.
따라서 알루미늄보다 무게가 무거운 구리의 사용량을 줄일 수 있게 됨으로써 전극리드(20)의 무게를 더 가볍게 제조할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 파우치형 배터리 셀 및 그 제조방법의 제4 실시 예에 따른 제조공정을 나타낸 블록도이다.
도 7을 참조하여 설명하되, 전술한 실시 예와 중복되는 구성 및 동일부호를 갖는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 제1용접단계(S30)는 양극탭용접단계(S301)를 더 포함할 수 있다.
상기 양극탭용접단계(S301)는 다층으로 적층된 복수의 양극탭(101a) 가장자리를 따라 초음파용접을 수행함으로써 다층으로 적층된 복수의 양극탭(101a)을 구성하는 각각의 양극탭(101a) 간의 이격을 방지함으로써 제1용접단계(S30)에서 양극탭(101a)과 양극리드(201)의 밀착부가 레이저용접될 때, 다층으로 적층된 복수의 양극탭(101a)의 미용접 불량을 방지할 수 있게 된다.
상기 제1용접단계(S30)는 제1가압단계(S302)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1가압단계(S302)는 다층으로 적층된 복수의 양극탭(101a)의 상하면을 클램핑한 상태에서 수직 방향으로 가압함으로써 다층으로 적층된 복수의 양극탭(101a)을 구성하는 각각의 양극탭(101a) 간의 간격을 최소화하여 제1용접단계(S30)에서 양극탭(101a)과 양극리드(201)의 밀착부가 레이저용접될 때, 다층으로 적층된 복수의 양극탭(101a)의 미용접 불량을 방지할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 파우치형 배터리 셀 및 그 제조방법의 제5 실시 예에 따른 제조공정을 나타낸 블록도이다.
도 8을 참조하여 설명하되, 전술한 실시 예와 중복되는 구성 및 동일부호를 갖는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 제2용접단계(S40)는 음극탭용접단계(S401)를 더 포함할 수 있다.
상기 음극탭용접단계(S401)는 다층으로 적층된 복수의 음극탭(103a) 가장자리를 따라 초음파용접을 수행함으로써 다층으로 적층된 복수의 음극탭(103a)을 구성하는 각각의 음극탭(103a) 간의 이격을 방지함으로써 제2용접단계(S40)에서 음극탭(103a)과 음극리드(202)의 밀착부가 레이저용접될 때, 다층으로 적층된 복수의 음극탭(103a)의 미용접 불량을 방지할 수 있게 된다.
상기 제2용접단계(S40)는 제2가압단계(S402)를 더 포함할 수 있다.
상기 제2가압단계(S402)는 다층으로 적층된 복수의 음극탭(103a)의 상하면을 클램핑한 상태에서 수직 방향으로 가압함으로써 다층으로 적층된 복수의 음극탭(103a)을 구성하는 각각의 음극탭(103a) 간의 간격을 최소화하여 제2용접단계(S40)에서 음극탭(103a)과 음극리드(202)의 밀착부가 레이저용접될 때, 다층으로 적층된 복수의 음극탭(103a)의 미용접 불량을 방지할 수 있게 된다.
이상, 본 발명의 실시 예는 상술한 장치 및/또는 운용방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 전극조립체 101: 양극판
101a: 양극탭 102: 분리막
103: 음극판 103a: 음극탭
20: 전극리드 201: 양극리드
202: 음극리드 30: 실링필름
40: 파우치케이스 S10: 전극조립체 준비단계
S20: 전극리드 준비단계 S201: 마찰용접단계
S201a: 재료준비단계 S201b: 제1회전단계
S201c: 접합단계 S201d: 제2회전단계
S201e: 비드제거단계 S202: 압연단계
S202a: 제1압연단계 S202b: 제2압연단계
S203: 절단단계 S30: 제1용접단계
S301: 양극탭용접단계 S302: 제1가압단계
S40: 제2용접단계 S401: 음극탭용접단계
S402: 제2가압단계 S50: 필름부착단계
S60: 패킹단계 S70: 전해액주입단계
S80: 실링단계

Claims (6)

  1. 양극판(101), 분리막(102), 음극판(103)으로 이루어지는 전극조립체 준비단계(S10);
    상기 양극판(101)에 형성된 양극탭(101a)과 음극판(103)에 형성된 음극탭(103a)에 각각 용접될 클래드메탈로 된 전극리드 준비단계(S20);
    양극탭(101a)과 클래드메탈로 된 양극리드(201)의 일단부를 레이저용접하는 제1용접단계(S30);
    음극탭(103a)과 클래드메탈로 된 음극리드(202)의 일단부를 레이저용접하는 제2용접단계(S40);
    상기 양극리드(201)와 음극리드(202)에 각각 실링필름(30)을 부착하는 필름부착단계(S50);
    상기 실링필름(30)의 부착 완료 후 전극조립체(10)를 파우치케이스(40)에 수용시키는 패킹단계(S60);
    전극조립체(10)가 패킹된 파우치케이스(40) 내부에 전해액을 주입하는 전해액주입단계(S70);
    전해액이 주입된 파우치케이스(40)를 실링하는 실링단계(S80); 를 포함하고,
    상기 전극리드 준비단계(S20)는,
    구리 봉재와 알루미늄 봉재를 마찰용접기에 장착하여 용접하는 마찰용접단계(S201);
    마찰용접된 접합체를 전극리드(20) 두께로 압연 가공하는 압연단계(S202);
    압연된 접합체의 양단부에 구리와 알루미늄이 배치되도록 전극리드(20)의 크기로 절단하는 절단단계(S203); 를 포함하되,
    상기 압연단계(S202)는,
    구리 봉재와 알루미늄 봉재가 마찰용접된 접합체를 압연기에 투입하여 균일한 소정 두께의 박판으로 압연하는 제1압연단계(S202a);
    상기 제1압연된 박판의 구리 부분과 알루미늄 부분이 동일한 전기전도율을 가지도록 구리 부분을 알루미늄 부분보다 더 얇게 압연하는 제2압연단계(S202b); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리 셀 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마찰용접단계(S201)는,
    구리 봉재와, 알루미늄 봉재를 마찰용접기의 척에 각각 장착하는 재료준비단계(S201a);
    마찰용접기에 장착된 구리 봉재와 알루미늄 봉재를 1,600 내지 2,200rpm의 회전속도로 상호 역방향으로 회전시키는 제1회전단계(S201b);
    상호 역방향으로 회전하는 구리 봉재와 알루미늄 봉재의 상호 대향하는 면을 밀착시키면서 접촉면 방향으로 7 내지 20ton의 가압력을 소정 시간동안 제공하여 구리 봉재와 알루미늄 봉재를 접합하는 접합단계(S201c); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리 셀 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마찰용접단계(S201)는,
    구리 봉재와 알루미늄 봉재가 접합된 접합체를 일방향으로 회전시키는 제2회전단계(S201d);
    회전하는 접합체의 일측 외주면에 비드제거날을 밀착시키면서 접합체의 타측으로 이동시켜 접합부의 용접비드를 제거하는 비드제거단계(S201e); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리 셀 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항의 파우치형 배터리 셀 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리 셀.
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