KR102236347B1 - 이차전지의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 제조방법은 내부 공간에 수용부가 형성된 외장재를 준비하는 단계, 상기 외장재의 수용부에 일단부에 제1 탭부와 제2 탭부가 형성된 전극조립체를 수용하는 단계, 상기 전극조립체가 수용된 상기 외장재내에 전해액을 주입하는 단계, 상기 전극조립체로부터 발생된 가스를 배출시키는 단계, 상기 외장재 양단부의 모서리부를 커팅하는 단계, 상기 모서리부가 커팅된 양단부를 폴딩하는 단계 및 상기 전극조립체가 수용된 외장재 전면을 프레싱하는 단계를 포함한다.

Description

이차전지의 제조방법{Method for Manufacturing Secondary Battery}

본 발명은 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 방전과 역방향인 충전과정을 통하여 반복 사용이 가능한 전지이며, 그 종류로는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬-금속 전지, 리튬-이온(Ni-Ion) 전지 및 리튬-이온 폴리머 전지(Li-Ion Polymer Battery, 이하 "LIPB"라 함) 등이 있다.

이차전지는 양극, 음극, 전해질, 분리막으로 구성되며, 서로 다른 양극 및 음극 소재의 전압차이를 이용하여 전기를 저장 및 발생시킨다. 여기서, 방전이란 전압이 높은 음극에서 낮은 양극으로 전자를 이동시키는 것이며(양극의 전압 차이만큼 전기를 발생), 충전이란 전자를 다시 양극에서 음극으로 이동시키는 것으로 이때 양극물질은 전자와 리튬이온을 받아들여 원래의 금속산화물로 복귀하게 된다. 즉, 이차전지는 충전될 때 금속 원자가 분리막을 통하여 양극에서 음극으로 이동함에 따라 충전 전류가 흐르게 되고, 반대로 방전될 때 금속 원자는 음극에서 양극으로 이동하며 방전 전류가 흐르게 된다.

이러한 리튬 이차전지는 일반적으로 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머전지라 한다. 또한, 리튬 이차전지의 외장재는 여러가지 종류로 형성될 수 있고, 대표적인 외장재의 종류는 원통형(Cylindrical), 각형(Prismatic), 파우치(Pouch) 등이 있다. 상기 리튬 이차전지의 외장재 내부에는 양극판, 음극판 및 그 사이에 개재되는 분리막(세퍼레이터, Separator)가 적층되거나 권취된 전극조립체가 구비된다.

KR 2013-0012665 A

본 발명의 일실시예는, 이차전지의 공정중의 강성을 보다 확보하여, 이차전지 제조상의 접합 신뢰성을 향상시켜 이차전지의 작동성능의 향상 및 적용 제품의 구동신뢰성을 확보하기 위한 이차전지의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 제조방법은, 내부 공간에 수용부가 형성된 외장재를 준비하는 단계, 상기 외장재의 수용부에 일단부에 제1 전극과 제2 전극이 돌출되어 형성된 전극조립체를 수용하는 단계, 상기 전극조립체가 수용된 상기 외장재내에 전해액을 주입하는 단계, 상기 전극조립체로부터 발생된 가스를 배출시키는 단계, 상기 외장재 양단부의 모서리부를 커팅하는 단계, 상기 모서리부가 커팅된 양단부를 폴딩하는 단계; 및 상기 전극조립체가 수용된 외장재 전면을 프레싱하는 단계를 포함한다.

여기서, 파우치형 외장재를 준비하는 단계에서, 상기 외장재는 상기 전극조립체를 수용하는 수용부 이외에 일측으로 연장되어 형성된 배출부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 전극조립체로부터 발생되는 가스를 배출시키는 단계는, 상기 배출부를 통해 가스가 배출된 후, 상기 배출부를 커팅하는 단계 및 상기 외장재의 커팅된부분을 실링하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 전극조립체로부터 발생되는 가스를 배출하는 단계는, 상기 전극조립체의 제1 탭부 및 제2 탭부를 외부전원과 연결하여 프리-차지(pre-charge)하는 단계 및 상기 전극조립체 내부에서 발생되는 불순가스를 배출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 외장재의 양단부의 모서리부를 커팅하는 단계는, 상기 전극조립체의 제1 탭부 및 제2 탭부가 형성된 일단의 양측면의 모서리부를 커팅할 수 있다.

또한, 상기 외장재의 양단부의 모서리부를 커팅하는 단계는, 상기 모서리부를 상기 외장재 양측면에 테이퍼 지도록 커팅될 수 있다.

또한, 상기 외장재의 양단부의 모서리부를 커팅하는 단계는, 상기 모서리부의 커팅부에 대응되는 형태로 상기 모서리부 상면에 형성된 상부금형 및 상기 모서리부 하면에서 상기 상부금형과 대응되는 형태로 상기 상부금형과 결합하여 상기 모서리부를 커팅시키는 하부금형으로 커팅될 수 있다.

또한, 상기 모서리부가 커팅된 양단부를 폴딩하는 단계는, 상기 모서리부의 커팅부분에서 상기 외장재의 내측방향으로 절곡되도록 폴딩될 수 있다.

또한, 상기 외장재의 양단부의 모서리부를 커팅하는 단계는, 상기 전극조립체의 제1 탭부와 제2 탭부가 형성된 일단면의 양단 및 상기 전극조립체 타단면의 양단에 형성된 모서리부를 커팅하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 이차전지 제조공정에서, 외장재의 강성을 보다 효과저으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 전극조립체가 삽입되는 외장재의 양측단의 폴딩공정의 신뢰성을 보다 효과적으로 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 외장재의 양측단 폴딩과정에서 외장재의 크랙(Crack)이나 찢어짐을 미연에 방지하여 폴딩공정중의 이차전지의 불량을 방지하여 이차전지의 강성을 효과적으로 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 폴딩공정을 통한 외장재의 강성을 효과적으로 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 외장재의 양측단의 폴딩공정에서, 폴딩되는 양측단의 모서리부를 테이퍼지게 커팅함으로써, 폴딩과정에서 발생될 수 있는 외장재 모서리부의 크랙이나, 찢어짐을 효과적을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 파우치셀형태의 이차전지 뿐만 아니라, 폴딩을 통해 강성을 확보하고자 하는 다양한 구조에서, 폴딩되는 과정에서 문제가 발생되는 모서리부를 테이퍼 커팅함으로써 보다 효과적인 대상기재의 강성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전지셀의 사시도 및
도 2 내지 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 제조방법의 공정도를 나타낸 도면이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전지셀의 사시도이고, 도 2 내지 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 제조방법의 공정도를 나타낸 도면이다.

본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 제조방법은 내부 공간에 수용부(12a)가 형성된 외장재(12)를 준비하는 단계, 상기 외장재(12)의 수용부(12a)에 일단부에 제1 탭부(10a)와 제2 탭부(10b)가 형성된 전극조립체(11)를 수용하는 단계, 상기 전극조립체(11)가 수용된 상기 외장재(12)내에 전해액을 주입하는 단계, 상기 전극조립체(11)로부터 발생된 가스를 배출시키는 단계, 상기 외장재(12) 양단부의 모서리부(12b)를 커팅하는 단계, 상기 모서리부(12b)가 커팅된 양단부를 폴딩하는 단계 및 상기 전극조립체(11)가 수용된 외장재(12) 전면을 프레싱하는 단계를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지는 적어도 하나 이상의 전지셀(10)이 적층되고, 적층된 전지셀(10)을 모듈화 함으로써 다양한 디바이스에 적용할 수 있다. 여기서 전지셀(10)은 외장재(12)에 전극조립체(11)를 수용하여 형성될 수있다. 전극조립체(11)를 포함하는 몸체부(10c)와 외부단자와의 연결을 위한 전극조립체(11)상의 제1 전극(11a)과 제2 전극(11b)에 각각 연결되는 제1 탭부(10a)와 제2 탭부(10b)가 형성된다.

여기서, 전극조립체(11)는 양극, 음극 및 분리막을 포함하여 형성되며, 양극과 음극이 적층되는 사이에 분리막이 형성된다. 양극, 음극 및 분리막을 결합하는 방법에 따라, 젤리-롤(Jelly-roll)로 권취된 타입(Winding type)이거나, 스택형/ 스택폴딩형 등으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 전극조립체(11)는, 예를 들어, 알루미늄으로 형성된 파우치형의 외장재(12)에 전극조립체(11)를 내장하여 전지셀(10)을 구성한다. 전극조립체(11)의 양극 및 음극은 본 발명의 일실시예에서 제1 전극(11a)과 제2 전극(11b)으로 명명하며, 제1 전극(11a)과 제2 전극(11b)은 상호 반대되는 극을 갖는 것으로 특정 전극에 한정되는 것은 아니다.

파우치형의 외장재(12)의 경우, 파우치의 접합부에서 생기는 부식을 방지하고, 일반적인 캔(can)타입의 배터리에 비해 흐물흐물한 파우치의 강성을 높이기 위한 구조적인 보완이 필요하다. 그러한 파우치형 외장재(12)의 강성을 확보하기 위해 전극조립체(11)를 수용한 후, 양측단을 외장재(12) 내측 방향으로 절곡시키는 폴딩공정을 수행하게 된다. 폴딩공정은 외장재(12)의 양측단부를 내측방향으로 절곡되도록 형성하는데, 이 때 양측단부의 상하부 끝단에 모서리부(12b)에서 절곡시의 다양한 문제가 발생한다. 폴딩공정시에 모서리부(12b)에 의해 외장재(12)의 일부의 크랙(crack)이 발생하거나, 파우치가 찢어지거나 뭉개지는 등의 파우치형 외장재(12)의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제들이 발생하게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 제조방법은 상기와 같은, 예를 들어 파우치형 외장재(12)를 제조하는 경우, 강성확보를 위한 폴딩공정 및 폴딩공정시에 발생되는 신뢰성 저하의 요소를 최소화 시키기 위한 것이다. 이하에서는 이러한 폴딩공정 및 폴딩공정의 신뢰성 확보를 위한 모서리부(12b)의 커팅단계를 포함하는 이차전지의 제조방법에 대해 상술한다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 파우치형 외장재(12)를 준비하는 단계이다. 본 발명의 일실시예에서는 파우치형 외장재(12)를 그 예로 설명하고 있지만, 외장재(12)의 강성을 확보하기 위한 폴딩공정이 필요한 다양한 부재 및 외장재(12)의 형태에도 당업자에 의한 설계변경 범위에서 동일하게 본 발명의 일실시예가 적용될 수 있음은 자명하다. 파우치형 외장재(12)는 내부에 전극조립체(11)를 수용하도록 수용부(12a)를 구비한다. 수용부(12a) 이외에, 이후에 내부 가스 배출을 위해 더미형태로 존재하는 배출부를 더 포함할 수 있다 배출부는 내부 가스배출의 용이성을 확보하기 위해 상부에 배출영역을 별도로 구비할 수 있다.

다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 전극조립체(11)를 외장재(12) 수용부(12a)에 수용하는 단계이다. 전극조립체(11)는 상술한 바와 같이, 제1 전극(11a)과 제2 전극(11b)이 돌출되도록 형성된다. 전극조립체(11)에 대한 설명은 상술하였으므로 상세한 설명은 생략한다.

다음, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 외장재(12)에 전극조립체(11)를 수용한 후, 외측부분을 실링하도록 실링부(40)를 형성하고(도 4 참조), 외장재(12) 내부에 전해액을 주입한다(도 5 참조). 이때, 외장재(12)내부에 전해액을 주입하기 위해 실링부(40)는 일측단부를 제외한 부분을 실링한다.

이차전지는 종류에 따라, 전해질의 액체 상태로 외장재(12) 내부에 충진될 수 있다. 또한, 전해질을 액체 상태로 외장재(12) 내부에 충전한 다음 폴리머화될 수 있는 성분을 첨가하여 최종적으로 폴리머 상태의 전해질이 되도록 할 수 있다. 외장재(12) 내부에 전해액을 주입한 후, 전해액 주입부분을 실링한다(도 6 참조).

다음, 도 7 내지 9에 도시된 바와 같이, 전극조립체(11)로부터 발생된 가스를 외부로배출시키는 단계이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 전극조립체(11)로부터 돌출되어 형성된 제1 전극(11a)과 제2 전극(11b)에 프리-차지(Pre-Charge)를 위해 제1 단자(21)와 제2 단자(22)를 포함하는 전원연결부(미도시)에 전기적 연결한다. 전원연결부를 통해 전류를 흘려줌으로써 전극조립체(11) 내부에 발생될 수 있는 초기 불순가스를 제거할 수 있다. 이러한 작업을 디개싱(De-gassing)공정 이라고 하는데, 본 단계에서 전극조립체(11) 내부로부터 발생되는 가스가 외장재(12)의 배출부(13a)의 배출영역을 통해 배출될 수 있다. 본 단계에서 전극조립체(11) 내부에서 발생되는 가스가 원활히 배출될 때, 외장재(12)를 포함한 이차전지의 신뢰성이 향상될 수 있는 것이다.

여기서, 전극조립체(11)로부터 발생되는 초기 불순가스를 배출한 후, 외장재(12)의 더미영역으로 형성된 배출부(13a)를 절단하고, 절단부분을 실링한다(도 9 참조).

다음, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 외장재(12)의 양측단부를 폴딩공정을 수행한다. 폴딩공정은, 상술한 바와 같이, 외장재(12)의 재질이나 두께 등의 관련 스펙등을 고려할 때, 흐물거리거나, 외측테두리부의 실링된 접합부의 불량에 의해 발생되는 다양한 신뢰성 문제를 미연에 방지하기 위해 외장재 양측단부에 폴딩부(12c)를 형성하는 것이다. 다만, 이러한 폴딩공정시에 절곡되는 모서리부(12b)의 공정과정에서 신뢰성의 저하가 발생되는 것을 방지하기 위해 폴딩공정 이전에 모서리부(12b)의 커팅단계를 수행한다(도 9참조). 외장재(12)의 모서리부(12b)를 제거하지 않은 채, 외장재(12)의 양단을 절곡시켜 폴딩부(12c)를 형성하는 경우, 외장재(12) 양단의 절곡과정에서 크랙이나, 찢어짐, 뭉개짐 등의 외장재(12)의 구조적인 문제가 발생될 수 있기 때문이다.

외장재(12) 양단부의 모서리부(12b)를 커팅하는 단계는, 도 10에 도시된 바와 같이, 외장재(12) 모서리부(12b)의 커팅할 부분에 상부금형(31)과 하부금형(32)을 배치하여 커팅단계를 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 모서리부(12b)의 테이퍼지는 형태의 커팅형태와 동일한 상부금형(31)과 상부금형(31)을 수용 결합되면서, 상부금형(31)과 하부금형(32) 사이에 배치된 외장재(12)의 모서리부(12b)를 커팅할 수 있다. 이외에도, 상부금형(31)과 하부금형(32)의 형태 및 커팅방식은 다양하게 채택, 적용될 수 있으며, 금형을 이용한 이외에도, 외장재(12)의 모서리부(12b)를 테이퍼지게 커팅하는 다양한 절삭공구 및 수단이 사용될 수 있음은 당업자로부터 자명하다.

다음, 도 11에 도시된 바와 같이, 모서리부(12b)가 커팅된 외장재(12) 양측단부를 외장재(12) 내측방향으로 절곡하여 폴딩공정을 수행한다.이때, 모서리부(12b)의 커팅에 의해 폴딩공정의 신뢰성을 보다 효과적으로 확보할 수 있다.

다음, 도 12에 도시된 바와 같이, 최종 외장재(12)를 프레스하여 압착함으로써, 최종 이차전지를 구성하는 전지셀(10)을 제조할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10: 전지셀 10a: 제1 탭부
10b: 제2 탭부 10c: 몸체부
11: 전극조립체 11a: 제1 전극
11b: 제2 전극 12: 외장재
12a: 수용부 12b: 모서리부
12c: 폴딩부 13: 배출부
13a: 배출영역 20: 전원연결부
21: 제1 단자 22: 제2 단자
31: 상부금형 32: 하부금형
40: 실링부 50: 프레스금형

Claims (9)

1. 내부 공간에 수용부가 형성된 외장재를 준비하는 단계;
   상기 외장재의 수용부에 일단부에 제1 전극과 제2 전극이 돌출되어 형성된 전극조립체를 수용하는 단계;
   상기 전극조립체가 수용된 상기 외장재내에 전해액을 주입하는 단계;
   상기 전극조립체로부터 발생된 가스를 배출시키는 단계;
   상기 외장재 양단부의 모서리부를 커팅하는 단계;
   상기 모서리부가 커팅된 양단부를 폴딩하는 단계; 및
   상기 전극조립체가 수용된 외장재 전면을 프레싱하는 단계를 포함하고,
   상기 외장재의 양단부의 모서리부를 커팅하는 단계는
   상기 전극조립체의 제1 탭부와 제2 탭부가 형성된 일단면의 양단 및 상기 전극조립체 타단면의 양단에 형성된 모서리부를 커팅하는 단계를 포함하는 이차전지의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   파우치형 외장재를 준비하는 단계에서,
   상기 외장재는 상기 전극조립체를 수용하는 수용부 이외에 일측으로 연장되어 형성된 배출부를 더 포함하는 이차전지의 제조방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 전극조립체로부터 발생되는 가스를 배출시키는 단계는
   상기 배출부를 통해 가스가 배출된 후, 상기 배출부를 커팅하는 단계 및
   상기 외장재의 커팅된부분을 실링하는 단계;를 더 포함하는 이차전지의 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 전극조립체로부터 발생되는 가스를 배출하는 단계;는
   상기 전극조립체의 제1 탭부 및 제2 탭부를 외부전원과 연결하여 프리-차지(pre-charge)하는 단계; 및
   상기 전극조립체 내부에서 발생되는 불순가스를 배출하는 단계를 더 포함하는 이차전지의 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 외장재의 양단부의 모서리부를 커팅하는 단계는,
   상기 전극조립체의 제1 탭부 및 제2 탭부가 형성된 일단의 양측면의 모서리부를 커팅하는 이차전지의 제조방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 외장재의 양단부의 모서리부를 커팅하는 단계는,
   상기 모서리부를 상기 외장재 양측면에 테이퍼 지도록 커팅되는 이차전지의 제조방법.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 외장재의 양단부의 모서리부를 커팅하는 단계는,
   상기 모서리부의 커팅부에 대응되는 형태로 상기 모서리부 상면에 형성된 상부금형 및 상기 모서리부 하면에서 상기 상부금형과 대응되는 형태로 상기 상부금형과 결합하여 상기 모서리부를 커팅시키는 하부금형으로 커팅되는 이차전지 제조방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 모서리부가 커팅된 양단부를 폴딩하는 단계는,
   상기 모서리부의 커팅부분에서 상기 외장재의 내측방향으로 절곡되도록 폴딩되는 이차전지의 제조방법.
9. 삭제

Images