KR102271383B1 - 전지 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

전지 모듈 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 각각이 전극 탭을 포함하는 복수개의 전지; 및 적어도 하나의 개구부가 형성되고, 상기 복수개의 전지간을 전기적으로 연결하는 버스바;를 포함하고, 상기 개구부는 용접시 상기 전극 탭의 적어도 일부를 노출시키며, 상기 전극 탭 각각은 벤딩(bending)되어 상기 버스바의 하방에 위치된 상태로 상기 개구부의 하측 외주연에 접촉됨으로써, 상기 복수개의 전지가 상호 전기적으로 연결되는, 전지 모듈에 관한 것이다.

Description

전지 모듈 및 그 제조 방법{CELL MODULE AND ITS MANUFACTURING METHOD}
본 발명의 실시예들은, 전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 디지털 카메라, 셀룰라 폰, 노트북, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 전지를 들 수 있다. 이중에서, 리튬 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되거나, 또는 다수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
통상적으로, 복수개의 전지를 상호 전기적으로 연결하기 위해 버스바를 전극 탭에 접합시킨다. 종래의 버스바는 'ㄷ'자 형상으로 형성되며, 'ㄷ'자 형상의 버스바에 전극 탭을 접촉시켜 두 개 이상의 전지 셀이 전기적으로 연결될 수 있다.
다만, 종래에 이용되던 버스바는 용접 등의 접합 과정을 용이하기 위해 얇고 녹는점이 낮은 모재를 주로 사용해야 하는 제한이 있었고, 2개 이상의 전극 탭을 한번에 접합하려는 경우 접합 공정을 두 번 또는 그 이상으로 분할하여 접합해야 하는 문제가 존재하였다.
한국공개특허공보 제10-2012-0058965호 (2012.06.08)
본 발명의 실시예들은, 복수개의 전지를 전기적으로 연결하기 위한 접합 공정을 간소화 하여, 제조상 시간 및 비용을 절감할 수 있는 전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 복수개의 전지 간 전기적으로 연결 시 버스바 및 두 개 이상의 전극 탭을 동시에 접합할 수 있는 전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 전지의 절연부재가 벤딩됨으로써 전체 전지 모듈의 부피를 감소시킬 수 있는 전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 용접 등에 의한 복수개의 전지 간 전기적 연결 시 연결상태를 육안으로 확인할 수 있는 전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 복수개의 전지 간 전기적 연결 시 상호 다른 물성의 전극 탭 및 버스바를 효과적으로 접합할 수 있는 전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각이 전극 탭을 포함하는 복수개의 전지; 및 적어도 하나의 개구부가 형성되고, 상기 복수개의 전지간을 전기적으로 연결하는 버스바;를 포함하고, 상기 개구부는 용접시 상기 전극 탭의 적어도 일부를 노출시키며, 상기 전극 탭 각각은 벤딩(bending)되어 상기 버스바의 하방에 위치된 상태로 상기 개구부의 하측 외주연에 접촉됨으로써, 상기 복수개의 전지가 상호 전기적으로 연결되는, 전지 모듈을 제공할 수 있다.
상기 개구부는 전극 탭의 단부에 평행하게 슬릿 형태로 형성될 수 있다.
상기 개구부의 내주면은 하측에서 상측으로 갈수록 단면적이 증가하며 경사지게 형성될 수 있다.
상기 전극 탭 중 상호 인접한 적어도 두 개의 전극 탭은 적층되고, 상기 적층된 전극 탭 중 최하측에 위치한 전극 탭 위에 적층된 적어도 하나의 전극 탭 단부는 상기 개구부의 하측에 위치될 수 있다.
상기 적층된 전극 탭은 세 개 이상일 수 있다.
상기 버스바의 하측면에는, 상기 개구부의 중심을 기준으로 양측에 상기 적층되는 전극 탭의 개수에 대응하여 면차가 형성될 수 있다.
상기 버스바는 두 개 이상의 개구부를 포함하고, 상기 전극 탭 각각은 상기 개구부 각각의 하측 외주연에 접촉될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 복수개의 전지가 군집되고, 상기 복수개의 전지 각각에 포함되는 전극 탭이 벤딩되어 버스바의 하방에 위치된 상태로 상기 버스바에 형성된 적어도 하나의 개구부 하측 외주연에 접촉되고, 상기 전극 탭의 적어도 일부는 상기 버스바에 형성된 상기 개구부에 의해 노출되며, 상기 버스바 및 상기 전극 탭은 상기 개구부를 통해 접합되어 상기 복수개의 전지가 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 버스바 및 상기 전극 탭은 레이저 용접(Laser welding) 및 레이저 납땜(Laser soldering) 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 레이저 용접에 있어서, 상기 레이저는 반복적으로 원형을 그리며 조사되며, 상기 원들의 중심은 상기 개구부의 길이방향 축을 따라 위치될 수 있다.
상기 레이저 납땜에 있어서, 상기 개구부에 접합부재가 삽입되고, 상기 접합부재가 상기 레이저에 의해 용융됨으로써 상기 버스바 및 상기 전극 탭은 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 전극 탭 중 상호 인접한 적어도 두 개의 전극 탭이 적층되고, 상기 적층된 전극 탭 중 최하측에 위치한 전극 탭 위에 적층된 적어도 하나의 전극 탭 단부는 상기 개구부에 의해 노출될 수 있다.
상기 전극 탭은 세 개 이상 적층될 수 있다.
상기 개구부는 두 개 이상 형성되고, 상기 전극 탭 각각은 상기 개구부 각각의 하측 외주연에 접촉될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 복수개의 전지를 전기적으로 연결하기 위한 접합 공정을 간소화 하여, 제조상 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 복수개의 전지 간 전기적으로 연결 시 버스바 및 두 개 이상의 전극 탭을 동시에 접합할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 전지의 절연부재가 벤딩됨으로써 전체 전지 모듈의 부피를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 용접 등에 의한 복수개의 전지 간 전기적 연결 시 연결상태를 육안으로 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 복수개의 전지 간 전기적 연결 시 상호 다른 물성의 전극 탭 및 버스바를 효과적으로 접합할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 도면
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바를 나타내고, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라 버스바에 형성된 개구부 중 일 개구부의 단면을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 버스바에 전극 탭이 접촉된 모습의 단면을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 버스바에 세 개의 전극 탭이 접촉된 모습의 단면을 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 개구부 각각에 전극 탭 각각이 접촉된 모습의 단면을 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 버스바 및 전극 탭에 레이저 용접이 가해지는 경우 개구부의 단면을 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 버스바 및 전극 탭에 레이저 용접이 가해지는 모습을 개구부 상측에서 바라본 도면
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 버스바 및 전극 탭에 레이저 납땜이 가해지는 모습을 나타낸 도면
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 버스바 및 전극 탭에 레이저 납땜이 가해지는 경우 개구부의 단면을 나타낸 도면
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
또한, 본 명세서에서는 복수개의 전지(10)가 나란히 배열되고 전지(10) 군집체의 상측에 버스바(20)가 안착된 모습을 기준으로 서술하나, 이제 한정되는 것은 아니며 복수개의 전지(10)가 지면에 수직한 방향으로 적층되고 전지(10)의 수평방향 측면에서 부착될 수도 있음은 해당 기술분야의 통상의 기술자에 있어 자명할 것이다.
나아가, 본 명세서에서는 음극 및 양극 탭이 각각 셀 바디(11)의 양측에서 돌출되고 버스바(20) 역시 셀 바디(11)의 양측에 접합되는 것을 기준으로 서술하나, 이에 한정되는 것은 아니며 음극 및 양극 탭 모두 셀 바디(11)의 일측에서 돌출되고 버스바(20) 역시 셀 바디(11)의 일측에 접합 될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(1)을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 전지 모듈(1)에 포함되는 전지(10)는 내부에 전극 조립체(미도시 됨)를 수용하며 수지층 및 금속층을 포함하는 파우치 형태의 외장재(미도시 됨)로 포장된 셀 바디(11) 및 상기 셀 바디(11)에서 인출된 전극 탭(12)을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(1)은 각각이 전극 탭(12)을 포함하는 복수개의 전지(10) 및 적어도 하나의 개구부(21)가 형성되고 상기 복수개의 전지(10) 간을 전기적으로 연결할 수 있는 버스바(20)를 포함할 수 있다. 이 때의 개구부(21)는 용접시 전극 탭(12)의 적어도 일부를 노출시키며, 상기 전극 탭(12) 각각은 벤딩(bending)되어 버스바(20)의 하방에 위치된 상태로 상기 개구부(21)의 하측 외주연(22)에 접촉됨으로써 상기 복수개의 전지(10)가 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20)는 플레이트 형상에서 측면의 적어도 일부가 두께 방향으로 관통되어 형성된 적어도 하나의 개구부(21)를 포함할 수 있다. 상기 개구부(21)의 일측 외주연(22)에 전극 탭(12)이 접촉되고 버스바(20) 및 전극 탭(12)이 상기 개구부(21)를 통해 용접됨으로써 복수개의 전지(10)가 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때, 하나의 버스바(20)에 형성된 개구부(21)를 통해 접합이 이루어지므로, 두 개 이상의 버스바를 이용하여 전극 탭(12)과 일 버스바 및 상기 일 버스바와 다른 버스바를 접합하는 등 복수의 단계로 분할하여 접합할 필요 없이, 하나의 버스바(20)에 한번의 접합 공정으로 복수개의 전지(10)를 전기적으로 연결할 수 있다. 상기한 접촉 방식 및 용접 방법 등의 구체적인 내용은 후술하도록 한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20)를 나타내고, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라 버스바(20)에 형성된 개구부(21) 중 일 개구부(21)의 단면을 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바(20)는 상호 기 결정된 간격을 가지는 복수개의 개구부(21)를 포함할 수 있고, 접합되는 전지(10)의 개수에 대응한 면적 등의 크기로 형성될 수 있다. 구체적으로, 두 개의 전지(10)를 전기적으로 연결하는 경우, 상기 버스바(20)는 두 개가 군집된 전지(10)의 전극 탭(12)이 용접될 수 있는 면적의 크기로 형성될 수 있다.
또한, 버스바(20)에 복수개의 개구부(21)가 형성되는 경우, 상기 개구부(21) 간의 간격은 하나의 개구부(21)에 접촉되는 전극 탭(12)의 개수에 따라 결정될 수 있다. 구체적으로, 버스바(20)는 두 개의 개구부(21)가 형성되어 각각 하나의 전극 탭(12)과 용접될 수 있으며, 후술할 본 발명의 일 실시예에 따라 하나의 개구부(21)를 통해 두 개 이상의 전극 탭(12)과 용접 될 수도 있다. 이 때, 개구부(21)에 용접되는 전극 탭(12)의 개수는 상기 전극 탭(12)이 포함되는 전지(10)의 개수에 따르는 것이므로, 하나의 개구부(21)에 전기적으로 연결되는 전지(10) 집합체의 두께에 대응하여 개구부(21) 간의 간격이 결정될 수 있다.
한편, 상기 개구부(21)는 전극 탭(12)의 단부에 평행하게 슬릿 형태로 형성될 수 있다. 상기 개구부(21)는 전지(10)의 전극 탭(12)이 돌출되는 길이방향의 수직한 방향과 평행하게 형성될 수 있는데, 개구부(21)가 슬릿 형태로 형성됨에 따라 전극 탭(12) 및 버스바(20) 간 접촉 부위 및 전극 탭(12)의 노출 부위가 많아 지고, 이에 따라 충분한 용접부위 확보가 가능한 바 용접이 견고하게 이루어 질 수 있다. 또한, 차후 용접 및 납땜 시 레이저를 단순히 개구부(21)의 길이방향을 따라 조사시키면 되는 바, 접합 공정을 간소화 하고 전지 모듈(1)의 제조 공정 간 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
나아가, 개구부(21)의 내주면은 하측에서 상측으로 갈수록 단면적이 증가하며 경사지게 형성될 수 있다. 구체적으로, 버스바(20)의 상측에서 바라 보았을 때 하측으로 가까워질수록 개구 부분이 좁아지게 형성될 수 있다. 상기한 바와 같이 개구부(21)가 측단면에서 봤을 때 경사각(θ)을 가지도록 형성됨으로써 차후 용접 과정에서 레이저 조사시 레이저가 개구부(21) 상측 외주연 부분에 막혀 전극 탭(12)과 개구부(21)의 접촉 부위까지 도달하지 못하는 상황을 방지하며, 전극 탭(12)이 접촉되는 개구부(21)의 하측 외주연(22)을 육안으로 확인할 수 있도록 하여 접합 과정에서 용접의 정밀도를 상승시키고 전지 모듈(1)의 품질 및 생산 속도를 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 버스바(20)의 하측면에는 개구부(21)의 중심을 기준으로 양측에 적층되는 전극 탭(12)의 개수에 대응하여 면차(h)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 하나의 개구부(21)의 하측 외주연(22)에는 적층된 적어도 두 개의 전극 탭(12)이 함께 접촉될 수 있고, 상기 적층에 따라 전극 탭(12)이 위치한 높이가 달라지는 바, 위 높이차만큼 버스바(20) 하측면에 면차(h)가 형성될 수 있다. 자세한 내용은 후술하도록 한다.
또한, 개구부(21)의 길이방향에 수직한 방향의 간극은 지나치게 좁으면 접합 과정에서 충분한 용접면적 미확보로 용접이 제대로 이루어지지 않을 수 있고, 지나치게 넓은 경우 필요 이상의 용접이 요구되는 바, 바람직하게는 2mm 내외의 크기로 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 버스바(20)에 전극 탭(12)이 접촉된 모습의 단면을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 전극 탭(12) 중 상호 인접한 적어도 두 개의 전극 탭(12)은 적층되고, 상기 적층된 전극 탭(12) 중 최하측에 위치한 전극 탭(12a) 위에 적층된 적어도 하나의 전극 탭(12b) 단부는 개구부(21)의 하측에 위치될 수 있다. 구체적으로, 복수개의 전극 탭(12) 중 상호 인접한 적어도 두 개의 전극 탭(12)은 적층된 상태로 버스바(20)의 하방에 위치 될 수 있고, 상기 적층된 전극 탭(12) 중 최하측의 전극 탭(12a)을 제외한 나머지 전극 탭(12b) 각각의 단부는 개구부(21)의 하측에 위치됨으로써 차후 용접 과정에서 개구부(21)에 의해 외부로 노출될 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 것과 같이 상호 인접한 두 개의 전극 탭(12)이 하나의 개구부(21)를 통해 접합되는 경우, 전극 탭(12) 한 쌍은 상호 마주보며 적층될 수 있고, 상대적으로 상측에 적층되는 전극 탭(12b) 단부 및 하측 전극 탭(12a)의 일부는 개구부(21)에 의해 외부로 노출 될 수 있다. 이 때, 상기 두 전극 탭(12)은 각각이 버스바(20)의 하측에서 개구부(21)의 하측 외주연(22)에 접촉될 수 있고, 상기 두 전극 탭(12) 간이 용접 등을 통해 접합될 뿐만 아니라 상기 두 전극 탭(12) 각각과 버스바(20) 하측 간의 용접 등을 통해 접합될 수 있다. 이 경우 한 번의 용접 공정을 통해 두 전극 탭(12) 간과 두 전극 탭(12) 각각과 버스바(20) 간의 접합이 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 버스바(20)의 하측면에는 앞서 서술한 것과 같이 전극 탭(12) 하나의 두께만큼 면차(h)가 형성될 수 있다.
한편, 전지(10)는 셀 바디(11)의 외장재가 밀봉되며 셀 바디(11)의 적어도 일 측면을 따라 형성되는 실링부(14)를 포함할 수 있고, 상기 실링부(14) 중 전극 탭(12)이 인출되는 위치에 외장재의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보할 수 있는 절연부재(13)를 더 포함할 수 있다.
또한, 절연부재(13)는 절연성이 손상되지 않는 범위 내에서 벤딩 될 수 있다. 구체적으로, 절연부재(13)가 벤딩됨으로써 절연부재(13) 상측에 노출된 전극 탭(12) 자체가 벤딩되는 경우에 비해 전지(10)에서 버스바(20)까지의 거리가 더 짧아지도록 벤딩시킬 수 있게 되고, 위와 같이 전지(10)와 전극 탭(12)에 안착되는 버스바(20)와의 이격 거리가 감소됨에 따라 전체적인 전지 모듈(1)의 부피를 감소시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 버스바(20)에 세 개의 전극 탭(12)이 접촉된 모습의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 전극 탭(12) 중 상호 인접한 적어도 두 개의 전극 탭(12)은 적층되고, 상기 적층된 전극 탭(12) 중 최하측에 위치한 전극 탭(12a) 위에 적층된 적어도 하나의 전극 탭(12b) 단부는 개구부(21)의 하측에 위치될 수 있는데, 이 때의 적층된 전극 탭(12)은 세 개 이상일 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 것과 같이 상호 인접한 세 개의 전극 탭(12)이 하나의 개구부(21)에 접합되는 경우, 상기 세 개의 전극 탭(12)은 벤딩된 상태로 상호 마주보며 적층될 수 있고, 버스바(20)의 하방에 위치될 수 있다. 이 때, 최하측의 전극 탭(12a)을 제외한 나머지 두 개의 전극 탭(12b, 12c) 단부 각각은 최하측 전극 탭(12a)의 상측에 적층되어 계단 형상으로 위치될 수 있고, 상기 나머지 전극 탭(12b, 12c)들의 각 단부 및 최하측 전극 탭(12a) 일부는 개구부(21)의 하측에 위치되어 용접 시 외부로 노출될 수 있다. 상기 버스바(20) 및 세 개의 전극 탭(12)은 용접을 통해 접합되고 세 개의 전지(10)는 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 개구부(21') 각각에 전극 탭(12') 각각이 접촉된 모습의 단면을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 버스바(20')는 두 개 이상의 개구부(21')를 포함하고, 전극 탭(12') 각각은 상기 개구부(21') 각각의 하측 외주연(22')에 접촉될 수 있다. 구체적으로, 두 개의 전지(10')를 상호 전기적으로 연결하기 위해 두 개의 개구부(21')가 형성된 하나의 버스바(20')가 이용될 수 있다. 이 때, 상기 두 개의 전지(10') 각각에서 인출된 두 개의 전극 탭(12')은 각각이 벤딩되어 개구부(21') 각각의 하측 외주연(22')에 접촉될 수 있고, 이후 상기 전극 탭(12') 각각은 개구부(21')의 하측 외주연(22')과 접촉되는 부분이 용접 등에 의해 접합되고, 상기 두 개의 전지(10')는 버스바(20')를 통해 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 이 때의 개구부(21') 역시 측단면에서 봤을 때 경사각(θ)을 가지도록 형성됨으로써 차후 용접 과정에서 레이저 조사시 레이저가 개구부(21') 상측 외주연 부분에 막혀 전극 탭(12')과 개구부(21')의 접촉 부위까지 도달하지 못하는 상황을 방지하며, 전극 탭(12')이 접촉되는 개구부(21')의 하측 외주연(22')을 육안으로 확인할 수 있도록 하여 접합 과정에서 용접의 정밀도를 상승시키고 전지 모듈(1')의 품질 및 생산 속도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전지 모듈(1)의 제조 방법에 있어서, 복수개의 전지(10)는 군집되고, 상기 복수개의 전지(10) 각각에서 돌출된 전극 탭(12)은 벤딩될 수 있다. 이후, 적어도 하나의 개구부(21)가 형성된 버스바(20)는 벤딩된 전극 탭(12) 상방에 안착될 수 있고, 벤딩된 전극 탭(12)은 버스바(20)의 하방에 위치된 상태로 개구부(21) 하측 외주연(22)에 접촉되어 적어도 일부가 상기 개구부(21)를 통해 외부로 노출될 수 있다, 또한, 버스바(20) 및 전극 탭(12)은 개구부(21)를 통해 접합되어 복수개의 전지(10)가 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때, 상기 버스바(20) 및 상기 전극 탭(12)은 레이저 용접(Laser welding) 및 레이저 납땜(Laser soldering) 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
도 6은 전지 모듈(1)의 제조 방법에 있어서, 버스바(20) 및 전극 탭(12)에 레이저 용접이 가해지는 모습을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 버스바(20) 및 전극 탭(12)에 레이저 용접이 가해지는 모습을 개구부(21) 상측에서 바라본 도면이다.
도 6 및 7을 참조하면, 레이저 용접에 있어서 상기 레이저는 반복적으로 원형을 그리며 조사되며, 상기 원들의 중심은 상기 개구부(21)의 길이방향 축(210)을 따라 위치될 수 있다. 구체적으로, 레이저는 원형이 반복되며 중첩되어 진행되는 와블형식(wobble type)으로 조사될 수 있고, 상기 반복되는 원형의 중심은 슬릿 형태 개구부(21)의 길이방향 중심축을 따라 위치될 수 있다. 상술한 바와 같이 레이저가 원형을 그리며 조사됨에 따라, 버스바(20) 및 전극 탭(12)이 접촉되는 개구부(21)의 하측 외주연(22)이 용융되고, 상기 버스바(20) 및 전극 탭(12)은 접합되어 복수개의 전지(10)를 상호 전기적으로 연결할 수 있다.
이 때, 전극 탭(12)의 적층 후 적층된 전극 탭(12) 하측에 용접 보조부재(30)를 삽입하여 용접 간 안전성을 확보하고 용접을 용이하게 할 수 있다. 구체적으로, 적층된 전극 탭(12)과 셀 바디(11) 사이의 공간에 용접 보조부재(30)가 삽입됨으로써 적층된 전극 탭(12) 및 버스바(20)가 밀착될 수 있고, 용접 간 용접 부위가 이격되어 발생할 수 있는 용접 불량 등의 문제를 미연에 방지할 수 있다. 또한, 레이저가 조사되는 방향의 전극 탭(12) 하측에 위치됨으로써, 과도한 레이저 조사로 인해 전극 탭(12) 아래까지 레이저가 조사되는 경우 레이저가 셀 바디(11)에 직접 조사되어 발생할 수 있는 폭발, 화재 등의 위험을 방지할 수 있다.
나아가, 전극 탭(12) 중 상호 인접한 적어도 두 개의 전극 탭(12)이 적층되고, 적층된 전극 탭(12) 중 최하측에 위치한 전극 탭(12) 위에 적층된 적어도 하나의 전극 탭(12) 단부는 상기 개구부(21)에 의해 노출되어 용접될 수 있다. 위와 같이 접합 과정에서 용접 부위가 외부로 노출됨에 따라 전극 탭(12)이 접촉되는 개구부(21)의 하측 외주연(22)을 육안으로 확인할 수 있고, 용접의 정밀도를 상승시켜 전지 모듈(1)의 품질 및 생산 속도를 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 전극 탭(12)은 세 개 이상 적층되어 개구부(21)를 통해 노출될 수 있으나, 자세한 내용은 앞서 서술한 내용과 동일한 바 생략한다.
도 8은 전지 모듈(1)의 제조 방법에 있어서, 버스바(20) 및 전극 탭(12)에 레이저 납땜이 가해지는 모습을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 버스바(20) 및 전극 탭(12)에 레이저 납땜이 가해지는 경우 개구부(21)의 단면을 나타낸 도면이다.
도 8 및 9를 참조하면, 상기 버스바(20) 및 전극 탭(12)은 레이저 용접뿐 아니라 레이저 납땜에 의해서도 접합될 수 있다. 개구부(21)에 접합부재(40)가 삽입되고, 접합부재(40)가 상기 레이저에 의해 용융됨으로써 상기 버스바(20) 및 상기 전극 탭(12)은 전기적으로 연결될 수 있다. 위와 같이, 두 개 이상의 모재를 직접 용융시켜 접합하는 것이 아닌 전기 전도성을 가진 접합부재(40)를 용융시켜 두 개 이상의 모재 간을 쉽게 접합할 수 있다.
구체적으로, 개구부(21)의 하측 외주연(22)에 적어도 하나의 전극 탭(12)이 접촉되어 상기 전극 탭(12)의 적어도 일부가 외부로 노출되는 경우, 위 노출 부위 상측 및 상기 개구부(21) 내에 전기 전도성을 가진 접합부재(40)가 삽입되고, 상기 접합부재(40)와 레이저(L)를 동시에 이동시킴으로써 개구부(21)상의 접합부재(40)가 레이저(L) 등의 가열수단에 의해 용융되어 상기 버스바(20) 및 적어도 하나의 전극 탭(12)이 접합되고 복수개의 전지(10)가 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
위와 같이 레이저 납땜에 의한 경우, 재질이 다른 두 개 이상의 모재를 접합 하는 경우에도 두 개 이상의 모재를 직접 용융시켜 용접하는 경우 상호 녹는점이 달라 생길 수 있는 용접 불량 등의 문제를 방지할 수 있고, 접합 과정에서 접촉 부위가 이격되는 경우에도 용융된 접합부재(40)가 상기 이격된 공간에 유입됨으로써 버스바(20) 및 전극 탭(12)의 접합이 용이해지고 전지 모듈(1)의 품질이 향상될 수 있다.
한편, 위와 같이 레이저 납?た? 의한 경우에도, 앞서 서술한 바와 같이 하나의 개구부(21)에 적어도 두 개의 전극 탭(12)이 동시에 접합될 수 있고, 적어도 두 개의 개구부(21)에 전극 탭(12) 각각이 접합되어 복수개의 전지(10)가 상호 전기적으로 연결될 수도 있음은 통상의 기술자에 있어 자명할 것이다.
또한, 본 명세서에서는 레이저에 의해 납땜이 이루어지는 것으로 서술되었으나, 이에 한정되는 것은 아니고 전기 아크(arc) 등 접합부재(40)를 용융시킬 수 있는 열원이라면 기타 가열 수단이 이용될 수도 있다.
한편, 레이저 용접 또는 레이저 납땜이 가해지는 접합부분과 관련하여, 본 명세서 도 7 및 도 8의 레이저 용접 및 레이저 납땜은 개구부(21)의 길이방향 축(210)을 따라 개구부(21) 전체에 가해지는 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것으로 이에 한정되지 않고, 버스바(20) 및 전극 탭(12)의 접합이 충분히 유지될 수 있을 정도의 접합 면적이면 충분하다.
또한, 개구부(21)의 길이는 특별히 한정되지 않고, 전극 탭(12)과 버스바(20)가 충분히 접합될 수 있을 정도의 접합 면적이 확보될 수 있을 정도면 충분하다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1 : 전지 모듈
10, 10' : 전지
11 : 셀 바디
12, 12a, 12b, 12c, 12' : 전극 탭
13, 13' : 절연부재
14, 14' : 실링부
20, 20' : 버스바
21, 21' : 개구부
210 : 개구부의 길이방향 축
22, 22' : 외주연
30 : 용접 보조부재
40 : 접합부재
θ : 경사각
h : 면차
L : 레이저

Claims (17)

  1. 각각이 벤딩된 전극 탭을 포함하는 복수개의 전지; 및
    적어도 하나의 개구부가 형성되고, 상기 복수개의 전지간을 전기적으로 연결하는 버스바;를 포함하고,
    상기 전극탭들은,
    각각 벤딩된 상태에서 상기 개구부의 외주연에 접촉되어 상기 개구부를 통해 상기 버스바와 접합되며, 상기 복수개의 전지가 상호 전기적으로 연결되는 전지모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 개구부는 슬릿(slit) 형태로 형성된, 전지 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 개구부의 내주면은 하측에서 상측으로 갈수록 단면적이 증가하며 경사지게 형성된, 전지 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 탭 중 상호 인접한 적어도 두 개의 전극 탭은 적층되고,
    상기 적층된 전극 탭 중 최하측에 위치한 전극 탭 위에 적층된 적어도 하나의 전극 탭 단부는 상기 개구부의 하측에 위치되는, 전지 모듈.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 적층된 전극 탭은 세 개 이상인, 전지 모듈.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 버스바의 하측면에는,
    상기 개구부의 중심을 기준으로 양측에 상기 적층되는 전극 탭의 개수에 대응하여 면차가 형성된, 전지 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 버스바는,
    두 개 이상의 개구부를 포함하고,
    상기 전극 탭 각각은 적어도 하나의 상기 개구부 하측 외주연에 접촉되는, 전지 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극탭들 중 상기 개구부를 통해 노출되는 부분은 상기 버스바와 레이저용접되는, 전지모듈.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 개구부에 배치되는 접합부재로서, 상기 버스바와 상기 전극탭들을 전기적으로 연결하는 접합부재;를 더 포함하는 전지모듈.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 접합부재는, 레이저 납땜을 통해 용융되어 상기 버스바와 상기 전극탭을 전기적으로 연결하는 전지모듈.
  11. 벤딩된 전극탭을 갖는 복수개의 전지와, 개구부가 형성된 버스바를 구비하고,
    상기 전극탭의 상기 벤딩된 부분이 상기 개구부를 통해 노출되게 상기 개구부의 하측외주연에 접촉되도록 상기 버스바를 배치하고,
    상기 복수개의 전지가 상호 전기적으로 연결되도록 상기 버스바와 상기 벤딩된 부분을 상기 개구부를 통해 접합하는 전지모듈 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 버스바 및 상기 전극 탭은 레이저 용접(Laser welding) 및 레이저 납땜(Laser soldering) 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결되는, 전지 모듈 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 레이저 용접에 있어서,
    상기 레이저는 반복적으로 원형을 그리며 조사되며, 상기 원들의 중심은 상기 개구부의 길이방향 축을 따라 위치되는, 전지 모듈 제조 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 레이저 납땜에 있어서,
    상기 개구부에 접합부재가 삽입되고,
    상기 접합부재가 상기 레이저에 의해 용융됨으로써 상기 버스바 및 상기 전극 탭은 전기적으로 연결되는, 전지 모듈 제조 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 전극 탭 중 상호 인접한 적어도 두 개의 전극 탭이 적층되고,
    상기 적층된 전극 탭 중 최하측에 위치한 전극 탭 위에 적층된 적어도 하나의 전극 탭 단부는 상기 개구부에 의해 노출되는, 전지 모듈 제조 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 전극 탭은 세 개 이상 적층되는, 전지 모듈 제조 방법.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 개구부는 두 개 이상 형성되고,
    상기 전극 탭 각각은 상기 개구부 각각의 하측 외주연에 접촉되는, 전지 모듈 제조 방법.


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