KR102407054B1 - 평평한 일면을 갖는 전극 탭을 포함하는 배터리 - Google Patents
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Abstract
양극 조립체; 음극 조립체; 및 상기 양극 조립체 및 상기 음극 조립체 사이에 배치된 분리막을 포함하고, 상기 양극 조립체 또는 상기 음극 조립체는, 전극 기재; 상기 전극 기재의 일부 영역에 도포된(deposited) 활물질; 및 상기 전극 기재 중 상기 활물질이 도포되지 않는 다른 일부영역에 부착된 전극 탭을 포함하고, 상기 전극 기재와 접하는 상기 전극 탭의 일면의 적어도 일부영역에 하나 이상의 돌기들이 형성되고, 상기 일면과 반대 방향의 상기 전극 탭의 다른(another) 일면은 실질적으로 평평한 배터리가 소개된다.이 밖의 다른 실시예가 가능하다.
Description
본 발명의 다양한 실시예들은 전극 기재 및 전극 탭이 결합된 전극 조립체를 갖는 배터리, 그 생산 방법, 그리고 상기 배터리를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
전자 장치에 장착되는 배터리는 부피는 감소하면서 그 용량은 증가하는 방향으로 개발되고 있다. 배터리는 다양한 방법으로 제조되고 있고, 다양한 방법의 하나로 젤리롤(Jelly Roll)형상으로 말아져 패킹될 수 있다.
전자 장치의 배터리를 구성하는 부품은 좁은 공간에 집적되어 배치되는바 예상치 못한 전극 상호간의 간섭 또는 분리막 등 기타 부재들과의 물리적 전기적 화학적 간섭이 발생할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들은 물리적 간섭을 줄이기 위해 전극 기재와 전극 탭이 융착되는 부분의 표면을 균일하고 매끄럽게 형성할 수 있는 전극 조립체 및 그 생산방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리는 양극 조립체; 음극 조립체; 및 상기 양극 조립체 및 상기 음극 조립체 사이에 배치된 분리막을 포함하고, 상기 양극 조립체 또는 상기 음극 조립체는, 전극 기재; 상기 전극 기재의 일부영역에 도포된(deposited) 활물질; 및 상기 전극 기재 중 상기 활물질이 도포되지 않는 다른 일부영역에 부착된 전극 탭을 포함하고, 상기 전극 기재와 접하는 상기 전극 탭의 일면 의 적어도 일부영역에 하나 이상의 돌기들이 형성되고, 상기 일면과 반대 방향의 상기 전극 탭의 다른(another) 일면 은 실질적으로 평평할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치에 있어서, 하우징; 상기 하우징에 적어도 일부가 수용된(accommodated) 디스플레이; 및 상기 하우징에 적어도 일부가 수용된 배터리;를 포함하고, 상기 배터리는, 양극 조립체; 음극 조립체; 및 상기 양극 조립체 및 상기 음극 조립체 사이에 배치된 분리막을 포함하고, 상기 양극 조립체 또는 상기 음극 조립체는, 전극 기재; 상기 전극 기재의 일부영역에 도포된 활물질; 및 상기 전극 기재 중 상기 활물질이 도포되지 않는 다른 일부영역에 부착된 전극 탭을 포함하고, 상기 전극 기재와 접하는 상기 전극 탭의 일면 의 적어도 일부영역에 하나 이상의 돌기들이 형성되고, 상기 일면과 반대 방향의 상기 전극 탭의 다른(another) 일면 은 실질적으로 평평할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 생산방법은 양극 조립체, 음극 조립체, 및 상기 양극 조립체와 상기 음극 조립체 사이에 배치된 분리막을 포함하는 배터리 생산 방법에 있어서, 상기 양극 조립체 및 상기 음극 조립체 중 대응하는 극 조립체에 사용될 전극 기재를 공급하는 동작; 상기 전극 기재의 일부영역에 활물질을 도포하는 동작; 및 상기 전극 기재의 다른 일부영역에 전극 탭을 부착하는 동작;을 포함하고, 상기 전극 탭을 상기 부착하는 동작은, 상기 전극 탭의 실질적으로 평평한 제 1 면과 반대 방향의 제 2 면의 적어도 일부영역에 하나 이상의 돌기들을 형성하는 동작; 및 상기 전극 탭의 상기 제 2 면의 상기 적어도 일부영역이 상기 전극 기재에 부착되도록 상기 하나 이상의 돌기들을 상기 전극 기재에 결합하는 동작;을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는 전극 기재와 전극 탭이 융착된 부분의 표면을 균일하고 매끄럽게 형성할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체가 생산되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 조립체, 분리박 및 음극 조립체를 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 전극 탭과 전극 기재가 융착되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체가 기타 부재와 함께 배터리로 패킹된 상태를 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전극 탭의 돌기 형상을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리가 포함된 전자 장치의 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 생산과정을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 조립체, 분리박 및 음극 조립체를 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 전극 탭과 전극 기재가 융착되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체가 기타 부재와 함께 배터리로 패킹된 상태를 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전극 탭의 돌기 형상을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리가 포함된 전자 장치의 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 생산과정을 나타낸 순서도이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 문서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다. 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 예를 들면, 스마트폰, 태블릿 PC, 이동 전화기, 영상 전화기, 전자책 리더기, 데스크탑 PC, 랩탑 PC, 넷북 컴퓨터, 워크스테이션, 서버, PDA, PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 의료기기, 카메라, 또는 웨어러블 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드 또는 문신), 또는 생체 이식형 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 전자 장치는, 예를 들면, 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스, 홈 오토매이션 컨트롤 패널, 보안 컨트롤 패널, 미디어 박스(예: 삼성 HomeSyncTM, 애플TVTM, 또는 구글 TVTM), 게임 콘솔(예: XboxTM, PlayStationTM), 전자 사전, 전자 키, 캠코더, 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 전자 장치는, 각종 의료기기(예: 각종 휴대용 의료측정기기(혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등), 네비게이션 장치, 위성 항법 시스템(GNSS(global navigation satellite system)), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트 장치, 선박용 전자 장비(예: 선박용 항법 장치, 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안 기기, 차량용 헤드 유닛(head unit), 산업용 또는 가정용 로봇, 드론(drone), 금융 기관의 ATM, 상점의 POS(point of sales), 또는 사물 인터넷 장치 (예: 전구, 각종 센서, 스프링클러 장치, 화재 경보기, 온도조절기, 가로등, 토스터, 운동기구, 온수탱크, 히터, 보일러 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 전자 장치는 가구, 건물/구조물 또는 자동차의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 수신 장치(electronic signature receiving device), 프로젝터, 또는 각종 계측 기기(예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 전자 장치는 플렉서블하거나, 또는 전술한 다양한 장치들 중 둘 이상의 조합일 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다. 본 문서에서, 사용자라는 용어는 전자 장치를 사용하는 사람 또는 전자 장치를 사용하는 장치(예: 인공지능 전자 장치)를 지칭할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른, 모듈, 프로그램 모듈 또는 다른 구성 요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 적어도 일부 동작이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)가 생산되는 과정을 전극 탭(110)과 전극 기재(120)의 결합부(113, 도 3참조)를 중심적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하여 살펴보면 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 양극 조립체(101, 도 4참조) 또는 음극 조립체(103, 도 4참조)를 의미할 수 있다. 전극 조립체(100)는 전극 탭(110)과 전극 기재(120) 및 활물질(125)을 포함할 수 있다. 결합부(113, 도 3 및 도 7참조)란 후술하게 될 전극 탭(110)과 전극 기재(120)가 접촉하여 결합되는 결합면(113a, 도 7참조)과 결합면(113a, 도 7참조)의 반대면인 결합타면(113b, 도 7참조)을 통칭할 수 있다. 구체적으로 결합타면(113b, 도 7참조)이란 결합면(113a, 도 7참조)의 전극 탭(110)측 반대면과 전극 기재(120)측 반대면을 모두 의미할 수 있다.본 발명을 설명하는 과정에서 결합부(113, 도 3 및 도 7참조), 결합면(113a, 도 7참조) 및 결합타면(113b, 도 7참조)은 본 발명에 따른 일 실시예로서 융착에 의해 형성되는 융착부(113, 도 3 및 도 7참조), 융착면(113a, 도 7참조) 및 융착타면(113b, 도 7참조)일 수 있다.
전극 기재(120)는 전극의 기본 골격을 형성하는 것으로 일부영역(121)에 활물질(125)이 도포될 수 있다. 도포되는 활물질(125)의 종류에 따라 배터리의 종류(예: 리튬이온 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지 등)가 변경될 수 있으며, 극성(예: 양극, 음극)이 변경될 수 있다. 예를 들어, 활물질(125)은 코발트산 리튬(lithium cobalt oxide), 니켈산 리튬(lithium nickel oxide), 니켈 코발트산 리튬(lithium nickel cobalt oxide), 니켈 코발트 알루미늄산 리튬(lithium nickel cobalt aluminum oxide), 니켈 코발트 망간산 리튬(lithium nickel cobalt manganese oxide), 망간산 리튬(lithium manganese oxide) 및 인산철 리튬(lithium iron phosphate)과 같은 리튬 전이금속 산화물(lithium transition metal oxides), 황화 니켈(nickel sulfides), 황화 구리(copper sulfides), 황(sulfur), 산화철(iron oxides), 금속(metals), 탄소계 재료(carbon-containing materials), 금속산화물(metal oxides) 및 리튬금속질화물(lithium metal nitrides) 및 산화 바나듐(vanadium oxides) 으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
전극 기재(120)는 전도성을 띄는 금속물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 구리(copper), 스테인레스강(stainless steel), 니켈(nickel), 알루미늄(aluminum) 및 티탄(titanium)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 또한, 전극 기재(120)는 도포되는 활물질(125)의 종류에 따라 전극 기재(120)의 표면에 도금공정이 적용될 수도 있다.
전극 탭 원단은 판상으로 두루마리에 권취된 롤(roll) 형상으로 공급될 수 있으며, 권출하여 일정 크기로 재단한 뒤 사용할 수 있다. 재단된 전극 탭(110)은 전극 탭 이송장치(150)를 통해 이동되며, 돌기가 형성된 지그(140)에 의해 전극 탭의 융착부(113, 도 3 및 도 7참조)가 압착되어 후술하게 될 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같은 융착 돌기(111)가 가공될 수 있다. 전극 탭의 융착부(113, 도 3 및 도 7참조)는 전극 탭(110) 측의 융착면(113a, 도 7참조) 과 융착타면(113b, 도 7참조) 을 )을 의미할 수 있다.
융착 돌기(111)가 가공된 전극 탭(110)은 전극 기재(120)의 다른 일부영역(123)의 표면에 안착되며, 안착된 부분이 상호 융착되어 전극 탭(110)과 전극 기재(120)가 결합된 전극 조립체(100)가 형성될 수 있다. 전극 탭(110)은 후술하게 될 융착타면(113b, 도 7참조)의 균일성을 위하여 전극 기재(120)와 동일하거나 유사한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 알미늄 또는 구리 재질로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 초음파 융착장치(130)가 전극 탭(110)을 전극 기재(120)에 융착시키는 과정을 나타낸 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 탭 이송장치(150)가 전극 탭의 융착면(113a, 도 7참조)을 전극 기재(120)의 다른 일부영역(123) 표면에 안착시키면 초음파 융착장치(130)가 안착된 부분을 압착하여 전극 탭(110)과 전극 기재(120)를 상호 결합시킬 수 있다.
초음파 융착장치(130)는 혼(horn, 131)과 앤빌(anvil, 133)을 포함할 수 있다. 혼(131)과 앤빌(133)이 전극 탭(110) 또는 전극 기재(120)와 접촉하는 면은 요철 또는 불규칙적 돌기가 형성되지 않고 평평하게 형성될 수 있다.
앞서 설명한 지그(140)를 통해 전극 탭의 융착면(113a, 도 7참조)에 융착 돌기(111)가 형성되고, 융착 돌기(111)가 형성된 전극 탭의 융착면(113a, 도 7참조)이 전극 기재(120)에 안착된 상태에서 상기 혼(131)과 상기 앤빌(133)에 의해 압착되면, 압착 후 융착타면(113b, 도 7참조)은 평평하게 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)로 앞서 설명한 바와 같이 초음파 융착장치(130)에 의하여 전극 기재(120)와 전극 탭(110)이 융착된 상태를 나타낸 도면이다. 전극 기재(120)와 전극 탭(110)이 융착되는 과정에서, 전극 탭(110)에 형성된 융착 돌기(111)가 전극 기재(120)의 표면을 관통하거나 손상시킬 수 있으나, 실질적으로 평평하게 형성된 혼(131)과 앤빌(133)에 의하여 융착타면(113b, 도 7참조)이 다시 균일하거나 매끄럽게 형성될 수 있다.
도 3에서는 전극 기재(120)가 활물질(125)이 도포된 일부영역(121)과 전극 탭(110)이 결합된 다른 일부영역(123)이 임의의 경계선을 기준으로 이분할 된 것으로 도시되어 있으나 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 일부영역(121)은 전극 기재의 융착면(113a, 도 7참조)을 제외한 나머지 영역으로 설정될 수 있으며, 이에 따라 전극 기재의 융착면(113a, 도 7참조)을 제외한 나머지 영역에 활물질(125)이 도포될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 조립체(101), 분리막(200) 및 음극 조립체(103)를 나타낸 도면이다.
앞서 설명한 바와 같이 양극 조립체(101) 또는 음극 조립체(103)는 전극 기재(120), 활물질(125) 및 전극 탭(110)을 포함할 수 있다. 양극 조립체(101)와 음극 조립체(103)는 도포되는 활물질(125)의 종류에 의해 구분될 수 있다.
양극 조립체(101)와 음극 조립체(103) 사이에는 분리막(200)이 배치될 수 있으며, 양극 조립체(101)와 음극 조립체(103) 및 분리막(200)이 결합된 상태로 후술하게 될 도 8과 같은 형상으로 권취되어, 배터리로 패킹될 수 있다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 탭(110)과 전극 기재(120)가 융착되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 7은 전극 탭(110)과 전극 기재(120)가 융착된 단면을 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 6을 참조하여 살펴보면, 융착 돌기(111)가 형성된 전극 탭의 융착면(113a, 도 7참조)이 전극 기재(120)의 표면에 안착되고, 안착된 부분을 혼(131)과 앤빌(133)이 압착하여 융착시킬 수 있다.
융착 돌기(111)는 전극 탭이 전극 기재(120)를 향하는 일면에 형성될 수 있다. 융착 돌기(111)는 면과 면사이의 결합에 있어서 전단응력을 강화시키는 역할을 할 수 있다. 융착 돌기(111)가 없이 평평한 면끼리의 결합은 면 사이의 마찰력만이 전단응력으로 작용할 수 있다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 탭(110)과 같이 융착 돌기(111)가 형성된 경우 융착 돌기(111)가 전극 기재(120)의 표면을 관통하거나 표면을 변형시키며 결합하는바 마찰력뿐만 아니라 융착 돌기(111)에 의한 물리적 결합력도 함께 작용하여 전단응력이 강해지는 효과가 발생할 수 있다.
다만, 앞서 설명한 바와 같이 전극 탭(110)과 전극 기재(120)의 융착타면(113b, 도 7참조)은 젤리롤 형상으로 권취되어 배터리로 패킹되는 과정에서 근접하는 다른 전극에 영향을 줄 수 있는바, 전극 탭(110)이 전극 기재(120)과 접촉하는 일면에만 융착 돌기(111)가 형성되도록 할 수 있다.
도 7을 참조하여 살펴보면, 전극 탭의 융착면(113a)에 형성된 융착 돌기(111)가 전극 기재(120)의 표면을 관통하거나, 표면을 손상시키더라도, 혼(131)과 앤빌(133)에 의하여 압착되는 과정에서 융착타면(113b)이 균일하거나 매끄럽게 형성될 수 있다. 이를 통해 배터리 패키징을 위하여 권취 되더라도 융착타면(113b)이 다른 전극에 미치는 영향을 제거할 수 있다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전극 탭(110)의 돌기(111) 형상을 나타낸 도면이다. 전극 탭(110)의 돌기(111)는 융착 돌기(111)일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 돌기(111)의 형상으로, 돌기(111)의 높이가 전극 기재(120)의 두께보다 짧게 형성된 경우를 나타낼 수 있다. 돌기(111)의 높이가 전극 기재(120)의 두께보다 짧게 형성되면 돌기(111)가 전극 기재(120)를 관통하여 손상시킬 가능성이 낮아지고, 융착타면(113b, 도 7참조)의 표면이 실질적으로 평평하게 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 돌기(111)의 길이가 다양하게 형성된 형상을 나타낸 도면이다.
예를 들어 제 1 길이를 갖도록 형성된 제 1 돌기 셋(111a)과 제 2 길이를 갖도록 형성된 제 2 돌기 셋(111b)을 포함할 수 있다. 제 1 돌기 셋 및 제 2 돌기 셋은 돌기를 적어도 하나이상을 포함하는 개념일 수 있다.
서로 다른 길이의 돌기(111)를 배치하여 전극 탭(110)과 전극 기재(120)가 융착되는 깊이를 조절하여 결합력을 조절할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 돌기(111)의 형상이 다양하게 구비된 형상을 나타낸 도면이다.
예를 들어 제 1 형상을 갖도록 형성된 제 3 돌기 셋(111c)과 제 2 형상을 갖도록 형성된 제 4 돌기 셋(111d)을 포함할 수 있다.
예를 들어 제 1 형상은 돌기의 끝단을 날카롭게 하여 전극 기재와 결합 깊이가 깊어지도록 할 수 있다. 제 2 형상은 돌기의 끝단을 편평하게 하여 전극 기재와 결합 면적이 넓어지도록 할 수 있다.
앞서 설명한 바와 마찬가지로 제 3 돌기 셋(111c) 및 제 4 돌기 셋(111d)은 돌기를 적어도 하나이상을 포함하는 개념일 수 있다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 돌기(111)의 형상 중 하나를 나타낸 도면이다.
돌기(111)의 형상을 앞서 설명한 바와 같이 끝단만을 날카롭게, 편평하게 또는 각진 모양으로 형성할 수 있으며, 둥글게 형성할 수도 있다. 또한 돌기의 전체적인 형상을 깔때기, 마름모, 사각 기둥, 사각 뿔 또는 원통으로 형성할 수도 있다.
이와같은 형상의 변화를 통하여 전극 탭과 전극 기재의 결합 깊이 면적을 조절하여 전극 탭과 전극 기재의 결합력을 조절할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)가 기타 부재와 함께 배터리로 패킹된 상태를 나타낸 도면이고, 도 13은 패킹된 배터리를 내장하는 전자 장치를 나타낸 도면이다.
상술한 전극 조립체(100)는 전극 기재(120a, 120b)의 일부영역에 도포되는 활물질(125a, 125b)에 의하여 양극 조립체(101, 도 4참조) 또는 음극 조립체(103, 도 4참조)으로 활용될 수 있다. 예를 들어 리튬이온이 전도성을 향상시키는 도전제 및 전극 기재(120)와의 결합력을 향상시키는 바인더와 함께 섞여 도포되면 양극이 될 수 있고, 도전제 및 바인더와 함께 흑연이 섞여 도포되면 음극이 될 수 있다.
양극과 음극 사이에는 분리막(200) 위치할 수 있으며, 도 12에 도시된 바와 같이 젤리롤(jelly roll) 형상으로 권취되어 패킹됨으로써 배터리가 될 수 있다. 양극 조립체(101, 도 4참조) 및 음극 조립체(103, 도 4참조)의 접촉에 의한 합선을 방지하기 위하여 양극 조립체(101, 도 4참조), 음극 조립체(103, 도 4참조) 및 분리막(200)의 권취되는 방향에 따라, 양극 조립체(101, 도 4참조)또는 음극 조립체(103, 도 4참조)의 일측 표면에 절연막이 추가적으로 배치될 수 있다.
전극 기재(120a, 120b)와 전극 탭(110a, 110b)의 융착타면(113b, 도 7참조)이 균일하고 매끄럽게 형성됨에 따라 전극 조립체가 권취되어 패킹되더라고, 융착타면(113b, 도 7참조)이 인접하는 다른 전극에 미치는 영향을 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리는 양극 조립체(101); 음극 조립체(103); 및 상기 양극 조립체(101) 및 상기 음극 조립체(103) 사이에 배치된 분리막을 포함하고, 상기 양극 조립체(101) 또는 상기 음극 조립체(103)는, 전극 기재; 상기 전극 기재의 일부영역(121)에 도포된(deposited) 활물질(125); 및 상기 전극 기재 중 상기 활물질(125)이 도포되지 않는 다른 일부영역(123)에 부착된 전극 탭(110)을 포함하고, 상기 전극 기재(120)와 접하는 상기 전극 탭(110)의 일면 의 적어도 일부영역에 하나 이상의 돌기(111, 도 5참조)들이 형성되고, 상기 일면과 반대 방향의 상기 전극 탭(110)의 다른(another) 일면은 실질적으로 평평할 수 있다.
상기 전극 탭은, 상기 양극 조립체(101), 상기 분리막(200, 도 4참조) 및 상기 음극 조립체(103)가 감겨져 있는 상태에서, 상기 하나 이상의 돌기(111, 도 5참조)들이 상기 분리막(200, 도 4참조)을 손상시키지 않도록 상기 전극 기재(120)에 부착될 수 있다.
상기 전극 기재(120)의 상기 전극 탭(110)과 접하지 않는 일면은 실질적으로 평평할 수 있다.
상기 하나 이상의 돌기(111, 도 5참조)들의 길이는 상기 전극 기재(120)의 두께보다 작을 수 있다.
상기 하나 이상의 돌기들은 제 1 길이를 갖는 하나 이상의 제 1 돌기 셋(111a, 도 9참조) (set) 과 제 2 길이를 갖는 하나 이상의 제 2 돌기 셋(111b, 도 9참조)을 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 돌기들은 제 1 형상을 갖는 하나 이상의 제 3 돌기 셋(111c, 도 10참조) 과 제 2 형상을 갖는 하나 이상의 제 4 돌기 셋(111d, 도 10참조)을 포함할 수 있다.
상기 전극 탭(110)은 상기 하나 이상의 돌기(111)들이 상기 전극 기재(120)에 융착되어 부착될 수 있다.
상기 전극 탭(110)과 상기 전극 기재(120)의 융착면(113a, 도 7참조)은 상기 전극 탭(110)과 상기 전극 기재(120)의 접촉면적 중 적어도 일부에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치에 있어서, 하우징(1301, 도 13참조); 상기 하우징에 적어도 일부가 수용된(accommodated) 디스플레이(1303, 도 13참조); 및 상기 하우징(1301, 도 13참조)에 적어도 일부가 수용된 배터리(1305, 도 13참조);를 포함하고, 상기 배터리(1305, 도 13참조)는, 양극 조립체(101); 음극 조립체(103); 및 상기 양극 조립체(101) 및 상기 음극 조립체(103) 사이에 배치된 분리막(200)을 포함하고, 상기 양극 조립체(101) 또는 상기 음극 조립체(103)는, 전극 기재(120); 상기 전극 기재(120)의 일부영역(121)에 도포된 활물질(125); 및 상기 전극 기재(120) 중 상기 활물질(125)이 도포되지 않는 다른 일부영역(123)에 부착된 전극 탭(110)을 포함하고, 상기 전극 기재(120)와 접하는 상기 전극 탭(110)의 일면 의 적어도 일부영역에 하나 이상의 돌기(111)들이 형성되고, 상기 일면과 반대 방향의 상기 전극 탭(110)의 다른(another) 일면은 실질적으로 평평할 수 있다.
상기 전극 탭(110)은, 상기 배터리가 감겨져 있는 상태에서, 상기 돌기가 상기 분리막(200, 도 4참조)을 손상시키지 않도록 상기 전극 기재(120)에 부착될 수 있다.
상기 전극 기재(120)의 상기 전극 탭(110)과 접하지 않는 일면은 실질적으로 평평할 수 있다.
상기 전극 탭(110)의 상기 하나 이상의 돌기(111, 도 8참조)들의 길이는 상기 전극 기재의 두께보다 작을 수 있다.
상기 하나 이상의 돌기들은 제 1 길이를 갖는 하나 이상의 제 1 돌기 셋(111a, 도 9참조)과 제 2 길이를 갖는 하나 이상의 제 2 돌기 셋(111b, 도 9참조)을 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 돌기들은 제 1 형상을 갖는 하나 이상의 제 3 돌기 셋(111c, 도 10참조) 과 제 2 형상을 갖는 하나 이상의 제 4 돌기 셋(111d, 도 10참조)을 포함할 수 있다.
상기 전극 탭은 상기 하나 이상의 돌기들이 상기 전극 기재에 융착되어 부착될 수 있다.
상기 전극 탭(110)과 상기 전극 기재(120)의 융착면(113a, 도 7참조)은 상기 전극 탭(110)과 상기 전극 기재(120)의 접촉면적 중 적어도 일부에 형성될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 생산과정을 나타낸 순서도이다.
전극 기재는 전극 기재가 공급되는 동작(1401) 공급된 전극 기재에 활물질을 도포하는 동작(1403)을 통해 생산될 수 있다.
전극 탭은 전극 탭 원단이 공급되는 동작(1405), 공급된 원단을 설계된 전극 탭의 크기에 따라 재단하는 동작(1407) 및 전극 탭의 융착면에 융착 돌기를 형성하는 동작(1409)을 통해 생산될 수 있다.
구체적으로 전극 탭 원단은 판상으로 두루마리에 권취된 롤 형상으로 공급될 수 있다. 전극 탭 원단은 두루마리에서 권출되어 공급(1405)될 수 있다. 전극 탭 원단은 절단기를 이용하여 일정 크기로 재단(1407)하여 사용될 수 있다. 재단된 전극 탭은 전극 탭 이송장치(150)를 통해 이송되며, 돌기가 형성된 지그(140)에 의해 융착부가 압착되어 융착 돌기(111)가 가공(1409)될 수 있다.
상술한 전극 기재가 공급되는 동작(1401), 전극 기재에 활물질을 도포하는 동작(1403)은 전극 탭은 전극 탭 원단이 공급되는 동작(1405), 공급된 원단을 설계된 전극 탭의 크기에 따라 재단하는 동작(1407) 및 전극 탭의 융착면에 융착 돌기를 형성하는 동작(1409)보다 나중에 수행될 수도 있고, 동시에 수행될 수도 있다.
상술한 과정을 통해 생산된 전극 탭(110)은 전극 탭 이송장치(150)를 통해 전극 기재(120)로 이동되고, 전극 기재(120)에 안착 및 안착된 부위를 초음파 융착하여 결합하는 과정(1411)을 통해 전극 조립체가 생산될 수 있다.
초음파 융착과정에서 사용되는 초음파 융착장치(130, 도 5 참조)의 혼(131)과 앤빌(133)은 전극 기재(120) 또는 전극 탭(110)과 접촉되는 면이 실질적으로 평평하게 형성될 수 있다. 이를 통해 융착타면(113b, 도 7 참조)의 표면을 균일하거나 매끄럽게 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 생산방법은 양극 조립체(101, 도 4참조), 음극 조립체(103, 도 4참조), 및 상기 양극 조립체(101, 도 4참조)와 상기 음극 조립체(103, 도 4참조) 사이에 배치된 분리막(200, 도 4참조)을 포함하는 배터리 생산 방법에 있어서, 상기 양극 조립체(101, 도 4참조) 및 상기 음극 조립체(103, 도 4참조) 중 대응하는 극 조립체에 사용될 전극 기재를 공급하는 동작(1401); 상기 전극 기재의 일부영역에 활물질(125)을 도포하는 동작(1403); 및 상기 전극 기재의 다른 일부영역에 전극 탭을 부착하는 동작(1411);을 포함하고, 상기 전극 탭을 상기 부착하는 동작(1411)은, 상기 전극 탭의 실질적으로 평평한 제 1 면과 반대 방향의 제 2 면의 적어도 일부영역에 하나 이상의 돌기들을 형성하는 동작(1409); 및 상기 전극 탭의 상기 제 2 면의 상기 적어도 일부영역이 상기 전극 기재에 부착되도록 상기 하나 이상의 돌기들을 상기 전극 기재에 결합하는 동작(1411);을 포함할 수 있다.
상기 형성하는 동작(1409)은, 돌기가 형성된 지그를 이용하여 상기 전극 탭을 압착하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 결합하는 동작(1411)은, 초음파를 이용하여 상기 하나 이상의 돌기들을 상기 전극 기재에 융착하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 융착하는 동작은, 상기 전극 탭 또는 상기 전극 기재와 접촉하는 면에 요철 또는 돌기가 형성되지 않고 실질적으로 평평하게 형성된 혼(horn) 또는 앤빌(anvil)을 이용하여 상기 전극 탭을 상기 전극 기재에 압착하는 동작을(pressing) 포함할 수 있다.
상기 전극 탭과 상기 전극 기재의 결합은 상기 전극 탭과 상기 전극 기재의 접촉면적 중 적어도 일부영역에 형성될 수 있다.
100 : 전극 조립체 110 : 전극 탭
111 : 융착 돌기 113 : 융착부
120 : 전극 기재 125 : 활물질
130 : 초음파 융착장치 131 : 혼(horn)
133 : 앤빌(anvil) 140 : 지그
150 : 전극 탭 이송장치
111 : 융착 돌기 113 : 융착부
120 : 전극 기재 125 : 활물질
130 : 초음파 융착장치 131 : 혼(horn)
133 : 앤빌(anvil) 140 : 지그
150 : 전극 탭 이송장치
Claims (20)
- 양극 조립체;
음극 조립체; 및
상기 양극 조립체 및 상기 음극 조립체 사이에 배치된 분리막을 포함하고,
상기 양극 조립체 또는 상기 음극 조립체는,
전극 기재;
상기 전극 기재의 일부영역에 도포된(deposited) 활물질; 및
상기 전극 기재 중 상기 활물질이 도포되지 않는 다른 일부영역에 부착된 전극 탭을 포함하고,
상기 전극 기재와 접하는 상기 전극 탭의 일면의 적어도 일부영역에 하나 이상의 돌기들이 형성되고, 상기 일면과 반대 방향의 상기 전극 탭의 다른(another) 일면은 실질적으로 평평하고,
상기 하나 이상의 돌기들은 제 1 형상을 갖는 하나 이상의 제 1 돌기 셋과 제 2 형상을 갖는 하나 이상의 제 2 돌기 셋을 포함하는, 배터리. - 제 1 항에 있어서,
상기 전극 탭은, 상기 양극 조립체, 상기 분리막 및 상기 음극 조립체가 감겨져 있는 상태에서, 상기 하나 이상의 돌기들이 상기 분리막을 손상시키지 않도록 상기 전극 기재에 부착된, 배터리. - 제 1 항에 있어서,
상기 전극 기재의 상기 전극 탭과 접하지 않는 일면은 실질적으로 평평한, 배터리. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 돌기들의 길이는 상기 전극 기재의 두께보다 작은, 배터리. - 제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 돌기들은 제 1 길이를 갖는 하나 이상의 제 3 돌기 셋(set)과 제 2 길이를 갖는 하나 이상의 제 4 돌기 셋을 포함하는, 배터리. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 전극 탭은 상기 하나 이상의 돌기들이 상기 전극 기재에 융착되어 부착된, 배터리. - 제 7 항에 있어서,
상기 전극 탭과 상기 전극 기재의 융착면은 상기 전극 탭과 상기 전극 기재의 접촉면적 중 적어도 일부에 형성된,배터리. - 전자 장치에 있어서,
하우징;
상기 하우징에 적어도 일부가 수용된(accommodated) 디스플레이; 및
상기 하우징에 적어도 일부가 수용된 배터리;를 포함하고,
상기 배터리는,
양극 조립체;
음극 조립체; 및
상기 양극 조립체 및 상기 음극 조립체 사이에 배치된 분리막을 포함하고,
상기 양극 조립체 또는 상기 음극 조립체는,
전극 기재;
상기 전극 기재의 일부영역에 도포된 활물질; 및
상기 전극 기재 중 상기 활물질이 도포되지 않는 다른 일부영역에 부착된 전극 탭;을 포함하고,
상기 전극 기재와 접하는 상기 전극 탭의 일면의 적어도 일부영역에 하나 이상의 돌기들이 형성되고, 상기 일면과 반대방향의 상기 전극 탭의 다른(another) 일면은 실질적으로 평평하고,
상기 하나 이상의 돌기들은 제 1 형상을 갖는 하나 이상의 제 1 돌기 셋과 제 2 형상을 갖는 하나 이상의 제 2 돌기 셋을 포함하는, 전자 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 전극 탭은, 상기 배터리가 감겨져 있는 상태에서, 상기 돌기가 상기 분리막을 손상시키지 않도록 상기 전극 기재에 부착된, 전자 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 전극 기재의 상기 전극 탭과 접하지 않는 일면은 실질적으로 평평한, 전자 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 전극 탭의 상기 하나 이상의 돌기들의 길이는 상기 전극 기재의 두께보다 작은, 전자 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 하나 이상의 돌기들은 제 1 길이를 갖는 하나 이상의 제 3 돌기 셋과 제 2 길이를 갖는 하나 이상의 제 4 돌기 셋을 포함하는, 전자 장치. - 삭제
- 제 9 항에 있어서,
상기 전극 탭은 상기 하나 이상의 돌기들이 상기 전극 기재에 융착되어 부착된, 전자 장치. - 제 15항에 있어서,
상기 전극 탭과 상기 전극 기재의 융착면은 상기 전극 탭과 상기 전극 기재의 접촉면적 중 적어도 일부에 형성된, 전자 장치. - 양극 조립체, 음극 조립체, 및 상기 양극 조립체와 상기 음극 조립체 사이에 배치된 분리막을 포함하는 배터리 생산 방법에 있어서,
상기 양극 조립체 및 상기 음극 조립체 중 대응하는 극 조립체에 사용될 전극 기재를 공급하는 동작;
상기 전극 기재의 일부영역에 활물질을 도포하는 동작; 및
상기 전극 기재의 다른 일부영역에 전극 탭을 부착하는 동작;을 포함하고, 상기 전극 탭을 상기 부착하는 동작은,
상기 전극 탭의 실질적으로 평평한 제 1 면과 반대 방향의 제 2 면의 적어도 일부영역에 하나 이상의 돌기들을 형성하는 동작; 및
상기 전극 탭의 상기 제 2 면의 상기 적어도 일부영역이 상기 전극 기재에 부착되도록 상기 하나 이상의 돌기들을 상기 전극 기재에 결합하는 동작;을 포함하고,
상기 하나 이상의 돌기들은 제 1 형상을 갖는 하나 이상의 제 1 돌기 셋과 제 2 형상을 갖는 하나 이상의 제 2 돌기 셋을 포함하는, 배터리 생산방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 형성하는 동작은,
돌기가 형성된 지그를 이용하여 상기 전극 탭을 압착하는 동작을 포함하는, 배터리 생산방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 결합하는 동작은,
초음파를 이용하여 상기 하나 이상의 돌기들을 상기 전극 기재에 융착하는 동작을 포함하는, 배터리 생산방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 융착하는 동작은,
상기 전극 탭 또는 상기 전극 기재와 접촉하는 면에 요철 또는 돌기가 형성되지 않고 실질적으로 평평하게 형성된 혼(horn) 또는 앤빌(anvil)을 이용하여 상기 전극 탭을 상기 전극 기재에 압착하는 동작을(pressing) 포함하는, 배터리 생산 방법.
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