KR102650540B1 - 이차 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지는 복수의 전극들을 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체로부터 연장된 전극 탭, 전극 탭의 상면 및 하면 상에 각각 접합되는 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드를 포함하는 전극 리드, 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드를 함께 결합하는 리드 필름, 및 전극 조립체를 수용하며 리드 필름을 통해 전극 리드와 접합되는 케이스를 포함한다. 전지의 저항이 감소하고 출력이 증가할 수 있다.
Description
본 발명은 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전극 조립체를 포함하는 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 충전 및 방전이 반복 가능한 전지로서, 정보 통신 및 디스플레이 산업의 발전에 따라 캠코더, 휴대폰, 노트북 PC 등과 같은 휴대용 전자통신 기기에 널리 적용되어 왔다. 이차 전지로서 예를 들면, 리튬 이차 전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지 등을 들 수 있으며, 이들 중 리튬 이차 전지가 작동 전압 및 단위 중량당 에너지 밀도가 높으며, 충전 속도 및 경량화에 유리하다는 점에서 활발히 개발 및 적용되어 왔다.
이차 전지는 양극, 음극 및 분리막(세퍼레이터)를 포함하는 전극 조립체, 및 상기 전극 조립체를 함침시키는 전해액을 포함할 수 있다. 상기 이차 전지는 상기 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 예를 들면, 파우치 형태의 케이스를 더 포함할 수 있다.
최근, 이차 전지의 적용 범위가 소형 전자 기기에서 하이브리드 차량과 같은 대형 기기로 확장되면서 기존 이차 전지를 통해서는 충분한 용량 및 출력 특성이 구현되지 않을 수 있다.
예를 들면, 자동차용 이차 전지의 경우 출력 향상을 위해 복수의 전지 셀들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 모듈화되어 제조될 수 있다. 이 경우, 이차 전지의 크기가 증가하면서 일부 전지 셀의 불량에 의해 출력 특성이 크게 변동될 수 있으며, 외부 물체에 의한 관통 발화 가능성도 증가될 수 있다.
따라서, 제한된 공간 안에서 보다 출력 특성을 향상시키면서 신뢰성을 확보할 수 있는 이차 전지의 개발이 요구된다.
예를 들면, 한국공개특허 제2017-0099748호의 경우 리튬 이차 전지용 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 개시하고 있다.
본 발명의 일 과제는 향상된 출력 및 활용성을 갖는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 향상된 출력 및 활용성을 갖는 리튬 이차 전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드가 전극 탭의 상면 및 하면 상에 각각 접합된다. 전극 탭으로부터 전극 리드로 향하는 전자 이동 경로가 추가적으로 확보될 수 있다. 따라서, 전지의 저항이 감소하고, 출력이 향상될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드의 외부 리드 부분들이 서로 이격될 수 있다. 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드의 외부 리드 각각이 외부 전기 회로에 연결될 수 있다. 따라서, 이차 전지의 활용성이 증가할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드의 내측 리드 부분들이 서로 융착될 수 있다. 따라서, 전극 탭과 전극 리드 사이의 결합력이 향상될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 리드 필름은 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드 사이에 개재된 스페이서부를 포함할 수 있다. 전극 리드와 융착 시 전극 탭의 두께가 두꺼운 경우에도 전극 탭의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드가 리드 필름에 의해 결합된 전극 리드 구조물을 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드가 마주보도록 폴딩하고 제1 전극 리드의 말단부 및 제2 전극 리드의 말단부 사이에 전극 탭을 융착할 수 있다. 따라서, 전극 탭에서 전극 리드로 향하는 전자 이동 경로가 추가적으로 형성된 이차 전지를 용이하게 형성할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 리드 필름의 단면을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 전극 리드 구조물을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 4 내지 6은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명하는 개략적인 도면이다.
도 7는 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 8 내지 10은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명하는 개략적인 도면이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 리드 필름의 단면을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 전극 리드 구조물을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 4 내지 6은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명하는 개략적인 도면이다.
도 7는 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 8 내지 10은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명하는 개략적인 도면이다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 복수의 전극들을 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체로부터 연장된 전극 탭, 전극 탭의 상면 및 하면 상에 각각 접합되는 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드를 포함하는 전극 리드, 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드를 함께 결합하는 리드 필름, 및 전극 조립체를 수용하며 리드 필름을 통해 전극 리드와 접합되는 케이스를 포함하는 이차 전지를 제공한다. 전지의 저항이 감소하고 출력이 증가할 수 있다. 또한, 이차 전지를 제조하는 방법을 제공한다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 발명이 예시적으로 설명된 구체적인 실시 형태로 제한되는 것은 아니다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지는 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)를 포함하는 전극 리드, 상기 전극 리드를 함께 결합하는 리드 필름(130), 전극 조립체(200), 전극 탭(210) 및 케이스(220)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 전극 조립체(200)는 복수의 전극들을 포함할 수 있다. 상기 전극은 양극 및 음극을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 전극은 전극 기재 및 상기 전극 기재의 일면 또는 양면에 접촉하여 배치된 전극 활물질층을 포함할 수 있다. 상기 전극 기재는 전도성이 뛰어난 물질들로 형성될 수 있으며, 예를 들면, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 이의 합금들로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전극 활물질층은 전극 활물질, 바인더, 도전재 등을 포함할 수 있다. 상기 전극 활물질로서, 양극의 경우 리튬 금속 산화물이 사용될 수 있으며, 음극의 경우 탄소계 물질이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride, PVDF), 스티렌-부타디엔 러버(SBR), 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC) 등이 사용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 도전재는 상기 활물질 입자 사이의 전자 이동을 촉진할 수 있다. 상기 도전재로서 비제한적으로, 탄소 계열 도전재 또는 금속 계열 도전재가 사용될 수 있다.
예를 들면, 전극 활물질을 용매 내에서 바인더, 도전재 등과 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조할 수 있다. 상기 슬러리를 상기 전극 기재 상에 코팅한 후, 압축 및 건조하여 상기 전극 활물질층을 형성할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 전극 조립체(200)는 분리막을 포함할 수 있다. 상기 분리막은 양극 및 음극을 물리적으로 분리하면서 이온의 이동만을 가능하게 하는 것으로서, 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 부직포를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예시적인 실시예들에 있어서, 전극 조립체(200)는 상기 양극, 음극 및 분리막이 교대로 반복적으로 적층되어 준비될 수 있다. 상기 분리막은 상기 양극 및 음극 사이에 개재될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 전극 조립체(200)는 스택형, 폴딩형, 스택-폴딩형, 젤리롤(jelly-roll)형을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 전극 탭(210)은 전극 조립체(200)로부터 연장될 수 있다. 예를 들면, 전극 조립체(200)에 포함된 상기 전극들이 각각 분기되어 개별 전극 탭들을 형성할 수 있다. 상기 개별 전극 탭들은 상기 전극들의 상기 전극 기재가 돌출되어 형성될 수 있다. 상기 개별 전극 탭들은 전극 조립체(200)의 일측면으로 연장되어 집합될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 집합된 상기 개별 전극 탭들을 접합하여 전극 탭(210)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 전극 조립체(200)의 양극들로부터 분기된 양극 개별 전극 탭들을 접합하여 양극 탭을 형성하고, 전극 조립체(200)의 음극들로부터 분기된 음극 개별 전극 탭들을 접합하여 음극 탭을 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 전극 탭(210)은 양극 탭 및 음극 탭을 포함할 수 있다. 상기 양극 탭은 전극 조립체(200)의 양극들로부터 분기된 양극 개별 전극 탭들이 집합되어 형성될 수 있다. 상기 음극 탭은 전극 조립체(200)의 음극들로부터 분기된 음극 개별 전극 탭들이 집합되어 형성될 수 있다. 상기 양극 탭 및 음극 탭은 전극 조립체(200)의 일 측면에 형성될 수 있으며, 전극 조립체(200)를 중간에 두고 양 측면에 형성될 수도 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 전극 리드는 양극 리드 및 음극 리드를 포함할 수 있다. 상기 양극 리드는 상기 양극 탭과 융착될 수 있으며, 상기 음극 리드는 상기 음극 탭과 융착될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 전극 리드는 알루미늄, 구리, 니켈 등의 전기전도성을 가지는 금속 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전극 리드는 얇은 판상으로 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 전극 리드는 전극 탭(210)과 동일한 재료로 형성될 수 있다. 따라서, 전극 탭(210)와 전극 리드의 연결부의 저항이 감소할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 전극 리드의 폭은 전극 탭(210)의 폭보다 클 수 있다. 따라서, 전극 탭(210)과 전극 리드의 접촉 면적이 증가할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 전극 탭(210)의 상면 및 하면 상에 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)가 각각 접합될 수 있다. 예를 들면, 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)는 상하로 배치될 수 있다. 상하로 배치된 제1 전극 리드(102)의 말단부 및 제2 전극 리드(104)의 말단부 사이에 전극 탭(210)이 개재될 수 있다. 제1 전극 리드(102)의 말단, 제2 전극 리드(104)의 말단 및 전극 탭(210)은 서로 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전극 리드는 리드 필름(130)을 기준으로 하여, 케이스(220) 내부에 수용되는 내측 리드(110) 및 케이스(220) 외부로 돌출된 외부 리드(120)로 구분될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 전극 탭(210)은 내측 리드(110)에 포함된 제1 전극 리드(102)의 말단부 및 제2 전극 리드(104)의 말단부 사이에 삽입될 수 있다.
전극 탭(210)의 상면 및 하면 상에 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)가 접합됨에 따라, 전극 리드를 통해 연결되는 외부 회로와 전극 탭(210) 간의 전자 및 정공의 이동 경로가 추가로 형성될 수 있다. 따라서, 전지의 저항이 감소하고 출력이 향상될 수 있다.
예를 들면, 제1 전극 리드(102)의 말단, 제2 전극 리드(104)의 말단 및 전극 탭(210)은 융착될 수 있으며, 상기 융착은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 금속과 금속의 접합 방법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 융착은 초음파 융착에 의해 수행될 수 있다.
외부 리드(120)는 케이스(220) 외부로 돌출될 수 있다. 외부 리드(120)는 예를 들면, 이차 전지를 외부 전기 회로에 연결하는 배선으로 제공될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 외부 리드(120)에 포함된 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)는 서로 이격될 수 있다. 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)는 각각 상이한 외부 전기 회로들에 연결되어 전력을 공급할 수 있다. 따라서, 간단한 구조로 하나의 배터리에서 복수 개의 전기 회로에 전력을 공급할 수 있다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 리드 필름의 단면을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2를 참조하면, 리드 필름(130)은 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)를 함께 결합할 수 있다. 또한, 벤딩 부(134)를 포함할 수 있다.
제1 전극 리드(102), 제2 전극 리드(104) 및 리드 필름(130)을 포함하는 리드 필름 구조물을 폴딩(folding)하여 도 2에 도시된 구조의 리드 필름(130)을 형성할 수 있다. 상기 폴딩 시 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)가 마주보도록 접힐 수 있으며, 벤딩 부(134)가 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 리드 필름(130)에 커버된 부분의 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)는 직접 접촉할 수 있다. 직접 접촉된 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)는 융착되어 일체화될 수 있다. 또한, 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104) 사이에 스페이서가 개재될 수도 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 전극 리드(102)와 제2 전극 리드(104) 사이에 리드 필름(130)이 개재될 수도 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 리드 필름(130)은 절연체를 포함할 수 있다. 따라서, 전극 리드(100)와 케이스(220) 사이에 전류가 흐르는 것을 차단할 수 있다. 예를 들면, 리드 필름(130)은 폴리이미드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 단일막 또는 적층막을 포함할 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 전극 리드 구조물을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 3을 참조하면, 전극 리드 구조물(100)은 제1 전극 리드(102), 제2 전극 리드(104) 및 리드 필름(130)을 포함할 수 있다.
제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)은 동일 평면 상에서 제2 방향으로 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 배치될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 제1 방향은 전극 리드의 연장 방향을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 제3 방향은 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)가 배치된 상하 방향 또는 전극 조립체(200)의 두께 방향을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 제2 방향은 상기 제1 방향 및 제3 방향에 각각 수직인 방향을 의미할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 리드 필름(130)은 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104) 각각을 적어도 부분적으로 덮을 수 있다. 예를 들면, 리드 필름(130)은 제1 전극 리드(102)의 중앙부 및 제2 전극 리드(104)의 중앙부 각각의 상면 또는 하면을 감쌀 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)는 리드 필름(130)에 함께 접합될 수 있다.
제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)가 리드 필름(130)에 의해 결합된 전극 리드 구조물(100)을 폴딩함으로써, 전극 탭(210)의 상하면에 전극 리드를 용이하게 접합시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 전극 리드 구조물(100)의 리드 필름(130) 중심을 지나는 벤딩 라인(BL)이 설정될 수 있다. 벤딩 라인(BL)은 예를 들면, 상기 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)와 평행하고, 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)와 동일한 거리로 이격될 수 있다. 벤딩 라인(BL)을 따라 전극 리드 구조물(100)을 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)이 서로 가까워지도록 벤딩함으로써, 도 2에 도시된 리드 필름(130) 구조를 형성할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 내측 리드(110)에 포함된 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104) 부분들은 서로 융착될 수 있다. 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)는 강하게 접합되어 전극 탭(210)과 상기 전극 리드 간의 결합력을 향상시킬 수 있다.
도 4 내지 6은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명하는 개략적인 도면이다.
도 4는 전극 리드 구조물(100)의 측면도를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 예시적인 실시예들에 따른 전극 리드 구조물(100)은 리드 필름(130)이 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(미도시)의 상면 및 측면을 덮을 수 있다. 예를 들면, 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(미도시)의 하면은 리드 필름(130)에 의해 덮이지 않고 노출될 수 있다.
도 5는 전극 리드 구조물(100)이 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드가 마주보도록 접힌 상태를 도시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 전극 리드(102)의 외부 리드(120)에 포함되는 부분은 제1 외부 리드(122)를 정의하고, 내측 리드(110)에 포함되는 부분은 제1 내측 리드(112)를 정의할 수 있다. 제2 전극 리드(104)의 외부 리드(120)에 포함되는 부분은 제2 외부 리드(124)를 정의하고, 내측 리드(110)에 포함되는 부분은 제2 내측 리드(114)를 정의할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 전극 리드(102) 하면 및 제2 전극 리드(104)의 하면은 리드 필름(130)에 의해 덮이지 않고 노출될 수 있으며, 상기 노출된 하면들이 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
도 6은 전극 리드 구조물(100)과 전극 탭(210)이 접합된 상태를 도시하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 제1 내측 리드(112) 및 제2 내측 리드(114) 사이에 전극 탭(210)을 배치한 뒤 제1 전극 리드(102)와 제2 전극 리드(104)를 근접시킬 수 있다. 따라서, 제1 내측 리드(112) 및 제2 내측 리드(114)가 전극 탭(210)의 상하면에 각각 접합될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제1 외부 리드(122) 및 제2 외부 리드(124)를 이격시킨 상태로 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)를 접촉시킬 수 있다. 따라서, 제1 내측 리드(112) 및 제2 내측 리드(114)가 접촉되고, 리드 필름(130)에 의해 덮이지 않은 제1 전극 리드(102)의 하면 및 제2 전극 리드(104)의 하면이 접촉될 수 있다. 또한, 리드 필름(130) 중 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)의 측면을 덮은 부분도 서로 접촉될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 접촉된 리드 및 리드 필름의 부분들을 접합 또는 융착시킬 수 있다.
도 7는 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 나타내는 개략적인 도면이다. 도 1 내지 6을 참조로 설명한 구성과 동일한 구성에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 7을 참조하면, 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지는 전극 조립체(200), 전극 조립체(200)로부터 연장된 전극 탭(210), 전극 탭(210)의 상면 및 하면에 각각 접합된 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104), 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)를 함께 결합하는 리드 필름(130) 및 케이스(220)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 리드 필름(130)은 스페이서부(132)를 포함할 수 있다. 스페이서부(132)는 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)를 소정의 간격만큼 이격시킬 수 있다.
예를 들면, 전지의 출력 향상을 위해서 전극 조립체(200)를 형성하는 전극의 수를 증가시킬 경우, 전극 탭(210)의 두께가 증가할 수 있다. 전극 탭(210)의 두께가 소정의 범위를 초과할 경우, 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)의 내측 리드(110) 부분이 불완전하게 접합(융착)될 수 있다. 또한, 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)의 내측 리드(110) 부분을 서로 접합시키더라도 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)가 접합된 부분과, 제1 전극 리드(102), 전극 탭(210) 및 제2 전극 리드(104)가 접합된 부분 사이에 단차가 증가할 수 있다. 상기 단차를 제거하기 위하여 접합 시 압력을 증가시킬 경우, 전극 탭(210)의 손상(예를 들면, 파단)이 발생하여 전지의 출력이 감소할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 스페이서부(132)는 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104) 사이에 개재될 수 있다. 예를 들면, 제1 전극 리드(102)와 제2 전극 리드(104)의 리드 필름(130)에 의해 감싸진 부분이 서로 마주보고 접촉함으로써 스페이서부(130)를 형성할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 리드 필름(130)이 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)의 중앙부 둘레를 감싸고 형성될 수 있다. 예를 들면, 리드 필름(130)이 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)의 중앙부의 상면, 하면 및 양측면을 감싸고 형성될 수 있다.
도 8 내지 10은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명하는 개략적인 도면이다.
도 8은 일부 실시예들에 따른 전극 리드 구조물(100)을 나타내는 개략적인 측면도이다.
도 8을 참조하면, 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(미도시)는 하나의 리드 필름(130)에 의해 함께 결합될 수 있다. 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드의 중앙부는 리드 필름(130)에 의해 감싸질 수 있다. 예를 들면, 상기 중앙부의 상면, 하면 및 양측면이 리드 필름(130)에 의해 감싸질 수 있다.
예를 들면, 리드 필름(130) 중 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드의 중앙부 하면을 감싸는 부분이 스페이서부(132)로 제공될 수 있다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따라 제1 전극 리드(102)의 하면과 제2 전극 리드(104)의 하면이 서로 마주보도록 폴딩된 모습을 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 제1 전극 리드(102)의 하면에 배치된 스페이서부(132)와 제2 전극 리드(104)의 하면에 배치된 스페이서부(132)가 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 전극 탭(210)과 전극 리드 구조물(100)이 연결된 모습을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 10을 참조하면, 제1 내측 리드(112) 및 제2 내측 리드(114) 사이에 전극 탭(210)을 배치할 수 있다. 전극 리드 구조물(100)을 제1 전극 리드(102)와 제2 내측 리드(116)가 가까워지도록 폴딩히여 전극 탭(210)의 상하면에 각각 제1 내측 리드(112) 및 제2 내측 리드(114)를 접합(융착)시킬 수 있다.
이 때, 제1 전극 리드(102)의 하면 및 제2 전극 리드(104)의 하면에 각각 마련된 스페이서부(132)도 서로 접합될 수 있다. 따라서, 스페이서부(132)의 제3 방향 두께만큼 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)를 이격시킬 수 있다.
따라서, 전기적 용량이 커지면서 두께가 두꺼워진 전극 탭(210)의 상하면에 전극 리드를 안정적으로 접합하여, 전자 및 정공의 이동 경로를 추가로 확보할 수 있다. 또한, 제1 전극 리드(102)의 하면 및 제2 전극 리드(104)의 하면에 각각 마련된 스페이서부(132)를 접합시켜, 제1 전극 리드(102)와 제2 전극 리드(104)간의 결합력, 나아가서는 제1 전극 리드(102), 전극 탭(210) 및 제2 전극 리드(104)간의 결합력을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 스페이서부(132)의 두께는 전극 탭(210)의 두께와 동일하거나, 전극 탭(210)의 두께보다 얇을 수 있다. 상기 동일은 ±5%의 오차를 포함할 수 있다. 예를 들면, 스페이서부(132)의 두께는 전극 탭(210)의 두께에 대하여 70 내지 105%일 수 있다.
상기 두께 범위에서 두꺼운 전극 탭(210)의 손상을 방지하면서도, 전극 탭(210)과 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104)를 안정적으로 접합 또는 융착시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 전극 리드는 양극 리드 및 음극 리드를 포함할 수 있다. 상기 양극 리드는 제1 양극 리드 및 제2 양극 리드를 포함하고, 상기 음극 리드는 제1 음극 리드 및 제2 음극 리드를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 리드 필름(130)은 양극 리드 필름과 음극 리드 필름을 포함할 수 있다. 상기 양극 리드 필름은 상기 제1 양극 리드 및 제2 양극 리드를 함께 결합시킬 수 있으며, 상기 음극 리드 필름은 상기 제1 음극 리드 및 제2 음극 리드를 함께 결합시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상하로 접합된 리드 필름(130)에 케이스(230)를 접합시킬 수 있다. 케이스(230)는 전극 조립체(200), 전극 탭(210) 및 내측 리드(110)를 수용하여 외부 환경으로부터 보호할 수 있다,
일부 실시예들에 있어서, 리드 필름(130)을 통해 케이스(220)가 접합될 수 있다. 예를 들면, 케이스(220)는 알루미늄 또는 이의 합금 등의 금속 막을 포함할 수 있다. 따라서, 리드 필름(130)이 케이스(220)와 전극 리드를 전기적으로 분리함으로써 전지의 단락을 방지할 수 있다. 또한, 전극 리드에 케이스(220)를 접합할 때, 케이스(220)의 밀봉력을 향상시키고 전극 리드의 손상을 방지할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 케이스(220)는 전극 조립체(200)을 수용할 수 있다. 케이스(220)는 전극 조립체(200) 등의 전지 내부 부재를 실링하여 외부와 차단함으로써 물리, 화학적으로 안정화시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 케이스(220)는 전극 탭(210) 및 내측 리드(110)를 수용할 수 있다.
예를 들면, 케이스(220)는 전극 조립체(200)를 수용하는 오목한 부분을 포함하는 상부 케이스 및 하부 케이스가 실링되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 상부 케이스 및 하부 케이스는 일체로 제공될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 케이스(220)는 리드 필름(130)을 통해 전극 리드와 접합될 수 있다. 케이스(220)와 전극 리드의 금속판 몸체부(예를 들면, 제1 전극 리드(102) 및 제2 전극 리드(104))가 직접 접촉하지 않을 수 있다. 따라서, 케이스(220)에 포함되는 도전성 층과 전극 리드가 전기적으로 단절될 수 있다. 또한, 리드 필름(130)은 케이스(220)의 실링 시 압력에 의해 변형될 수 있어 케이스(220)가 변형된 리드 필름(130)에 의해 효과적으로 실링될 수 있다.
예를 들면, 케이스(220)는 절연층, 접착층 및 금속 박막이 적층되어 형성될 수 있다. 상기 절연층은 기재 또는 보호층으로 제공될 수 있다. 상기 금속 박막은 알루미늄 등을 포함할 수 있으며, 전지의 기계적 강도를 확보하면서도, 수분 및 산소를 차단할 수 있다. 상기 접착층은 예를 들면 열에 의해 융착되어 실링될 수 있다.
케이스(220)는 예를 들면, 파우치(pouch), 캔 등을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 전해액은 상기 케이스 내부로 주입될 수 있다. 따라서, 케이스(220) 내부에 전해액이 포함될 수 있다. 상기 전해액은 전극 조립체(200)를 함침할 수 있다. 상기 전해액은 전극 조립체(200)의 양극과 음극 사이에 이온을 이동시키는 매질로 제공될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 전해액은 리튬염과 유기 용매를 포함할 수 있다. 상기 리튬염은 예를 들면 Li+X-로 표현되는 화합물을 의미할 수 있다.
상기 유기 용매는 예를 들면, 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate, EC), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸프로필 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 비닐렌 카보네이트, 설포란, 감마-부티로락톤, 프로필렌 설파이트 및 테트라하이드로퓨란 등이 사용될 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
100: 전극 리드 구조물 102: 제1 전극 리드
104: 제2 전극 리드 110: 내측 리드
120: 외부 리드 130: 리드 필름
132: 스페이서부 134: 벤딩 부
BL: 벤딩 라인 200: 전극 조립체
210: 전극 탭 220: 케이스
104: 제2 전극 리드 110: 내측 리드
120: 외부 리드 130: 리드 필름
132: 스페이서부 134: 벤딩 부
BL: 벤딩 라인 200: 전극 조립체
210: 전극 탭 220: 케이스
Claims (13)
- 복수의 전극들을 포함하는 전극 조립체;
상기 전극 조립체로부터 연장된 전극 탭;
상기 전극 탭의 상면 및 하면 상에 각각 접합되는 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드를 포함하는 전극 리드;
상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드를 함께 결합하는 리드 필름; 및
상기 전극 조립체를 수용하며 상기 리드 필름을 통해 상기 전극 리드와 접합되는 케이스를 포함하며,
상기 전극 리드는 제1 양극 리드 및 제2 양극 리드를 포함하는 양극 리드, 및 제1 음극 리드 및 제2 음극 리드를 포함하는 음극 리드를 포함하고,
상기 전극 탭은 상기 양극 리드와 융착되는 양극 탭 및 상기 음극 리드와 융착되는 음극 탭을 포함하며,
상기 리드 필름은 상기 제1 양극 리드 및 상기 제2 양극 리드를 서로 결합시키는 양극 리드 필름 및 상기 제1 음극 리드 및 상기 제2 음극 리드를 서로 결합시키는 음극 리드 필름을 포함하는, 이차 전지.
- 청구항 1에 있어서, 상기 리드 필름은 상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드의 중앙부들을 함께 적어도 부분적으로 감싸는, 이차 전지.
- 청구항 2에 있어서, 상기 리드 필름은 벤딩 부를 포함하며,
상기 리드 필름은 상기 벤딩 부에 의해 상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드가 서로 마주보도록 접힌, 이차 전지.
- 청구항 3에 있어서, 상기 전극 리드는 상기 리드 필름을 기준으로 상기 케이스의 외부로 돌출되는 외부 리드 및 상기 케이스의 내부에 수용되는 내측 리드로 구분되는, 이차 전지.
- 청구항 4에 있어서, 상기 내측 리드에 포함된 상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드의 말단부들 사이로 상기 전극 탭이 삽입된, 이차 전지.
- 청구항 4에 있어서, 상기 외부 리드에 포함된 상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드 부분들은 서로 이격된, 이차 전지.
- 청구항 4 있어서, 상기 내측 리드에 포함된 상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드 부분들은 서로 융착된, 이차 전지.
- 청구항 3에 있어서, 상기 리드 필름은 서로 마주보는 상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드의 부분들 사이에 개재된 스페이서부를 포함하는, 이차 전지.
- 청구항 1에 있어서, 상기 전극 탭은 상기 전극 조립체에 포함된 상기 전극들 각각으로부터 분기된 개별 전극 탭들이 집합되어 형성된, 이차 전지.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 케이스 내부에서 상기 전극 조립체를 함침하는 전해질을 더 포함하는, 이차 전지.
- 제1 전극 리드, 제2 전극 리드, 및 상기 제1 및 제2 전극 리드들이 나란히 배치되도록 상기 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드의 중앙부를 적어도 부분적으로 감싸는 리드 필름을 포함하는 전극 리드 구조물을 준비하는 단계;
복수의 전극들 및 분리막이 교대로 반복적으로 적층된 전극 조립체를 준비하는 단계;
상기 전극 조립체의 상기 전극들로부터 전극 탭을 형성하는 단계;
상기 전극 리드 구조물의 상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드가 서로 마주보도록 상기 리드 필름을 폴딩하는 단계;
마주보는 상기 제1 및 제2 전극 리드들의 말단부들 사이로 상기 전극 탭을 삽입하는 단계;
상기 상기 제1 및 제2 전극 리드들의 말단부 및 상기 전극 탭을 서로 융착하는 단계;
상기 전극 조립체를 케이스에 수용하는 단계; 및
상기 케이스를 상기 리드 필름을 통해 상기 전극 리드 구조물과 접합하는 단계를 포함하는, 이차 전지의 제조 방법.
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Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020180132243A KR102650540B1 (ko) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | 이차 전지 및 이의 제조 방법 |
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| KR20200049240A KR20200049240A (ko) | 2020-05-08 |
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| KR100846071B1 (ko) * | 2006-07-18 | 2008-07-14 | 주식회사 엘지화학 | 신규한 전극리드-전극 탭 결합부로 이루어진 전극조립체 및이를 포함하고 있는 전기화학 셀 |
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| KR101101046B1 (ko) * | 2009-12-01 | 2011-12-29 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전극 조립체 및 그를 구비하는 이차 전지 |
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-
2018
- 2018-10-31 KR KR1020180132243A patent/KR102650540B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR100846071B1 (ko) * | 2006-07-18 | 2008-07-14 | 주식회사 엘지화학 | 신규한 전극리드-전극 탭 결합부로 이루어진 전극조립체 및이를 포함하고 있는 전기화학 셀 |
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