KR20130119700A - 전극 탭과 전극 리드의 결합 방법과 이를 이용한 파우치형 이차전지 - Google Patents

전극 탭과 전극 리드의 결합 방법과 이를 이용한 파우치형 이차전지 Download PDF

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Abstract

파우치형 이차전지에서의 전극 탭과 전극 리드의 결합 방법은 전극 탭이 연결된 전극판을 구비하는 전극 조립체를 준비하는 단계, 전극 탭에 전극 리드를 용접하는 단계, 및 전극 탭에 전극 리드가 용접된 상태에서 전극 탭을 전극 조립체의 위쪽으로 말아 올리는 단계를 포함한다.

Description

전극 탭과 전극 리드의 결합 방법과 이를 이용한 파우치형 이차전지 {METHOD FOR CONNECTING ELECTRODE TAP AND ELECTRODE LEAD AND POUCH TYPE SECONDARY BATTERY USING THE SAME}
본 발명은 파우치형 이차전지에서의 전극 탭과 전극 리드의 결합 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 공간 활용도를 높일 수 있는 파우치형 이차전지에서의 전극 탭과 전극 리드의 결합 방법에 관한 것이다.
휴대용 전자기기의 사용이 증가함에 따라 재충전이 가능한 이차전지의 사용도 함께 증가하고 있다. 이러한 이차전지는 전해질의 종류, 또는 형태, 크기 등에 따라 다양하게 분류될 수 있다. 예를 들어, 이차전지는 그 형태에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등으로 분류될 수 있다. 여기서 파우치형 이차전지는 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이 스택형 또는 스택/폴딩형의 전극 조립체(10)를 파우치형 케이스(90)에 수납한 형태를 가진다. 이와 같이 파우치형 케이스(90)에 수납되는 전극 조립체(10)는 양극 전극판과 음극 전극판이 교대로 적층된 것을 말한다. 이때 양극 전극판과 음극 전극판 사이는 세퍼레이터로 분리된다. 이러한 전극판에는 각각의 극성에 따라 전극 탭(30)이 연결된다. 이러한 전극 탭(30)에는 다시 전극 리드(50)가 연결된다. 이러한 구조를 가지는 종래의 파우치형 이차전지는 전극 탭(30)과 전극 리드(50) 사이의 결합을 위해 파우치형 케이스(90) 내에 충분한 공간을 확보하여야 한다. 종래의 파우치형 이차전지는 이러한 공간의 확보로 인해 공간 활용도가 떨어진다는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 공간 활용도를 높일 수 있는 파우치형 이차전지에서의 전극 탭과 전극 리드의 결합 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 파우치형 이차전지에서의 전극 탭과 전극 리드의 결합 방법은 전극 탭이 연결된 전극판을 구비하는 전극 조립체를 준비하는 단계, 전극 탭을 전극 조립체의 위쪽으로 말아 올리는 단계, 및 전극 조립체의 위쪽에서 전극 탭에 전극 리드를 용접하는 단계를 포함한다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 파우치형 이차전지에서의 전극 탭과 전극 리드의 결합 방법은 전극 탭이 연결된 전극판을 구비하는 전극 조립체를 준비하는 단계, 전극 탭에 전극 리드를 용접하는 단계, 및 전극 탭에 전극 리드가 용접된 상태에서 전극 탭을 전극 조립체의 위쪽으로 말아 올리는 단계를 포함한다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 전극판을 구비하는 전극 조립체, 전극 조립체의 전극판에 연결되는 전극 탭, 전극 탭에 연결되는 전극 리드, 및 전극 조립체가 수용되는 파우치형 케이스를 포함하는 파우치형 이차전지는, 전극 탭이 전극 조립체의 위쪽으로 말아 올려진 상태에서 전극 조립체가 파우치형 케이스에 수용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 파우치형 이차전지에서의 전극 탭과 전극 리드의 결합 방법은 전극 탭과 전극 리드의 결합을 위한 공간이 부분적으로 전극 조립체의 상부에서 확보되기 때문에 파우치형 이차전지의 공간 활용도를 높일 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지를 도시하고 있는 사시도
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 탭과 전극 리드의 결합 방법을 순차적으로 도시하고 있는 측면도
도 5는 도 1에 따른 파우치형 이차전지와 도 4에 따른 파우치형 이차전지를 대비하고 있는 평면도
도 6과 도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 탭과 전극 리드의 결합 방법을 순차적으로 도시하고 있는 측면도
도 8과 도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 결합 방법의 제1 변형예를 순차적으로 도시하고 있는 측면도
도 10과 도 11은 본 발명의 실시예 2에 따른 결합 방법의 제2 변형예를 순차적으로 도시하고 있는 측면도
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있다. 그리고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
실시예 1
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 탭과 전극 리드의 결합 방법을 순차적으로 도시하고 있는 측면도이다. 일반적으로 이차전지는 전해질의 종류 등에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 구분될 수 있고, 형태에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등으로 분류될 수 있으며, 크기에 따라 벌크 타입, 박막 타입 등으로 구분될 수 있다. 본 실시예에 따른 결합 방법은 특히 파우치형 이차전지에 적합하다. 따라서 이하에서는 파우치형 이차전지에 적용되는 본 실시예에 따른 결합 방법을 설명하며, 파우치형 이차전지의 일반적인 특성에 대해서는 그 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 결합 방법이 적용되는 이차전지는 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이 복수 개의 전극판을 구비하는 전극 조립체(110)를 포함한다. 전극 조립체(110)의 전극판은 양극 전극판과 음극 전극판으로 구별되나, 이하에서는 특별한 필요가 있는 경우를 제외하고는 단순히 전극판으로만 칭한다. 이러한 전극판에는 전극 탭(130)이 연결된다. 전극 탭(130)도 양극 전극판에 연결되는 양극 탭과 음극 전극판에 연결되는 음극 탭으로 구별되나, 이하에서는 특별한 필요가 있는 경우를 제외하고는 단순히 전극 탭으로만 칭한다. 본 실시예에 따른 결합 방법은 이와 같은 구성을 가지는 전극 조립체(110), 즉 전극 탭(130)이 연결된 전극판을 구비하는 전극 조립체(110)를 준비하는 것으로부터 시작된다(전극 조립체를 준비하는 단계).
이와 같이 전극 조립체(110)가 준비된 다음에는 전극판에 연결된 복수 개의 전극 탭(130)을 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 전극 조립체(110)의 위쪽으로 말아 올린다(전극 탭을 말아 올리는 단계). 이러한 과정은 전극판과 연결되지 않은 전극 탭(130)의 한쪽 끝 부분을 전극 조립체(110)의 위쪽으로 잡아 당기는 방식으로 달성될 수 있다. 다만, 전극 탭(130)을 말아 올리는 과정이 이에 한정되지는 않는다. 이와 같이 전극 탭(130)을 말아 올린 다음에는 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이 전극 조립체(110)의 위쪽에서 전극 탭(130)에 전극 리드(150)를 용접한다(전극 리드를 용접하는 단계). 이때 전극 탭(130)의 말단과 전극 리드(150)의 말단은 서로 일치하는 것이 바람직하다. 참고로 전극 탭(130)에 전극 리드(150)를 연결하기 위한 용접은 통상의 용접 방법이 적용될 수 있다.
이와 같이 전극 탭(130)에 전극 리드(150)가 용접된 다음에는 전극 리드(150)에 절연 필름(도 1의 도면부호 70 참조)을 부착한다(절연 필름을 부착하는 단계). 이와 같이 전극 리드(150)에 절연 필름을 부착하면, 전극 조립체(110)가 파우치형 케이스(도 1의 도면부호 90과 도 5의 도면부호 190 참조)에 수납된 다음에도 파우치형 케이스와 전극 리드(150) 사이가 절연 필름에 의해 보다 잘 밀봉될 수 있다. 참고로, 본 실시예에서는 전극 리드(150)를 전극 탭(130)에 용접한 다음에 전극 리드(150)에 절연 필름을 부착하는 방법에 대해 설명하고 있으나, 미리 절연 필름을 전극 리드(150)에 부착한 다음에 전극 리드(150)를 전극 탭(130)에 용접할 수도 있다. 다만, 전극 리드(150)를 전극 탭(130)에 용접한 다음에 절연 필름을 부착하면, 파우치형 케이스에 대응하는 절연 필름의 위치를 보다 용이하게 조정할 수 있다는 장점이 있다.
이러한 단계를 포함하는 본 실시예에 따른 결합 방법은 파우치형 이차전지의 공간 활용도를 높일 수 있기 때문에 이차전지의 에너지 밀도를 높일 수 있다는 장점이 있다. 보다 상술하면, 도 5(a)에서 도시하고 있는 것과 같이, 종래의 파우치형 이차전지는 전극 탭(30)과 전극 리드(50) 사이의 결합을 위한 공간을 파우치형 케이스 내에 충분히 확보할 필요가 있었다(도 5(a)의 d1 참조). 이에 따라 종래의 파우치형 이차전지는 케이스(90)의 면적에 비해 상대적으로 작은 면적을 가지는 전극 조립체(10)를 파우치형 케이스(90) 내에 수납할 수밖에 없었다. 그러나 본 실시예에 따른 결합 방법에 의할 경우에는 전극 탭(130)과 전극 리드(150) 사이의 결합을 위한 공간이 부분적으로 전극 조립체(110)의 상부에서 확보되기 때문에, 전극 탭(130)과 전극 리드(150)의 결합을 위한 공간을 종래에 비해 케이스(190) 내에 작게 확보할 수 있다(도 5(b)의 d2 참조). 이에 따라 본 실시예에 따른 결합 방법에 의할 경우에는 종래에 비해 파우치형 이차전지의 공간 활용도를 높일 수 있다는 장점이 있다.
실시예 2
도 6과 도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 탭과 전극 리드의 결합 방법을 순차적으로 도시하고 있는 측면도이다. 본 실시예에 따른 결합 방법은 후술할 바와 같이 기본적으로 전술한 실시예 1에 따른 결합 방법과 그 순서에 있어 차이가 있다. 참고로 전술한 구성과 동일한 (또는 상당한) 부분에 대해서는 동일한 (또는 상당한) 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 본 실시예에 따른 결합 방법도 전극 탭(230)이 연결된 전극판을 구비하는 전극 조립체(210)를 준비하는 것으로부터 시작된다(전극 조립체를 준비하는 단계). 이와 같이 전극 조립체(210)가 준비된 다음에는 전극 탭(230)에 전극 리드(250)를 용접한다(전극 리드를 용접하는 단계).
이러한 용접을 통해 도 6에서 도시하고 있는 것과 같이 전극 탭(230)의 위쪽 말단 부분과 전극 리드(250)의 위쪽 말단 부분을 서로 연결할 수 있다. 그러나 이와 같은 연결을 위해 반드시 도 6과 같은 상태에서 용접이 이루어질 필요는 없다. 다시 말해, 전극 탭(230)과 전극 리드(250)가 대체로 수평한 상태에서도 결과적으로 도 6과 같은 상태의 용접이 이루어질 수 있다(도 6에서 전극 탭과 전극 리드 사이의 연결 부분을 시계 반대 방향으로 회전시켜 전극 탭과 전극 리드를 대체로 수평하게 눕혀 보면 쉽게 이해될 것이다). 다만, 이해의 편의를 위해 도 6과 같이 전극 탭(230)의 한쪽 끝 부분이 전극 조립체(210)의 위쪽 방향으로 향하고 있다고 가정하고 본 명세서에서는 '전극 탭의 위쪽 말단 부분'과 같은 표현을 사용하였다.
도 6과 같은 상태로 전극 탭(230)의 말단 부분과 전극 리드(250)의 말단 부분이 서로 연결되기 위해서는 전극 탭(230)을 기준으로 전극 조립체(210)의 반대쪽에서 전극 리드(250)가 전극 탭(230)에 용접될 필요가 있다. 이와 같이 용접되어야 전극 탭(230)과 전극 리드(250)가 서로 교차하지 않을 수 있다(도 6과는 반대 방향에서 전극 리드를 전극 탭에 용접하는 경우를 상정해 보면 쉽게 이해될 것이다). 여기서 전극 탭(230)을 기준으로 전극 조립체(210)의 반대쪽은 도 6을 기준으로 전극 탭(230)의 왼쪽을 의미한다. 그러나 이러한 개념은 상대적인 것이다. 즉, 전극 탭(230)과 전극 리드(250)가 수평한 상태라면 전극 조립체(210)의 반대쪽은 전극 탭(230)의 아래쪽을 의미할 것이다. 참고로, 전극 탭의 하부에 전극 리드가 용접되는 경우는 도 6와 같은 경우와 후술할 도 10과 같은 경우를 상정해 볼 수 있다. 여기서, '전극 탭의 하부'는 도 10에서 도시하고 있는 것과 같이 '전극 탭 다발의 하부'를 의미한다. '전극 탭의 상부'도 동일하다.
이와 같이 전극 탭(230)에 전극 리드(250)가 용접된 다음에는 도 7에서 도시하고 있는 것과 같이 전극 탭(230)을 전극 조립체(210)의 위쪽으로 말아 올린다(전극 탭을 말아 올리는 단계). 이러한 과정은 전극 탭(230)과 전극 리드(250) 사이의 용접 부분을 전극 조립체(210)의 위쪽으로 향해 가압하는 방식으로 달성될 수 있다(도 6의 화살표 참조). 이러한 가압은 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 전극 탭(230)과 전극 리드(250) 사이의 용접 부분에 직접 힘을 가하는 방식으로 이루어질 수 있다. 또는 전극 탭(230)과 연결되지 않은 전극 리드(250)의 한쪽 끝을 잡고 전극 탭(230)과 전극 리드(250) 사이의 용접 부분을 전극 조립체(210)의 위쪽으로 이동시키는 방식으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 본 실시예에 따른 결합 방법은 전술한 실시예 1에 따른 결합 방법에 비해 용접하는 과정이나 말아 올리는 과정이 더욱 용이하다는 장점이 있다.
한편, 본 실시예에 따른 결합 방법은 다음과 같은 변형이 가능하다. 도 8과 도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 결합 방법의 제1 변형예를 순차적으로 도시하고 있는 측면도이다. 본 변형예에서는 도 8에서 도시하고 있는 것과 같이 전극 탭(2310)의 한쪽 끝 부분의 상부에 전극 리드(2510)가 용접된다. 여기서 '상부'는 도 8과 같이 전극 탭(2310)이 대체로 수평 방향으로 향했을 때를 기준으로 위쪽 부분을 의미한다. 이와 같이 용접된 상태에서 전극 탭(2310)과 전극 리드(2510) 사이의 용접 부분을 전극 조립체(210)를 향해 가압하면(도 8의 화살표 참조), 도 9에서 도시하고 있는 것과 같은 형태로 전극 탭(2310)이 전극 조립체(210)의 위쪽으로 말아 올려질 것이다. 참고로, 도 6과 같이 전극 탭의 한쪽 끝 부분이 전극 조립체(210)의 위쪽 방향으로 향하고 있다고 가정하고 설명하면, 도 8의 상태는 전극 리드(2510)의 아래쪽 말단 부분이 전극 조립체(210) 쪽에서 전극 탭(2310)의 위쪽 말단 부분에 연결된 상태로 설명할 수 있다.
또 본 실시예에 따른 결합 방법은 다음과 같은 변형도 가능하다. 도 10과 도 11은 본 발명의 실시예 2에 따른 결합 방법의 제2 변형예를 순차적으로 도시하고 있는 측면도이다. 본 변형예에서는 도 10에서 도시하고 있는 것과 같이 전극 탭(2320)의 한쪽 끝 부분의 하부에 전극 리드(2520)가 용접된다. 이와 같이 용접된 상태에서 전극 탭(2320)과 전극 리드(2520) 사이의 용접 부분을 전극 조립체(210)를 향해 가압하면(도 10의 화살표 참조), 도 11에서 도시하고 있는 것과 같은 형태로 전극 탭(2320)이 전극 조립체(210)의 위쪽으로 말아 올려질 것이다. 참고로, 도 6과 같이 전극 탭의 한쪽 끝 부분이 전극 조립체(210)의 위쪽 방향으로 향하고 있다고 가정하고 설명하면, 도 10의 상태는 전극 리드(2520)의 아래쪽 말단 부분이 전극 조립체(210)의 반대쪽에서 전극 탭(2320)의 위쪽 말단 부분에 연결된 상태로 설명할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두가 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110, 210: 전극 조립체 130, 230: 전극 탭
150: 250: 전극 리드 190: 파우치형 케이스

Claims (8)

  1. 전극 탭이 연결된 전극판을 구비하는 전극 조립체를 준비하는 단계;
    상기 전극 탭을 상기 전극 조립체의 위쪽으로 말아 올리는 단계; 및
    상기 전극 조립체의 위쪽에서 상기 전극 탭에 전극 리드를 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지에서의 전극 탭과 전극 리드의 결합 방법.
  2. 전극 탭이 연결된 전극판을 구비하는 전극 조립체를 준비하는 단계;
    상기 전극 탭에 전극 리드를 용접하는 단계; 및
    상기 전극 탭에 상기 전극 리드가 용접된 상태에서 상기 전극 탭을 상기 전극 조립체의 위쪽으로 말아 올리는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지에서의 전극 탭과 전극 리드의 결합 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 용접하는 단계는 상기 전극 탭의 한쪽 끝 부분이 상기 전극 조립체의 위쪽 방향으로 향했을 때 상기 전극 탭의 위쪽 말단 부분과 상기 전극 리드의 위쪽 말단 부분이 서로 연결되도록 상기 전극 조립체의 반대쪽에서 상기 전극 리드를 상기 전극 탭에 용접하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지에서의 전극 탭과 전극 리드의 결합 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 용접하는 단계는 상기 전극 탭이 수평 방향으로 향했을 때를 기준으로 상기 전극 탭의 한쪽 끝 부분의 상부 또는 하부에 상기 전극 리드를 용접하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지에서의 전극 탭과 전극 리드의 결합 방법.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 말아 올리는 단계는 상기 전극 탭과 상기 전극 리드 사이의 용접 부분을 상기 전극 조립체의 위쪽으로 향해 가압하여 상기 전극 탭을 상기 전극 조립체의 위쪽으로 말아 올리는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지에서의 전극 탭과 전극 리드의 결합 방법.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전극 탭에 용접된 상기 전극 리드에 절연 필름을 부착하는 단계를 더 포함하며, 상기 전극 조립체가 수용되는 파우치형 케이스와 상기 전극 리드 사이는 상기 절연 필름에 의해 밀봉되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지에서의 전극 탭과 전극 리드의 결합 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 따른 결합 방법으로 상기 전극 탭과 상기 전극 리드를 결합한 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  8. 전극판을 구비하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체의 전극판에 연결되는 전극 탭, 상기 전극 탭에 연결되는 전극 리드, 및 상기 전극 조립체가 수용되는 파우치형 케이스를 포함하는 파우치형 이차전지에 있어서,
    상기 전극 탭이 상기 전극 조립체의 위쪽으로 말아 올려진 상태에서 상기 전극 조립체가 상기 파우치형 케이스에 수용되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전치.
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