KR20140113646A - 리튬-기반 전극으로의 접촉 리드의 연결 - Google Patents

리튬-기반 전극으로의 접촉 리드의 연결 Download PDF

Info

Publication number
KR20140113646A
KR20140113646A KR1020147016102A KR20147016102A KR20140113646A KR 20140113646 A KR20140113646 A KR 20140113646A KR 1020147016102 A KR1020147016102 A KR 1020147016102A KR 20147016102 A KR20147016102 A KR 20147016102A KR 20140113646 A KR20140113646 A KR 20140113646A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
contact
electrode
metal
lithium
lead
Prior art date
Application number
KR1020147016102A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102048596B1 (ko
Inventor
스코트 조셉 릴리
글레프 이바노프
블라디미르 코로스니트시느
마레크 조제프 스즈크제르바
Original Assignee
옥시스 에너지 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 옥시스 에너지 리미티드 filed Critical 옥시스 에너지 리미티드
Publication of KR20140113646A publication Critical patent/KR20140113646A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102048596B1 publication Critical patent/KR102048596B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/40—Alloys based on alkali metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/528—Fixed electrical connections, i.e. not intended for disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/534—Electrode connections inside a battery casing characterised by the material of the leads or tabs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/536—Electrode connections inside a battery casing characterised by the method of fixing the leads to the electrodes, e.g. by welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/54—Connection of several leads or tabs of plate-like electrode stacks, e.g. electrode pole straps or bridges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382—Lithium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/40—Alloys based on alkali metals
    • H01M4/405—Alloys based on lithium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

이차전지(rechargeable battery)에서 리튬 전극을 접촉 리드에 연결하는 방법이 기술된다. 상기 전극은 시트 또는 호일의 가장자리로부터 돌출한 탭을 가지는 리튬 또는 리튬 합금의 시트 또는 호일을 포함한다. 상기 접촉 리드는 리튬과 합금하지 않고, 복수의 관통 홀들을 가지는 제2 금속으로 만들어진 단부를 가진 전기적으로 전도성인 리드를 포함한다. 상기 접촉 리드의 단부 및 상기 전극의 탭은 상기 단부 및 상기 탭 사이에 실질적으로 오버랩되도록 배치된다. 그리고 나서 상기 탭의 금속은 예를 들어, 압착 및 용접함으로써, 상기 단부의 관통 홀들을 관통하여 상기 전극을 상기 접촉 리드에 결합하도록 한다. 이 방법에 의해 만들어진 조합 전극/접촉 리드 어셈블리 또한 기술된다.

Description

리튬-기반 전극으로의 접촉 리드의 연결{CONNECTING CONTACT LEADS TO LITHIUM-BASED ELECTRODES}
본 발명은 그들 사이에 우수한 전기적 및 기계적 접촉을 증진하기 위한, 접촉 리드에 리튬 또는 리튬 합금 호일 전극 또는 전극들의 연결(connection)에 관한 것이다.
금속성 리튬을 음 전극을 위한 활물질(active material)로서 사용하는 일차 전지 및 이차 전지(Primary and rechargeable batteries)는 단위 중량 당 최고 에너지를 가지고 있다는 것이 알려져 있다. 그러한 배터리들에서, 음 전극, 또는 애노드는 음 전위를 가지는 리튬 또는 리튬 합금 호일 성분일 수 있다. 음 전극은 또한 전류 콜렉터 및 접촉 탭을 포함할 수 있다.
전류 콜렉터는, 외부 전기적 회로에서 배터리의 전기화학적으로 활성 부분으로 전자를 위한 경로를 제공하는데 일반적으로 사용된, 전기적으로 전도성인 금속성 호일, 시트 또는 메쉬이다. 전류 콜렉터는 일반적으로 접촉 탭을 포함할 것이다.
접촉 탭은 일반적으로 전기화학적 공정에 참여하지 않는 전류 콜렉터의 금속 호일 부분이다. 그것은 전류 콜렉터의 본체의 가장자리로부터 연장될 수 있고, 접촉 리드에 용접을 위한 기계적 베이스를 형성하는데 사용된다.
접촉 리드는 밀봉하여 밀폐된 배터리 컨테이너를 통하여 접촉 탭에서부터 외부 전기적 회로까지 전기적 접촉을 형성하는데 사용된 하나의 전기적으로 전도성인 금속성 물질이다. 일반적으로 접촉 탭에 용접되거나 (금속성 리튬이 사용되지 않은 셀들(cells) 중에서) 기계적으로 연결된다.
접촉 리드는 낮은 저항 전기적 연결이 형성되는 방식으로 리튬에 연결 또는 결합되어야 한다. 또한, 연결 또는 결합(join)은 배터리의 예상 수명에 지속되기에 충분하도록 기계적으로 강하여야 한다.
리튬 일차 전지들(lithium primary batteries)에서의 전류 콜렉터들은 일반적으로 리튬과 다른 금속성 컨덕터로 구성된다. 접촉 리드는 배터리의 전기화학적인 활성 영역에서 전해질에 노출될 수 있다. 이것은 일반적으로 일차 전지들에서는 문제가 아니지만, 재충전이 가능한 (또는 이차) 전지들에서 문제를 야기할 수 있다. 이차 전지들에서, 배터리가 재충전될 때 전기화학적으로 리튬이 증착되어야 한다. 우수한 성능 재현성을 제공하기 위해, 배터리가 반복해서 재충전될 때, 리튬이 단지 리튬 위에 증착되도록 과잉의 리튬이 사용된다 (In order to provide good reproducibility of performance, when the battery is repeatedly recharged, an excess of lithium is used so that lithium is only ever deposited onto lithium.) 접촉 리드 또는 전류 콜렉터가 노출되도록 남겨지면, 그리고 나서 리튬은 비-리튬(non-lithium) 기판 위에 도금될 것이다. 이것은 리튬 증착의 예측 불가능한 확률을 크게 증가시키고 이런 이유로 부족한 사이클링 성능을 가진다. 이것은 일반적으로 활성 덴드라이트 형성물(active dendrite formation)의 형성으로 재충전이 가능한 리튬 시스템의 빠른 저하를 야기한다. 그러한 실패 메커니즘의 예시들은 US5368958에 기술되고, 그 개시 전체는 본 명세서에 참조로서 포함된다.
리튬-기반 애노드를 가진 이차 전지에서, 리튬은 일반적으로 2가지 방법 중 하나에 의해 외부 회로에 연결된다. 또한 일차 리튬 전지들에 대하여 기술된 것과 유사한 디자인의 접촉 리드가 사용된다; US7335440에서와 같이, 그 개시 전체는 참조로서 본 명세서에 포함된다. US7335440은 티타늄, 니켈, 구리 또는 니켈 또는 구리의 합금의 평평한 고체의 형상으로 전류 콜렉터의 공급을 기술한다. 전류 콜렉터는 접촉 탭으로 제공된다. 전류 콜렉터의 높이와 유사한 폭을 가지는 알카리 금속 호일의 상대적으로 긴 스트립이 전류 콜렉터 아래에 위치되고 그 둘은 함께 가압된다. 배터리의 조립 다음, 전류 콜렉터 (알카리 금속으로 만들어지지 않는)가 전해질에 침지되어 있음에 주목하여야 한다. 또한, US7335440은, 리튬의 얇은 층이 최외곽 권취(the outermost winding)의 캐소드 안으로 실질적으로 고갈될 때 캐소드 물질 및 애노드 전류 콜렉터 사이에 형성될 단락에 대한 잠재력이 개시되었기 때문에, 이 배열이 코일, 애노드-제한 셀들(anode-limited cells)에 문제점을 가지는 것을 언급한다.
이 방법의 변형은 US7108942에서와 같이, 리튬으로부터 콜렉팅 전류의 이중 목적을 위한 금속성 셀 케이싱을 사용하고, 그 개시 전체는 참조로서 본 명세서에 포함된다. 추가적으로, 리튬 전극의 반대 표면은 US5368958에서와 같이, 얇은 금속 전류 콜렉터에 반대로가압되거나 권취될 수 있고, 그 개시 전체는 참조로서 본 명세서에 포함된다. 그리고 나서 전류 콜렉터는 금속 접촉 리드에 용접될 수 있다. 그러나, 전류 콜렉터가 전해질에 노출되면, 배터리를 단락시킬 수 있는 덴드라이트의 형성이 가능한 비-리튬 전류 콜렉터 위에 리튬이 도금될 위험이 있다. 금속 전류 콜렉터는 또한 배터리에 불필요한 질량을 추가하고, 그것의 특정한 에너지를 감소시킨다.
위에서 기술된 모든 예시들에서, 금속성 리튬은 단지 전류 콜렉터와의 접촉으로 위치되거나 가압된다; 물리적 또는 화학적 접합(bond)이 없다. 이것은 일차 전지들에 허용될 수 있다. 그러나, 리튬 금속 이차 전지들에 대한 그러한 접촉은 신뢰성이 없다. 사실상 금속성 리튬의 반응 특성 때문에, 부식층들은 리튬과 전류 콜렉터 사이에 기계적인 연결의 인터페이스 상에서 쉽게 형성할 수 있다. 이것은 더 낮은 배터리 신뢰성과 마찬가지로 이차 리튬 금속 배터리들의 용량 및 사이클 수명의 더 빠른 저하를 야기할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 아래에서 더 상세하게 기술된다:
도 1a 내지 도 1c는 애노드들, 캐소드들 및 탭들을 가지는 배터리 스택을 나타내고, 3개의 대안적인 접촉 리드에 대한 배치를 나타낸다;
도 2a 내지 도 2e는 접촉 리드에 대한 가능한 디자인을 나타낸다;
도 3은 탭들에 초음파적으로 용접되는 접촉 리드를 나타낸다; 및
도 4a 내지 4d는 사용하고 있는 초음파 용접을 형성하는데 사용하기 위한 적절한 장치를 나타낸다.
일 측면에서 보면, 적어도 하나의 전극을 접촉 리드에 연결(connecting)하는 방법이 제공되고, 상기 전극은 접촉 영역을 가지는 시트 또는 호일을 포함하고, 상기 접촉 리드는 일 단부(an end portion)를 가지는 전기적으로 전도성인 리드를 포함하고, 상기 방법은, 상기 적어도 하나의 전극의 상기 접촉 영역 및 상기 접촉 리드의 단부를 배치하여 상기 단부 및 상기 접촉 영역 사이에 오버랩 되도록 하는 단계; 상기 적어도 하나의 전극을 상기 접촉 리드에 결합(join)하도록 상기 단부에 상기 접촉 영역을 초음파적으로 용접하는 단계(ultrasonically welding)를 포함하고, 적어도 상기 시트 또는 호일의 접촉 영역은, 알카리 금속 또는 알카리 금속의 합금으로부터 형성된다.
바람직하게는, 전체 시트 또는 호일은 알카리 금속 또는 알카리 금속의 합금으로부터 형성된다. 상기 알카리 금속은 리튬일 수 있다. 리튬 금속 및 리튬 합금들은 이차 전지들에서 애너도 물질들로서 유용하게 되는 경향으로서 바람직하고, 또한 연성 및 가단성(soft and malleable)이 있으며, 용접 단계가 수행될 때 접촉 리드의 단부로 만들어지도록 우수한 연결을 허용한다.
바람직하게는, 상기 접촉 영역은 상기 시트 또는 호일의 가장자리로부터 돌출한 탭 상에 제공된다. 바람직한 실시예에서, 상기 탭은 단지 상기 시트 또는 호일, 및 상기 접촉 리드의 단부 사이에서 접촉 포인트를 제공한다. 따라서, 상기 전극의 시트 또는 호일은, 상기 접촉 리드의 단부와 직접 접촉하지 않는 전해질과의 접촉을 위한 영역을 포함할 수 있다. 초음파의 용접은 바람직하게는 전기화학적 셀 또는 배터리에서의 임의의 전해질과 접촉하지 않는 영역에 제공된다.
바람직하게는, 상기 전해질과의 접촉을 위한 영역을 가지는 직접 접촉에서 전류 콜렉터가 없다. 실제로, 상기 전극은 전적으로 전류 콜렉터가 결여될 수 있다.
바람직하게는, 상기 단부는 탭을 형성하는데 사용된 알카리 금속의 합금 또는 알카리 금속을 가지는 합금으로 형성하지 않은 금속으로 형성된다. 예시들은 구리 및/또는 니켈 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 금속 합금을 포함한다.
어떤 이론에 의해 제한되기를 바라지 않으며(Without wishing to be bound by any theory), 상기 초음파 용접 단계는 상기 탭 및 상기 단부가 인가된 압력 하에서 함께 용접되도록 허용하면서, 상기 탭의 금속 및/또는 상기 단부가 용융되거나 연화된 것으로 판단된다. 초음파 음향 진동은 또한, 접합(bond)의 형성을 용이하게 하면서, 상기 탭 상에 형성된 상기 알칼리 금속 산화물 층의 적어도 부분이 제거되거나 분산될 수 있다. 강한 결합이 상대적으로 작은 영역 위에 형성되게 허용 하면서, 용융 또는 연화(softening)가 결합 또는 용접 영역에 제한될 수 있다는 것이 본 발명의 장점이다. 상기 용접 영역은 상기 시트 또는 호일 영역의 50% 미만, 바람직하게는 30% 미만, 더 바람직하게는 20% 미만, 더욱 더 바람직하게는, 10% 미만 (예를 들어, 1 내지 5%)일 수 있다.
바람직하게는, 상기 초음파 용접 단계는, 15 내지 70 kHz, 더 바람직하게는 20 내지 60 kHz, 훨씬 더 바람직하게는 20 내지 40 kHz, 예를 들어, 약 40 kHz의 주파수에서 수행될 수 있다. 상기 초음파 용접 단계는, 0.4 MPa의 최대 압력, 바람직하게는 0.1 내지 0.4 MPa, 예를 들어, 0.2 MPa에서 수행될 수 있다.
초음파 용접 단계는 100 내지 5000 Watts의 파워에서 수행될 수 있다. 2 내지 30 ㎛의 진폭(amplitudes)이 사용될 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 초음파 용접 단계는 제1 클램핑 부분 및 제2 클램핑 부분을 포함하는 장치를 사용하여 수행된다. 상기 제1 클램핑 부분 및 상기 제2 클램핑 부분은 제1 이격된 위치에서 상기 제1 및 제2 클램핑 부분들이 서로에 더 가까운 제2 위치로 서로 관련하여 움직일 수 있다. 바람직하게는, 단지 상기 제2 클램핑 부분이 움직일 수 있다; 상기 제1 클램핑 부분의 위치는 고정된다.
상기 제1 클램핑 부분은 용접되는 물질을 위한 지지체 역할을 한다. 상기 제2 클램핑 부분은 초음파 주파수로 진동하도록 구성된다. 상기 용접 단계를 수행하기 위해, 상기 접촉 리드의 단부는 상기 적어도 하나의 전극의 상기 접촉 영역과 접촉하여 위치되어 상기 단부 및 접촉 영역 사이에 오버랩된다. 그리고 나서, 오버랩된 구조물은 상기 제1 및 제2 클램핑 부분들 사이에, 바람직하게는 제1 클램핑 부분의 상부 상에 위치된다. 임의적으로, 배치 지그(positioning jig)는 오버랩된 구조물을 제자리에 지지하는데 사용될 수 있다. 그리고 나서, 상기 제2 클램핑 부분은 용접되는 물질들 사이에 클램핑 압력을 인가하도록 상기 제1 클램핑 부분과 관련하여 움직여진다. 그리고 나서 상기 제2 클램핑 부분은 초음파 주파수에서 진동시킨다. 결합(join)의 형성을 위한 표면들을 준비하기 위해 서로 반대로 상기 전극 및 상기 접촉 리드의 단부를 예비-형성하고 문지른다 (pre-shapes and rubs). 초음파 진동의 진폭은 용접 형성을 위한 관련 부분을 예비-형성하고 준비함에 있어 중요한 부분으로의 역할을 한다. 상기 제1 클램핑 부분은 일반적으로 상기 제2 클램핑 부분이 진동하는 동안 고정된 위치에서 열린다 (is typically held). 그리고 나서 상기 전극의 접촉 영역 및 상기 접촉 영역의 단부는 주요 용접 상(phase)으로 함께 용접된다.
상기 접촉 리드의 단부는 실질적으로 평평하거나 평면일 수 있거나, 다른 형상 또는 예를 들어, 사용되는 용접 장비의 형상 또는 구성에 의존하는 구성일 수 있다.
하나의 실시예에 있어서, 적어도 하나의 전극을 접촉 리드에 연결(connecting)하는 방법에 있어서, 상기 전극은 접촉 영역을 가지는 시트 또는 호일을 포함하고, 상기 접촉 리드는 일 단부(an end portion)를 가지는 전기적으로 전도성인 리드를 포함하고, 상기 방법은, 상기 적어도 하나의 전극의 상기 접촉 영역 및 상기 접촉 리드의 단부를 배치하여 상기 단부 및 상기 접촉 영역 사이에 오버랩 되도록 하는 단계; 상기 적어도 하나의 전극을 상기 접촉 리드에 결합(join)하도록 상기 단부에 상기 접촉 영역을 초음파적으로 용접하는 단계(ultrasonically welding);를 포함하고, 적어도 상기 시트 또는 호일의 접촉 영역은, 알카리 금속 또는 알카리 금속의 합금으로부터 형성되는 것이다.
일부 실시예들에 있어서, 실질적으로 동일한 위치에서의 각각의 시트로부터 돌출한 탭을 가지는 (접촉 영역을 정의하는) 시트 또는 호일을 각각 포함하는 복수의 전극들이 제공될 수 있어, 상기 전극들이 서로 정렬되고 전극 스택으로서 배열될 때 전극들의 상기 스택의 탭들이 실질적으로 정렬된다. 의심할 여지를 없애기 위해, 상기 접촉 영역을 정의하는 상기 탭은 알카리 금속 또는 알카리 금속의 합금, 바람직하게는 리튬 또는 리튬 합금으로 형성된다.
이러한 실시예들에 있어서, 상기 접촉 리드의 단부는 상기 전극 스택의 탭들의 상부 상에, 상기 전극 스택의 탭들의 바로 아래에, 또는 상기 상부 및 상기 하부 사이에 (즉, 적어도 하나의 탭 위에 및 적어도 하나의 탭 아래에) 중간위치에 위치될 수 있다. 상기 전극 스택의 탭들은 상기 단부가 압축된 탭들의 상부 상에 또는 바로 아래에 위치되기 이전에 함께 가압될 수 있고, 상기 초음파 용접이 수행된다.
전극들의 스택이 제공되는 실시예들에 있어서, 상기 용접 단계는 상기 탭들이 물리적으로 함께 접합(bond)하도록 한다. 바람직하게는, 상기 초음파 용접 단계는 적어도 2개의 시트들 또는 호일들의 탭들 (접촉 영역)이 함께 용접되도록 알카리 금속 또는 알카리 금속의 합금으로부터 형성되게 한다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 초음파 용접 단계는, 예를 들어, 리튬을 리튬 용접 외에도 리튬과 상기 접촉 리드의 단부 사이의 용접에 생성한다(In a preferred embodiment, the ultrasonic welding step creates, for example, a lithium to lithium weld in addition to a weld between lithium and the end portion of the contact lead.)
상기 접촉 리드의 단부는 평면이고 관통-홀들이 없는 것일 수 있다. 대안적으로, 상기 단부는 임의적으로 관통되거나, 천공되거나, 또는 메쉬-유사(mesh-like) 또는 망상 형상(reticulated form)을 가질 수 있다. 그러한 관통-홀들이 존재할 때, 상기 단부가 바람직하게는 제1 금속의 단일 상(a single phase)인 것에 내포되게 되도록 하기 위해 상기 탭들 중 금속은 상기 관통 홀들을 통과할 수 있도록 충분히 가단성(malleable)이 있는 것이 중요하다. 이것은 상기 접촉 리드 단부의 금속들 및 상기 전극의 접촉 영역 사이, 그리하여 상기 접촉 리드 및 상기 전극 사이의 밀접한 접촉(intimate contact)을 형성한다.
상기 단부가 관통-홀들을 가지고 있는 곳에서, 상기 단부의 개구(openness)는 상기 단부의 전체 표면 영역에 대한 개방 영역의 비율로서 정의될 수 있다. 상기 접촉 리드의 단부의 개구는 5% 내지 95%, 바람직하게는 20% 내지 90%, 예를 들어, 50% 내지 80%의 범위에 있을 수 있다.
다른 윤곽(profile)이 유용할지라도, 상기 접촉 리드의 전기적으로 전도성인 리드는 그 자체로 일반적으로 평면, 예를 들어, 리본 형상일 수 있다. 상기 전기적으로 전도성인 리드는 상기 단부와 동일한 금속 또는 상이한 금속으로 만들어질 수 있다.
이런 방식으로, 상기 전극의 금속과 다른 금속으로 만들어진 상기 접촉 리드와의 신뢰성 있는 연결(connection)을 형성하는 것이 가능하다. 일반적으로 상기 배터리의 케이싱 외부에 노출되는 접촉 리드는 우수한 전기적 전도성을 가져야 하지만, 공기 또는 수분에 노출될 때 반응성이 매우 없는 금속으로 만들어져야 한다는 것이 이해될 것이다. 적절한 금속들은 니켈, 구리, 스테인레스 스틸 또는 다양한 합금들을 포함한다.
또한, 상기 접촉 리드의 금속이 단지 상기 전극들의 돌출 탭들에 연결되기 때문에, 상기 배터리가 조립될 때 바람직하게는 직접적으로 전해질에 노출되지 않는다.
추가적인 장점은 우수한 연결이 상기 전극의 시트 또는 호일에 사용된 금속과 다른 금속으로 만들어진 전류 콜렉터 상에 형성되거나 배치되어야 하는 전체 요구로서의 상기 전극 없이 적어도 하나의 전극으로 만들어 질 수 있다는 것이다. 다시 말하면, 상기 전해질에 노출된 상기 전극의 주요 부분은, 불필요한 중량을 추가하고 사이클링하는 동안 덴드라이트를 형성하는 기판으로서 역할을 하는 다른 전류 콜렉터 또는 구리 또는 니켈에 대한 필요 없이, 제1 금속 (예를 들어, 리튬 또는 리튬 합금) 단독으로 구성된다.
또한, 상기 접촉 리드의 금속이 그것이 전극의 금속과 합금으로 형성하지 않도록 선택된다는 것이 중요하다. 이것은 상기 배터리의 전기화학적 시스템에 사용 가능한 상기 제1 금속의 양의 감소를 회피하기 위한 것이다. 예를 들어, 리튬은 니켈 또는 구리가 아닌, 알루미늄과 합금을 형성할 것이다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 위에서 기술된 방법에 따라 획득될 수 있는 디바이스가 제공된다. 상기 디바이스는 알카리 금속 또는 알카리 금속의 합금으로부터 형성된 접촉 영역을 가지는 시트 또는 호일을 포함하는 적어도 하나의 전극, 및 일 단부를 가지는 전기적으로 전도성인 리드를 포함하는 접촉 리드를 포함하고, 상기 접촉 리드의 단부는 상기 적어도 하나의 전극의 접촉 영역에 오버랩되거나 초음파적으로 용접된다.
바람직하게는, 상기 디바이스는 상기 알카리 금속 또는 알카리 금속의 합금으로부터 형성된 접촉 영역을 가지는 시트 또는 호일을 포함하는 적어도 2개의 전극들을 포함하고, 상기 접촉 영역들 중 적어도 일 부분이 다른 부분에 초음파적으로 용접된다. 그러므로, 예를 들어 상기 접촉 영역이 리튬 또는 리튬 합금으로부터 형성될 때, 리튬/리튬 합금 및 리튬/리튬 합금 사이에 초음파의 용접이 형성된다.
상기 디바이스의 일 실시예에 있어서, 적어도 2개의 전극들은 서로 정렬되고 전극 스택으로서 배열된다. 상기 접촉 영역의 단부는 상기 전극 스택의 상부 상에 또는 바로 아래에 위치될 수 있고, 상기 적어도 하나의 전극의 접촉 영역에 초음파적으로 용접된다. 대안적으로, 상기 접촉 리드의 단부는 상기 전극 스택의 상부 및 하부 사이의 중간위치에 위치될 수 있다. 후자의 실시예에서, 또한 상기 단부의 양측 상의 상기 접촉 영역은 바람직하게는 서로 초음파적으로 용접될 수 있다. 따라서, 알카리 금속/알카리 금속 합금에서 알칼리성 금속/알칼리 금속 합금으로 초음파 용접 또한 형성될 수 있다.
또 다른 측면으로부터 보면, 적어도 하나의 전극을 접촉 리드에 연결하는 방법으로서, 상기 전극은 시트 또는 호일의 가장자리로부터 돌출한 탭을 가지는 제1 금속의 시트 또는 호일을 포함하고, 상기 접촉 리드는 상기 제1 금속과 합금하지 않는 제2 금속으로 만들어지고 복수의 관통 홀들을 가지는 일 단부와 전기적으로 전도성인 리드를 포함하고, 상기 방법은, ⅰ) 상기 접촉 리드의 단부 및 상기 적어도 하나의 전극의 탭을 배치하여, 상기 단부 및 상기 탭 사이에 오버랩, 바람직하게는 실질적인 오버랩이 되도록 하는 단계; ⅱ) 상기 적어도 하나의 전극을 상기 접촉 리드에 결합(join)하도록 상기 탭의 금속이 상기 단부의 상기 관통 홀들을 관통하도록 하는 단계를 포함한다.
단계 ii)에서, 상기 탭의 금속은 압착 및 용접, 예를 들면 초음파 용접, 열 접촉 용접 결합, 레이저 용접, 또는 유도 용접함으로써 상기 관통 홀을 관통하도록 할 수 있다. 유용하게, 상기 용접은 적어도 하나의 전극의 주요 층상 시트 또는 호일에서 중대한 열 변형 또는 변화(deformation or changes)를 일으키지 않지만, 상기 탭의 인근에 인가된 에너지를 집결시키는 것으로, 그러한 방법에서 효과가 있다.
상기 접촉 리드의 단부는 실질적으로 평평하거나 평면일 수 있거나, 다른 형상 또는 예를 들어, 사용되는 용접 장비의 형상 또는 구성에 의존하는 구성일 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 실질적으로 동일한 위치에서의 각각의 시트로부터 돌출한 탭을 가지는 시트 또는 호일을 각각 포함하는 복수의 전극들이 제공되어, 상기 전극들이 서로 정렬되고 전극 스택으로서 배열될 때 상기 전극들의 스택의 탭들이 실질적으로 정렬된다.
이러한 실시예들에 있어서, 상기 접촉 리드의 단부는 상기 전극 스택의 탭들 상부 상에, 상기 전극 스택의 탭들 바로 아래에, 또는 상부 및 하부 사이 (즉, 적어도 하나의 탭 위에 및 적어도 하나의 탭 아래에)의 중간위치에 위치될 수 있다. 상기 탭들 및 상기 관통된 단부는 그리고 나서 함께 가압되고, 상기 제1 금속 (상기 탭들의)은 상기 접촉 리드의 관통된 평면 단부 (제2 금속으로 만들어진)의 상기 홀들을 관통하도록 한다.
대안적으로, 상기 전극 스택의 탭들은 상기 관통된 단부가 가압된 탭의 상부 상에 또는 바로 아래에 위치되고 상기 단계 ii)의 관통이 수행되기 이전에, 상기 전극 스택의 탭들이 함께 가압된다.
전극들의 스택이 제공된 실시예들에서, 상기 가압 및 용접 단계는 상기 탭들이 상기 접촉 리드의 상기 관통 홀들에 관통할 뿐만 아니라 물리적으로 함께 결합(join)되도록 한다. 바람직하게는, 상기 용접 단계는 초음파 용접 단계이다. 이 용접 단계는 바람직하게는 적어도 2개의 시트들 또는 호일들의 탭들이 함께 용접되도록 한다 (바람직하게는 알카리 금속 또는 알카리 금속의 합금으로부터 형성된다). 바람직한 실시예에서, 상기 초음파 용접 단계는, 예를 들어, 적어도 하나의 리튬 탭 및 상기 접촉 리드의 단부 사이에 용접 외에도 적어도 2개의 리튬 탭들 사이에 리튬을 리튬 용접으로 만든다.
이들은 이차전지에서 애노드 물질로서 유용한 경향이 있고, 또한 연성 및 가단성이 있기 때문에, 상기 제1 금속을 위한 특히 바람직한 금속들은 리튬 및 리튬 합금들이며, 그것은 상기 가압 및 용접 단계가 수행될 때 상기 접촉 리드의 관통된 단부로 만들어지는 우수한 연결을 허용한다.
상기 접촉 리드의 단부는 관통되거나, 천공되거나, 메쉬-유사 또는 망상 형상을 가질 수 있다. 상기 단부의 제2 금속이 바람직하게는 상기 제1 금속의 단일 상인 것에 내포되게 되도록 하기 위해 상기 탭들의 제1 금속은 상기 관통 홀들을 통과할 수 있을 정도로 충분히 가단성이 있는 것이 중요하다. 상기 제1 및 제2 금속들 사이, 그리하여 상기 접촉 리드 및 상기 전극들 사이의 밀접한 접촉을 형성한다.
상기 접촉 리드의 단부의 개구 또는 표면 영역이 더 클수록, 상기 접촉 리드 및 상기 전극들 사이의 전기적 (및 물리적) 연결이 더 우수하다. 상기 단부의 개구는 상기 단부의 전체 표면 역역에 대한 개방 영역의 비율로서 정의될 수 있다. 상기 접촉 리드의 단부의 개구는 5% 내지 95%의 범위에 있을 수 있다.
다른 윤곽(profile)이 유용할지라도, 상기 접촉 리드의 전기적으로 전도성인 리드는 그 자체로 일반적으로 평면, 예를 들어, 리본의 형상일 수 있다. 상기 전기적으로 전도성인 리드는 상기 단부를 형성하는 제2 금속과 동일한 금속 또는 상이한 금속으로 만들어질 수 있다.
이런 방식으로, 상기 전극의 금속과 다른 금속으로 만들어진 상기 접촉 리드와의 신뢰성 있는 연결을 형성하는 것이 가능하다. 일반적으로 상기 배터리의 케이싱 외부에 노출되는 접촉 리드는 우수한 전기적 전도성을 가져야 하지만, 공기 또는 수분에 노출될 때 반응성이 매우 없는 금속으로 만들어져야 한다는 것이 이해될 것이다. 적절한 금속들은 니켈, 구리, 스테인레스 스틸 또는 다양한 합금들을 포함한다.
또한, 상기 접촉 리드의 금속이 단지 상기 전극들의 돌출 탭들에 연결되기 때문에, 상기 배터리가 조립될 때 바람직하게는 직접적으로 전해질에 노출되지 않는다.
추가적인 장점은 우수한 연결이 상기 제1 금속과 다른 금속으로 만들어진 전류 콜렉터 상에 형성되거나 배치되어야 하는 전체 요구로서의 상기 전극 없이 적어도 하나의 전극으로 만들어 질 수 있다는 것이다.
다시 말하면, 상기 전해질에 노출된 상기 전극의 주요 부분은, 구리 또는 니켈 또는 불필요한 중량을 추가하고 사이클링하는 동안 덴드라이트들을 형성하는 기판으로서 역할을 하는 다른 전류 콜렉터가 필요 없이, 상기 제1 금속 (예를 들어, 리튬 또는 리튬 합금) 단독으로 구성된다.
또한, 상기 제2 금속 (상기 접촉 리드의)이 제1 금속 (상기 전극의)과 합금을 형성하지 않도록 선택된다는 것이 중요하다. 이것은 상기 배터리의 전기화학적 시스템에 사용 가능한 상기 제1 금속의 양의 감소를 회피하기 위한 것이다. 예를 들어, 리튬은 니켈 또는 구리가 아닌, 알루미늄과 합금을 형성할 것이다.
특정 실시예들에서, 상기 전극은 배터리를 위해 애노드 또는 음 전극(negative electrode)으로서 형성된다. 그러나, 상기 방법은 또한 기술된 것처럼 관통된 제2 금속에 가압 및 용접하는데 적합한 금속으로 만들어지는 캐소드, 또는 양 전극(positive electrodes)에 응용할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
제3 측면으로부터 보면, 배터리를 위한 적어도 하나의 전극 및 접촉 리드의 조합으로서(In combination, at least one electrode for a battery and a contact lead), 상기 전극은 시트 또는 호일의 가장자리로부터 돌출하는 탭을 가지는 제1 금속의 시트 또는 호일을 포함하고, 상기 접촉 리드는 상기 제1 금속과 합금하지 않는 제2 금속으로 만들어지고 복수의 관통 홀들을 가지는 일 단부와 전기적으로 전도성인 리드를 포함하고, 상기 탭의 상기 제1 금속은 상기 제2 금속 단부의 관통 홀들을 관통하도록 가압 및/또는 용접된다.
본 발명의 실시예들은 전류 콜렉터에 대한 필요성을 제거하는 음 전극 (애노드) 및 상기 금속성 리튬 및 상기 접촉 리드의 상이한 조각들 사이에 확실한 물리적 접촉을 형성하는 방법을 제공하려고 노력하고, 그에 의해 상기 금속성 리튬 및 상기 접촉 리드의 물질 사이에 우수한 전기적 접촉을 증진시킨다.
바람직한 실시예들에서, 음 전극(negative electrode)을 위한 전류 콜렉터로서 역할을 하는 상당량의 리튬 금속이 있는 배터리 수명 말기에 과잉의 금속성 리튬이 사용된다. 상기 전류 콜렉터로서의 리튬의 사용은 금속 리튬 및 다른 전류 콜렉터 물질 사이에 기계적 접촉을 제거한다(liminate).
일부 실시예들에서, 실질적으로 동일한 위치에서의 각각의 시트로부터 돌출한 탭을 가지는 상기 제1 금속의 시트 또는 호일을 각각 포함하는 복수의 전극들이 제공되어, 상기 전극들이 서로 정렬되고 전극 스택으로서 배열될 때 전극들의 상기 스택의 탭들이 실질적으로 정렬된다.
상기 탭들의 영역 중 음 전극의 리튬 금속은 리튬 전극에서 상기 전극 스택의 리튬 전극으로 단일 상 연결(a single phase connection)을 형성할 수 있다. 그러한 연결은 앞에 기술된 바와 같이, 가압 및 용접을 사용함으로써 성취된다.
상기 접촉 리드, 또는 적어도 그것의 단부는 얇거나 (예를 들면, 5 내지 50 ㎛의 두께로), 두꺼울 (예를 들면, 50 내지 10,000 ㎛ 의 두께) 수 있다.
상기 접촉 리드는 실질적으로 선형, 또는 'T'-형상 또는 'L'-형상 구성을 가질 수 있다.
상기 전극의 시트 또는 호일은 용접 또는 결합 단계 이전에, 30 내지 150㎛, 예를 들면, 50 내지 100㎛ 의 두께를 가질 수 있다.
상기 접촉 리드의 단부는, 상기 접촉 리드의 나머지와 필수적으로 동일한 물질이 아닌, 상기 접촉 리드의 일체로 된 부분 (다시 말하면, 그것과 일체(integral therewith) 및 상기 접촉 리드의 나머지와 동일한 물질로부터 형성된다), 또는 별도 금속 성분일 수 있고, 거기에 용접 (예를 들어, 초음파 용접, 열 접촉 용접, 레이저 용접, 유도 용접 또는 다른 유형의 용접에 의해)될 수 있다.
위에서 기술된 상기 전극은 배터리 또는 전기화학적 셀, 바람직하게는 리튬 셀, 예를 들, 리튬-황 셀에 사용될 수 있다. 상기 전극들은 그러한 셀들의 애노드로서 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 셀은 i) 위에서 기술된 바와 같이 적어도 하나의 전극에서 애노드(들), 및 ii) 활물질로서 황을 포함하는 캐소드와 같은 적어도 하나의 캐소드를 포함한다. 상기 애노드(들) 및 캐소드(들)은 비양자성 유기 용매(an aprotic organic solvent)에 용해된 리튬염을 포함하는 액체 전해질과 접촉하여 위치될 수 있다. 세퍼레이터(separator)는 상기 애노드 및 캐소드 사이에 배치될 수 있다. 상기 전해질이 벗어나는 것을 방지하기 위하여 컨테이너 내에 밀봉될 수 있다. 바람직하게는, 상기 밀봉은 또한 시트 또는 호일의 알카리 금속이 주위 환경에 노출되는 것으로부터 방지한다. 그러므로, 상기 전도성 리드의 적어도 일부가 상기 밀봉된 컨테이너의 외부로부터 접근 가능한 동안, 상기 접촉 영역 또는 탭 및 상기 접촉 리드들의 단부 사이에 용접은 바람직하게는 상기 컨테이너 내에 위치한다.
배터리는 많은 캐소드들 및 애노드들의 교차 스택(alternating stack)에 의해 형성될 수 있다. 이러한 층 각각은 세퍼레이터에 의해 나눠진다. 이온성 경로는, 각각 전극 사이에, 전해질의 존재에 의해 유지된다. 각각의 전극(1)은 그것의 전기화학적인 활성 영역으로부터 및 상기 세퍼레이터의 가장자리를 넘어 돌출한 탭(2)을 특징으로 한다. 이러한 탭들(2)은 리튬 애노드들 스택(3)이 서로 용접되고 접촉 리드(4)에 결합되는 것을 통하여 제1 표면을 제공한다. 상기 탭들(2)은 먼저 가압함으로써 형성 및/또는 접철된다. 그리고 나서 접촉 리드(4)는 상기 탭들(2)의 스택(5)의 상부 (도 1a) 또는 하부 (도 1b)에 배치되거나, 임의의 2개의 리튬 탭들(2) 사이 (도 1c)에 배치될 수 있다.
상기 접촉 리드들(4)은 수많은 형상들 (도 2a 내지 도 2e)을 취할 수 있다. 본체(body)(6)는 전도성 금속 리본, 일반적으로 니켈, 구리, 스테인레스 스틸 또는 일부 복합 컨덕터로 구성된다. 단부(7) (용접되는 영역)는 관통되거나, 메쉬되거나 천공된다. 대안적으로, 상기 단부(7)는 임의의 관통-홀들이 없을 수 있다 (미도시). 상기 단부(7)는 상기 금속 리본(6)의 일체로 된 부분일 수 있거나, 상기 리본(6)에 용접된 별도 부분일 수 있다. 상기 단부(7)는 상기 리본(6)에 용접된 별도 부분인 곳에, 상기 리본(6)의 것과 상이한 금속으로 만들어질 수 있다. 접촉은 선형이고, "T" 또는 "L" 형상일 수 있다. 상기 관통들이 존재할 경우, 마름모꼴, 원형, 정사각형, 원형, 다각형 또는 다른 임의의 적절한 형상일 수 있다.
그리고 나서 상기 탭들(2) 및 상기 접촉 리드(4)는 초음파 용접기의 2개의 용접 고정대들(weld fixtures)(8) 사이에 배치된다 (도 3). 그리고 나서 상기 초음파 용접기는 압력 및 초음파를 용접 영역에 동시에 인가한다. 이것은 많은 리튬층들(2)이 리튬-리튬 용접을 형성하도록 함께 용해(fuse)하도록 한다. 또한, 상기 접촉 리드(4)가 관통 홀들을 포함하는 곳에, 연화된 리튬은 상기 접촉 리드(4)의 관통되거나 메쉬된 영역(7)을 통하여 스며든다. 이런 이유로 상기 접촉 리드(4)는 상기 메쉬(7)가 리튬에 의해 치밀하게 둘러싸여 있는 것처럼 상기 리튬(2)과 결합된다. 상기 접촉 리드(4) 및 상기 리튬 전극(1)의 상기 메쉬(7) 사이에 높은 표면 영역 접촉은 낮은 저항과 기계적으로 강한 전기적 접촉을 생성한다. 상기 초음파가 중단되고 압력을 풀어줄 때, 상기 접촉 리드(4)는 상기 리튬 애노드들(1)에 결합될 것이다.
도 4a 내지 도 4e는 초음파 용접을 형성하기 위해 사용될 수 있는 장치를 묘사한다. 상기 장치는 제1 클램핑 부분(12) 및 제2 클랩핑 부분(14)을 포함하며, 상기 부분(12, 14)이 서로 더 가깝게 제1 이격된 위치에서 제2 위치로 움직일 수 있다. 상기 장치는 또한 제자리에 용접되도록 부분들(18)을 지지하기 위한 배치 지그(16)를 포함한다. 상기 제2 클램핑 부분(14)은 초음파 주파수에서 진동으로 설정된다.
도 4a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 용접되기 위한 부분들(18)은 상기 클램핑 부분들이 그들의 제1 이격된 위치에 있는 동안 상기 제1 클램핑 부분의 상부 상에 위치된다. 그리고 나서 상기 제2 클램핑 부분(14)은 용접되기 위한 부분들(18) 사이에 클램핑 압력을 인가하기 위해 상대적으로 상기 제1 클램핑 부분(12)에 향하여 움직인다. 그리고 나서 상기 제2 클램핑 부분(14)은 초음파 주파수로 진동시킨다 (도 4b). 이러한 부분들(18)을 함께 예비 형상으로 만들고 마찰시켜, 그들의 표면들이 용접 형성을 위해 준비된다. 주요 용접 단계에서, 상기 부분들(18)이 함께 결합된다 (도 4c 참조). 그리고 나서 상기 제1 및 제2 클램핑 부분들(12, 14)은 상기 용접된 부분들(18)이 상기 장치로부터 제거되도록 이격되어 이동된다.
실시예 1
50 ㎛의 두꺼운 니켈 리본으로 구성된 선형 니켈 접촉 리드가 사용되었다. 접촉 리드의 맨끝 5mm는 메쉬를 형성하기 위해 확장되었다. 각각 78 ㎛ 두께의 60개 리튬 애노드들을 가지는 배터리가 조립되었다. 리튬 접촉 탭들의 스택은 배터리로부터 돌출되었다. 리튬 접촉 탭들은, 평평한 용접 영역을 생성하고, 각각의 탭들이 그것의 위치에 상관없이, 최소 수량의 리튬이 스택으로 사용되도록 형성되고 다듬어졌다. 그리고 나서 형성된 리튬 탭들의 스택을 초음파 용접기의 용접 고정대들 사이에 배치되었다. 그리고 나서 접촉 리드가 리튬 탭들의 스택의 상부 상에 배치시켜, 메쉬된 영역이 평평한 리튬 용접 영역과 오버랩되도록 하였다. 그리고 나서 표 1에 나타낸 용접 조건들을 AmTech 900B 40kHz 초음파 용접기에 입력하였다. 그리고 나서 단일 용접이 수행되었다. 각각의 60개의 리튬층들은 서로 확실하게 용접되었다. 강한 결합은 리튬 및 접촉 리드 사이에 생성되었다. 이 결합은 접촉 리드의 메쉬를 관통하는 연화된 리튬에 의해 만들어졌다.
Figure pct00001
실시예 1에 사용된 용접기 셋팅
실시예 2
"T" 형상 접촉 리드는 구리 메쉬의 한 부분에 니켈 리본의 일 부분 (50㎛ 두께)을 용접함으로써 만들어졌다. 메쉬 개구는 100 ㎛의 바 폭을 가지는, 약 200 x 700 ㎛ 였다. 메쉬는 니켈 리본 넓이에 세 배였다. 메쉬는 5 mm 넓이다; 용접 영역과 동일하다. 메쉬는 "T"의 십자가(the cross of the "T")를 형성하도록 중앙에 배치되었고, 표 2, 용접 A에서 주어진 조건들을 사용하여 초음파 용접기에 의한 위치로 용접되었다. 접촉 리드는 메쉬된 영역이 용접 영역으로 빠지도록 초음파 용접기의 용접 고정대들 사이에 배치되었다.
각각 78 ㎛ 두께의 20개 리튬 애노드들을 가지는 배터리가 조립되었다. 리튬 접촉 탭들의 스택은 배터리로부터 돌출되었다. 리튬 접촉 탭들의 스택은 평평한 용접 영역을 생성하고, 각각의 접촉 탭들이 그것의 위치에 상관없이, 최소 수량의 리튬이 스택으로 사용되도록 형성되고 다듬어졌다.
그리고 나서 리튬 접촉 탭들의 스택은 초음파 용접기의 용접 고정대들 사이에, 접촉 리드의 상부 상에 배치되었다. 그리고 나서 "T" 형상 접촉 리드의 구리 메쉬 "팔(arms)"은 리튬 접촉 탭들의 스택 주위에 접철되었다. 그리고 나서 표 2, 용접 B에 나타낸 용접 조건들은 AmTech 900B 40kHz 초음파 용접기에 입력되었다. 그리고 나서 단일 용접이 수행되었다. 각각의 20개의 리튬층들은 서로 확실하게 용접되었다. 강한 결합은 리튬 및 접촉 리드 사이에 생성되었다. 이 결합은 접촉 리드의 메쉬를 관통하는 연화된 리튬에 의해 만들어졌다.
Figure pct00002
실시예 2에 사용된 용접기 셋팅
실시예 3
"L" 형상 접촉 리드는 100 ㎛ 두꺼운 스테인레스 스틸의 시트로부터 광화학적 에칭에 의해 제조되었다. "L"의 수직 단면은 연속적 스틸 호일이다. "L"의 베이스는 메시 패턴으로 에칭되었다. 메쉬 개구는 500x500 ㎛ 였고 바 폭은 100 ㎛ 였다. "L"의 본체는 수직 단면의 폭의 두 배였다. 베이스 단면의 폭은 용접 영역과 동일한, 5 mm 였다.
각각의 78 ㎛ 두께의 20개 리튬 애노드들을 가지는 배터리가 조립되었다. 리튬 접촉 탭들의 스택은 배터리로부터 돌출되었다. 접촉 리드는 리튬 접촉 탭에 최저로 직면하는 상부 및 스택의 나머지의 하부 표면 사이에 배치되었다. 리튬 접촉 탭들의 스택의 나머지를 접촉 리드의 메쉬된 영역 위에서 밀어 내렸다. 접촉 리드의 돌출 메쉬된 단면은 접촉 탭들의 스택 위에서 접철되었다. 접촉 조립은 메쉬된 영역이 용접 영역으로 빠지도록 초음파 용접기의 용접 고정대들 사이에 배치되었다.
그리고 나서 표 3에 나타낸 용접 결합 조건들은 AmTech 900B 40kHz 초음파 용접기에 입력되었다. 그리고 나서 단일 용접이 수행되었다. 각각의 20개의 리튬층들은 서로 확실하게 용접되었다. 강한 결합은 리튬 및 접촉 리드 사이에 생성되었다. 이 결합은 접촉 리드의 메쉬를 관통하는 연화된 리튬에 의해 만들어졌다.
Figure pct00003
실시예 3에 사용된 용접기 셋팅
실시예 4 (니켈)
정사각형 형상 접촉 리드가 평평한 니켈 금속 호일의 일 부분 (100 ㎛ 두께)을 절단함으로써 만들어졌다. 접촉 리드는 용접 영역이 탭 가장자리로부터 1 mm가 되도록 초음파 용접기의 용접 고정대들 사이에 배치되었다. 용접 영역은 직사각형 (20 x 6 mm) 이였다.
각각 100 ㎛ 두께의 9 개 리튬 애노드들을 가지는 배터리가 조립되었다. 리튬 접촉 탭들의 스택은 배터리로부터 돌출되었다. 리튬 접촉 탭들의 스택은 평평한 용접 영역을 생성하고, 각각의 접촉 탭들이 그것의 위치에 상관없이, 최소 수량의 리튬이 스택으로 사용되도록 형성되고 다듬어졌다. 리튬 탭들의 다듬어진 가장자리는 니켈 호일에서 용접 영역을 완전히 커버했다.
그리고 나서 리튬 접촉 탭들의 스택은 초음파 용접기의 용접 고정대들 사이에, 접촉 리드의 상부 상에 배치되었다. 용접 조건들은 표 4에 나타내었다. 용접기는 NewPower Ultrasonic Electronic Equipment CO., LTD 40kHz 초음파 용접기이다. 단일 용접이 수행되었다. 각각의 9개의 리튬층들은 서로 확실하게 용접되었다. 강한 결합은 리튬 및 니켈 접촉 리드 사이에 생성되었다. 이 결합은 분리력 테스트 절차마다 시험되었다.
Figure pct00004
실시예 5 (구리)
정사각형 형상 접촉 리드가 평평한 구리 호일의 일 부분 (100 ㎛ 두께)을 절단함으로써 만들어졌다. 접촉 리드는 용접 영역이 탭 가장자리로부터 1 mm에 배치되도록 초음파 용접기의 용접 고정대들 사이에 배치되었다. 용접 영역은 직사각형 (20 x 6mm) 이였다.
각각의 100 ㎛ 두께의 9개 리튬 애노드들을 가지는 배터리가 조립되었다. 리튬 접촉 탭들의 스택이 배터리로부터 돌출되었다. 리튬 접촉 탭들의 스택은 평평한 용접 영역을 생성하고, 각각의 접촉 탭들이 그것의 위치에 상관없이, 최소 수량의 리튬이 스택으로 사용되도록 형성되고 다듬어졌다. 리튬 탭들의 다듬어진 가장자리들은 구리 호일에서 용접 영역을 완전히 커버했다.
그리고 나서 리튬 접촉 탭들의 스택은 초음파 용접기의 용접 고정대들 사이에, 접촉 리드의 상부 상에 배치되었다. 용접 조건들은 표 5에 나타내었다. 용접기는 NewPower Ultrasonic Electronic Equipment CO., LTD 초음파 용접기이다. 그리고 나서 단일 용접이 수행되었다. 각각 9개의 리튬층들은 서로 확실하게 용접되었다. 강한 결합은 리튬과 구리 접촉 리드 사이에 생성되었다. 이 결합은 분리력 테스트 절차마다 시험되었다.
Figure pct00005
실시예 6 ( 스테인레스 스틸, 316)
정사각형 형상접촉 리드는 평평한 스테인레스 스틸 호일의 일 부분 (58 ㎛ 두께)을 절단함으로써 만들어졌다. 접촉 리드는 용접 영역이 탭 가장자리로부터 1 mm에 배치되도록 초음파 용접기의 용접 고정대들 사이에 배치되었다. 용접 영역은 직사각형 (20 x 6mm)이였다.
각각 100 ㎛ 두께의 9개 리튬 애노드를 가지는 배터리가 조립되었다. 리튬 접촉 탭들의 스택이 배터리로부터 돌출되었다. 리튬 접촉 탭들의 스택은 평평한 용접 영역을 생성하고, 각각의 접촉 탭들이 그것의 위치에 상관없이, 최소 수량의 리튬이 스택으로 사용되도록 형성되고 다듬어졌다. 리튬 탭들의 다듬어진 가장자리들은 스테인레스 스틸 호일에서 용접 영역을 완전히 커버했다.
그리고 나서 리튬 접촉 탭들의 스택은 초음파 용접기의 용접 고정대들 사이에, 접촉 리드의 상부 상에 배치되었다. 용접 조건들은 표 6에 나타내었고, 그리고 나서 NewPower Ultrasonic Electronic Equipment CO., LTD 40kHz 초음파 용접기에 입력되었다. 그리고 나서 단일 용접이 수행되었다. 각각 9개의 리튬층들은 서로 확실하게 용접되었다. 강한 결합은 리튬 및 스테인레스 스틸 접촉 리드 사이에 생성되었다. 이 결합은 분리력 테스트 절차마다 시험되었다.
Figure pct00006
이 명세서의 설명 및 특허청구범위 전체에 걸쳐, 단어 "포함한다(comprise)"와 "포함한다(contain)" 및 그들의 변형들은 "포함하지만 이에 제한되지 않는다"를 의미하고, 그들은 다른 일부분들(moieties), 추가들, 성분들, 정수들 또는 단계들을 제외할 의도가 아니다 (그리고 제외하지 않는다). 이 명세서의 기술과 특허청구범위 전체에 걸쳐, 단수는 문맥이 다르게 요구하지 않는다면 복수인 것을 포함한다. 특히, 미확정 항목(indefinite article)이 사용되는 경우, 문맥이 다르게 요구하지 않는다면, 명세서는 단수와 마찬가지로 복수를 예상하는 것으로서 이해될 것이다.
본 발명의 특정 측면, 실시예 또는 예시와 함께 기술된 특징들, 정수들, 특성들, 화합물들, 화학적 성분들 또는 그룹들은, 그것과 호환하지 않는 본원에 기술된 임의의 다른 측면, 실시예 또는 예시에 적용 가능한 것으로 이해될 것이다. 이 명세서 (임의의 첨부된 특허청구범위, 요약 및 도면들을 포함하는)에 기술된 모든 특징들, 및/또는 그렇게 기술된 임의의 방법 또는 과정의 모든 단계들은 적어도 그러한 특징들 및/또는 단계들의 일부가 상호적으로 독점적인 조합을 제외하고, 화합하여 임의의 조합이 될 수 있다. 본 발명은 임의의 상기 실시예의 상세로 제한되지 않는다. 본 발명은 이 명세서 (임의의 첨부된 특허청구범위, 요약 및 도면을 포함하는)에 기술된 특징들의 임의의 신규한 것, 또는 임의의 신규 조합으로 확장되거나, 그렇게 기술된 임의의 방법 또는 과정의 단계들의 임의의 신규한 것 또는 임의의 신규 조합으로 확대된다.
독자의 주의는 이 응용과 관련한 이 명세서와 동시에 또는 이전에 출원되고 이 명세서와 함께 공공 검사(public inspection)로 공개된 모든 논문들 및 문서들에 관한 것으로, 그러한 논문들 및 문서들의 모든 내용들은 본원에 참조로서 포함된다.

Claims (43)

  1. 적어도 하나의 전극을 접촉 리드에 연결(connecting)하는 방법으로서, 상기 전극은 접촉 영역을 가지는 시트 또는 호일을 포함하고, 상기 접촉 리드는 일 단부(an end portion)를 가지는 전기적으로 전도성인 리드를 포함하고,
    상기 방법은,
    ⅰ) 상기 적어도 하나의 전극의 상기 접촉 영역 및 상기 접촉 리드의 단부를 배치하여 상기 단부 및 상기 접촉 영역 사이에 오버랩 되도록 하는 단계;
    ⅱ) 상기 적어도 하나의 전극을 상기 접촉 리드에 결합(join)하도록 상기 단부에 상기 접촉 영역을 초음파적으로 용접하는 단계(ultrasonically welding)
    를 포함하고,
    적어도 상기 시트 또는 호일의 접촉 영역은, 알카리 금속 또는 알카리 금속의 합금으로부터 형성되는 것인, 적어도 하나의 전극을 접촉 리드에 연결하는 방법.
  2. 제1에 있어서,
    상기 전체 시트 또는 호일은 알카리 금속 또는 알카리 금속의 합금으로부터 형성되는 것인, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 알카리 금속은 리튬 또는 리튬 합금으로부터 형성된 것인, 방법.
  4. 상기 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접촉 영역은 상기 시트 또는 호일의 가장자리로부터 돌출한 탭 상에 제공된 것인, 방법.
  5. 상기 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단부는 니켈, 구리 및 스테인레스 스틸 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 금속 합금으로부터 형성된 것인, 방법.
  6. 상기 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초음파 용접 단계는 30 내지 50 kHz의 주파수에서 수행되는 것인, 방법.
  7. 상기 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단부는 복수의 관통 홀들을 임의적으로(optionally) 포함하는, 시트 물질로부터 형성된 것인, 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단부는 복수의 관통 홀들을 포함하는, 평면 시트 물질로부터 형성된 것이고, 그에 의해서 상기 접촉 영역의 금속은 상기 단부의 상기 관통홀을 통하여 관통하여(penetrates), 초음파 용접 단계 동안 및/또는 상기 초음파 용접 단계의 결과로 상기 적어도 하나의 전극을 상기 접촉 리드에 결합하는 것인, 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 단부는 관통 홀들이 없는 것인, 방법.
  10. 상기 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극들 중 적어도 2개는 적어도 하나의 접촉 리드에 커플링되고, 그에 의해서 초음파의 용접은 상기 적어도 2개의 전극들의 접촉 영역들 사이에 형성되는 것인, 방법.
  11. 상기 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    실질적으로 동일한 위치에서의 각각의 시트로부터 돌출한 상기 접촉 영역을 제공하는 탭을 가지는(with a tab) 시트 또는 호일을 각각 포함하는 복수의 전극들이 제공되어, 상기 전극들이 서로 정렬되고 전극 스택으로서 배열될 때 전극들의 상기 스택의 탭들이 실질적으로 정렬되는 것인, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 접촉 리드의 단부는 단계 i)에서 상기 전극 스택의 탭들 상부 상에 위치되는 것인, 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 접촉 리드의 단부는 단계 i)에서 상기 전극 스택의 탭들 바로 아래에 위치되는 것인, 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 접촉 리드의 단부는 단계 i)에서 상기 전극 스택의 상부 및 하부 사이의 중간위치에 위치되는 것인, 방법.
  15. 상기 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초음파 용접 단계는 상기 전극 스택 중 적어도 2개의 탭들 사이에 용접을 형성하는 것인, 방법.
  16. 상기 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접촉 리드의 단부는 상기 접촉 리드의 일체로 된 부분(integral part)이거나, 상기 접촉 리드의 단부는 상기 접촉 리드에 결합된 별도 금속 성분인 것인, 방법.
  17. 알카리 금속 또는 알카리 금속의 합금으로부터 형성된 접촉 영역을 가지는 시트 또는 호일을 포함하는 적어도 하나의 전극, 및 일 단부를 가지는 전기적으로 전도성인 리드를 포함하는 접촉 리드를 포함하고, 상기 접촉 리드의 단부는 상기 적어도 하나의 전극의 접촉 영역에 오버랩되고 초음파적으로 용접된 것인, 디바이스.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 디바이스는, 상기 알카리 금속 또는 알카리 금속의 합금으로부터 형성된 접촉 영역을 가지는 시트 또는 호일을 포함하는 적어도 2개의 전극들을 포함하고, 상기 접촉 영역들 중 적어도 일 부분이 다른 부분에 초음파적으로 용접된 것인, 디바이스.
  19. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 전극들은 서로 정렬되고 전극 스택으로서 배열되는 것인, 디바이스.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 접촉 리드의 단부는 상기 전극 스택의 상부 또는 바로 아래에 위치되어, 상기 단부가 상기 적어도 하나의 전극의 접촉 영역에 오버랩되고 초음파적으로 용접된 것인, 디바이스.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 접촉 리드의 단부는 상기 전극 스택의 상부 및 하부 사이의 중간위치에 위치되는 것인, 디바이스.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 단부의 양측 상의 상기 접촉 영역들은 서로 초음파적으로 용접되는 것인, 디바이스.
  23. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 수득될 수 있는 디바이스.
  24. 적어도 하나의 전극을 접촉 리드에 연결하는 방법으로서, 상기 전극은 시트 또는 호일의 가장자리로부터 돌출한 탭을 가지는 제1 금속의 시트 또는 호일을 포함하고, 상기 접촉 리드는 상기 제1 금속과 합금하지 않는 제2 금속으로 만들어지고 복수의 관통 홀들을 가지는 일 단부와 전기적으로 전도성인 리드를 포함하고,
    상기 방법은,
    ⅰ) 상기 접촉 리드의 단부 및 상기 적어도 하나의 전극의 탭을 배치하여, 상기 단부 및 상기 탭 사이에 오버랩, 바람직하게는 실질적인 오버랩이 되도록 하는 단계;
    ⅱ) 상기 적어도 하나의 전극을 상기 접촉 리드에 결합(join)하도록 상기 탭의 금속이 상기 단부의 상기 관통 홀들을 관통하도록 하는 단계
    를 포함하는, 적어도 하나의 전극을 접촉 리드에 연결하는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 단계 ii)에서, 상기 탭의 금속은 압착 및 용접함으로써 상기 관통 홀들을 관통하도록 하는 것인, 방법.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 용접은 초음파 용접인 것인, 방법.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 용접은 열 접촉 용접, 레이저 용접 또는 유도 용접인 것인, 방법.
  28. 제24항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용접은 적어도 하나의 전극의 층상 시트 또는 호일에서 중대한 열 변형 또는 변화(deformation or changes)를 일으키지 않으면서, 상기 탭의 인근에 인가된 에너지를 집결시키는 것인, 방법.
  29. 제24항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    실질적으로 동일한 위치에서의 각각의 시트로부터 돌출한 탭을 가지는 상기 제1 금속의 시트 또는 호일을 각각 포함하는 복수의 전극들이 제공되어, 상기 전극들이 서로 정렬되고 전극 스택으로서 배열될 때 전극들의 상기 스택의 탭들이 실질적으로 정렬되는 것인, 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 접촉 리드의 관통된 단부(the perforated end portion of the contact lead)는 단계 i)에서 상기 전극 스택의 탭들의 상부 상에 위치되는 것인, 방법.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 접촉 리드의 관통된 단부는 단계 i)에서 상기 전극 스택의 탭들 바로 아래에 위치되는 것인, 방법.
  32. 제29항에 있어서,
    상기 접촉 리드의 관통된 단부는 단계 i)에서 상기 전극 스택의 상부 및 하부 사이의 중간위치에 위치되는 것인, 방법.
  33. 제29항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탭들 및 상기 관통된 단부는 그리고 나서 함께 가압되고, 상기 제1 금속은 상기 접촉 리드의 관통된 단부의 상기 홀들을 관통하도록 하는 것인, 방법.
  34. 제29항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통된 단부가 압축된 탭들의 상부 상에 또는 바로 아래에 위치되고 상기 단계 ii)의 관통이 수행되기 이전에, 상기 전극 스택의 탭들이 함께 가압되는 것인, 방법.
  35. 제29항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접촉 리드의 단부는 상기 접촉 리드의 일체로 된 부분인 것인, 방법.
  36. 제29항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접촉 리드의 단부는 상기 접촉 리드에 용접된 별도 금속 성분인 것인, 방법.
  37. 제29항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 금속은 리튬 또는 리튬 합금인 것인, 방법.
  38. 제29항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 금속은 니켈, 구리, 리튬과 합금이 아닌 니켈 또는 구리 합금, 및 스테인레스 스틸을 포함하는 그룹으로부터 선택된 것인 (wherein the second metal is selected from a group comprising: nickel, copper, a nickel or copper alloy that does not alloy with lithium, and stainless steel), 방법.
  39. 배터리를 위한 적어도 하나의 전극 및 접촉 리드의 조합으로서(In combination, at least one electrode for a battery and a contact lead), 상기 전극은 시트 또는 호일의 가장자리로부터 돌출하는 탭을 가지는 제1 금속의 시트 또는 호일을 포함하고, 상기 접촉 리드는 상기 제1 금속과 합금하지 않는 제2 금속으로 만들어지고 복수의 관통 홀들을 가지는 일 단부와 전기적으로 전도성인 리드를 포함하고, 상기 탭의 상기 제1 금속은 상기 제2 금속 단부의 관통 홀들을 관통하도록 가압 및/또는 용접되는 것인, 조합(in combination).
  40. 제17항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 디바이스를 포함하는 배터리.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전극은 상기 배터리의 애노드인 것인, 배터리.
  42. 제40항 또는 제41항에 있어서,
    상기 초음파 용접은 상기 배터리의 전해질과 접촉하지 않는 것인, 배터리.
  43. 제40항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리는 리튬-황 배터리인 것인, 배터리.
KR1020147016102A 2011-12-15 2012-07-11 리튬-기반 전극으로의 접촉 리드의 연결 KR102048596B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11193678.7A EP2605313A1 (en) 2011-12-15 2011-12-15 Connecting contact leads to lithium-based electrodes
EP11193678.7 2011-12-15
US201261641612P 2012-05-02 2012-05-02
US61/641,612 2012-05-02
PCT/GB2012/051633 WO2013088115A1 (en) 2011-12-15 2012-07-11 Connecting contact leads to lithium-based electrodes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140113646A true KR20140113646A (ko) 2014-09-24
KR102048596B1 KR102048596B1 (ko) 2019-11-25

Family

ID=45406458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147016102A KR102048596B1 (ko) 2011-12-15 2012-07-11 리튬-기반 전극으로의 접촉 리드의 연결

Country Status (10)

Country Link
US (2) US20150056506A1 (ko)
EP (2) EP2605313A1 (ko)
JP (1) JP6285366B2 (ko)
KR (1) KR102048596B1 (ko)
CN (2) CN103999261A (ko)
CA (1) CA2852246C (ko)
ES (1) ES2613543T3 (ko)
PL (1) PL2791998T3 (ko)
RU (1) RU2598647C2 (ko)
WO (1) WO2013088115A1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200009230A (ko) * 2018-07-18 2020-01-30 주식회사 엘지화학 리튬메탈전지의 음극 탭 접합 방법, 이를 적용하여 제조된 리튬메탈전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬메탈전지
US11063303B2 (en) 2016-08-08 2021-07-13 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable battery having current collector
KR20220018744A (ko) 2020-08-07 2022-02-15 주식회사 엘지에너지솔루션 용접용 지지부재 및 이를 이용한 용접 방법
KR20230099155A (ko) 2021-12-27 2023-07-04 주식회사 엘지에너지솔루션 전극탭과 전극리드 접합부 압착 장치

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101746913B1 (ko) * 2012-06-28 2017-06-14 도요타지도샤가부시키가이샤 전지의 제조 방법 및 전지
US9941506B2 (en) * 2014-02-21 2018-04-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Current collector, secondary battery, electronic device, and manufacturing method thereof
US11788500B2 (en) 2016-02-11 2023-10-17 The Noco Company Battery device for a battery jump starting device
US11458851B2 (en) 2014-07-03 2022-10-04 The Noco Company Jump starting apparatus
US9007015B1 (en) 2014-07-03 2015-04-14 The Noco Company Portable vehicle battery jump start apparatus with safety protection
AU2017217661B2 (en) * 2016-02-11 2018-11-15 The Noco Company Battery connector device for a battery jump starting device
KR102207904B1 (ko) * 2016-07-27 2021-01-25 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
GB2555408B (en) * 2016-10-25 2019-03-27 Oxis Energy Ltd Interconnection
KR102044404B1 (ko) * 2017-03-16 2019-11-14 주식회사 리베스트 전극 탭과 전극 리드 사이에 보강 탭 결합 구조를 갖는 플렉서블 전지
JP6669122B2 (ja) * 2017-04-07 2020-03-18 トヨタ自動車株式会社 積層電池
DE102017215962A1 (de) 2017-09-11 2019-03-14 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Elektrodeneinheit für eine Batteriezelle und Batteriezelle
GB2582520B (en) 2017-12-14 2022-08-10 Noco Co Portable vehicle battery jump starter with air pump
CN111375882A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 中天储能科技有限公司 极耳焊接方法及使用该方法制备的电池
NL2028135B1 (en) * 2021-05-04 2022-11-10 Leydenjar Tech B V Electrode assembly for a battery having an ultrasonic weld, method for manufacture and use of the assembly
NL2028136B1 (en) * 2021-05-04 2022-11-10 Leydenjar Tech B V Method for joining an electrode tab to a current collector using ultrasonic welding, an electrode assembly for a battery, and use of the assembly
CN113097656B (zh) * 2021-05-10 2023-04-25 厦门海辰储能科技股份有限公司 极片、电芯组件和电池
CN115189099A (zh) * 2022-07-27 2022-10-14 肇庆小鹏汽车有限公司 电池极耳及电池

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003223880A (ja) * 2001-12-18 2003-08-08 Ngk Spark Plug Co Ltd 電池タブにリードを接続する方法
JP2005528741A (ja) * 2002-04-30 2005-09-22 アヴェスタ リミテッド パートナーシップ 電気化学的電池束及びその製作方法
KR20080009353A (ko) * 2006-07-24 2008-01-29 주식회사 엘지화학 탭-리드 결합부의 전극간 저항차를 최소화한 전극조립체 및이를 포함하고 있는 전기화학 셀
KR20080107047A (ko) * 2007-06-05 2008-12-10 주식회사 엘지화학 전극리드와 전극 탭의 용접성이 우수한 전극조립체 및 이를포함하고 있는 이차전지
KR20090035704A (ko) * 2006-07-26 2009-04-10 에버레디 배터리 컴퍼니, 인크. 변형된 양극을 포함하는 리튬-이황화철 원통형 전지

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2055865A5 (ko) * 1969-08-01 1971-05-14 Accumulateurs Fixes
JPS57157462A (en) * 1981-03-23 1982-09-29 Fuji Elelctrochem Co Ltd Manufacture of non-aqueous electrolyte battery
JPS5873966A (ja) * 1981-10-26 1983-05-04 Fuji Elelctrochem Co Ltd 非水電解液電池の製造方法
GB8630857D0 (en) * 1986-12-24 1987-02-04 Sylva Ind Ltd Electrical contact tab
US5368958A (en) 1992-08-20 1994-11-29 Advanced Energy Technologies Incorporated Lithium anode with conductive for and anode tab for rechargeable lithium battery
DE69813164T2 (de) * 1997-12-22 2003-10-23 Japan Storage Battery Co Ltd Verfahren zur Herstellung einer porösen, mit aktiver Masse gefüllten Elektrode
US6056185A (en) * 1998-03-18 2000-05-02 Ga-Tek Inc. Method of connecting batteries to electronic circuits
JP4016506B2 (ja) * 1998-10-16 2007-12-05 ソニー株式会社 固体電解質電池
JP4797219B2 (ja) * 1999-12-09 2011-10-19 パナソニック株式会社 電池のリード線接続装置
JP4644899B2 (ja) * 2000-02-23 2011-03-09 ソニー株式会社 電極及び電池、並びにそれらの製造方法
KR100477969B1 (ko) * 2002-10-25 2005-03-23 삼성에스디아이 주식회사 리튬 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 전지
US7108942B1 (en) 2003-03-27 2006-09-19 Wilson Greatbatch Technologies, Inc. Efficient electrode assembly design for cells with alkali metal anodes
JP4494731B2 (ja) * 2003-06-13 2010-06-30 三菱重工業株式会社 二次電池、二次電池の製造方法
US7335440B2 (en) 2003-09-12 2008-02-26 Medtronic, Inc. Lithium-limited anode subassembly with solid anode current collector and spacer
US7646171B2 (en) * 2004-01-06 2010-01-12 Sion Power Corporation Methods of charging lithium sulfur cells
JP2006173079A (ja) * 2004-11-18 2006-06-29 Sony Corp 電池
JP5114036B2 (ja) * 2006-09-08 2013-01-09 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 積層型電池の製造方法
JP4337875B2 (ja) * 2006-12-29 2009-09-30 ソニー株式会社 正極合剤、ならびに非水電解質二次電池およびその製造方法
US8734986B2 (en) * 2007-07-11 2014-05-27 Nissan Motor Co., Ltd. Laminate type battery
JP5111991B2 (ja) * 2007-09-28 2013-01-09 株式会社東芝 電池
US20100190055A1 (en) * 2009-01-29 2010-07-29 Gm Global Technology Operations, Inc. Battery cell connection method and apparatus
RU2398314C1 (ru) * 2009-03-11 2010-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Транспорт" Универсальный аккумулятор
JP5487895B2 (ja) * 2009-11-17 2014-05-14 トヨタ自動車株式会社 集電体及びその製造方法
KR101106428B1 (ko) * 2009-12-01 2012-01-18 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
JP2011192574A (ja) * 2010-03-16 2011-09-29 Panasonic Corp リチウム一次電池
JP4995297B2 (ja) * 2010-03-26 2012-08-08 三菱重工業株式会社 電池、及びこの電池の製造に用いられる超音波溶接システム
US9620768B2 (en) * 2012-05-22 2017-04-11 Sanyo Electric Co., Ltd. Negative electrode for lithium secondary batteries, lithium secondary battery, and method for producing the negative electrode for lithium secondary batteries
WO2017111988A1 (en) * 2015-12-22 2017-06-29 Intel IP Corporation Multiplexing of control signaling and data transmission in enhanced frame structures

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003223880A (ja) * 2001-12-18 2003-08-08 Ngk Spark Plug Co Ltd 電池タブにリードを接続する方法
JP2005528741A (ja) * 2002-04-30 2005-09-22 アヴェスタ リミテッド パートナーシップ 電気化学的電池束及びその製作方法
KR20080009353A (ko) * 2006-07-24 2008-01-29 주식회사 엘지화학 탭-리드 결합부의 전극간 저항차를 최소화한 전극조립체 및이를 포함하고 있는 전기화학 셀
KR20090035704A (ko) * 2006-07-26 2009-04-10 에버레디 배터리 컴퍼니, 인크. 변형된 양극을 포함하는 리튬-이황화철 원통형 전지
KR20080107047A (ko) * 2007-06-05 2008-12-10 주식회사 엘지화학 전극리드와 전극 탭의 용접성이 우수한 전극조립체 및 이를포함하고 있는 이차전지

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11063303B2 (en) 2016-08-08 2021-07-13 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable battery having current collector
KR20200009230A (ko) * 2018-07-18 2020-01-30 주식회사 엘지화학 리튬메탈전지의 음극 탭 접합 방법, 이를 적용하여 제조된 리튬메탈전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬메탈전지
KR20220018744A (ko) 2020-08-07 2022-02-15 주식회사 엘지에너지솔루션 용접용 지지부재 및 이를 이용한 용접 방법
KR20230099155A (ko) 2021-12-27 2023-07-04 주식회사 엘지에너지솔루션 전극탭과 전극리드 접합부 압착 장치
WO2023128478A1 (ko) 2021-12-27 2023-07-06 주식회사 엘지에너지솔루션 전극탭과 전극리드 접합부 압착 장치

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015505131A (ja) 2015-02-16
EP2605313A1 (en) 2013-06-19
RU2014128829A (ru) 2016-02-10
EP2791998A1 (en) 2014-10-22
PL2791998T3 (pl) 2017-06-30
CA2852246A1 (en) 2013-06-20
RU2598647C2 (ru) 2016-09-27
CN103999261A (zh) 2014-08-20
WO2013088115A1 (en) 2013-06-20
CN110010834A (zh) 2019-07-12
JP6285366B2 (ja) 2018-02-28
KR102048596B1 (ko) 2019-11-25
CN110010834B (zh) 2022-04-08
US20150056506A1 (en) 2015-02-26
US20230290927A1 (en) 2023-09-14
EP2791998B1 (en) 2017-01-11
ES2613543T3 (es) 2017-05-24
CA2852246C (en) 2019-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230290927A1 (en) Connecting contact leads to lithium-based electrodes
US6641027B2 (en) Method of connecting electric leads to battery tabs
JP4297367B2 (ja) 二次電池及びその製造方法
KR101863703B1 (ko) 파우치형 이차 전지 및 이의 제조방법
US20190363318A1 (en) Battery module and method for manufacturing same
JP6593304B2 (ja) 蓄電デバイスおよび蓄電デバイスの製造方法
JPWO2017057200A1 (ja) 蓄電素子及び蓄電素子の製造方法
JP5710287B2 (ja) 端子付電気化学セル及びその製造方法
JP4250528B2 (ja) 端子付電気化学セル
JP2002270148A (ja) 円筒密閉型リチウム二次電池の製造方法及びリチウム二次電池
JP5731836B2 (ja) 端子付電気化学セルとその製造方法
JP2001006746A (ja) 非水電解液電池
JP2008066048A (ja) リチウムイオン二次電池
GB2495581A (en) Connecting contact leads to lithium-based electrodes
JP6427074B2 (ja) 電極ユニットの超音波溶接方法
JP5815951B2 (ja) 端子付電気化学セル及びその製造方法
TWI574446B (zh) 將接觸導線連接至以鋰為主之電極的技術
JP2002208395A (ja) 非水電解液電池
US20220255202A1 (en) Terminal component, secondary battery provided therewith, and method for manufacturing terminal component
US8535824B1 (en) Electrochemical device having electrode in communication with clad tab
JP2002170544A (ja) 電 池
JP6648630B2 (ja) 電極組立体
JP2022191140A (ja) 電気化学セル及び電気化学セルの製造方法
JP2022092680A (ja) 密閉型電池および密閉型電池の製造方法
JP4500620B2 (ja) 電気二重層キャパシタの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant