KR20160010954A - 전극 탭의 용접성을 향상시키기 위한 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차전지의 전극조립체를 구성하는 각각의 전극 판에 전극 탭을 저항 용접하거나, 상기 전극 탭을 전지케이스에 저항 용접하기 위한 용접장치로서, 전류를 공급하며 저항열을 만들어 내는 전원 공급기; 상기 전극 탭에 엠보 구조를 형성할 수 있도록, 상기 엠보 형상에 대응하는 미세돌기들이 형성되어 있는 성형틀을 둘 이상 포함하는 용접기; 용접 부위의 균일한 접촉면을 생성하기 위한 가압기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접장치를 제공한다.

Description

전극 탭의 용접성을 향상시키기 위한 용접장치 {Welding Device for Improved Weldability of Electrode Tab}

본 발명은 전극 탭의 용접성을 향상시키기 위한 용접장치로서, 더욱 상게하게는, 이차전지의 전극조립체를 구성하는 각각의 전극 판에 전극 탭을 저항 용접하거나, 상기 전극 탭을 전지케이스에 저항 용접하기 위한 용접장치로서, 전류를 공급하며 저항열을 만들어 내는 전원 공급기; 상기 전극 탭에 엠보 구조를 형성할 수 있도록, 상기 엠보 형상에 대응하는 미세돌기들이 형성되어 있는 성형틀을 둘 이상 포함하는 용접기; 및 용접 부위의 균일한 접촉면을 생성하기 위한 가압기;를 포함하는 용접장치에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.

이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.

전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 젤리-롤형과 스택형의 복합 구조인 스택/폴딩형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.

일반적으로, 전극 탭이 집전체의 무지부에 용접되어 있는 전극조립체가 전지케이스에 수납되고, 전지케이스 내에 전해액이 주입된 후에, 전극 탭이 저항 용접에 의해 전지케이스와 용접된다.

구체적으로, 도 1에는 전극 탭과 전지케이스의 저항 용접을 나타내는 단면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 성형틀의 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 전지케이스(10) 상에 전극 탭(20)이 접촉되고, 미세돌기들을 형성할 수 있는 성형틀(30)을 포함하는 용접기(도시하지 않음)에 의해 용접된다. 또한, 균일한 접촉면을 생성하기 위한 가압장치(도시하지 않음)에 의해 가압된다.

이 때, 전극탭에는 저항열을 낮은 전류로 극대화시켜 용접강도를 키울 수 있도록, 접속면적에 따라서 다수의 엠보 구조를 성형하게 된다. 따라서, 국부적인 저항열을 생성시켜 용접 강도를 키울 수 있다.

그러나, 상기 엠보 구조의 가압 성형 시 용접장치의 직진성에 따라 엠보의 크기 및 불균일을 유발할 수 있다. 또한, 용접장치의 마모에 따라 접촉면적이 불균일하게 이루어질 수 있으며, 이에 따라 용접강도 산포가 커질 수 있고, 저항열의 불균일로 인해 용접 불량이 유발되기도 한다.

따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험들을 계속한 끝에, 이차전지의 전극 탭에 둘 이상의 군으로 엠보 구조를 형성시키는 용접장치를 제공함으로써 전극 탭의 용접성을 향상시킬 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용접장치는, 이차전지의 전극조립체를 구성하는 각각의 전극 판에 전극 탭을 저항 용접하거나, 상기 전극 탭을 전지케이스에 저항 용접하기 위한 용접장치로서, 전류를 공급하며 저항열을 만들어 내는 전원 공급기; 상기 전극 탭에 엠보 구조를 형성할 수 있도록, 상기 엠보 형상에 대응하는 미세돌기들이 형성되어 있는 성형틀을 둘 이상 포함하는 용접기; 용접 부위의 균일한 접촉면을 생성하기 위한 가압기; 를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

즉, 본 발명에 따른 용접장치에는 전극 탭에 상기와 같은 엠보 형상에 대응하는 미세돌기들이 형성되어 있는 성형틀을 둘 이상 포함하는 용접기가 장착되어 있어서, 상기 성형틀이 하나의 군으로 형성된 종래의 구조와 비교하여, 성형틀의 마모 불균일로 발생하는 용접 불량율을 최소화하고 성형틀 각각의 마모 정도에 따라 그 교체 시기를 달리할 수 있으므로 매우 효율적이다.

상기 전극 리드의 소재는, 전기전도도에 영향을 미치지 않는 소재라면 특별히 제한되지 않지만, 구체적으로, 알루미늄, 또는 니켈을 사용할 수 있다.

상기 미세돌기의 높이는 전극 탭의 두께를 기준으로 30% 내지 300%일 수 있는 바, 상기 미세돌기의 높이가 너무 높은 경우에는 전극 탭의 기계적 강성이 저하되어 궁극적으로 안정적인 전기적 연결 구조를 달성하기 어려울 수 있고, 반대로 너무 낮은 경우에는 융착이 용이하지 않을 수 있으므로 바람직하지 않다.

한편, 본 발명에 따른 용접장치는 단일 구조의 성형틀이 아닌, 3개로 분리된 구조를 갖고 있기 때문에 성형틀 각각의 마모 정도에 따라 그 교체 시기를 달리함으로써 효율성이 향상되는 바, 상기 성형틀 간의 간격은 계속적인 사용에 따른 마모 정도와 교체 용이성 등을 고려하여 형성될 수 있다. 상세하게는 상기 성형틀 간의 간격은 미세돌기의 너비를 기준으로 50% 내지 300%일 수 있으며, 더욱 상세하게는 100% 내지 250%일 수 있다. 상기 성형틀 간의 간격이 너무 좁으면 본 발명이 목적하는 효과를 달성하기 어렵고, 너무 넓으면 전극 탭에서 상기 성형틀 간의 간격에 대응하는 위치에는 엠보 구조가 형성되지 않으므로, 용접성이 문제될 수 있으므로 바람직하지 않다.

본 발명에서 저항 용접은 성형틀에 전류를 인가하여 저항열에 의해 용접될 수 있다. 즉, 두 개 이상의 성형틀로 형성된 엠보 구조의 전극 탭을 전극 판 또는 전지케이스와 용접시키므로, 전극 탭 마모 불균일을 미연에 방지하여 전극 탭과 전극 판 또는 전지케이스 간의 용접성을 극대화시킬 수 있다.

상기 전극조립체는 젤리-롤형 전극조립체일 수 있으며, 연속적인 충방전이 가능한 이차전지에 사용될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 용접장치를 사용하여 제조되는 전지셀을 제공한다.

일반적인 전지셀의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 용접장치는 전극 탭에 둘 이상의 군으로 이루어진 엠보 구조를 형성함으로써, 용접 불량율을 최소화하고 각 군의 마모 정도에 따라 성형틀의 교체 시기를 달리하여 전지셀의 안전성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 전극 판 및 전극 탭의 용접을 나타내는 부분 단면도이다;
도 2는 도 1의 성형틀의 정면도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 성형틀의 단면도 및 측면도이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 성형틀의 단면도(a) 및 측면도(b)가 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 용접장치는 미세돌기들(301)이 형성되어 있는 3개의 성형틀들(310, 320, 330)로 구성된 용접기를 포함하고 있다.

구체적으로, 성형틀들(310, 320, 330)은 3행 3열로 형성된 미세돌기(301)들이 형성되어 있고, 상기 미세돌기(301)들은 전극 탭의 너비를 기준으로 3행 3열로 형성될 수 있도록 균일한 크기로 구성되어 있다. 또한, 상기 미세돌기(310)들은 피라미드 형태로 형성되어 있으며, 미세돌기(310)의 돌출 높이는 전극 탭의 두께를 기준으로 30% 내지 300%에 해당된다.

또한, 상기 미세돌기가 형성된 성형틀 간의 간격은 미세돌기의 너비를 기준으로 50% 내지 300%에 해당된다.

이때, 저항 용접은 각각의 성형틀들(310, 320, 330)에 전류를 인가하여 저항열에 의해 가압되어 용접되므로, 전극 탭의 마모 불균일을 최소화할 수 있다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (7)

1. 이차전지의 전극조립체를 구성하는 각각의 전극 판에 전극 탭을 저항 용접하거나, 상기 전극 탭을 전지케이스에 저항 용접하기 위한 용접장치로서,
   전류를 공급하며 저항열을 만들어 내는 전원 공급기;
   상기 전극 탭에 엠보 구조를 형성할 수 있도록, 상기 엠보 형상에 대응하는 미세돌기들이 형성되어 있는 성형틀을 둘 이상 포함하는 용접기;
   용접 부위의 균일한 접촉면을 생성하기 위한 가압기;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 탭의 소재는 알루미늄 또는 니켈인 것을 특징으로 하는 용접장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 미세돌기의 돌출 높이는 전극 탭의 두께를 기준으로 30 % 내지 300 %인 것을 특징으로 하는 용접장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 성형틀 간의 간격은 미세돌기의 너비를 기준으로 50% 내지 300%인 것을 특징으로 하는 용접장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 저항 용접은 성형틀에 전류를 인가하여 저항열에 의해 용접되는 것을 특징으로 하는 용접장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 젤리-롤형 전극조립체인 것을 용접장치.
7. 제 1 항에 따른 용접장치를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전지셀.

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