KR20160023389A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캔을 밀봉하는 캡과 전극 조립체(젤리롤)의 전극탭을 결합하는 구조의 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명의 이차 전지는 캔과, 캔의 내부에 수용되는 전극 조립체와, 캔을 밀봉하는 캡을 포함하는 이차 전지에 있어서, 전극 조립체에서 인출된 전극탭이 캡에 용접으로 결합되어 용접 결합부가 형성되고, 용접결합부는 제품정보를 포함하는 식별코드 패턴으로 식별코드 용접부를 이루고 있다.
본 발명의 구성에 의하면, 캡과 전극탭을 접합하는 용접 공정과 제품정보를 인쇄 또는 각인하는 공정을 하나로 통합하여 공정의 단순화를 구현할 수 있고, 식별코드 패턴 용접을 통해 용접 스폿수가 증가하여 용접 품질향상을 도모할 수 있으며, 식별코드 패턴으로 제품의 정보를 제품 내부에 반영하여 제품의 정보 추종성을 확보할 수 있는 장점이 있으므로 제품 분석이나 확인, 이슈 파악 등에 용이하게 활용될 수 있다는 효과가 있다.
본 발명의 이차 전지는 캔과, 캔의 내부에 수용되는 전극 조립체와, 캔을 밀봉하는 캡을 포함하는 이차 전지에 있어서, 전극 조립체에서 인출된 전극탭이 캡에 용접으로 결합되어 용접 결합부가 형성되고, 용접결합부는 제품정보를 포함하는 식별코드 패턴으로 식별코드 용접부를 이루고 있다.
본 발명의 구성에 의하면, 캡과 전극탭을 접합하는 용접 공정과 제품정보를 인쇄 또는 각인하는 공정을 하나로 통합하여 공정의 단순화를 구현할 수 있고, 식별코드 패턴 용접을 통해 용접 스폿수가 증가하여 용접 품질향상을 도모할 수 있으며, 식별코드 패턴으로 제품의 정보를 제품 내부에 반영하여 제품의 정보 추종성을 확보할 수 있는 장점이 있으므로 제품 분석이나 확인, 이슈 파악 등에 용이하게 활용될 수 있다는 효과가 있다.
Description
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지에서 캔을 밀봉하는 캡과 전극 조립체(젤리롤)의 전극탭을 결합하는 구조에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 통신용 PC, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 휴대용 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동용 전원으로 쓰이는 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 충전 및 방전이 가능한 이차전지 예컨데 리튬 이차 전지는 기존의 납축전지, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 니켈-아연 전지 등과 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 3배 정도 높고 고속 충전이 가능하다.
그리고 리튬 이차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와 고분자 전해질 전지로 분류할 수 있으며, 일반적으로는 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 폴리머 전지라고 부른다. 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조 가능한데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형 및 파우치 형이 있다. 특히 각형 이차 전지는 전자제품의 경량화 및 소형화를 하는데 있어 매우 중요하며, 한국등록특허 제10-0624979호, 한국등록특허 제10-0709884호 등으로 개시되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이 일반적으로 이차 전지(1)는 캔(10)과, 캔(10)의 내부에 수용되는 전극 조립체(20)와, 캔(10)을 밀봉하는 캡(30)을 포함한다.
캔(10)은 위쪽이 개방된 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 전극 조립체(20)와 전해액의 용기가 되고, 전극 조립체(20)가 캔(10)의 개방된 상단 개구부를 통해 삽입된 후 상단 개구부는 캡(30)에 의해 봉해진다. 캔(10)의 내부에는 전극 조립체(20)와 캡(10)과의 절연을 의한 절연부(11)가 구비된다.
전극 조립체(20)는 제1전극판(21)과 제2전극판(22) 및 세퍼레이터(23)가 젤리-롤 형태(jelly-roll type)로 와인딩되며, 제1전극판(21) 및 제2전극판(22)로부터 제1전극탭(24) 및 제2전극탭(25)이 각각 인출된다.
캡(30)은 캔(10)의 상부에 결합되는 캡 플레이트(31)와, 캡 플레이트(31)의 통공에 삽입되는 가스켓(32) 및 전극 단자(33)와, 캡 플레이트(31)의 아랫면에 설치되는 절연 플레이트(34) 및 단자 플레이트(35)를 포함하며, 캡 플레이트(31)에는 캔(10) 내부로 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입공(31a)이 형성되며, 전해액 주입공(31a)은 볼(36)에 의해 밀폐된다. 여기서, 제1전극탭(24)은 캡 플레이트(31)의 저면에 직접 부착되고, 제2전극탭(25)은 단자 플레이트(35)와 함께 전극 단자(33)에 전기적으로 연결된다.
이와 같이 구성된 이차전지(1)는 상기 캔(10)의 내부에 젤리-롤형의 전극 조립체(20)를 삽입하고, 전극 조립체(20)의 상부에 절연부(11)를 안착시켜 형성하며, 전극 조립체(20)로부터 인출된 제1전극탭(24)과 제2전극탭(25)은 캡(30)의 캡 플레이트(31)의 바닥면과 전극단자(33)에 각각 용접하게 된다. 이후에 적정량의 전해액을 캔(10) 내부에 주입하고 최종 밀봉하여 이차 전지를 완성한다. 이차 전지는 캔의 형태에 따라 원형 이차 전지 또는 각형 이차 전지를 구성하게 된다.
전극탭(24, 25)을 캡 플레이트(31) 바닥면과 전극 단자(33)에 각각 용접할 때 여러가지 용접 방법들이 사용되고 있으며, 이들의 공통된 특징은 저항열이나 레이저 빔 등으로 탭과 단자를 녹여 접합하는 것이다. 전극탭(24, 25)의 용접 접합부는 플레이트 형태로 되어 있다.
도 2는 종래 이차전지의 캡과 전극탭의 결합구조를 나타내는 구성도이다. 도시한 바와 같이 제1전극탭(24)은 캡(30)의 캡 플레이트(31) 저면에 두 점으로 스폿 용접(점용접)되어 있으며, 제2전극탭(25)은 캡(30)의 전극 플레이트(35)에 두 점으로 스폿 용접(점용접)되어 있다.
이와 같이 구성된 이차 전지의 캔(10)이나 캡(30)에는 별도의 공정에 따라 제품의 고유인식 번호, Lot 정보 및 기타 정보를 식별코드(바코드 등) 형태로 인쇄 또는 각인하게 된다.
본 발명은 종래 이차 전지의 생산공정을 혁신하여 생산성과 용접품질을 향상하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 캡과 전극탭을 용접으로 결합하는 중에 제품에 대한 정보가 식별코드(바코드 등) 패턴으로 형성되게 하여 생산공정을 줄이고 패턴에 의한 용접품질을 향상하는 이차 전지를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이차 전지는 캔과, 캔의 내부에 수용되는 전극 조립체와, 캔을 밀봉하는 캡을 포함하는 이차 전지에 있어서, 전극 조립체에서 인출된 전극탭이 캡에 용접으로 결합되어 용접 결합부가 형성되고, 용접 결합부는 제품정보를 포함하는 식별코드 패턴으로 식별코드 용접부를 이루고 있다.
캔은 원형 캔이나 각형 캔으로 이루어질 수 있다.
식별코드 용접부는 점 무늬의 식별코드 패턴이나 줄 무늬의 식별코드 패턴으로 형성된다.
식별코드 용접부는 레이저 발진기와 스캐닝부를 포함하는 레이저 용접 시스템에 의해 레이저 용접으로 형성된다.
본 발명에 의한 이차 전지에 의하면, 캡과 전극탭을 접합하는 용접 공정과 제품정보를 인쇄 또는 각인하는 공정을 하나로 통합하여 공정의 단순화를 구현할 수 있고, 식별코드 패턴 용접을 통해 용접 스폿수가 증가하여 용접 품질향상을 도모할 수 있으며, 식별코드 패턴으로 제품의 정보를 제품 내부에 반영하여 제품의 정보 추종성을 확보할 수 있는 장점이 있으므로 제품 분석이나 확인, 이슈 파악 등에 용이하게 활용될 수 있다는 효과가 있다.
즉, 본 발명은 캡과 전극탭을 레이저 용접을 통해 접합하면서 용접 패턴을 식별코드(바코드 등) 형태로 구현하여 용접 품질을 향상하면서 식별코드 패턴을 통해 제품의 정보를 담아 제품의 Traceability(생산 이력 추적성)을 확보할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 이차 전지의 일부를 단면으로 나타낸 단면 구성도이다.
도 2는 종래 이차전지의 캡과 전극탭의 결합구조를 나타내는 구성도이다
도 3은 본 발명이 적용되는 각형 이차 전지의 캡과 전극탭의 결합구조를 나타내는 구성도이다.
도 4는 도 3의 용접 결합부의 식별코드 패턴을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3의 용접 결합부의 식별코드 패턴의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 3의 용접 결합부의 식별코드 패턴으로 용접하기 위해 사용되는 레이저 용접 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 6의 광학부를 나타내는 상세히 나타내는 블록도이다.
도 8은 도 6의 레이저 용접 시스템의 개략 구성도이다.
도 9는 본 발명이 적용되는 원형 이차 전지의 캡과 전극탭의 결합구조의 예를 나타내는 구성도이다.
도 2는 종래 이차전지의 캡과 전극탭의 결합구조를 나타내는 구성도이다
도 3은 본 발명이 적용되는 각형 이차 전지의 캡과 전극탭의 결합구조를 나타내는 구성도이다.
도 4는 도 3의 용접 결합부의 식별코드 패턴을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3의 용접 결합부의 식별코드 패턴의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 3의 용접 결합부의 식별코드 패턴으로 용접하기 위해 사용되는 레이저 용접 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 6의 광학부를 나타내는 상세히 나타내는 블록도이다.
도 8은 도 6의 레이저 용접 시스템의 개략 구성도이다.
도 9는 본 발명이 적용되는 원형 이차 전지의 캡과 전극탭의 결합구조의 예를 나타내는 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 3은 본 발명이 적용되는 각형 이차 전지의 캡과 전극탭의 결합구조를 나타내는 구성도이고, 도 4는 도 3의 용접 결합부의 식별코드 패턴을 나타내는 도면이다. 본 발명은 캔과, 캔의 내부에 수용되는 전극 조립체와, 캔을 밀봉하는 캡을 포함하는 이차 전지에 적용된다. 이차 전지의 캔과 전극 조립체와 캡은 도 1에 도시된 구성과 유사한 실시예로 구현될 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
도 3에 도시한 바와 같이 본 발명은 전극 조립체에서 인출된 제1전극탭(124)과 제2전극탭(125)이 캡(130)에 용접으로 결합되어 용접 결합부(140)가 형성된다. 제1전극탭(124)은 후술하는 레이저 용접 시스템에 의해 캡(130)의 캡 플레이트(131) 저면에 용접 결합부(140)를 형성하고, 제2전극탭(125)은 후술하는 레이저 용접 시스템에 의해 캡(130)의 전극 플레이트(135)에 용접 결합부(140)를 형성한다. 도 3은 각형 이차전지에 형성되는 용접 결합부(140)를 나타낸다.
도 4에 도시한 바와 같이 용접 결합부(140)는 제품정보(제품의 고유인식 번호, Lot 정보 및 기타 정보 등의 제품정보)를 포함하는 식별코드 패턴으로 식별코드 용접부를 이루고 있는 구성으로서, 점 무늬(141)의 식별코드 패턴(바코드 패턴)으로 되어 있다.
한편, 도 5에 도시한 바와 같이 다른 예로서, 용접 결합부(240)는 제품의 고유인식 번호, Lot 정보 및 기타 정보 등의 제품정보를 포함하는 식별코드 패턴으로 식별코드 용접부를 이루고 있는 구성으로서, 줄 무늬(241)의 식별코드 패턴으로 되어 있을 수도 있다. 식별코드 패턴은 점 무늬나 줄 무늬에 한정되지 않고 기호 무늬나 문자 무늬로 형성될 수도 있다.
이러한 구성에 의한 이차 전지는 캡과 전극탭을 접합하는 용접 공정과 제품정보를 인쇄 또는 각인하는 공정을 하나로 통합하여 공정의 단순화를 구현할 수 있고, 식별코드 패턴 용접을 통해 용접 스폿수가 증가하여 용접 품질향상을 도모할 수 있으며, 식별코드 패턴으로 제품의 정보를 제품 내부에 반영하여 제품의 정보 추종성을 확보할 수 있는 장점이 있으므로 제품 분석이나 확인, 이슈 파악 등에 용이하게 활용될 수 있다.
즉, 본 발명에 의한 이차 전지에 의하면, 캡과 전극탭을 레이저 용접을 통해 접합하면서 용접 패턴을 식별코드 등의 식별코드 형태로 구현하여 용접 품질을 향상하면서 식별코드 패턴을 통해 제품의 정보를 담아 제품의 Traceability(생산 이력 추적성)을 확보할 수 있다.
용접 결합부(140)(240)를 형성하는 식별코드 용접부는 도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같은 레이저 용접 시스템(500)에 의해 레이저 용접으로 형성되는 것이 바람직하다. 도 6은 용접 결합부의 식별코드 패턴으로 용접하기 위해 사용되는 레이저 용접 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 7은 도 6의 광학부를 나타내는 상세히 나타내는 블록도이며, 도 8은 도 6의 레이저 용접 시스템의 개략 구성도이다.
도시한 바와 같이 레이저 용접 시스템(500)은 레이저 발진기(510)와, 레이저 전송부(520)와, 스캐닝부(530)와, 광학부(540)와, 스테이지(550)와, 제어부(560)를 포함한다.
레이저 발진기(510)는 레이저 빔을 생성하여 출력하는 기능을 수행한다. 레이저 빔은 연속파, 펄스파 등의 다양한 동작이 가능하고 대상으로 하는 가공 프로세스에 맞춰 이용되고 있다. 자동차 부품이나 두꺼운 판 등 비교적 큰 부재의 용접에는 연속파 발진 레이저가 이용되고 있으나 소형전자 부품의 용접에는 펄스 발진 레이저를 사용하는 것이 바람직하다. 박판 용접은 비교적 적은 에너지로 되기 때문에 펄스파 쪽이 투입 에너지량을 제어하기 쉽기 때문이다.
본 실시예에 따른 레이저 용접 시스템은 전자 부품 등의 미세 용접에 사용하기 위한 것이므로, 레이저 발진기(510)로 파이어(Fiber) 레이저 또는 YAG 레이저를 사용하며 다양한 레이저 발진방식의 발진기를 사용할 수 있다. 파이버(Fiber) 레이저는 레이저의 생성(발진, 증폭), 출사 등이 광 파이버의 형태로 구성되어 파이버 내부에서 진행되는 레이저 발진 방식으로 점 뿐만 아니라 선, 문자 등을 구현하기 위한 연속출사(연속적으로 끊기지 않고 레이저 빔이 출사)에 많이 사용되며, 식별코드패턴(점, 선, 기호, 문자 등)을 구현하기에 가장 적합하다. YAG 레이저는 광 파이버로 레이저 빔 전송이 가능하므로, 가공 베드부위를 소형으로 만들 수 있어 전자부품의 가공에 적합하다.
레이저 전송부(520)는 레이저 발진기(510)의 출력단에 배치되어, 레이저 발진기(510)에서 생성되어 출력된 레이저 빔을 스캐닝부(530)로 전달하는 기능을 수행한다. 레이저 전송부(520)는 광학계 또는 광 파이버를 사용할 수 있으며, 본 실시예의 경우 광 파이버를 사용한다.
스캐닝부(530)는 레이저 전송부(520)의 후단에 배치되며, 레이저 전송부(520)에서 입사되는 레이저 빔의 광 경로를 조절하는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 스캐닝부(530)로서 갈바노 스캐너(미도시)를 사용하며, 갈바노 스캐너는 갈바노 미러(미도시)와 갈바노 미러 구동부(미도시)로 구성되며, 갈바노 미러 구동부는 갈바노 미러의 반사면을 구동시킴으로써 스캐닝부(530)에 입사되는 레이저 빔의 광 경로를 원하는 경로 조절하게 된다.
광학부(540)는 스캐닝부(530)의 후단에 설치되어, 스캐닝부(530)를 출사되는 레이저 빔의 집속 및 초점 등을 조절한다. 도 7에 도시한 바와 같이, 광학부(540)는 집속 렌즈(541), 빔 익스펜더(beam expender)(542), 이미징 렌즈(543), 반사 미러(544) 및 F-theta 렌즈(545)를 포함한다. 광학부(540)는 이러한 렌즈들의 전부 또는 일부를 사용하여 레이저빔의 광학 특성을 변화시킨다. 집속 렌즈(541)는 레이저 빔을 집속시키는 역할을 하며, 빔 익스펜더(542)는 레이저 빔의 출력을 확장시키고, 반사 미러(544)는 레이저 빔을 반사시키는 기능을 수행하며, F-theta 렌즈(545)는 레이저 빔의 초점을 조절하는 기능을 수행한다.
스테이지(550)는 피용접물을 지지 및 고정시키는 역할을 수행한다.
제어부(560)는 레이저 발진기(510)의 동작을 제어하며, 스캐닝부(530)의 동작을 제어한다. 제어부(560)는 메모리(미도시)에 미리 저장되거나 외부에서 입력된 용접 패턴(바코드 패턴) 정보에 따라 스캐닝부(530)의 갈바노 스캐너 구동부의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(560)는 스캐닝부(530)의 위치 정보를 파악하여, 가공 위치로 향하도록 제어하며, 스캐너의 고속 스캔과 동기하여 레이저 빔의 출사를 제어하는 기능을 수행한다.
이로서, 레이저 발진기(510)에서 출력된 레이저 빔은 레이저 전송부(520)를 거쳐 스캐닝부(530)로 입사되고, 스캐닝부(530)의 동작에 따라 레이저 빔은 용접 패턴(식별코드 패턴)을 따라 용접 대상물에 조사되면서 레이저 용접이 이루어진다.
레이저 빔의 파워에 따라 한 번의 스캔으로 용접이 이루어질 수도 있으며, 높은 속도로 용접되는 패턴을 수 차례에 걸쳐 스캔하면서 용접을 수행할 수도 있다. 본 실시예에 따르면, 용접 시간은 용접 대상물의 크기 이외에 용접 속도 즉, 스캐닝 속도 및 스캐닝 횟수에 의해 결정된다.
도 9은 원형 이차 전지의 캡(330)과 전극탭(325)의 결합구조의 예를 나타내는 구성도로서, 원형 이차 전지의 전극 조립체에서 인출된 전극탭(325)이 캡(330)에 용접으로 결합되어 용접 결합부(340)가 형성된 구성이다. 도 9의 전극탭(325)와 캡(330) 및 용접 결합부(340)의 구성과, 용접 결합부(340)를 형성하기 위한 레이저 용접 시스템의 구성은 도 3 내지 도 8의 구성과 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
124 : 제1전극탭
125, 325 : 제2전극탭
130, 330 : 캡 131 : 캡 플레이트
135 : 전극 플레이트 140, 340 : 용접 결합부
141 : 점 무늬 241 : 줄 무늬
500 : 레이저 용접 시스템 510 : 레이저 발진기
520 : 레이저 전송부 530 : 스캐닝부
540 : 광학부 550 : 스테이지
560 : 제어부
130, 330 : 캡 131 : 캡 플레이트
135 : 전극 플레이트 140, 340 : 용접 결합부
141 : 점 무늬 241 : 줄 무늬
500 : 레이저 용접 시스템 510 : 레이저 발진기
520 : 레이저 전송부 530 : 스캐닝부
540 : 광학부 550 : 스테이지
560 : 제어부
Claims (10)
- 캔과, 상기 캔의 내부에 수용되는 전극 조립체와, 상기 캔을 밀봉하는 캡을 포함하는 이차 전지에 있어서,
상기 전극 조립체에서 인출된 전극탭이 상기 캡에 용접으로 결합되어 용접 결합부가 형성되고,
상기 용접 결합부는 제품정보를 포함하는 식별코드 패턴으로 식별코드 용접부를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 캔은 원형 캔으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 캔은 각형 캔으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 식별코드 용접부는 점 무늬의 식별코드 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 식별코드 용접부는 줄 무늬의 식별코드 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 식별코드 용접부는 문자 무늬의 식별코드 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 식별코드 용접부는 기호 무늬의 식별코드 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 식별코드 용접부는 레이저 발진기와 스캐닝부를 포함하는 레이저 용접 시스템에 의해 레이저 용접으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 8에 있어서,
상기 레이저 발진기로서 파이버(Fiber) 레이저를 사용하여 상기 식별코드 용접부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 청구항 8에 있어서,
상기 스캐닝부로서 갈바노 스캐너를 사용하여 상기 식별코드 용접부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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