KR20160059789A - 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 방법 및 이에 의해 제조된 이차 전지, 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 불량 검사 방법 - Google Patents

이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 방법 및 이에 의해 제조된 이차 전지, 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 불량 검사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극 조립체를 가지는 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 방법에 관한 것으로서, (a) 상기 전극 조립체를 구성하는 복수개의 전극판으로부터 연장되어 있는 상기 복수개의 전극 탭을 상하 방향으로 서로 겹치는 단계와; (b) 서로 겹쳐진 상기 복수개의 전극 탭의 일부와 겹치도록 상기 전극 리드를 상기 복수개의 전극 탭의 상부 또는 하부에 위치시키는 단계와; (c) 용접 장치를 이용하여 상기 복수개의 전극 탭과 상기 전극 리드가 겹쳐진 부분을 용접함으로써 용접면을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 (c) 단계에서, 상기 용접면의 길이는 0.4mm 이상 0.7mm 이하로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에, 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 약(弱)용접에 의한 용접 불량 및 강(强)용접에 의한 전극 탭의 단선을 방지할 수 있다.

Description

이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 방법 및 이에 의해 제조된 이차 전지, 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 불량 검사 방법 {METHOD FOR WELDING PLURAL ELECTRODE TAB AND ELECTRODE LEAD OF SECONDARY BATTERY AND SECONDARY BATTERY USING THE SAME, METHOD FOR INSPECTING POOR WELDING OF SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 방법 및 이에 의해 제조된 이차 전지에 관한 것으로서, 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 약(弱)용접에 의한 용접 불량 및 강(强)용접에 의한 전극 탭의 단선이 방지될 수 있는 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 방법 및 이에 의해 제조된 이차 전지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 불량 검사 방법에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC와 같은 휴대용 무선 기기가 경량화 및 고기능화됨에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 그러한 이차 전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가지는 리튬 이차 전지에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있으며, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 화석 원료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차 전지와 파우치형 이차 전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차 전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차 전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이 셀(Bi-cell) 또는 풀 셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체 등을 들 수 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극 조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태의 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
이러한 이차 전지는 통상 분리막이 개재된 상태에서 양극판과 음극판이 순차적으로 적층되어 있는 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하는 외장재인 전지 케이스를 포함하여 이루어진다.
이 때, 전극 조립체에는 복수개의 양극판으로부터 연장되어 있는 복수개의 양극 탭과, 복수개의 음극판으로부터 연장되어 있는 복수개의 음극 탭이 형성되어 있으며, 이러한 복수개의 양극 탭 및 복수개의 음극 탭은 각각 양극 리드 및 음극 리드와 초음파 용접기에 의해 용접 결합된다. 여기서, 복수개의 양극 탭과 복수개의 음극 탭이 전극 탭을 구성하고, 양극 리드와 음극 리드가 전극 리드를 구성하게 된다.
이와 같이, 초음파 용접기에 의해 전극 탭 및 전극 리드를 용접할 때, 전극 탭과 전극 리드의 용접을 약하게 행하는 경우에는 용접 불량이 발생이 발생하고, 전극 탭과 전극 리드의 용접을 강하게 행하는 경우에는 전극 탭이 단선되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 약(弱)용접에 의한 용접 불량 및 강(强)용접에 의한 전극 탭의 단선이 방지될 수 있는 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 방법 및 이에 의해 제조된 이차 전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 불량 검사 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명의 전극 조립체를 가지는 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 방법에 따라, (a) 상기 전극 조립체를 구성하는 복수개의 전극판으로부터 연장되어 있는 상기 복수개의 전극 탭을 상하 방향으로 서로 겹치는 단계와; (b) 서로 겹쳐진 상기 복수개의 전극 탭의 일부와 겹치도록 상기 전극 리드를 상기 복수개의 전극 탭의 상부 또는 하부에 위치시키는 단계와; (c) 용접 장치를 이용하여 상기 복수개의 전극 탭과 상기 전극 리드가 겹쳐진 부분을 용접함으로써 용접면을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 (c) 단계에서, 상기 용접면의 길이는 0.4mm 이상 0.7mm 이하로 형성되는 것에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 용접 장치는 혼과 앤빌로 구성된 초음파 용접기인 것이 바람직하다.
또한, 상기 용접면은 상기 앤빌 측에 형성된 용접면인 것이 바람직하다.
한편, 상기 목적은 이차 전지에 따라, 상기 용접 방법에 의해 제조된 전극 조립체와; 상기 전극 조립체를 수용하여 외관을 형성하는 전지 케이스에 의해 달성된다.
다른 한편, 상기 목적은 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 불량 검사 방법에 따라, 상기 복수개의 전극 탭과 상기 전극 리드가 서로 용접되는 용접면의 길이가 0.4mm 이상 0.7mm 이하이면 정상 용접으로 판정하고, 상기 용접면의 길이가 0.4mm 미만 또는 0.7mm 초과이면 불량 용접으로 판정하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 복수개의 전극 탭과 상기 전극 리드는 혼과 앤빌로 구성된 초음파 용접기에 의해 용접되는 것이 바람직하다.
상기 용접면은 상기 앤빌 측에 형성된 용접면인 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 약(弱)용접에 의한 용접 불량 및 강(强)용접에 의한 전극 탭의 단선이 방지될 수 있는 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 방법 및 이에 의해 제조된 이차 전지가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 불량 검사 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 이차 전지를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 초음파 용접 장치를 이용하여 도 1의 복수개의 전극 탭과 전극 리드를 용접하는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 용접 방법에 의해 형성된 혼 측의 용접면의 길이(H)와 앤빌 측 용접면의 길이(A)에 따른 전극 탭의 단선 여부를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 2의 용접 방법에 의해 형성된 앤빌 측의 용접면을 촬영한 사진으로서, (a)는 용접면이 약(弱)용접된 경우이고, (b)는 용접면이 정상 용접된 경우이며, (c)는 용접면이 강(强)용접된 경우이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 이차 전지(1)는 도 1에 도시된 바와 같다. 도 1을 참조하면, 이차 전지(1)는, 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)로부터 연장되어 있는 복수의 양극 탭(T1) 및 복수의 음극 탭(T2)과, 복수의 양극 탭(T1) 및 복수의 음극 탭(T2)에 각각 연결되어 있는 양극 리드(L1) 및 음극 리드(L2), 전극 조립체(10)를 수용하는 외장재인 전지 케이스(20)를 포함하여 이루어진다.
전극 조립체(10)는 분리막이 개재된 상태에서 양극판과 음극판이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 복수의 양극 탭(T1)은 복수의 양극판으로부터 연장되어 있고, 복수의 음극 탭(T2)은 복수의 음극판으로부터 연장되어 있는 것이다.
이와 같이 순차적으로 적층된 복수의 양극 탭(T1) 및 복수의 음극 탭(T2)은 도 2에 도시된 바와 같은 초음파 용접기(50)에 의해 서로 용접 결합된다.
초음파 용접기(50)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)의 복수의 전극 탭(T1, T2)과 전극 리드(L1, L2)를 용접하기 위한 것으로서, 크게 혼(horn, 60)과, 앤빌(anvil, 70)과, 혼(60)과 연결되어 혼(60)을 진동시키는 초음파 액추에이터(80)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 전극 탭은 전극 조립체(10)의 복수의 양극판으로부터 연장되어 있는 복수의 양극 탭(T1)과, 복수의 음극판으로부터 연장되어 있는 복수의 음극 탭(T2)으로 구성된다.
혼(60)은 초음파 액추에이터(80)와 전기적으로 연결되어, 초음파 액추에이터(80)에 의한 진동을 앤빌(70)로 전달한다.
앤빌(70)은 혼(60)과 인접하게 마련되어, 용접물(복수의 양극 탭(T1) 및 양극 리드(L1) 또는 복수의 음극 탭(T2) 및 음극 리드(L2))이 용접 가능하도록 용접물(T1, L1)(T2, L2)을 지지하는 역할을 한다.
이와 같은 이차 전지(1)를 제조하는데 있어서, 전극 조립체(10)의 복수개의 전극 탭(T1, T2)과 전극 리드(L1, L2)를 서로 용접하는 방법 및 용접 불량을 검사하는 방법에 대해서, 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)를 구성하는 복수개의 전극판으로부터 연장되어 있는 복수개의 전극 탭(T1, T2)을 상하 방향으로 서로 겹친다.
다음으로, 서로 겹쳐진 복수개의 전극 탭(T1, T2)의 일부와 겹치도록 전극 리드(L1, L2)를 복수개의 전극 탭(T1, T2)의 상부에 위치시킨다. 이 때, 양극 리드(L1)는 복수개의 양극 탭(T1)의 상부에 위치시키고, 음극 리드(L2)는 복수개의 음극 탭(T2)의 상부에 위치시킨다.
그 후, 초음파 용접 장치(50)를 이용하여 복수개의 양극 탭(T1)과 양극 리드(L1)가 겹쳐진 부분을 용접하고, 복수개의 음극 탭(T2)과 음극 리드(L2)가 겹쳐진 부분을 용접함으로써, 각각의 용접면(W)을 형성한다. 즉, 복수의 양극 탭(T1, 또는 복수의 음극 탭(T2))과 양극 리드(L1, 또는 복수의 음극 리드(L2))를 서로 용접하기 위해서는, 복수의 양극 탭(T1) 및 양극 리드(L1)를 혼(60)과 앤빌(70) 사이에 위치시킨 후, 혼(60)은 하강시키고 앤빌(70)은 상승시켜 용접물(T1, L1)(T2, L2)에 혼(60)과 앤빌(70)을 접촉시킨 상태에서, 혼(60)에 진동을 부여하여 용접물(T1, L1)(T2, L2)을 용접한다.
이 때, 용접면(W)의 길이는 0.4mm 이상 0.7mm 이하가 되도록 형성되는데, 이를 위해서는 초음파 액추에이터(80)의 진동 크기를 적절하게 조절하면 가능할 것이다.
이와 같이, 용접면(W)의 길이가 0.4mm 이상 0.7mm 이하로 형성되어야만 복수개의 전극 탭(T1, T2)과 전극 리드(L1, L2)의 용접이 정상적으로 이루어진다. 이에, 전극 탭(T1, T2)과 전극 리드(L1, L2)가 약하게 용접되어 용접 불량이 발생하는 것이 방지될 수 있을 뿐만 아니라, 전극 탭(T1, T2)과 전극 리드(L1, L2)가 강하게 용접되어 전극 탭(T1, T2)이 단선되는 것이 방지될 수 있다.
한편, 본 실시예에서, 0.4mm 이상 0.7mm 이하로 형성된 용접면(W)의 길이는 혼(60) 측이 아닌 앤빌(70) 측에 형성된 용접면(W)의 길이인 것이 바람직하다.
즉, 혼 측의 용접면의 길이(H)와 앤빌 측 용접면의 길이(A)에 따른 전극 탭(T1, T2)의 단선 여부를 나타낸 도 3의 그래프에 따르면, 전극 탭(T1, T2)의 단선 여부는 혼 측의 용접면의 길이(H)와는 상관없이 앤빌 측의 용접면의 길이(A)에 따라 결정되는 것을 알 수 있다. 또한, 앤빌 측의 용접면의 길이(A)가 0.4mm 이상 0.7mm 이하에서는 용접이 정상적으로 이루어지는 반면, 앤빌 측의 용접면의 길이(A)가 0.7mm를 초과하는 구간에서는 강(强)용접에 따른 크랙 또는 단선이 발생하고 있는 것을 알 수 있다.
따라서, 이차전지의 복수개의 전극 탭(T1, T2)과 전극 리드(L1, L2)의 용접 불량을 검사할 때, 앤빌 측의 용접면(W)의 길이(A)가 0.4mm 이상 0.7mm 이하이면 정상 용접으로 판정하고, 용접면(W)의 길이(A)가 0.4mm 미만 또는 0.7mm 초과이면 불량 용접으로 판정한다. 이와 같이, 본 발명에 따르면, 이차전지의 복수개의 전극 탭(T1, T2)과 전극 리드(L1, L2)의 용접 불량 기준이 설정되어 있으므로, 작업자가 용접 상태에 대해 빨리 검사할 수 있어 작업 시간이 단축될 수 있는 이점이 있다.
전술한 실시예에서는, 복수개의 전극 탭과 전극 리드를 용접할 때, 전극 리드를 복수개의 전극 탭의 상부에 위치시켜 용접하였으나, 이와 반대로 전극 리드를 복수개의 전극 탭의 하부에 위치시켜 용접할 수도 있음은 물론이다.
1 : 이차 전지 10 : 전극 조립체
20 : 전지 케이스 50 : 초음파 용접기
60 : 혼 70 : 앤빌
T1 : 양극 탭 T2 : 음극 탭
L1 : 양극 리드 L2 : 음극 리드
W : 용접면

Claims (7)

  1. 전극 조립체를 가지는 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 방법에 있어서,
    (a) 상기 전극 조립체를 구성하는 복수개의 전극판으로부터 연장되어 있는 상기 복수개의 전극 탭을 상하 방향으로 서로 겹치는 단계와;
    (b) 서로 겹쳐진 상기 복수개의 전극 탭의 일부와 겹치도록 상기 전극 리드를 상기 복수개의 전극 탭의 상부 또는 하부에 위치시키는 단계와;
    (c) 용접 장치를 이용하여 상기 복수개의 전극 탭과 상기 전극 리드가 겹쳐진 부분을 용접함으로써 용접면을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 (c) 단계에서, 상기 용접면의 길이는 0.4mm 이상 0.7mm 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 용접 장치는 혼과 앤빌로 구성된 초음파 용접기인 것을 특징으로 하는 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 용접면은 상기 앤빌 측에 형성된 용접면인 것을 특징으로 하는 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 용접 방법에 의해 제조된 전극 조립체와;
    상기 전극 조립체를 수용하여 외관을 형성하는 전지 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 불량 검사 방법에 있어서,
    상기 복수개의 전극 탭과 상기 전극 리드가 서로 용접되는 용접면의 길이가 0.4mm 이상 0.7mm 이하이면 정상 용접으로 판정하고,
    상기 용접면의 길이가 0.4mm 미만 또는 0.7mm 초과이면 불량 용접으로 판정하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 불량 검사 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수개의 전극 탭과 상기 전극 리드는 혼과 앤빌로 구성된 초음파 용접기에 의해 용접되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 불량 검사 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 용접면은 상기 앤빌 측에 형성된 용접면인 것을 특징으로 하는 이차전지의 복수개의 전극 탭과 전극 리드의 용접 불량 검사 방법.
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