KR20160093447A - 이차전지의 제조방법 - Google Patents

이차전지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 안전성이 향상된 이차전지의 제조방법에 관한 것으로, 제1 및 제2 전극탭이 구비된 전극조립체를 케이스의 수용부에 삽입하는 단계, 상기 전극조립체가 수용된 케이스의 수용부에 전해액을 주입하고 실링부를 열융착하여 실링하는 단계, 및 상기 제1 및 제2 전극탭과 보호회로모듈을 용접하는 단계를 포함하고, 상기 용접하는 단계에서 용접은 지그에 의해 이루어지되, 상기 지그와 상기 제1 및 제2 전극탭과 접촉되는 영역에는 용접 부재가 구비되는 구성을 마련한다.
상기와 같은 이차전지의 제조방법을 이용하는 것에 의해, 용접시 발생될 수 있는 누전 및 단락의 위험을 사전에 예방할 수 있으므로 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

이차전지의 제조방법 {Method for Manufacturing Secondary Battery}
본 발명은 이차전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전극탭과 보호회로모듈의 전극리드 간에 안전성이 향상된 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
통상, 이차전지는 복수회의 충방전이 가능한 전지로, 최근 전기, 전자, 통신 및 컴퓨터 등의 산업이 발달함에 따라 휴대용 기기의 전원으로 채용이 용이한 이차전지에 대한 수요가 증가하고 있다. 이차전지는 그 사용형태 및 사용량이 증가할수록 성능 및 안전성을 향상시키기 위하여 다양한 방면으로 연구가 진행되고 있다.
이와 같이, 이차전지의 수요가 증가할수록 상기 이차전지의 제조공정을 효율적으로 수행하기 위하여 다양한 방면으로 연구되고 있다. 반면, 이차전지를 구성하는 리튬화합물의 반응성이 매우 크고, 동시에 단락 등의 위험이 있기 때문에 이차전지를 제조하는 공정에 대하여 변화가 쉽지 않은 실정이다. 따라서, 이차전지의 안전성 및 신뢰성을 그대로 유지하면서, 이차전지의 제조 공정을 단순화하여 생산성을 향상시키기 위하여 다양한 연구가 진행되고 있다.
본 발명은 전극조립체에서 전극탭과 보호회로모듈의 전극리드 간을 용접시, 전극탭과 지그 사이에 용접 부재를 두고 레이저 용접을 수행함에 의해 누전의 발생을 방지할 수 있어 안전성을 향상할 수 있는 이차전지의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 제1 및 제2 전극탭이 구비된 전극조립체를 케이스의 수용부에 삽입하는 단계, 상기 전극조립체가 수용된 케이스의 수용부에 전해액을 주입하고 실링부를 열융착하여 실링하는 단계, 및 상기 제1 및 제2 전극탭과 보호회로모듈을 용접하는 단계를 포함하고, 상기 용접하는 단계에서 용접은 지그에 의해 이루어지되, 상기 지그와 상기 제1 및 제2 전극탭과 접촉되는 영역에는 용접 부재가 구비될 수 있다.
또 상기 지그는 상기 제1 및 제2 전극탭에 각각 간접 접촉하는 제1 및 제2 용접부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 용접부는 제1 및 제2 전극탭과 대응되게 형성될 수 있다.
또 상기 제1 및 제2 용접부 간의 거리는 제1 및 제2 전극탭 간의 거리와 대응될 수 있다.
또 상기 용접 부재는 제1 및 제2 전극탭과 각각 대응되게 형성되는 제1 및 제2 용접 부재를 포함하고, 상기 제1 및 제2 용접 부재는 상기 지그의 제1 및 제2 용접부에 각각 결합될 수 있다.
또 상기 용접은 레이저에 의해 수행될 수 있다.
또 상기 용접 부재는 열전도성 부재일 수 있다.
또 상기 열전도성 부재는 납보다 더 높은 녹는점을 갖을 수 있다.
또한, 상기 용접 부재는 유리일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법에 의하면, 전극탭과 전극리드 간을 용접시 전극탭과 지그 사이에 별도의 용접 부재를 구비함으로써 용접시 발생될 수 있는 누전 및 단락의 위험을 사전에 예방할 수 있으므로 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지의 제조방법에 의하면, 용접 부재가 오직 제1 및 제2 연결탭에만 직접적으로 접촉할 수 있도록 구비됨에 의해 용접이 용이하고 작업효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 전극조립체가 케이스에 삽입되는 상태를 보여주는 사시도,
도 2는 전극조립체가 케이스에 삽입된 후, 실링부가 실링된 상태를 보여주는 사시도,
도 3은 용접하는 상태를 보여주는 사시도,
도 4는 도3의 용접시 상태를 보여주는 단면도.
이하에서는 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 도시된 실시 예에 따라 구체적으로 설명하기는 하나, 본 발명이 도시된 실시 예만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법을 도면에 따라서 설명한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다. 도 1은 전극조립체가 케이스에 삽입되는 상태를 보여주는 사시도이고, 도 2는 전극조립체가 케이스에 삽입된 후, 실링부가 실링된 상태를 보여주는 사시도이며, 도 3은 용접하는 상태를 보여주는 사시도이고, 도 4는 도 3의 용접시 상태를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 먼저 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b)이 구비된 전극조립체(110)를 케이스(120)의 수용부(123)에 삽입한다.
상기 전극조립체(110)는 서로 적층된 제1 및 제2 극판(111, 112)과 세퍼레이터(113)를 권취하여 젤리롤(Jelly Roll) 형태로 제조하거나, 또는 복수개의 제1 및 제2 극판(111, 112)과 세퍼레이터(113)를 적층하여 스택(stack)형태로 제조하거나, 또는 권취 및 적층 양측 모두를 사용하여 제조할 수 있다.
제1 극판(111)은 시트형태의 도전물질인 제1 기재에 제1 활물질을 간헐적으로 코팅하여 형성된 제1 활물질코팅부, 상기 제1 활물질이 코팅되지 않아 상기 제1 기재가 노출되는 부분인 제1 무지부로 이루어지고, 제1 전극탭(111a)은 상기 제1 무지부의 일측에 전기적으로 연결되어 제1 무지부의 일측으로 돌출되게 구비될 수 있다. 예컨대, 제1 극판(111)은 음극판일 수 있고, 상기 제1 활물질은 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금을 포함하는 음극 활물질일 수 있다. 또한, 제1 전극탭(111a)의 일 영역에는 제1 필름부(114a)가 구비될 수 있다.
제2 극판(112)은 상기 제1 극판(111)과 다른 극성을 갖는 것으로, 시트형태의 도전물질인 제2 기재에 제2 활물질을 간헐적으로 코팅하여 형성된 제2 활물질코팅부, 상기 제2 활물질이 코팅되지 않아 상기 제2 기재가 노출되는 부분인 제2 무지부로 이루어지고, 제2 전극탭(112a)은 상기 제2 무지부의 일측에 전기적으로 연결되어 제2 무지부의 일측으로 돌출되게 구비될 수 있다. 예컨대, 상기 제2 극판(112)은 양극판을 포함하고, 상기 제2 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4 또는 LiNi1 -x- yCoxMyO2등의 리튬을 포함하는 양극 활물질로 이루어질 수 있다. 또한, 제2 전극탭(112a)의 일 영역에는 제2 필름부(114a)가 구비될 수 있다.
세퍼레이터(113)는 상기 제1 극판(111)과 제2 극판(112) 사이에 위치되어 권취되며, 제1 극판(111) 및 제2 극판(112) 사이를 상호 절연시킨다. 그리고, 세퍼레이터(113)는 제1 극판(111)과 제2 극판(112) 간에 리튬이온이 교환될 수 있다. 이러한 세퍼레이터(113)는 전극조립체(110)가 수축 및 팽창되더라도 제1 극판(111)과 제2 극판(112) 사이를 완전히 절연할 수 있도록 충분한 길이로 이루어지는 것이 바람직하다.
케이스(120)는 전극조립체(110)를 수용하는 부재로서 상부 및 하부 케이스(121, 122)로 형성되고, 하부 케이스(122)에는 전극조립체(110) 및 전해액을 수용하는 수용부(123)가 형성되며, 상부 및 하부 케이스(121, 122)는 하부 케이스(122)의 외곽에 형성된 실링부(124)에 의해 상호 결합될 수 있다. 도 1에서는 상기 케이스(120)를 파우치형으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 원통형, 직육면체 및 코인형 등으로 제작가능하다.
다음에 상기 전극조립체(110)가 수용된 하부 케이스(121)의 수용부(123)에 전해액을 주입하고, 도 2에 도시된 바와 같이, 실링부(124)를 열융착하여 실링한다.
상기 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b)은 실링부(124)의 일 영역을 통하여 외부로 인출되는데, 이때, 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b)이 실링부(124)의 끝단에서 노출되는 금속층과 접하게 되면 단락이 발생될 수 있다. 그러므로 하부 케이스(123)의 실링부(124)에 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b)의 제1 및 제2 필름부(114a, 114b)가 안착되도록 위치시킨 후, 열융착을 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 및 제2 필름부(114a, 114b)는 실링부(124)와 유사한 물질로 이루어져 실링부(124)가 열융착될 때 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b)과 실링부(124)가 더욱 긴밀하게 밀착될 수 있도록 촉매 역할을 할 수 있다.
그 후, 보호회로모듈(130)과 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b)을 용접한다. 상세하게는, 도 3에 도시된 바와 같이, 보호회로모듈(130)의 제1 및 제2 전극리드(131a, 131b)의 상부면에 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b)을 위치시킨 후, 지그(140)를 이용하여 용접한다. 이때, 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b)과 지그(140)가 접촉되는 영역에는 용접 부재(150)가 더 구비될 수 있다.
예컨대, 상기 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b), 제1 및 제2 전극리드(151, 152), 용접 부재(150), 지그(140)는 각각 수직 방향으로 같은 선상에 위치되어 레이저에 의해 용접이 수행됨으로써 전기적으로 연결된다.
상기 지그(140)는 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b)에 각각 간접 접촉하는 제1 및 제2 용접부(151a, 151b)를 포함하고, 상기 제1 및 제2 용접부(151a, 151b)는 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b)의 형상 및 크기와 대응되게 형성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 용접부(151a, 151b) 사이의 영역(142)은 홈으로 형성될 수 있고, 제1 및 제2 용접부(151a, 151b) 간의 거리(W1)는 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b) 간의 거리(W2)와 대응되게 형성될 수 있다.
상기 용접 부재(150)는 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b)과 대응되게 형성되어 각각 접촉하는 제1 및 제2 용접 부재(151a, 151b)를 포함하고, 상기 용접 부재(150)는 열전도성 부재, 또는 유리로 이루어질 수 있는데, 용접 부재(150)가 열전도성 부재로 형성될 경우, 납보다 더 높은 녹는점을 갖는 재질로 형성됨이 바람직하다. 또한, 상기 용접 부재(150)는 용접시 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b)의 상부에 각각 구비되거나, 상기 지그(140)의 제1 및 제2 용접부(141a, 141b)에 각각 결합되어 구비될 수 있다. 용접 부재(150)가 지그(140)의 제1 및 제2 용접부(141a, 141b)에 구비될 경우, 용접시 용접을 보다 용이하게 수행할 수 있어 작업의 효율성을 향상시킬 수 있다.
예컨대, 상기 용접 부재(150)는 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b)과 지그(140) 사이에 매개체로써 구비된다. 그러므로 용접 부재(150)가 열전도성 부재로 형성되는 경우에 용접 부재(150)는 레이저로부터의 받은 열을 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b)과 제1 및 제2 전극리드(131a, 131b)에 간접적으로 전달하고, 용접 부재(150)가 유리로 형성되는 경우에는 레이저가 용접 부재(150)를 직접 투과하여 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b)과 제1 및 제2 전극리드(131a, 131b)에 열을 직접전달한다.
전술한 바와 같이, 보호회로모듈(130)의 제1 및 제2 전극리드(131a, 131b)의 상부에는 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b)이 각각 위치되고, 지그(140)의 제1 및 제2 용접부(141a, 141b)에 결합되어 구비된 제1 및 제2 용접 부재(151a, 151b)가 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b)과 수직 방향으로 같은 선상에 위치되었을 때, 레이저 용접을 실시한다. 이때, 제1 및 제2 전극탭(111a, 111b)과 제1 및 제2 전극리드(131a, 131b)는 직접 또는 간접적으로 전달된 열에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
110 : 전극조립체 111a : 제1 전극탭
111b : 제2 전극탭 120 : 케이스
130 : 보호회로모듈 131a : 제1 전극리드
131b : 제2 전극리드 140 : 지그
150 : 용접 부재

Claims (8)

  1. 제1 및 제2 전극탭이 구비된 전극조립체를 케이스의 수용부에 삽입하는 단계,
    상기 전극조립체가 수용된 케이스의 수용부에 전해액을 주입하고 실링부를 열융착하여 실링하는 단계, 및
    상기 제1 및 제2 전극탭과 보호회로모듈을 용접하는 단계를 포함하고,
    상기 용접하는 단계에서 용접은 지그에 의해 이루어지되, 상기 지그와 상기 제1 및 제2 전극탭과 접촉되는 영역에는 용접 부재가 구비되는 이차전지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지그는 상기 제1 및 제2 전극탭에 각각 간접 접촉하는 제1 및 제2 용접부를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 용접부는 제1 및 제2 전극탭과 대응되게 형성되는 이차전지의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 용접부 간의 거리는 제1 및 제2 전극탭 간의 거리와 대응되는 이차전지의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용접 부재는 제1 및 제2 전극탭과 각각 대응되게 형성되는 제1 및 제2 용접 부재를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 용접 부재는 상기 지그의 제1 및 제2 용접부에 각각 결합되는 이차전지의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 용접은 레이저에 의해 수행되는 이차전지의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 용접 부재는 열전도성 부재인 이차전지의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열전도성 부재는 납보다 더 높은 녹는점을 갖는 이차전지의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 용접 부재는 유리인 이차전지의 제조방법.
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