KR20160132568A - 원통형 이차전지의 전극 탭 용접 장치 및 원통형 이차전지의 제조 방법 - Google Patents

원통형 이차전지의 전극 탭 용접 장치 및 원통형 이차전지의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원통형 이차전지의 전극 탭 용접 장치 및 원통형 이차전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 복수 개의 전극 및 세퍼레이터를 권취하여 이루어지는 전극 조립체와, 상부에 개구부가 형성되어 상기 전극 조립체가 내부에 수납되는 원통형 캔을 포함하는 원통형 이차전지의 전극 탭을 용접하는 장치에 있어서, 상기 전극과 연결된 전극 탭이 상기 원통형 캔의 바닥면 측으로 이동하도록 상기 원통형 캔의 외부에서 자력을 발생시키는 자력 인가부; 및 상기 전극 탭이 상기 원통형 캔의 바닥면에 용접되도록 레이저를 조사하는 레이저부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 용접봉을 사용하지 않고 전극 탭을 용접할 수 있는 원통형 이차전지의 전극 탭 용접 장치 및 원통형 이차전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.

Description

원통형 이차전지의 전극 탭 용접 장치 및 원통형 이차전지의 제조 방법{Welding Apparatus For Electrode Tab Of Cylindrical Type Secondary Battery And Method For Manufacturing Cylindrical Type Secondary Battery}
본 발명은 원통형 이차전지의 전극 탭 용접 장치 및 원통형 이차전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 용접봉을 사용하지 않고 전극 탭을 용접할 수 있는 원통형 이차전지의 전극 탭 용접 장치 및 원통형 이차전지의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능하다는 이점으로 인하여 최근 그 개발 및 사용이 증가하고 있다. 이차전지는 양극, 음극 및 분리막으로 이루어지는 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다. 이차전지는 구조적 특징에 따라 원통형 이차전지, 각형 이차전지, 파우치형 이차전지 등으로 분류할 수 있다.
도 1은 이러한 원통형 이차전지의 단면을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 원통형 이차전지(100)는 양극(111), 음극(113) 및 분리막으로 이루어지는 전극 조립체(110)와, 전극 조립체(110)를 내부에 수용하며 상단에 개구부가 마련된 캔(120)과, 캔(120) 상단의 개구부를 마감하는 캡 어셈블리(130)를 포함한다. 전극 조립체(110)의 양극(111)에는 양극 탭(115)이 연결되며, 양극 탭(115)은 개구부 상단의 캡 어셈블리(130)와 용접으로 연결된다. 또한, 전극 조립체(110)의 음극(113)에는 음극 탭(117)이 연결되며, 음극 탭(117)은 캔(120)의 바닥면과 용접으로 연결된다.
도 2 내지 도 4는 종래 원통형 이차전지(100)의 음극 탭(117)과 캔(120)의 용접 공정 모습을 도시한 도면이다. 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 종래 원통형 이차전지(100)의 음극 탭(117)은 음극과 연결되고 연장되어 전극 조립체(110)의 하단으로 인출된다. 이러한 음극 탭(117)은 캔(120)의 바닥면과 용접을 통하여 전기적으로 연결된다. 이를 보다 상세히 설명하면, 음극 탭(117)과 캔(120)의 바닥면과의 용접을 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 캔(120)의 상부 개구부를 통하여 캔(120) 내부에 전극 조립체(110)가 수납된다. 이후, 도 3에 도시된 바와 같이, 음극 탭(117)과 캔(120) 바닥면의 용접을 위하여 캔(120)의 상부 개구부로부터 전극 조립체(110)의 가운데에 형성된 중공으로 용접봉(140)이 삽입된다. 이에, 도 4에 도시된 바와 같이, 캔(120) 내부의 용접봉(140)과 캔(120) 외부의 용접 부재(150)에 의하여 음극 탭(117)과 캔(120)의 바닥면이 용접 고정된다.
그러나, 이와 같은 음극 탭(117)과 캔(120)의 용접을 위하여 전극 조립체(110) 가운데의 중공을 통하여 용접봉(140)이 삽입되어야 한다. 이는, 전극 조립체(110)의 직경이 작은 초소형 원통형 이차전지(100)의 경우 용접봉(140)의 삽입이 어려울 뿐만 아니라, 삽입을 위하여 별도의 얇은 두께의 용접봉(140)이 요구된다. 또한 이러한 용접봉(140)은 마모되기 쉬우므로 내구성이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용접봉을 사용하지 않고 전극 탭을 용접할 수 있는 원통형 이차전지의 전극 탭 용접 장치 및 원통형 이차전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 원통형 이차전지의 전극 탭 용접 장치는, 복수 개의 전극 및 세퍼레이터를 권취하여 이루어지는 전극 조립체와, 상부에 개구부가 형성되어 상기 전극 조립체가 내부에 수납되는 원통형 캔을 포함하는 원통형 이차전지의 전극 탭을 용접하는 장치에 있어서, 상기 전극과 연결된 전극 탭이 상기 원통형 캔의 바닥면 측으로 이동하도록 상기 원통형 캔의 외부에서 자력을 발생시키는 자력 인가부; 및 상기 전극 탭이 상기 원통형 캔의 바닥면에 용접되도록 레이저를 조사하는 레이저부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 자력 인가부는 복수 개의 자석으로 마련되며, 상기 원통형 캔의 하단면의 양측에 대칭되게 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 원통형 캔의 개구부를 통하여 인입되며, 상기 원통형 캔의 내부에 수납된 상기 전극 조립체를 가압하는 가압부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 가압부는 상기 원통형 캔의 중심을 기준으로 양측에 대칭되도록 복수 개 마련되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 원통형 이차전지 및 이의 제조 방법에 따르면, 전극 탭을 원통형 캔의 내주면에 용접함에 따라 용접봉을 사용하지 않고 전극 탭을 용접할 수 있다.
또한, 용접봉의 삽입에 따른 문제점 및 용접봉 마모에 대한 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 초소형 원통형 이차전지의 경우에도 자석을 이용하여 전극 탭을 캔 바닥으로 유도하므로 전극 탭의 손상을 방지하고, 용접의 공정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 원통형 이차전지의 단면을 도시한 도면.
도 2 내지 도 4는 종래 원통형 이차전지의 음극 탭과 캔의 용접 공정을 도시한 도면.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 용접 공정을 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 제조 방법의 순서를 도시한 도면.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 전극 탭 용접 장치는 전극과 연결된 전극 탭이 원통형 캔(20)의 바닥면 측으로 이동하도록 원통형 캔(20)의 외부에서 자력을 발생시키는 자력 인가부(30); 및 전극 탭이 원통형 캔(20)의 바닥면에 용접되도록 레이저를 조사하는 레이저부(40);를 포함한다.
원통형 이차전지는 복수 개의 전극 및 세퍼레이터를 권취하여 이루어지는 전극 조립체(10)와, 상부에 개구부가 형성되어 전극 조립체(10)가 내부에 수납되는 원통형 캔(20)을 포함한다. 전극 조립체(10)는 전극 집전체의 양면에 제1 전극 활물질이 도포되어 이루어지는 제1 전극과, 전극 집전체의 양면에 제2 전극 활물질이 도포되어 이루어지는 제2 전극과, 제1 전극과 제2 전극 사이에 세퍼레이터를 개재하고 이를 권취하여 이루어진다. 제1 전극은 양극, 제2 전극은 음극으로 마련되는 것이 바람직하나, 반대로 제1 전극이 음극, 제2 전극이 양극으로 마련되는 것도 가능함은 당연하다.
자력 인가부(30)는 자력을 발생시켜 제2 전극 탭(17)의 위치를 안내하기 위한 것으로서, 본 실시예에서는 복수 개의 자석으로 마련된다. 다만 자력을 발생시킬 수 있는 것이라면 자력 인가부(30)가 자석에 제한되는 것은 아니다.
자력 인가부(30)는 원통형 캔(20)의 하단면에 위치한다. 이러한 복수 개의 자석은 원통형 캔(20)의 중심을 기준으로 양측에 대칭되게 배치된다. 자력 인가부(30)는 원통형 캔(20) 내부에 수납된 전극 조립체(10)의 제2 전극 탭(17)을 자력으로 원통형 캔(20) 바닥으로 유도한다.
레이저부(40)는 원통형 캔(20)의 외부에 위치한다. 레이저부(40)는 캔(20) 외부로부터 캔(20)을 향하여 레이저를 조사하여 자력 인가부(30)에 의하여 캔(20)의 바닥면으로 유도된 전극 탭과 캔(20) 바닥면을 레이저 용접한다.
한편, 이러한 원통형 이차전지의 전극 탭 용접 장치는 전극 조립체(10)를 가압하기 위한 가압부(50)를 더 포함할 수 있다. 가압부(50)는 원통형 캔(20)의 상부 개구부를 통하여 내부로 인입되어, 원통형 캔(20)의 내부에 수용된 전극 조립체(10)를 상부에서 가압한다. 이러한 가압부(50)는 원통형 캔(20)의 중심을 기준으로 양측에 대칭되도록 복수 개 마련되는 것이 바람직하다. 가압부(50)는 전극 조립체(10) 전체를 상부에서 하부로 가압하여, 캔(20)의 바닥면과 밀착되도록 유도한다. 이에, 자력 인가부(30)가 전극 탭을 캔(20) 바닥면으로 유도하는 것을 보조함과 동시에, 전극 조립체(10)를 가압하여 전극 탭과 캔(20) 바닥면의 용접 시 전극 조립체(10)가 상하방향으로 유동하는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다. 도 8은 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 제조 방법의 순서를 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 제조 방법은 전극 조립체(10)를 형성하는 전극 조립체 형성 단계(S1); 전극 조립체(10)를 원통형 캔(20) 내부에 수용시키는 수납 단계(S2); 이동 단계(S3); 제2 전극 탭(17)을 용접하는 제2 용접 단계(S4); 제1 전극 탭(15)을 용접하는 제1 용접 단계(S5);를 포함한다.
전극 조립체 형성 단계(S1)에서는 제1 전극, 제2 전극 및 세퍼레이터를 권취하여 전극 조립체(10)를 형성한다. 전극 조립체(10)는 전극 집전체의 양면에 제1 전극 활물질이 도포되어 이루어지는 제1 전극과, 전극 집전체의 양면에 제2 전극 활물질이 도포되어 이루어지는 제2 전극과, 제1 전극과 제2 전극 사이에 세퍼레이터를 개재하고 이를 권취하여 이루어진다. 제1 전극은 양극, 제2 전극은 음극으로 마련되는 것이 바람직하나, 반대로 제1 전극이 음극, 제2 전극이 양극으로 마련되는 것도 가능함은 당연하다.
한편, 전극 조립체(10)는 제1 전극과 연결되는 제1 전극 탭(15)과, 제2 전극과 연결되는 제2 전극 탭(17)을 포함한다. 전극 조립체(10) 형성 단계(S1)에서는 양극 탭인 제1 전극 탭(15)이 전극 조립체(10)의 상부로 인출되고 음극 탭인 제2 전극 탭(17)이 전극 조립체(10)의 하부로 인출되도록 형성한다.
수납 단계(S2)에서는 전극 조립체 형성 단계(S1)에서 형성된 전극 조립체(10)를 원통형 캔(20) 내부에 수용시킨다. 원통형 캔(20) 내부는 전극 조립체(10)를 수용하기 위한 공간이 형성되어 있으며, 상부는 개구부가 형성된다. 전극 조립체(10)는 원통형 캔(20)의 상부 개구부를 통하여 내부 공간으로 삽입되어 원통형 캔(20)에 수용된다. 이 때, 전극 조립체(10)의 제1 전극 탭(15)이 상부 개구부를 향하고, 제2 전극 탭(17)이 원통형 캔(20)의 바닥면을 향하도록 전극 조립체(10)를 수납한다.
이동 단계(S3)에서는 자력을 인가하여 제2 전극과 연결된 제2 전극 탭(17)의 단부를 캔(20)의 바닥면 측으로 이동시킨다. 이동 단계(S3)에서는 원통형 캔(20) 외부에 마련되는 자력 인가부(30)를 이용하여 제2 전극 탭(17)을 이동시킨다. 이를 위하여 자력 인가부(30)는 원통형 캔(20)의 바닥면과 인접한 외부에 마련된다.
자력 인가부(30)는 복수 개의 자석으로 구비된다. 복수 개의 자석은 원통형 캔(20)의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 위치에 마련된다. 이에, 제2 전극 탭(17)을 자력을 이용하여 원통형 캔(20) 바닥면으로 이동시키기 위하여, 자력 인가부(30)의 복수 개의 자석은 원통형 캔(20) 바닥면의 외측에 밀착되는 것이 바람직하다. 이와 같은 자력 인가부(30)로부터의 자력에 의하여 제2 전극 탭(17)은 원통형 캔(20)의 바닥면측으로 이동한다.
제2 용접 단계(S4)에서는 원통형 캔(20)의 바닥면에 위치하는 제2 전극 탭(17)을 향하여 레이저를 조사하여 원통형 캔(20)의 바닥면과 제2 전극 탭(17)을 용접한다. 제2 용접 단계(S4)에서는 원통형 캔(20)의 외부에 마련되는 레이저부(40)로부터 이동 단계(S3)를 통하여 이동된 제2 전극 탭(17)을 향하여 레이저를 조사한다. 이에, 제2 전극 탭(17)과 원통형 캔(20)의 바닥면을 용접한다. 이 때, 자력 인가부(30)는 계속 캔(20)의 바닥면과 인접한 외부에 마련되어 제2 전극 탭(17)의 위치가 움직이지 않도록 고정한다.
한편, 제2 용접 단계(S4)에서는 이와 같은 자력 인가부(30)와 함께 전극 조립체(10)의 상단을 가압부(50)를 이용하여 가압할 수 있다. 가압부(50)는 원통형 캔(20)의 상부 개구부를 통하여 내부로 인입되어, 원통형 캔(20)의 내부에 수용된 전극 조립체(10)를 상부에서 가압한다. 가압부(50)는 원통형 캔(20)의 중심을 기준으로 양측에 대칭되도록 복수 개 마련되는 것이 바람직하며, 전극 조립체(10) 전체를 상부에서 하부로 가압하여, 캔(20)의 바닥면과 전극 조립체(10)가 밀착되도록 유도한다. 이에, 자력 인가부(30)가 전극 탭을 캔(20) 바닥면으로 유도하는 것을 보조함과 동시에, 전극 조립체(10)를 가압하여 제2 전극 탭(17)과 캔(20) 바닥면의 용접 시 전극 조립체(10)가 상하방향으로 유동하는 것을 방지할 수 있다. 이를 위하여 가압부(50)는 전극 조립체(10) 상측의 상호 대칭되는 위치를 각각 가압한다.
제1 용접 단계(S5)에서는 제1 전극과 연결된 제1 전극 탭(15)을 원통형 캔(20)의 상부에 마련되는 캡 어셈블리와 용접한다. 제1 용접 단계(S5)에서는 원통형 캔(20)의 상부 개구부를 마감하며 원통형 캔(20)의 최상단에 캡 어셈블리를 위치시킨다. 이후, 캡 어셈블리의 안전 벤트 일측에 제1 전극 탭(15)을 용접하여 캡 어셈블리와 제1 전극 탭(15)을 전기적으로 연결한다.
따라서 상술한 방법에 의하면, 용접봉과 같은 별도의 장비를 삽입하는 등의 공정 없이 전극 탭을 캔에 용이하게 용접할 수 있다.
전술된 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 전극 조립체
15: 제1 전극 탭
17: 제2 전극 탭
30: 자력 인가부
40: 레이저부
50: 가압부

Claims (8)

  1. 복수 개의 전극 및 세퍼레이터를 권취하여 이루어지는 전극 조립체와, 상부에 개구부가 형성되어 상기 전극 조립체가 내부에 수납되는 원통형 캔을 포함하는 원통형 이차전지의 전극 탭을 용접하는 장치에 있어서,
    상기 전극과 연결된 전극 탭이 상기 원통형 캔의 바닥면 측으로 이동하도록 상기 원통형 캔의 외부에서 자력을 발생시키는 자력 인가부; 및
    상기 전극 탭이 상기 원통형 캔의 바닥면에 용접되도록 레이저를 조사하는 레이저부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 전극 탭 용접 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 자력 인가부는 복수 개의 자석으로 마련되며, 상기 원통형 캔의 하단면의 양측에 대칭되게 배치되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 전극 탭 용접 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 원통형 캔의 개구부를 통하여 인입되며, 상기 원통형 캔의 내부에 수납된 상기 전극 조립체를 가압하는 가압부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 전극 탭 용접 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가압부는 상기 원통형 캔의 중심을 기준으로 양측에 대칭되도록 복수 개 마련되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 전극 탭 용접 장치.
  5. 제1 전극, 제2 전극 및 세퍼레이터를 권취하여 전극 조립체를 형성하는 전극 조립체 형성 단계;
    상기 전극 조립체를 원통형 캔 내부에 수용시키는 수납 단계;
    자력을 인가하여 상기 제2 전극과 연결된 제2 전극 탭의 단부를 상기 캔의 바닥면 측으로 이동시키는 이동 단계;
    상기 제2 전극 탭을 상기 캔의 바닥면에 용접시키는 제2 용접 단계;
    상기 제1 전극과 연결된 제1 전극 탭을 캡 어셈블리와 용접하는 제1 용접 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 용접 단계에서는 상기 원통형 캔의 바닥면에 위치하는 제2 전극 탭을 향하여 레이저를 조사하여 상기 원통형 캔의 바닥면과 용접하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 제조 방법.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 용접 단계에서는 상기 전극 조립체의 상단을 가압하여 상기 제2 전극 탭의 위치를 고정시키는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 용접 단계에서는 상기 전극 조립체 상측의 상호 대칭되는 위치를 각각 가압하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 제조 방법.
KR1020150065247A 2015-05-11 2015-05-11 원통형 이차전지의 전극 탭 용접 장치 및 원통형 이차전지의 제조 방법 KR101775217B1 (ko)

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