KR20170095072A - 이차 전지 및 이차 전지 제조방법 - Google Patents

이차 전지 및 이차 전지 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이차 전지 및 이차 전지 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 파우치형 이차 전지는 내부 공간을 가지는 파우치 케이스와 상기 내부 공간에 전해액과 같이 수납되며, 양극판 및 음극판을 가지는 전극 조립체와 상기 전극 조립체로부터 연장 형성된 전극 탭과 그리고 일단이 상기 전극 탭과 연결되며 타단은 상기 파우치 케이스의 외부로 노출되는 전극 리드를 포함하되 상기 전극 탭은 상기 전극 조립체의 그 길이방향을 따라 연장 형성된 탭 몸체와 상기 탭 몸체와 경사지게 연장되며 상기 전극 리드와 결합되는 탭 결합부를 포함하고 상기 전극 리드는 외부로 노출되며 그 길이방향을 따라 연장 형성된 리드 몸체와 상기 리드 몸체와 경사지게 연장되며, 상기 탭 결합부와 결합되는 리드 결합부를 포함하는 이차 전지를 포함한다.

Description

이차 전지 및 이차 전지 제조방법{Secondary battery and method for manufacturing the secondary battery}
본 발명은 전지의 용량을 향상시킬 수 있는 이차 전지 및 이차 전지 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차 전지는 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전지 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 이 중 리튬 이차 전지는 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 큰 용량을 가진다. 또한, 리튬 이차 전지는 단위 중량당 에너지 밀도가 높아, 그 활용 범위가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이러한, 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 전극 조립체와 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 전지 케이스를 가진다.
한편, 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라 캔형 이차 전지와 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 캔형 이차 전지는 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 형태이다. 파우치형 이차 전지는 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 형태이다.
파우치형 이차 전지는 일반적으로 전극 조립체가 파우치 케이스에 수납된 상태에서 전극 탭을 전극 리드와 결합 한 후, 전해액을 주입하고, 파우치 케이스가 실링되는 과정을 통해 제조된다. 일반적으로 전극 탭과 전극 리드의 결합은 용접을 통해서 이루어진다.
다만, 파우치 케이스 내부에 한정된 공간에서 전극 탭과 전극 리드가 차지하는 영역은 전극 조립체의 셀 바디의 영역 이외의 빈 공간으로 남겨진다. 이러한 영역은 셀 테라스 영역에 해당한다. 파우치 케이스 내부에 한정된 공간에서 셀 테라스의 영역은 배터리 셀의 용량을 제한하는 영역이다. 따라서, 파우치 케이스 내부에 한정된 공간에서 셀 테라스의 영역을 좁히면 전체 공간 내에 셀 바디에 해당하는 공간이 차지하는 비율이 커져 배터리 셀의 용량을 늘릴 수 있다.
본 발명은 이차 전지의 전극 탭 및 전극 리드가 최소한의 결합 영역으로 결합할 수 있는 이차 전지 및 이차 전지 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 이차 전지의 내부에서 셀 테라스의 공간을 최소화할 수 있는 이차 전지 및 이차 전지 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 파우치 케이스의 일정공간에서 최대의 용량을 가질 수 있는 이차 전지 및 이차 전지 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 파우치형 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 이차 전지는 내부 공간을 가지는 파우치 케이스와 상기 내부 공간에 전해액과 같이 수납되며, 양극판 및 음극판을 가지는 전극 조립체와 상기 전극 조립체로부터 연장 형성된 전극 탭과 그리고 일단이 상기 전극 탭과 연결되며, 타단은 상기 파우치 케이스의 외부로 노출되는 전극 리드를 포함하되 상기 전극 탭은 상기 전극 조립체의 그 길이방향을 따라 연장 형성된 탭 몸체와 상기 탭 몸체와 경사지게 연장되며, 상기 전극 리드와 결합되는 탭 결합부를 포함하고 상기 전극 리드는 외부로 노출되며 그 길이방향을 따라 연장 형성된 리드 몸체와 상기 리드 몸체와 경사지게 연장되며, 상기 탭 결합부와 결합되는 리드 결합부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 리드 결합부는 상기 탭 결합부보다 상기 전극 조립체에 더 인접하게 위치할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 탭 결합부와 상기 리드 결합부 중 어느 하나는 그 경사 방향이 상방 또는 하방이며, 다른 하나는 하방 또는 상방으로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 탭 결합부와 상기 탭 몸체의 경사각은 90도이며, 상기 리드 결합부와 상기 리드 몸체의 경사각은 90도일 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 탭 결합부와 상기 리드 결합부는 용접으로 결합될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 용접은 레이저 용접으로 수행될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 탭 결합부의 두께와 상기 리드 결합부의 두께의 합인 용접 영역은 1mm 이하로 제공될 수 있다.
본 발명은 파우치형 이차 전지를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 이차 전지 제조방법은 전극 조립체를 조립하는 조립 단계와 파우치 케이스에 전극 조립체를 수납하는 수납 단계와 상기 전극 조립체에 연결된 전극 탭과 전극 리드를 용접으로 결합시키는 결합 단계와 상기 파우치 케이스에 전해액을 주입하는 전해액 주입 단계와 그리고 상기 파우치 케이스를 실링하는 실링 단계를 포함하되 상기 결합 단계는 상기 전극 리드와 결합되는 상기 전극 탭의 탭 결합부를 상방 또는 하방으로 절곡시키며, 상기 탭 결합부와 결합되는 상기 전극 리드의 리드 결합부를 상방 또는 하방으로 절곡시켜 상기 탭 결합부와 접촉시킨 후 상기 탭 결합부와 상기 리드 결합부를 결합시킬 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 탭 결합부와 상기 리드 결합부를 결합 시 상기 리드 결합부를 상기 탭 결합부보다 상기 전극 조립체에 인접하게 위치시킬 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 탭 결합부와 상기 리드 결합부 중 어느 하나는 그 절곡 방향이 상방 또는 하방이며, 다른 하나는 하방 또는 상방으로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 탭 결합부 및 상기 리드 결합부의 절곡각은 각각 90도일 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 탭 결합부와 상기 리드 결합부는 레이저 용접으로 결합될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 탭 결합부와 상기 리드 결합부를 용접 시 상기 리드 결합부의 외측면에 용접 지그를 접촉시키며, 상기 탭 결합부의 외측면에 위치하는 레이저 용접기로 상기 리드 결합부의 외측면상에 레이저를 조사하여 상기 레이저 용접을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 탭 결합부의 두께와 상기 리드 결합부의 두께의 합인 용접 영역은 1mm 이하로 제공될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 이차 전지 중 어느 하나의 이차 전지를 포함하는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 전극 탭과 전극 리드가 결합하는 영역을 최소화하여 셀 테라스의 영역을 최소로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 파우치 케이스 내부에 셀 테라스의 영역을 최소로 하여 정해진 부피 내에서 이차 전지의 용량을 최대로 할 수 있다. 즉, 에너지 밀도를 최대화 할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차 전지의 구성을 보여주는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실 시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 3은 도 2의 이차 전지의 횡단면도이다.
도 4는 도 2의 이차 전지의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이차 전지의 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차 전지의 제조방법을 순차적으로 보여주는 플로우 차트이다.
도 7 내지 도 9는 도 6의 결합 단계를 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이차 전지의 결합 단계을 보여주는 도면이다.
도 11은 일반적인 이차 전지의 전극 탭과 전극 리드의 결합을 보여주는 단면도이다.
도 12는 도 11의 이차 전지에서 전극 탭과 전극 리드가 결합되는 것을 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되게 도시된 부분도 있다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차 전지의 구성을 보여주는 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실 시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
이하, 도 1 및 도 2을 참고하면, 파우치형 이차 전지(10)는 파우치 케이스(100), 전극 조립체(200), 전극 탭(300) 그리고 전극 리드(400)를 포함한다.
전극 조립체(200), 전극 탭(300) 그리고 전극 리드(400)는 순차적으로 배치된다. 이하, 전극 조립체(200), 전극 탭(300) 그리고 전극 리드(400)가 배치된 방향을 제1방향(12)이라 한다. 상부에서 바라 볼 때, 제1방향(12)과 수직한 방향을 제2방향(14)이라 하고, 제1방향(12)과 제2방향(14)에 모두 수직한 방향을 제3방향(16)이라 한다.
파우치 케이스(100)는 내부 공간(101)을 가진다. 파우치 케이스(100)의 중앙 영역은 제3방향(16)인 위아래 방향으로 돌출되어 제공된다. 파우치 케이스(100)는 상부 케이스(110)와 하부 케이스(130)를 포함한다.
상부 케이스(110)와 하부 케이스(130)는 서로 조합되어 내부 공간(101)을 형성한다. 상부 케이스(110)의 중앙에는 제3방향(16)으로 돌출된 오목한 형태를 가진다. 하부 케이스(130)는 상부 케이스(110)의 제3방향(16) 하부에 위치한다. 하부 케이스(130)의 중앙에는 제3방향(16)으로 돌출된 오목한 형태를 가진다. 이와는 달리, 파우치 케이스(100)의 내부 공간(101)은 상부 케이스(110) 또는 하부 케이스(130) 중 어느 하나에만 형성될 수 있다.
상부 케이스(110)와 하부 케이스(130)는 각각 실링부(103,104)를 가진다. 상부 케이스(110)의 실링부(103)와 하부 케이스(130)의 실링부(104)는 서로 마주보는 형태로 제공될 수 있다. 상부 케이스(110) 실링부(103) 및 하부 케이스(130)의 실링부(104)는 내측에 위치한 내부 접착층이 열융착 등에 의해 서로 접착 될 수 있다. 실링부(103,104)의 접착을 통해서 내부 공간(101)은 밀폐될 수 있다.
파우치 케이스(100)의 내부 공간(101)에는 전해액 및 전극 조립체(200)가 수납된다. 파우치 케이스(100)는 외부 절연층, 금속층 그리고 내부 접착층을 가질 수 있다. 외부 절연층은 외부의 수분, 가스 등이 내부로 침투되는 것을 방지할 수 있다. 금속층은 파우치 케이스의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 금속층은 알루미늄으로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 금속층은 철, 탄소, 크롬, 망간의 합금, 철 니켈 및 니켈의 합금, 알루미늄 또는 그 등가물 중 선택된 어느 하나로 제공될 수 있다. 금속층이 철이 함유된 재질을 사용하는 경우 기계적 강도가 강해질 수 있다. 금속층이 알루미늄 재질로 사용하는 경우 연성이 좋을 수 있다. 금속층의 바람직한 실시예로 알루미늄이 제공될 수 있다. 외부 절연층 및 내부 접착층은 폴리머 재질로 제공될 수 있다.
전극 조립체(200)는 양극판, 음극판 그리고 분리막을 포함한다. 전극 조립체(200)는 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 제공될 수 있다. 전극 조립체(200)는 다수의 양극판 및 다수의 음극판이 상호 교대로 적층된 형태로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 하나의 양극판 및 음극판이 권취된 형태로 제공될 수 있다.
전극 조립체(200)의 전극판들은 집전체 및 집전체의 일면 또는 양면에 도포된 활물질 슬러리를 포함한다. 활물질 슬러리는 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 그리고 가소제 등의 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 각각의 전극판들은 활물질 슬러리가 도포되지 않는 영역에 해당하는 무지부를 가질 수 있다. 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 탭(300)이 형성될 수 있다.
양극판에 도포된 양극 활물질은 리튬 계열의 활물질 일 수 있다. 일 예로 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiFePO4 또는 Li1 + zNi1 -x- yCoxMyO2(0 ≤ x ≤1, 0 ≤ y ≤1, 0 ≤ x+y ≤1, 0 ≤ Z ≤ 1, M은 Al, Sr, Mg, La, Mn 등의 금속) 등의 금속 산화물이 사용될 수 있다. 음극판에 도포된 음극 활물질은 탄소 계열의 활물질일 수 있다. 일 예로 음극 활물질은 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬 합금 등의 사용될 수 있다. 상술한 예와는 달리 양극 활물질 및 음극 활물질의 종류와 화학적 조성은 이차 전지(10)의 종류에 따라 달리 제공될 수 있다.
양극판은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 이와는 달리 스테인리스 스틸, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것으로 제공될 수 있다. 선택적으로 이차 전지(10)의 화학적 변화를 일으키지 않으며, 높은 도전성을 가지는 재질로 제공될 수 있다.
음극판은 구리 재질로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것으로 제공될 수 있다. 선택적으로 알루미늄-카드뮴 합금이 제공될 수 있다.
분리막은 다공성 재질로 제공될 수 있다. 일 예로 분리막은 다공성 고분자막인 폴리올레핀막, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로 프로필렌, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐아세테이트, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 시아노에틸풀루란, 시아노에틸폴리비닐알콜, 시아노에틸셀룰로오스, 시아노에틸수크로오스, 풀루란, 카르복실 메틸 셀룰로오스, 아크리로니트릴스티렌부타디엔 공중합체, 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로, 폴리에틸렌나프탈렌, 부직포막, 다공성 웹(web) 구조를 가진 막 또는 이들의 혼합체로 제공될 수 있다.
도 3은 도 2의 이차 전지의 횡단면도이고, 도 4는 도 2의 이차 전지의 종단면도이다. 이하, 도 1 내지 도 4를 참고하면, 전극 탭(300)은 전극 조립체(200)로부터 돌출된 형태로 연장 형성된다. 전극 탭(300)은 양극 탭과 음극 탭을 포함한다. 양극 탭은 양극판의 무지부에서 연장될 수 있으며, 음극 탭은 음극판의 무지부에서 연장될 수 있다.
양극 탭과 음극 탭은 이차 전지(10)에 각각 하나씩 구비될 수 있다. 이와는 달리 양극 탭과 음극 탭은 복수개 구비될 수도 있다. 일 예로 이차 전지(10)의 전극 조립체(200)에 양극판과 음극판이 각각 1개만 포함된 경우, 양극 탭과 음극 탭은 각각 1개씩 포함될 수 있다. 이와 달리, 양극 탭과 음극 탭은 각각 다수 포함될 수 있다. 전극 조립체(200)에 양극판과 음극판이 각각 다수 포함된 경우, 양극 탭과 음극 탭 역시 다수 개 포함될 수 있으며, 1개의 전극판마다 각각 전극 탭(300)이 구비될 수 있다.
전극 탭(300)은 탭 몸체(310)와 탭 결합부(330)를 포함한다. 탭 몸체(310)는 전극 조립체(200)의 그 길이방향을 따라 연장 형성될 수 있다. 탭 몸체(310)는 제2방향(14)을 따라 연장될 수 있다.
탭 결합부(330)는 탭 몸체(310)와 경사지게 연장되어 형성된다. 탭 결합부(330)는 후술하는 리드 결합부(430)와 결합된다. 탭 결합부(330)의 경사방향은 제3방향(16)인 상방 또는 하방으로 형성된다. 일 예로 탭 결합부(330)는 제3방향(16)의 상방으로 경사질 수 있다. 일 예로 경사각은 90도로 제공될 수 있다.
상술한 전극 탭(300)의 탭 몸체(310)와 탭 결합부(330)의 구성은 양극 탭 및 음극 탭 모두 에 적용가능하다.
전극 리드(400)는 이차 전지(10)를 외부의 다른 이차 전지(10) 또는 다른 장치와 전기적으로 연결시킬 수 있다. 전극 리드(400)는 양극 리드와 음극 리드를 포함할 수 있다. 전극 리드(400)는 파우치 케이스(100)의 내측에서 외측까지 연장되는 형태로 제공될 수 있다. 전극 리드(400)의 일부 영역은 실링부(103,104) 사이에 개재될 수 있다. 전극 리드(400)는 전극 탭(300)과 연결된다.
전극 리드(400)는 리드 몸체(410)와 리드 결합부(430)를 포함한다. 리드 몸체(410)는 그 길이방향이 제1방향(12)으로 형성된다. 리드 몸체(410)는 일단이 파우치 케이스(100) 외부로 노출된다. 리드 결합부(430)는 리드 몸체(410)와 경사지게 연장된다. 리드 결합부(430)는 탭 결합부(330)와 결합하여 전극 리드(400)와 전극 탭(300)과 결합시킨다. 리드 결합부(430)의 경사방향은 제3방향(16)인 상방 또는 하방으로 형성된다. 일 예로 리드 결합부(430)는 제3방향(16)의 하방으로 경사질 수 있다. 일 예로 경사각은 90도로 제공될 수 있다. 리드 결합부(430)는 탭 결합부(330)보다 전극 조립체(200)에 더 인접하게 위치한다. 리드 결합부(430)와 탭 결합부(330)는 용접으로 결합될 수 있다. 일 예로 용접은 레이저 용접으로 수행될 수 있다. 이와는 달리, 플라즈마 용접 등 다양한 용접 방법으로 제공될 수 있다.
리드 결합부(430)와 탭 결합부(330)의 용접 영역(A1)은 1mm이하로 제공될 수 있다. 여기서 용접 영역(A1)이란 도 3에 도시한 바와 같이 리드 결합부(430)의 두께와 탭 결합부(330)의 두께의 합으로 정의하며 제1방향(12)의 두께로 정의한다.
리드 몸체(410)에는 절연 테이프(470)가 부착될 수 있다. 절연 테이프(470)는 리드 몸체(410)의 둘레에 부착될 수 있다. 절연 테이프(470)는 전극 리드(400)와 파우치 케이스(100)의 접착성을 향상시킬 수 있다. 절연 테이프(470)는 절연성이 있는 물질로 제공될 수 있다. 일 예로 절연 테이프(470)는 폴리에틸렌, 폴리아세틸렌, PTFE, 나일론, 폴리이미드, 폴리에틸렌탈레프탈레이트, 폴리프로필렌, 또는 이들의 합성 물질로 제공될 수 있다.
상술한 예와는 달리, 도 5와 같이 상부 케이스(110a)에만 내부 공간(101)이 형성되는 경우도 가능하다. 이 경우, 탭 결합부(330a)와 리드 결합부(430a)는 각각 탭 몸체(310a)와 리드 몸체(410a)에 경사지게 결합되며, 90도 경사각을 가지고 결합될 수 있다. 탭 결합부(330a)는 상방으로 경사지며, 리드 결합부(440a)는 하방으로 경사지게 제공된다.
이하에서는 이차 전지(10) 제조방법을 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차 전지의 제조방법을 순차적으로 보여주는 플로우 차트이다. 이하, 도 6을 참고하면, 파우치형 이차 전지의 제조방법(S10)은 조립 단계(S11), 수납 단계(S13), 결합 단계(S15), 주입 단계(S17) 그리고 실링 단계(S19)를 포함한다.
조립 단계(S11)는 전극 조립체(200)를 조립하는 단계이다. 전극 조립체(200)는 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 상태에서 다수의 전극판들을 적층한 상태로 조립할 수 있다. 이와는 달리, 전극 조립체(200)는 전극판들을 권취한 상태로 조립할 수 있다.
수납 단계(S13)는 조립 단계(S11)에서 조립한 전극 조립체(200)를 파우치 케이스(100)의 내부 공간(101)에 수납한다.
도 7 내지 도 9는 도 6의 결합 단계(S15)를 순차적으로 보여주는 도면이다. 이하, 이를 참고하면, 결합 단계(S15)는 전극 조립체(200)에 연결된 전극 탭(300)과 전극 리드(400)를 용접으로 결합시킨다. 도 7과 같이 전극 탭(300)과 전극 리드(400)를 준비시킨다. 결합 전 전극 탭(300)과 전극 리드(400)는 모두 그 길이방향을 따라 연장되며, 수평하게 제공된다. 이 후 도 8과 같이 전극 리드(400)와 결합되는 전극 탭(300)의 탭 결합부(330)를 상방 또는 하방으로 절곡시킨다. 탭 결합부(330)를 절곡시켜 탭 몸체(310)와 탭 결합부(330)는 경사진다. 일 예로 절곡각은 90도 일 수 있다. 탭 결합부(330)의 절곡은 지그 등으로 수행될 수 있다. 마찬가지로, 탭 결합부(330)와 결합되는 전극 리드(400)의 리드 결합부(430)를 상방 또는 하방으로 절곡시킨다. 리드 결합부(430)를 절곡 시켜 리드 몸체(410)와 리드 결합부(430)는 경사진다다. 일 예로 절곡각은 90도 일 수 있다. 리드 결합부(430)의 절곡은 지그 등으로 수행될 수 있다.
탭 결합부(330)와 리드 결합부(430) 중 어느 하나는 그 절곡 방향이 상방 또는 하방이며, 다른 하나는 하방 또는 상방으로 제공될 수 있다. 일 예로 도 8과 같이 탭 결합부(330)의 절곡 방향은 상방으로 제공될 수 있다. 리드 결합부(430)의 절곡 방향은 하방으로 제공될 수 있다. 탭 결합부(330)와 리드 결합부(430)를 절곡시킨 후 리드 결합부(430)를 탭 결합부(330)보다 전극 조립체(200)에 인접하게 위치시킨다. 이와는 달리, 탭 결합부(330)의 절곡 방향을 하방으로 제공하며, 리드 결합부(430)의 절곡 방향을 상방으로 제공할 수 있다.
이와는 달리, 상부 케이스(100a)만 전극 조립체(200) 수용을 위한 내부 공간이 형성되는 경우는, 탭 결합부(330a)의 절곡 방향이 상방으로 제공된다. 리드 결합부(430a)의 절곡 방향은 하방으로 제공된다.
이 후, 도 9와 같이 탭 결합부(330)와 리드 결합부(430)의 용접을 수행한다. 용접 시 용접 지그(510)를 리드 결합부(430)의 외측면에 접촉시킨다. 탭 결합부(330)의 외측면에는 레이저 용접기(530)를 위치시킨다. 제1방향(12)을 따라 순차적으로 용접 지그(510), 리드 결합부(430), 탭 결합부(330) 그리고 레이저 용접기(530)가 배치된다. 이 후 레이저 용접기(530)로 리드 결합부(430)의 외측면상에 레이저를 조사하여 레이저 용접을 수행한다. 이 때 용접 영역은 1mm 이하일 수 있다.
상술한 예와는 달리, 도 10과 같이 상부 케이스(110a)에만 내부 공간(101)이 존재하는 경우에도 결합 단계(S15)는 동일하게 수행될 수 있다.
주입 단계(S17)는 파우치 케이스(100)에 전해액을 주입하는 단계이다. 전해액은 양극 활물질로부터 나온 리튬 이온 등이 음극 활물질 내에 삽에 삽입되고, 방전 시 다시 탈리되는 등 두 개의 전극을 왕복하여 에너지를 전달하는 매개체로서의 기능을 수행한다.
실링 단계(S19)는 파우치 케이스(100)를 실링하는 단계이다. 실링은 열융착 방식으로 수행될 수 있다.
한편, 본 발명의 도 6에서는 결합 단계(S15)가 수납 단계(S13) 이후에 수행되는 경우에 대해서만 도시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 일 예로 수납 단계(S13)는 조립 단계(S11) 전에 수행될 수 있다. 선택적으로 조립 단계(S11)와 수납 단계(S13) 사이에서 이루어 질 수 있다. 일 예로 주입 단계(S17)는 실링 단계(S17) 이후에 이루어 질 수 있다.
상술한 예와는 달리, 조립 단계(S11), 수납 단계(S13), 결합 단계(S15), 주입 단계(S17) 그리고 실링 단계(S19)는 이차 전지의 종류, 크기, 그리고 각 공정에 따라서 그 순서는 변경되어 적용가능하다.
이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발명의 효과를 설명한다.
도 11은 일반적인 이차 전지의 전극 탭과 전극 리드의 결합을 보여주는 단면도이고, 도 12는 도 11의 이차 전지에서 전극 탭(23)과 전극 리드(24)가 결합되는 것을 보여주는 도면이다. 이를 참고하면, 이차 전지에서 파우치 케이스(21,22)의 내부 공간에는 전극 조립체가 놓이며, 전극 탭(23)과 전극 리드(24)가 결합된다. 파우치 케이스(21,22)에서 전극 조립체의 셀 바디(26)가 놓이는 이외의 공간이 존재한다. 전극 조립체의 셀 바디(26)가 놓이는 이외의 공간으로 셀 테라스 영역(27)으로 정의한다.
도 11과 같이 전극 탭(23)과 전극 리드(24)는 평행하게 놓여진 상태에서 결합된다. 전극 탭(23)과 전극 리드(24)의 결합은 도 12와 같이 용접으로 결합된다. 도 12의 용접은 초음파 용접으로 수행될 수 있다. 초음파 용접은 전극 탭(23)과 전극 리드(24)의 상하 방향에 놓인 초음파 용접기(28,29)를 통해서 수행된다. 다만, 초음파 용접 시 용접으로 결합되는 영역(A2)의 제1방향의 길이는 4~5mm 내의 길이를 가질 수 있다. 이 경우 셀 테라스의 영역(27)은 이러한 결합 영역(A2)을 포함하는 영역이 되어 4~5mm 이상의 제1방향(12) 길이를 가지는 영역이 될 수 있다. 이 경우 파우치 케이스(21,22)에서 셀 테라스의 영역(27)이 차지하는 공간으로 인하여 전체 공간 대비 셀 바디(26)가 놓일 수 있는 공간이 차지하는 비율이 한정된다. 한정된 공간에서, 셀 테라스의 영역(27)이 차지하는 공간이 넓으면, 그에 따라 전체 공간 대비 셀 바디(26)가 차지하는 공간이 적게 된다. 이 경우, 전체 공간 대비 셀 바디(26)가 차지하는 공간이 낮아, 전체 밀도가 낮아지며, 그에 따라 에너지 밀도도 낮다.
이에 반해 본 발명의 일 실시 예인 도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명은 전극 탭(300)의 탭 결합부(330)와 전극 리드(400)의 리드 결합부(430)가 레이저 용접으로 결합된다. 용접 영역(A1)은 1mm 이하로 제공될 수 있다. 또한, 셀 바디(290)와 평행하도록 탭 결합부(330)와 리드 결합부(430)를 절곡시킨 후 결합하여 셀 테라스의 영역(270)을 최소화 할 수 있다.
본 발명과 상술한 도 11을 비교해 보면, 셀 테라스 영역은 도 3 및 도 4의 셀 테라스 영역(270)이 도 11에 나타난 셀 테라스 영역(27)과 비교하여 더 짧게 형성된다. 이에 따라 파우치 케이스(100) 내부에서 셀 바디(290)가 차지하는 영역의 비율이 커질 수 있다.
셀 바디(290)가 차지하는 영역이 클수록 전체 영역 대비 밀도가 높아져, 이차 전지(10)의 용량을 커질 수 있다. 즉, 에너지 밀도를 최대화 할 수 있다. 파우치 케이스(100)의 크기가 정해져 있는 경우는, 셀 테라스의 영역(270)을 최대한 줄여, 전체 영역 대비 셀 바디(290)가 차지하는 영역을 최대로 할 수 있다. 이에 따라 이차 전지(10)의 에너지 밀도도 키울 수 있다. 이차 전지(10)의 에너지 밀도를 키울 경우 일정한 파우치 케이스(100)의 크기를 가지는 다른 이차 전지와 비교할 때 최대의 용량을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명은 일반적인 이차 전지(10)의 셀 테라스 영역(270)보다 작은 영역의 셀 테라스 영역(270)을 제공하여 한정된 파우치 케이스(100) 내부에서 전체 영역 대비 셀 바디(290)가 차지하는 영역을 최대로 할 수 있다. 이에 따라, 이차 전지(10)의 에너지 밀도도 향상시킬 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 이차 전지 100: 파우치 케이스
110: 상부 케이스 130: 하부 케이스
200: 전극 조립체 300: 전극 탭
310: 탭 몸체 330: 탭 결합부
400: 전극 리드 410: 리드 몸체
430: 리드 결합부 101: 수용 공간

Claims (15)

  1. 파우치형 이차 전지에 있어서,
    내부 공간을 가지는 파우치 케이스와;
    상기 내부 공간에 전해액과 같이 수납되며, 양극판 및 음극판을 가지는 전극 조립체와;
    상기 전극 조립체로부터 연장 형성된 전극 탭과; 그리고
    일단이 상기 전극 탭과 연결되며, 타단은 상기 파우치 케이스의 외부로 노출되는 전극 리드를 포함하되,
    상기 전극 탭은,
    상기 전극 조립체의 그 길이방향을 따라 연장 형성된 탭 몸체와;
    상기 탭 몸체와 경사지게 연장되며, 상기 전극 리드와 결합되는 탭 결합부를; 포함하고,
    상기 전극 리드는,
    외부로 노출되며 그 길이방향을 따라 연장 형성된 리드 몸체와;
    상기 리드 몸체와 경사지게 연장되며, 상기 탭 결합부와 결합되는 리드 결합부를; 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리드 결합부는 상기 탭 결합부보다 상기 전극 조립체에 더 인접하게 위치하는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탭 결합부와 상기 리드 결합부 중 어느 하나는 그 경사 방향이 상방 또는 하방이며, 다른 하나는 하방 또는 상방으로 제공되는 이차 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탭 결합부와 상기 탭 몸체의 경사각은 90도이며,
    상기 리드 결합부와 상기 리드 몸체의 경사각은 90도 인 이차 전지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 탭 결합부와 상기 리드 결합부는 용접으로 결합되는 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 용접은 레이저 용접으로 수행되는 이차 전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 탭 결합부의 두께와 상기 리드 결합부의 두께의 합인 용접 영역은 1mm 이하로 제공되는 이차 전지.
  8. 파우치형 이차 전지의 제조 방법에 있어서,
    전극 조립체를 조립하는 조립 단계와;
    파우치 케이스에 전극 조립체를 수납하는 수납 단계와;
    상기 전극 조립체에 연결된 전극 탭과 전극 리드를 용접으로 결합시키는 결합 단계와;
    상기 파우치 케이스에 전해액을 주입하는 전해액 주입 단계와; 그리고
    상기 파우치 케이스를 실링하는 실링 단계를; 포함하되,
    상기 결합 단계는 상기 전극 리드와 결합되는 상기 전극 탭의 탭 결합부를 상방 또는 하방으로 절곡시키며, 상기 탭 결합부와 결합되는 상기 전극 리드의 리드 결합부를 상방 또는 하방으로 절곡시켜 상기 탭 결합부와 접촉시킨 후 상기 탭 결합부와 상기 리드 결합부를 결합시키는 이차 전지 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 탭 결합부와 상기 리드 결합부를 결합 시 상기 리드 결합부를 상기 탭 결합부보다 상기 전극 조립체에 인접하게 위치시키는 이차 전지 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 탭 결합부와 상기 리드 결합부 중 어느 하나는 그 절곡 방향이 상방 또는 하방이며, 다른 하나는 하방 또는 상방으로 제공되는 이차 전지 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 탭 결합부 및 상기 리드 결합부의 절곡각은 각각 90도인 이차 전지 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 탭 결합부와 상기 리드 결합부는 레이저 용접으로 결합되는 이차 전지 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 탭 결합부와 상기 리드 결합부를 용접 시 상기 리드 결합부의 외측면에 용접 지그를 접촉시키며, 상기 탭 결합부의 외측면에 위치하는 레이저 용접기로 상기 리드 결합부의 외측면상에 레이저를 조사하여 상기 레이저 용접을 수행하는 이차 전지 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 탭 결합부의 두께와 상기 리드 결합부의 두께의 합인 용접 영역은 1mm 이하로 제공되는 이차 전지 제조방법.
  15. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 상기 이차 전지를 포함하는 배터리 모듈.
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