KR20180023634A - 이차전지의 전극탭 용접 방법 및 그에 따른 전극탭 용접 구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 구비한 전극 조립체를 제작하는 단계; 상기 전극 조립체의 일측에서 정해진 길이로 연장 형성되어 있는 적어도 둘 이상의 전극탭들을 서로 겹쳐서 정렬하는 단계; 및 상기 전극탭들의 중첩 영역에서 상기 전극탭의 종방향으로 가면서 용접을 수행하는 단계;를 포함하는 이차전지의 전극탭 용접 방법을 개시한다.
Description
본 발명은 이차전지의 전극탭 용접 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전극 조립체에 소정 길이로 연장 형성되어 있는 복수의 전극탭들을 겹친 상태에서 용접 공정을 수행하는 이차전지의 전극탭 용접 방법 및 그에 따른 전극탭 용접 구조에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 캔 타입과, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치 타입으로 분류될 수 있다.
도 1에는 일반적인 원통형 이차전지의 주요 구성이 구체적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 원통형 이차전지는 원통형의 전지 케이스(10)와, 전지 케이스의 상부에 밀봉 결합된 캡 조립체(20)와, 전해액과 함께 전지 케이스(10)에 수용된 전극 조립체(30)를 포함한다.
전극 조립체(30)는 양극판(31), 세퍼레이터(32) 및 음극판(33)이 적층되어 원형으로 권취된 것으로서, 실질적으로 젤리롤 형태로 권취된 구조를 갖는다.
이러한 젤리롤 형태의 전극 조립체를 가진 원통형 이차전지에서 저항이 낮은 전지를 개발하는 방법 중 하나는 음극탭(40)과 양극탭(50)의 수를 각각 늘리는 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이 통상적인 전극탭(1,2)은 전극 조립체(30)의 일측에서 소정의 길이로 연장되어 돌출 형성된다. 이러한 전극탭(1,2)은 둘 이상이 구비되는 경우 가능한 한 최소한의 오차로 정렬되어야 하고 서로 겹쳐진 상태에서 용접되어 서로 긴밀하게 접합되어야 한다.
전극탭의 정렬 오차가 큰 경우에는 초음파 용접이나 레이저 용접 시 과용접에 의한 탭의 절단, 휘어짐, 약용접 등의 문제가 발생하게 된다. 이와 관련하여, 특허문헌 1에는 집전체에 복수개의 개구가 형성되어 있고, 전극탭에 형성되는 개구는 집전체 몸체로부터 연장되어 나가는 방향으로 개구 밀도가 감소되도록 배치하여, 초음파 용접 시 초음파 에너지가 개구부의 밀도가 상대적으로 더욱 높은 집전체 몸체로도 확산되도록 하여 전극탭 부분만의 초음파 에너지 집중을 막는 기술이 제시되어 있다.
상기와 같은 용접 관련 기술이 제시되었으나, 전극탭(1,2)의 미겹침 부위로 인해 발생하는 약용접과 같은 용접 불량 문제는 여전히 해소되지 않고 있다.
즉, 종래의 원통형 이차전지는 전극탭(1,2)을 겹치게 정렬한 상태에서 전극탭(1,2)의 연장 방향(길이 방향)을 수직하게 가로지르는 횡방향으로 용접부(3a)들이 배열되도록 용접패턴(3)이 형성됨으로 인해 용접 품질이 저하되는 문제가 있다.
이러한 용접 품질 저하 문제는 전극의 두께 공차, 와인딩 시 공정 오차 등으로 인해 전극탭(1,2)의 정렬 상태가 좋지 않아 미겹침 부위(4)가 넓어질 경우에 더욱 심각하게 나타나므로 이에 대한 개선이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 배경을 고려하여 창안된 것으로서, 전극탭들을 겹친 상태에서 겹침 부위에 대해서만 용접 공정을 진행하여 용접 불량 발생을 방지하는 이차전지의 전극탭 용접 방법 및 그에 따른 전극탭 용접 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 (a) 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 구비한 전극 조립체를 제작하는 단계; (b) 상기 전극 조립체의 일측에서 정해진 길이로 연장 형성되어 있는 적어도 둘 이상의 전극탭들을 서로 겹쳐서 정렬하는 단계; 및 (c) 상기 전극탭들의 중첩 영역에서 상기 전극탭의 종방향으로 가면서 용접을 수행하는 단계;를 포함하는 이차전지의 전극탭 용접 방법을 제공한다.
상기 단계 (c)는, 상기 전극탭의 종방향으로 가면서 다수의 용접부를 정해진 간격으로 형성하여 용접을 수행할 수 있다.
상기 단계 (a)는, 상기 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 적층하고 일괄적으로 원형으로 권취하여 원통형의 전극 조립체를 제작하고, 상기 단계 (b)는, 상기 원통형의 전극 조립체에서 상대적으로 안쪽에 위치한 전극탭과 상대적으로 바깥쪽에 위치한 전극탭을 서로 겹쳐서 정렬할 수 있다.
상기 단계 (c)는, 초음파 용접 또는 레이저 용접을 수행하여 상기 전극탭들을 서로 용접하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 순차적으로 적층되는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 구비한 전극 조립체; 및 상기 양극판 및 상기 음극판 각각의 일측에서 소정 길이로 연장 형성되어 있는 전극탭;을 포함하고, 상기 전극탭들은 동일 극성끼리 적어도 둘 이상이 서로 겹쳐진 상태로 용접되고, 상기 전극탭들의 중첩 영역에서 상기 전극탭의 종방향으로 가면서 용접이 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극탭 용접 구조가 제공된다.
본 발명에 따르면 전극탭들의 겹침 부위에 대하여 종방향으로 용접부들을 형성하여 약용접 부분이 발생하지 않고 균일한 용접이 이루어지므로 용접 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 전극탭들에 대한 종방향 용접에 의해 좁은 용접 폭이 구현되므로 전극탭들의 미겹침 부위가 용접 품질에 영향을 주는 문제를 해소할 수 있고 생산성을 높일 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일반적인 원통형 이차전지의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 이차전지의 전극탭 용접 구조를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지의 전극탭 용접 구조를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지의 전극탭 용접 방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 1은 일반적인 원통형 이차전지의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 이차전지의 전극탭 용접 구조를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지의 전극탭 용접 구조를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지의 전극탭 용접 방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지의 전극탭 용접 구조를 도시한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지의 전극탭 용접 구조는 전극 조립체(100)와 상기 전극 조립체(100)의 일측에서 소정 길이 연장 형성되어 있는 전극탭(101,102)을 구비하고, 전극탭(101,102)들의 중첩 부위에는 종방향으로 가면서 용접부(103a)들이 형성되어 있다.
전극 조립체(100)는 순차적으로 적층되는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 구비한다. 구체적으로, 전극 조립체(100)는 알루미늄 포일로 이루어진 양극 집전체에 양극 활물질이 도포되어 있는 양극판과, 구리 포일로 이루어진 음극 집전체에 음극 활물질이 도포되어 있는 음극판과, 상기 양극판 및 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터가 다 함께 일괄적으로 원통형으로 권취되어 실질적으로 젤리롤(Jelly roll)의 형태를 이루도록 제작된다.
전극탭(101,102)은 상기 양극판 및 상기 음극판 각각의 일측에서 소정 길이로 연장되어 돌출 형성된다. 전극탭(101,102)들은 동일 극성끼리 적어도 둘 이상이 서로 겹쳐지게 정렬된 상태에서 초음파 용접이나 레이저 용접에 의해 서로 접합된다.
전극탭(101,102)들의 용접패턴(103)은 전극탭(101,102)들이 서로 겹쳐져 있는 중첩 영역에 형성된다. 용접부(103)에는 전극탭(101,102)의 연장 방향(길이방향)인 종방향으로 가면서 다수의 용접부(103a)들이 정해진 간격으로 형성되어 있다. 용접부(103a)는 융착에 의해 점 또는 선 형태로 형성되고 중첩 영역 내에서 다양한 용접폭을 이루도록 배열될 수 있다.
도 4에 나타난 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지의 전극탭 용접 방법은 전극 조립체 제작 공정(단계 S100)과, 전극탭 정렬 공정(단계 S110)과, 전극탭 종방향 용접 공정(단계 S120)을 포함한다.
전극 조립체 제작 공정(단계 S100)에서는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 적층하고 일괄적으로 원형으로 권취하여 원통형의 전극 조립체(100)를 제작한다. 이때, 양극판 및 음극판 중 적어도 어느 하나는 둘 이상의 전극탭(101,102)이 소정 길이로 연장되게 제작된다.
전극탭 정렬 공정(단계 S110)에서는 소정의 정렬 지그를 이용하여, 원통형의 전극 조립체(100)에서 상대적으로 안쪽에 위치한 전극탭(101)과 상대적으로 바깥쪽에 위치한 전극탭(102)을 서로 겹쳐지게 정렬한다.
종방향 용접 공정(단계 S120)에서는 전극탭(101,102)의 길이 방향으로 가면서 다수의 용접부(103a)들을 정해진 간격으로 형성하면서 초음파 용접 또는 레이저 용접을 수행한다. 이때, 용접패턴(103)의 전체 용접폭은 전극탭(101,102)들의 중첩 영역 이내에서 결정된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 전극탭(101,102)들의 미겹침 부위에 대해서는 용접이 이루어지지 않고 겹침 부위에 대해서만 종방향으로 용접이 수행되므로 약용접 등의 용접 불량이 발생하지 않아 이차전지의 생산성을 향상시킬 수 있는 현저한 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 전극 조립체 101,102: 전극탭
103: 용접패턴 103a: 용접부
103: 용접패턴 103a: 용접부
Claims (8)
- (a) 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 구비한 전극 조립체를 제작하는 단계;
(b) 상기 전극 조립체의 일측에서 정해진 길이로 연장 형성되어 있는 적어도 둘 이상의 전극탭들을 서로 겹쳐서 정렬하는 단계; 및
(c) 상기 전극탭들의 중첩 영역에서 상기 전극탭의 종방향으로 가면서 용접을 수행하는 단계;를 포함하는 이차전지의 전극탭 용접 방법. - 제1항에 있어서, 상기 단계 (c)에서,
상기 전극탭의 종방향으로 가면서 다수의 용접부를 정해진 간격으로 형성하여 용접을 수행하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극탭 용접 방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 (a)는, 상기 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 적층하고 일괄적으로 원형으로 권취하여 원통형의 전극 조립체를 제작하고,
상기 단계 (b)는, 상기 원통형의 전극 조립체에서 상대적으로 안쪽에 위치한 전극탭과 상대적으로 바깥쪽에 위치한 전극탭을 서로 겹쳐서 정렬하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극탭 용접 방법. - 제3항에 있어서, 상기 단계 (c)에서,
초음파 용접 또는 레이저 용접을 수행하여 상기 전극탭들을 서로 용접하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극탭 용접 방법. - 순차적으로 적층되는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 구비한 전극 조립체; 및
상기 양극판 및 상기 음극판 각각의 일측에서 소정 길이로 연장 형성되어 있는 전극탭;을 포함하고,
상기 전극탭들은 동일 극성끼리 적어도 둘 이상이 서로 겹쳐진 상태로 용접되고,
상기 전극탭들의 중첩 영역에서 상기 전극탭의 종방향으로 가면서 용접이 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극탭 용접 구조. - 제5항에 있어서,
상기 전극탭의 종방향으로 가면서 다수의 용접부들이 정해진 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극탭 용접 구조. - 제5항에 있어서,
상기 전극 조립체는 상기 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 적층하고 일괄적으로 원형으로 권취되어 형성된 원통형의 전극 조립체이고,
상기 원통형의 전극 조립체에서 상대적으로 안쪽에 위치한 전극탭과 상대적으로 바깥쪽에 위치한 전극탭이 서로 겹치게 정렬된 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극탭 용접 구조. - 제5항에 있어서,
초음파 용접 또는 레이저 용접에 의해 상기 전극탭들이 서로 용접된 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극탭 용접 구조.
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