KR20180137345A - 이차전지의 제조방법 및 이차전지 제조용 케이스 - Google Patents

이차전지의 제조방법 및 이차전지 제조용 케이스 Download PDF

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Abstract

이차전지 제조방법 및 이차전지 제조용 케이스가 개시된다.
본 발명에 따르면 이차전지의 제조 과정에서 이차전지 내부에서 발생하는 가스를 효과적으로 방출함으로써 이차전지 내부의 가스로 인한 전극 조립체 및 이차전지의 두께 증가 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 이차전지의 제조 과정에서 전해액이 이차전지 내부에 효율적으로 주액될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 조립체 및 전해액이 수용되는 공간을 제공하는 전지 몸체부 및 상기 전지 몸체부와 일체로 형성되고 전해액이 수용되는 공간을 제공하는 보조 몸체부 를 포함하는 전지 케이스 내부에 상기 전극 조립체를 수용하는 수용 단계; 상기 전지 몸체부 및 상기 보조 몸체부에 상기 전해액을 주액하는 주액 단계; 상기 보조 몸체부 내부의 상기 전해액을 상기 전지 몸체부에 공급하는 전해액 공급 단계; 상기 전지 몸체부 내부에 존재하는 가스를 상기 보조 몸체부에 공급하는 가스 공급 단계; 및 상기 전지 몸체부의 내부 공간 및 상기 보조 몸체부의 내부 공간을 분리시키는 분리 단계; 를 포함하는 이차전지 제조방법이 제공된다.

Description

이차전지의 제조방법 및 이차전지 제조용 케이스{method of manufacturing secondary battery and case for manufacturing secondary battery}
본 발명은 이차전지의 제조방법 및 이차전지 제조용 케이스에 관한 것으로서, 이차전지 내부에서 발생하는 가스를 효과적으로 배출하면서 이차전지 내부에 전해액을 충분히 주액할 수 있는 이차전지 제조방법 및 이차전지 제조용 케이스에 관한 것이다.
반복적인 충전과 방전이 가능한 이차전지(secondary battery)는 전극과 분리막을 포함하는 전극 조립체(electrode assembly), 전극 조립체를 수용하는 케이스 및 케이스 내부에 구비되며 전극 조립체를 활성화시키는 전해액으로 구성되는 것이 일반적이다.
이러한 이차전지는 전극 조립체를 케이스에 수용하고 케이스 내부에 전해액을 주액함으로써 제조된다. 한편, 제조된 이차전지는 본격적으로 사용되기 전에 활성화(formation) 단계를 거치게 된다. 활성화 단계에서 이차전지 내의 전극 조립체는 충전이 된다.
이러한 활성화 단계에서는 이차전지 내부에서 가스가 발생하게 되는데, 이러한 가스로 인해 전극 조립체의 두께가 증가하게 되는 문제점이 발생한다. 특히, 캔형(can-type) 이차전지의 경우 전극 조립체의 비틀림(twist) 현상에 의하여 전극 조립체 자체의 두께가 증가하는 문제뿐만 아니라, 활성화 단계에서 발생하는 이차전지 내부의 가스로 인하여 이차전지 케이스의 두께 증가가 크다는 문제점이 있었다.
이러한 가스를 방출하기 위해 별도의 디가스(degas) 공정을 거치기도 하지만, 이러한 디가스 공정만으로는 이차전지 내부의 가스를 충분히 방출할 수 없는 문제점이 있었다.
특히, 캔형(can-type) 이차전지의 경우 제조 공정의 특성상 수분 침투 등의 문제를 방지하기 위해 이차전지 제조 과정에서 전극 조립체를 소량만 충전하는 전-활성화(pre-formation) 단계 이후에 전-활성화 단계에서 발생하는 가스를 배출하는 공정만 있을 뿐 별도의 디가스 공정을 거치지 못하는 문제점이 있었다(이는 캔형 이차전지의 제조 과정에서 전-활성화 단계는 이차전지가 조립 라인 내부에 있을 때 이루어지기 때문이다). 이러한 캔형 이차전지의 경우 이차전지의 조립이 완성된 후에 이루어지는 활성화 단계에서 발생하는 가스를 처리하기가 어렵다는 문제점이 있었다.
한편, 이차전지의 용량을 향상하기 위해서는 이차전지 내부에 전해액을 충분히 주액할 필요가 있는데, 그러기 위해서는 전극 조립체를 구성하는 전극 및 분리막의 공극에 전해액이 충분히 침투해야 한다. 그러나, 전극 및 분리막의 공극에 전해액이 충분히 침투하기 위해서는 일정 이상의 시간이 필요한데, 이는 이차전지의 제조에 필요한 시간을 증가시키는 요인이었다.
특히, 파우치형 이차전지의 경우 최종형태의 이차전지보다 큰 공간을 갖는 케이스에 필요한 만큼의 전해액을 충분히 주액한 후 케이스의 일부를 절단하여 제조하는 것이 가능한 반면, 캔형 이차전지의 경우 파우치형 이차전지와 달리 케이스의 크기가 고정되어 있으므로, 케이스 내부에 주액될 수 있는 전해액의 양에 한계가 있다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 이차전지의 제조 과정에서 이차전지 내부에서 발생하는 가스를 효과적으로 방출함으로써 이차전지 내부의 가스로 인한 전극 조립체 및 이차전지의 두께 증가 문제를 해결하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 이차전지의 제조 과정에서 전해액이 이차전지 내부에 효율적으로 주액될 수 있도록 하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 조립체 및 전해액이 수용되는 공간을 제공하는 전지 몸체부 및 상기 전지 몸체부와 일체로 형성되고 전해액이 수용되는 공간을 제공하는 보조 몸체부 를 포함하는 전지 케이스 내부에 상기 전극 조립체를 수용하는 수용 단계; 상기 전지 몸체부 및 상기 보조 몸체부에 상기 전해액을 주액하는 주액 단계; 상기 보조 몸체부 내부의 상기 전해액을 상기 전지 몸체부에 공급하는 전해액 공급 단계; 상기 전지 몸체부 내부에 존재하는 가스를 상기 보조 몸체부에 공급하는 가스 공급 단계; 및 상기 전지 몸체부의 내부 공간 및 상기 보조 몸체부의 내부 공간을 분리시키는 분리 단계; 를 포함하는 이차전지 제조방법이 제공된다.
상기 주액 단계에서, 상기 전해액은 상기 전지 케이스에 형성된 주액용 홀을 통해 상기 전지 몸체부 및 상기 보조 몸체부에 주액될 수 있다.
상기 가스는 상기 이차전지를 충전 및 방전하여 상기 이차전지가 사용 가능한 상태가 되도록 하는 활성화 단계에서 발생하는 가스이고, 상기 활성화 단계는 상기 가스 공급 단계 이전에 이루어질 수 있다.
상기 전해액 공급 단계의 적어도 일부와 상기 가스 공급 단계의 적어도 일부는 동시에 이루어질 수 있다.
상기 전해액 공급 단계는, 상기 보조 몸체부의 높이를 상승시키는 과정을 포함할 수 있다.
상기 가스 공급 단계는, 상기 보조 몸체부의 높이를 상승시키는 과정을 포함할 수 있다.
상기 보조 몸체부를 상기 전지 몸체부로부터 분리하고 상기 전지 몸체부를 밀봉하는 밀봉 단계; 를 더 포함할 수 있다.
상기 밀봉 단계는, 레이저를 이용해 상기 보조 몸체부를 상기 전지 몸체부로부터 분리하고 상기 전지 몸체부를 밀봉할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전극 조립체 및 전해액이 수용되는 내부 공간을 제공하는 전지 몸체부; 전해액이 수용되는 내부 공간을 제공하는 보조 몸체부; 를 포함하고, 상기 전지 몸체부와 상기 보조 몸체부는 일체로 형성되는 이차전지 제조용 케이스가 제공된다.
상기 전지 몸체부 및 상기 보조 몸체부의 내부 공간에 상기 전해액이 주액되는 경로를 제공하는 주액용 홀이 상기 전지 몸체부에 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면 이차전지의 제조 과정에서 이차전지 내부에서 발생하는 가스를 효과적으로 방출함으로써 이차전지 내부의 가스로 인한 전극 조립체 및 이차전지의 두께 증가 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 이차전지의 제조 과정에서 전해액이 이차전지 내부에 효율적으로 주액될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지의 구조를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이차전지의 구조를 도시한 분해 사시도이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 이차전지의 구조를 설명하도록 한다.
이차전지의 구조
도 1은 본 발명에 따른 이차전지의 구조를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이차전지의 구조를 도시한 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 이차전지(1)는 전지 케이스(10)를 포함할 수 있다. 이때, 전지 케이스(10)는 캔형 케이스일 수 있다.
한편, 전지 케이스(10)는 전극 조립체(20)와 전해액이 수용되는 내부 공간을 제공하는 전지 몸체부(12) 및 전해액이 수용되는 내부 공간을 제공하는 보조 몸체부(16)를 포함할 수 있다. 전지 몸체부(12)와 보조 몸체부(16)는 일체로 형성될 수 있다. 하기에서 살펴볼 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법에서, 전지 몸체부(12)와 보조 몸체부(16)는 일체의 구성으로 존재하고 있다가, 분리 단계에서 전지 몸체부(12)와 보조 몸체부(16)가 서로 분리될 수 있다.
또한, 전지 몸체부(12)와 보조 몸체부(16)가 구분될 수 있도록 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 전지 몸체부(12)와 보조 몸체부(16) 사이에는 오목홈이 형성될 수 있다. 하기에서 살펴볼 바와 같이 분리 단계에서, 전지 몸체부(12)와 보조 몸체부(16) 사이에 형성된 오목홈을 기준으로 전지 몸체부(12)와 보조 몸체부(16)가 서로 분리될 수 있다.
또한, 전지 몸체부(12)에는 주액용 홀(14)이 형성될 수 있다. 주액용 홀(14)을 통해 전지 몸체부(12) 및 보조 몸체부(16)의 내부 공간에 전해액이 주액될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조 방법에 따르면, 이차전지의 제조 과정에서 이차전지 내부의 가스가 전지 몸체부(12)에서 보조 몸체부(16)로 이송되고, 전해액이 보조 몸체부(16)에서 전지 몸체부(12)로 이송될 수 있다. 따라서, 이차전지 제조 과정에서 이차전지 내부의 가스를 전지 몸체부(12)로부터 방출할 수 있고, 충분한 시간 동안 충분한 양의 전해액을 전지 몸체부(12)에 주액할 수 있어 주액성이 향상될 수 있다.
한편, 이차전지(1) 내부의 가스 중 적어도 일부는 이차전지(1)를 충전 및 방전하여 이차전지(1)가 사용 가능한 상태가 되도록 하는 활성화(formation) 단계에서 발생하는 가스일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 이차전지의 활성화 단계에서 발생하는 가스를 전지 몸체부(12)로부터 방출할 수 있게 되므로, 활성화 단계에서 발생하는 가스로 인하여 이차전지 또는 전극 조립체의 두께가 증가하는 것을 방지할 수 있다. 이하, 도 1 및 도 2를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법을 설명하도록 한다.
이차전지 제조방법
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1) 제조방법은 전극 조립체(20) 및 전해액이 수용되는 내부 공간을 제공하는 전지 몸체부(12) 및 전지 몸체부(12)와 일체로 형성되고 전해액이 수용되는 내부 공간을 제공하는 보조 몸체부(16)를 포함하는 전지 케이스(10) 내부에 전극 조립체(20)를 수용하는 수용 단계, 전지 몸체부(12) 및 보조 몸체부(16)에 전해액을 주액하는 주액 단계, 보조 몸체부(16) 내부의 전해액을 전지 몸체부(12)에 공급하는 전해액 공급 단계, 및 전지 몸체부(12) 내부에 존재하는 가스를 보조 몸체부(16)에 공급하는 가스 공급 단계를 포함할 수 있다.
이때, 주액 단계에서, 전해액은 전지 몸체부(12)에 형성된 주액용 홀(14)을 통해 전지 몸체부(12) 및 보조 몸체부(16)에 주액될 수 있다.
또한, 전지 몸체부(12) 내부에 존재하는 가스는 이차전지(1)를 충전 및 방전하여 이차전지(1)가 사용 가능한 상태가 되도록 하는 활성화 단계에서 발생하는 가스일 수 있다. 따라서, 활성화 단계에서 발생한 가스가 전지 몸체부(12)로부터 효과적으로 방출되기 위해 활성화 단계는 가스 공급 단계 이전에 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면 이차전지의 제조 과정에서 보조 몸체부(16) 내부의 전해액이 전지 몸체부(12)로 이송될 수 있다. 이러한 전해액의 이송 과정은 보조 몸체부(16)가 전지 몸체부(12)로부터 분리될 때까지 지속적으로 이루어지므로, 충분한 시간 동안 전지 몸체부(12)에 전해액이 주액될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 이차전지 제조 과정에서 전해액의 주액성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 활성화 단계에 의해 전극 조립체가 수용된 전지 몸체부 내부에서 발생한 가스는 보조 몸체부(16)로 이송된다. 하기에서 살펴볼 바와 같이 보조 몸체부(16)는 전지 몸체부(12)로부터 분리되므로 제조가 완료된 이차전지의 몸체는 전지 몸체부(12)가 되므로 이차전지(1) 내부의 가스가 제거될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 이차전지 내부의 가스로 인해 이차전지의 두께가 증가하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 전해액 공급 단계를 먼저 설명한 후 가스 공급 단계를 설명하였지만, 이러한 설명이 전해액 공급 단계 및 가스 공급 단계의 시간적인 선후 관계를 의미하는 것은 아니다. 이는, 본 발명의 특허청구범위를 해석하는 경우에도 마찬가지라 할 것이다.
전해액 공급 단계 또는 가스 공급 단계는 보조 몸체부(16)의 높이를 상승시키는 과정을 포함할 수 있다. 전해액 공급 단계에서 보조 몸체부(16)의 높이를 상승시키는 경우에는, 상대적으로 상부에 위치한 보조 케이스(20) 내부의 전해액이 중력에 의해 상대적으로 하부에 위치한 전지 몸체부(12)의 내부 공간에 원활하게 공급될 수 있고, 가스 공급 단계에서 보조 몸체부(16)의 높이를 상승시키는 경우에는 상대적으로 전해액에 비해 상대적으로 가벼운 가스가 상승하면서 보조 몸체부(16)의 내부 공간에 원활하게 공급될 수 있다. 예를 들어, 보조 몸체부(16)의 높이를 상승시키는 과정은 이차전지(1)의 상하 방향을 뒤집어 전지 몸체부(12)가 하부에 위치하면서 보조 몸체부(16)가 상부에 위치함으로써 이루어질 수 있다.
또한, 전해액 공급 단계의 적어도 일부와 가스 공급 단계의 적어도 일부는 동시에 이루어질 수 있다. 예를 들어, 전해액 공급 단계와 가스 공급 단계는 동시에 이루어질 수 있다.
이차전지(1)의 전지 몸체부(12) 내부의 가스가 충분히 배출되고, 이차전지(1) 내부의 전극 조립체(20)의 전극과 분리막 사이로 전해액이 충분히 주액되고 나면 전지 케이스(12)로부터 보조 몸체부(16)를 분리할 필요가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법은 전지 몸체부(12)의 내부 공간 및 보조 몸체부(16)의 내부 공간을 분리시키는 분리 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 보조 몸체부(16)를 전지 몸체부(12)로부터 분리하고 난 후에는 전지 몸체부(12)를 밀봉할 필요가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법은 보조 몸체부(16)를 전지 몸체부(12)로부터 분리하고 전지 몸체부(12)를 밀봉하는 밀봉 단계를 더 포함할 수 있다.
분리 단계 및 밀봉 단계는 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 분리 단계 및 밀봉 단계는 레이저를 이용해 이루어질 수 있다. 즉, 레이저를 이용해 분리 단계에서 전지 몸체부(12)로부터 보조 몸체부(16)를 절단할 수 있고, 레이저를 이용해 밀봉 단계에서 보조 몸체부(16)와 분리된 전지 몸체부(12)의 일측면을 용접함으로써 전지 몸체부(12)를 밀봉할 수 있다.
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 실시가 가능함은 물론이다.
1 : 이차전지
10 : 전지 케이스
12 : 전지 몸체부
14 : 주액용 홀
16 : 보조 몸체부
20 : 전극 조립체

Claims (10)

  1. 전극 조립체 및 전해액이 수용되는 내부 공간을 제공하는 전지 몸체부 및 상기 전지 몸체부와 일체로 형성되고 전해액이 수용되는 내부 공간을 제공하는 보조 몸체부를 포함하는 캔형(can-type) 전지 케이스 내부에 상기 전극 조립체를 수용하는 수용 단계;
    상기 전지 몸체부 및 상기 보조 몸체부에 상기 전해액을 주액하는 주액 단계;
    상기 보조 몸체부 내부의 상기 전해액을 상기 전지 몸체부에 공급하는 전해액 공급 단계;
    상기 전지 몸체부 내부에 존재하는 가스를 상기 보조 몸체부에 공급하는 가스 공급 단계; 및
    상기 전지 몸체부의 내부 공간 및 상기 보조 몸체부의 내부 공간을 분리시키는 분리 단계; 를 포함하는 이차전지 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주액 단계에서,
    상기 전해액은 상기 전지 케이스에 형성된 주액용 홀을 통해 상기 전지 몸체부 및 상기 보조 몸체부에 주액되는 이차전지 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스는 상기 이차전지를 충전 및 방전하여 상기 이차전지가 사용 가능한 상태가 되도록 하는 활성화 단계에서 발생하는 가스이고,
    상기 활성화 단계는 상기 가스 공급 단계 이전에 이루어지는 이차전지 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전해액 공급 단계의 적어도 일부와 상기 가스 공급 단계의 적어도 일부는 동시에 이루어지는 이차전지 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전해액 공급 단계는,
    상기 보조 몸체부의 높이를 상승시키는 과정을 포함하는 이차전지 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 공급 단계는,
    상기 보조 몸체부의 높이를 상승시키는 과정을 포함하는 이차전지 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조 몸체부를 상기 전지 몸체부로부터 분리하고 상기 전지 몸체부를 밀봉하는 밀봉 단계; 를 더 포함하는 이차전지 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 밀봉 단계는,
    레이저를 이용해 상기 보조 몸체부를 상기 전지 몸체부로부터 분리하고 상기 전지 몸체부를 밀봉하는 이차전지 제조방법.
  9. 전극 조립체 및 전해액이 수용되는 내부 공간을 제공하는 전지 몸체부;
    전해액이 수용되는 내부 공간을 제공하는 보조 몸체부; 를 포함하고,
    상기 전지 몸체부와 상기 보조 몸체부는 일체로 형성되는 이차전지 제조용 케이스.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 전지 몸체부 및 상기 보조 몸체부의 내부 공간에 상기 전해액이 주액되는 경로를 제공하는 주액용 홀이 상기 전지 몸체부에 형성되는 이차전지 제조용 케이스.
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