KR20200102177A - 이차 전지 및 그의 제조 방법 - Google Patents

이차 전지 및 그의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200102177A
KR20200102177A KR1020190020454A KR20190020454A KR20200102177A KR 20200102177 A KR20200102177 A KR 20200102177A KR 1020190020454 A KR1020190020454 A KR 1020190020454A KR 20190020454 A KR20190020454 A KR 20190020454A KR 20200102177 A KR20200102177 A KR 20200102177A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tab
electrode
auxiliary
current collecting
welding
Prior art date
Application number
KR1020190020454A
Other languages
English (en)
Inventor
신호준
변상원
문영식
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020190020454A priority Critical patent/KR20200102177A/ko
Priority to CN202080007297.8A priority patent/CN113228404A/zh
Priority to PCT/KR2020/000101 priority patent/WO2020171372A1/ko
Priority to US17/298,485 priority patent/US20220029253A1/en
Priority to EP20758467.3A priority patent/EP3930032A4/en
Publication of KR20200102177A publication Critical patent/KR20200102177A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • H01M2/266—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • B23K26/244—Overlap seam welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/102—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/533—Electrode connections inside a battery casing characterised by the shape of the leads or tabs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/534—Electrode connections inside a battery casing characterised by the material of the leads or tabs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/536—Electrode connections inside a battery casing characterised by the method of fixing the leads to the electrodes, e.g. by welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/54—Connection of several leads or tabs of plate-like electrode stacks, e.g. electrode pole straps or bridges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
    • H01M50/55—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on the same side of the cell
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/38—Conductors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

본 발명은 이차 전지 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 단판의 보조탭과 집전 부 사이가 강건하게 레이저 용접되어, 전극탭과 보조탭 사이에 초음파 용접시 발생할 수 있는 피로하중에 의한 손상을 방지하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 전극탭을 갖는 전극 조립체와, 상기 전극탭과 기계적 및 전기적 결합된 금속 단판인 보조탭 및 상기 보조탭과 기계적 및 전기적 결합된 집전부를 포함하고, 상기 보조탭은 상기 전극탭과 용접된 탭 접속부와, 상기 집전부와 용접되고, 상기 탭 접속부와 평행하게 배치된 집전 접속부 및, 상기 탭 접속부와 상기 집전 접속부 사이를 연결하며, 상기 집전부의 일측을 감싸는 절곡부를 포함하는 이차 전지 및 그의 제조 방법을 개시한다.

Description

이차 전지 및 그의 제조 방법{Secondary battery and manufacturing method therof}
본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 이차 전지가 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 다수의 이차 전지가 모듈 형태로 조립된 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 양극판과 음극판 사이에 절연체인 분리막을 개재하여 형성된 전극 조립체와 전해액을 케이스에 내장하고, 케이스에 캡 플레이트를 설치하여 구성된다. 여기서, 전극 조립체의 대표적인 예로는 젤리-롤 형태를 들 수 있다. 이러한 젤리 롤 형태의 전극 조립체는 상부 방향 또는 좌,우 측부 방향으로 메인 탭 또는 무지부가 돌출되고, 이러한 메인 탭 또는 무지부에 집전 부재가 접속된 형태를 한다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 단판의 보조탭과 집전 부 사이가 강건하게 레이저 용접되어, 전극탭과 보조탭 사이에 초음파 용접시 발생할 수 있는 피로하중에 의한 손상을 방지할 수 있는 이차 전지 및 그의 제조 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 다른 과제는 연질의 강성 재질의 보조탭을 적용하여, 전극탭과 보조탭이 용접된 후, 절곡시 파단 되는 것을 방지할 수 있는 이차 전지 및 그의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 의한 이차 전지 및 그의 제조 방법은 전극탭을 갖는 전극 조립체와, 상기 전극탭과 기계적 및 전기적 결합된 금속 단판인 보조탭 및 상기 보조탭과 기계적 및 전기적 결합된 집전부를 포함하고, 상기 보조탭은 상기 전극탭과 용접된 탭 접속부와, 상기 집전부와 용접되고, 상기 탭 접속부와 평행하게 배치된 집전 접속부 및, 상기 탭 접속부와 상기 집전 접속부 사이를 연결하며, 상기 집전부의 일측을 감싸는 절곡부를 포함할 수 있다.
상기 집전 접속부는 레이저 용접에 의해 상기 집전부와 결합되는 레이저 용접부를 가질 수 있다.
상기 레이저 용접부는 상기 절곡부로부터 일정거리 이격된 직선 형상의 직선 용접부 및, 상기 직선 용접부에 끝단이 겹치는 원형상의 서클 용접부를 포함할 수 있다.
상기 전극탭의 두께가 0.4mm 내지 0.5mm 중 어느 하나의 두께일 경우, 상기 직선 용접부는 상기 절곡부로부터 0.8mm 내지 1.2mm 중 적어도 어느 하나의 거리로 이격될 수 있다.
상기 전극탭의 두께가 0.5mm 내지 0.7mm 중 어느 하나의 두께일 경우, 상기 직선 용접부는 상기 절곡부로부터 1.2mm 내지 1.8mm 중 적어도 어느 하나의 거리로 이격될 수 있다.
상기 직선 용접부의 길이는 상기 집전 접속부의 길이에 비해서 더 길며, 상기 직선 용접부의 시작점 및 끝점은 상기 집전부에 위치할 수 있다.
상기 레이저 용접부는 상기 절곡부로부터 1.5mm 내지 1.8mm 중 어느 하나의 거리로 이격된 원형상의 서클 용접부인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
상기 보조탭은 강성과 연신율이 높은 1050-O 알루미늄이거나, 1100-O 구리일 수 있다.
또한 본 발명에 의한 이차 전지 및 그의 제조 방법은 평평한 사각의 단일 플레이트인 보조탭을 90도 절곡하여, 절곡부를 중심으로 양측에 탭 접속부와 집전 접속부를 갖는 보조탭을 준비하는 단계와, 상기 집전 접속부의 내면이 집전부의 내면과 접촉된 상태로 레이저 용접하는 단계와, 상기 탭 접속부를 전극 조립체의 전극탭과 초음파 용접하는 단계와, 상기 집전부의 외면과 밀착되도록 상기 탭 접속부와 상기 전극탭을 절곡시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 레이저 용접하는 단계에서는 상기 절곡부로부터 0.8mm 내지 1.8mm 중 어느 하나의 거리 이격된 직선 형상의 직선 용접부와, 상기 직선 용접부에 끝단이 겹치는 원형상의 서클 용접부를 형성할 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지 및 그의 제조 방법은 단판의 보조탭과 집전 부 사이가 강건하게 레이저 용접되어, 전극탭과 보조탭 사이에 초음파 용접시 발생할 수 있는 피로하중에 의한 손상을 방지할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의한 이차 전지 및 그의 제조 방법은 연질의 강성 재질의 보조탭을 적용하여, 전극탭과 보조탭이 용접된 후, 절곡시 파단 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 이차 전지의 종단면도 및 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지 중에서 전극 조립체를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2b의 A부분을 확대 도시한 확대도이다.
도 5a 및 5b는 도 1에 도시된 이차 전지의 제조 공정 중 집전부와 보조탭의 분해 사시도 및 결합 사시도이다.
도 6은 도 5b에 도시된 집전부와 보조탭의 용접부분을 확대 도시한 확대도의 일 예이다.
도 7은 보조탭과 집전부 사이의 파단 결과이다.
도 8은 보조탭 절곡시 발생될 수 있는 극판 눌림 결과이다.
도 9는 도 5b에 도시된 집전부와 보조탭의 용접부분을 확대 도시한 확대도의 다른 예이다.
도 10은 도 5b에 도시된 집전부와 보조탭의 용접부분을 확대 도시한 확대도의 다른 예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용된다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100)의 사시도가 도시되어 있다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 도 1에 도시된 이차 전지(100)의 종단면도 및 횡단면도가 도시되어 있다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 스택 타입의 전극 조립체(110), 전극 조립체(110)의 일측(예를 들면, 제1전극탭(114))과 전기적으로 연결된 제1보조탭(120), 제1보조탭(120)과 전기적으로 연결된 제1집전부(130), 제1집전부(130)와 전기적으로 연결된 제1단자부(140), 전극 조립체(110)의 타측(예를 들면, 제2전극탭(115))과 전기적으로 연결된 제2보조탭(150), 제2보조탭(150)과 전기적으로 연결된 제2집전부(160), 제2집전부(160)와 전기적으로 연결된 제2단자부(170), 전극 조립체(110)를 수용하는 케이스(180) 및 케이스(180)의 개구에 결합되는 캡 조립체(190)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 예로서 설명한다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 등의 다양한 타입의 전지에 적용될 수 있다.
전극 조립체(110)는 제1전극판(111), 제2전극판(112), 제1,2전극판 (111,112) 사이의 개재된 세퍼레이터(113)가 스택된 형태로 이루어질 수 있다. 도 3을 참조하면, 전극 조립체(110)의 사시도가 도시되어 있으며, 도 4를 참조하면 도 2b의 4부분을 확대 도시한 전극 조립체(110)의 일부 확대도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 전극 조립체(110)의 구성을 설명하고자 한다.
전극 조립체(110)는 젤리롤 형태로 권취된 형태가 아니라, 대략 사각의 제1전극판(111), 사각의 세퍼레이터(113) 및 대략 사각의 제2전극판(112)이 순차적으로 스택된 직육면체 형태에서 제1전극탭(114)과 제2전극탭(115)이 양측으로 각각 돌출될 수 있다. 제1전극탭(114)과 제2전극탭(115)의 두께는 각각 0.4mm 내지 0.7mm 중 어느 하나의 두께를 가질 수 있다.
여기서, 제1전극판(111)은 음극으로 제2전극판(112)은 양극으로 동작할 수 있으며, 반대로 제1전극판(111)은 양극으로 제2전극판(112)은 음극으로 동작할 수도 있다. 다만, 본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 제1전극판(111)이 음극으로 동작하고, 제2전극판(112)이 양극으로 동작하는 것을 예로 하여 설명한다.
제1전극판(111)은 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제1전극 집전체(111a)에 흑연 또는 탄소 등의 제1전극 활물질(111b)이 도포되어 형성되며, 제1전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제1전극탭(114)(또는 제1무지부)을 포함할 수 있다. 제1전극탭(114)은 제1전극판(111)과 제1보조탭(120)간의 전류 흐름의 통로가 된다.
여기서, 제1전극탭(114)은 도 2b에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(110)의 일측으로 일정 길이 돌출/연장되고, 대략 "L" 형태로 절곡된 형태일 수 있다. 특히, 제1전극탭(114)은 제1보조탭(120)과 용접된 후 "L" 형태로 절곡될 수 있다. 즉, 전극 조립체(110)의 제1전극탭(114)은 원래 제1전극판(111)에 대하여 대략 평행한 형태였으나, 제1보조탭(120)과 용접되어 결합된 후, 제1집전부(130)의 일면과 대략 평행하도록 "L" 형태로 절곡될 수 있다. 이때, 제1전극탭(114)은 제1보조탭(120)과 중첩된 상태에서 초음파 용접에 의해서, 결합될 수 있다.
제2전극판(112)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제2전극 집전체(112a)에 전이금속산화물 등의 제2전극 활물질(112b)이 도포되어 형성되며, 제2전극 활물질(112b)이 도포되지 않은 영역인 제2전극탭(115)(또는 제2무지부)을 포함할 수 있다. 제2전극탭(115)은 제2전극판(112)과 제2보조탭(150)간의 전류 흐름의 통로가 된다.
여기서, 제1전극탭(114)은, 도 2b에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(110)의 일측으로 일정 길이 돌출/연장되고, 대략 "L" 형태로 절곡된 형태일 수 있다. 특히, 제1전극탭(114)은 제1보조탭(120)과 용접된 후 "L" 형태로 절곡될 수 있다. 즉, 전극 조립체(110)의 제1전극탭(114)은 원래 제1전극판(111)에 대하여 대략 평행한 형태였으나, 제1보조탭(120)과 용접되어 결합된 후, 제1집전부(130)의 일면과 대략 평행하도록 "L" 형태로 절곡될 수 있다. 이때, 제1전극탭(114)은 제1보조탭(120)과 중첩된 상태에서 초음파 용접에 의해서, 결합될 수 있다.
여기서, 제2전극탭(115)은, 제1전극탭(114)과 유사하게, 전극 조립체(110)의 타측으로 일정 길이 돌출/연장되고, 대략 "L" 형태로 절곡된 형태일 수 있다. 특히 제2전극탭(115)은 제2보조탭(150)과 용접된 후 "L"형태로 절곡 될 수 있다. 즉, 전극 조립체(110)의 제2전극탭(115)은 원래 제2전극판(112)에 대하여 대략 평행한 형태였으나, 제2보조탭(150)과 용접되어 결합된 후, 제2집전부(160)의 일면과 대략 평행하도록 "L" 형태로 절곡될 수 있다. 이때, 제2전극탭(115)은 제2보조탭(150)과 중첩된 상태에서 초음파 용접에 의해서, 결합될 수 있다.
또한, 제1전극탭(114)과 제2전극탭(115)은 전극 조립체(110)중에서 수평 방향인 서로 반대 방향으로 일정 길이 돌출/연장/절곡된 형태를 한다.
세퍼레이터(113)는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리프로필렌이나, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(113)의 재질이 한정되지 않는다. 경우에 따라, 세퍼레이터(113)는 고체 전해질로 대체될 수도 있다.
이러한 전극 조립체(110)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 전해액과 함께 케이스(180)에 수용된다. 상기 전해액은 EC, PC, DEC, EMC, DMC와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
제1보조탭(120)은 제1전극탭(114)과 전기적 및 기계적으로 접속된 제1탭 접속부(121)와, 제1집전부(130)와 전기적 및 기계적으로 접속된 제1집전 접속부(122)와, 제1탭 접속부(121)와 제1집전 접속부(122) 사이를 연결하는 제1절곡부(123)를 포함할 수 있다. 제1보조탭(120)은 평평한 단일 플레이트가 절곡되어 형성될 수 있다. 제1절곡부(123)에 의해서 제1탭 접속부(121)와 제1집전 접속부(122)는 서로 평행할 수 있다. 제1탭 접속부(121)는 제1전극탭(114)과 제1집전부(130)사이에 개재될 수 있으며, 제1집전 접속부(122)는 제1집전부(130)와 전극 조립체(110)의 일측면 사이에 개재될 수 있다. 상기 제1보조탭(120)은 금속 단판(single plate)일 수 있다.
제1보조탭(120)은 "L"자로 절곡된 상태에서, 일측에 구비된 제1집전 접속부(122)가 제1집전부(130)에 용접된 후, 타측에 구비된 제1탭 접속부(121)가 제1전극탭(114)에 용접될 수 있다. 이와 같은 제1보조탭(120)은 제1전극탭(114)과 용접된 후, 제1전극탭(114)과 함께 제1집전부(130)의 일면과 대략 평행하도록 제1절곡부(123)가"U"자로 절곡될 수 있다. 즉, 제1보조탭(120)은 이차전지(100) 제조 공정 중 "U"형태로 휘어져야 하므로, 연성의 특성을 갖는 재질을 이용할 수 있다. 이를 위해, 제1보조탭(120)은 제1집전부(130)의 두께보다 작은 두께를 가질 수 있다. 바람직하게는 제1보조탭(120)은 강성과 연신율이 높은 1050-O 알루미늄일 수 있으며, 그 두께는 0.3mm일 수 있다. 표 1에서는 제1보조탭(120)의 두께가 0.3mm인 1050-O 알루미늄일 때, 90도 및 180도 절곡시킬 경우의 소성 변형률이 모두 재료의 기준 연신률 내에 포함되어, 국부파단 및 파손이 발생되지 않음을 알 수 있다.
두께 소성변형률 기준 연신률 판단
90도 (%) 180도(%) 파손(%) 국부파단(%)
0.3t 32 32 <35 <56.6 OK
전극탭(114)과 초음파 용접될 수 있다. 이와 같은 제1보조탭(120)은 제1집전부(130)의 용접과, 제1보조탭(120)과 제1전극탭(114)의 용접은 아래에서 자세히 설명하고자 한다.
제1집전부(130)는 제1보조탭(120)과 전기적 및 기계적으로 접속된 제1전극 접속부(131)와, 제1전극 접속부(131)의 상단부에서 절곡되어 연장되고, 제1단자부(140)와 전기적 및 기계적으로 접속된 제1단자 접속부(132)를 포함한다.
상기 제1전극 접속부(131)는 제1보조탭(120)과 접촉 및 결합됨으로써, 전극 조립체(110)의 제1전극탭(114)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1전극 접속부(131)는 제1보조탭(120)과 에 용접되며, 수직 방향으로 세워진 형태를 갖는다. 상기 제1전극 접속부(131)는 제1보조탭(120)과 레이저 용접에 의해서 결합될 수 있다. 이와 같은 제1전극 접속부(131)와 제1보조탭(120)의 용접은 아래에서 자세히 설명하고자 한다.
상기 제1단자 접속부(132)는 캡 플레이트(191)와 평행하도록 수평방향으로 누워 있는 플레이트 형태로, 제1단자부(140)와 결합된다. 상기 제1단자 접속부(132)는 상기 제1단자부(140)에 용접되며, 후술되는 캡 조립체(190)의 캡 플레이트(191)와 전극 조립체(110) 사이에 개재될 수 있다. 상기 제1단자 접속부(132)는 상기 제1전극 접속부(131)의 상단부로부터 수직을 이룰 수 있다.
제1보조탭(120), 제1집전부(130) 및 제1전극탭(114)은 동일 재질로 형성될 수 있다. 바람직하게 제1전극탭(114)이 구리 계열이라면, 제1보조탭(120) 및 제1집전부(130) 역시 구리 계열일 수 있다.
제1단자부(140)는 제1집전부(130)와 제1보조탭(120)을 통해서, 전극 조립체(110)의 제1전극탭(114)에 전기적으로 연결된다. 여기서 제1단자부(140)는 캡 조립체(190) 중 캡 플레이트(191)를 관통하는 제1단자 기둥(141)을 포함할 수 있고, 케이스(180)의 내측에서 제1단자 기둥(141)에 제1집전부(130)의 제1전극 접속부(131)가 전기적으로 접속된다. 더욱이, 제1집전부(130)에 제1보조탭(120)이 접속되고, 이어서 제1보조탭(120)에 전극 조립체(110)의 제1전극탭(114)이 전기적으로 접속된다. 또한 제1단자부(140)는 캡 플레이트(191) 상에 위치되며 제1단자 기둥(141)에 결합된 제1단자 플레이트(142)(예를 들면, 알루미늄 재질임), 제1단자 플레이트(142)와 캡 플레이트(191)의 사이에 설치되는 제1단자 상부 절연부재(143), 제1단자 기둥(141)과 캡 플레이트(191) 사이에 개재되는 제1단자 시일 가스켓(144) 및, 제1단자 기둥(141)에 연결된 제1집전부(130)와 캡 플레이트(191)의 사이에 설치되는 제1단자 하부 절연부재(145)를 포함할 수 있다.
더불어, 이러한 제1단자부(140)는 본 발명의 실시예를 이해하기 위한 일례에 불과하며, 제1단자부(140)는 다양한 형태/구조로 변형될 수 있음을 당업자라면 이해할 것이다.
제2보조탭(150)은 제2전극탭(115)과 전기적 및 기계적으로 접속된 제2탭 접속부(151)와, 제2집전부(160)와 전기적 및 기계적으로 접속된 제2집전 접속부(152)와, 제2탭 접속부(151)와 제2집전 접속부(152) 사이를 연결하는 제2절곡부(153)를 포함할 수 있다. 제2보조탭(150)은 평평한 단일 플레이트가 절곡되어 형성될 수 있다. 제2절곡부(152)에 의해서 제2탭 접속부(151)와 제2집전 접속부(152)는 서로 평행할 수 있다. 제2탭 접속부(151)는 제2전극탭(115)과 제2집전부(160)사이에 개재될 수 있으며, 제2집전 접속부(152)는 제2집전부(160)와 전극 조립체(110)의 일측면 사이에 개재될 수 있다. 상기 제2보조탭(150)은 금속 단판(single plate)일 수 있다.
제2보조탭(150)은 "L"자로 절곡된 상태에서, 일측에 구비된 제2집전 접속부(152)가 제2집전부(160)에 용접된 후, 타측에 구비된 제2탭 접속부(151)가 제2전극탭(115)에 용접될 수 있다. 이와 같은 제2보조탭(150)은 제2전극탭(115)과 용접된 후, 제2전극탭(115)과 함께 제2집전부(160)의 일면과 대략 평행하도록 제2절곡부(153)가 "U"자로 절곡될 수 있다. 즉, 제2보조탭(150)은 이차전지(100) 제조 공정 중 "U"형태로 휘어져야 하므로, 연성의 특성을 갖는 재질을 이용할 수 있다. 이를 위해, 제2보조탭(150)은 제2집전부(160)의 두께보다 작은 두께를 가질 수 있다.
바람직하게는 제2보조탭(150)은 강성과 연신율이 높은 1100-O 구리일 수 있으며, 그 두께는 0.2mm일 수 있다. 표 2에서는 제2보조탭(150)의 두께가 0.2mm인 1100-O 구리일 때, 90도 및 180도 절곡시킬 경우의 소성 변형률이 모두 재료의 기준 연신률 내에 포함되어, 국부파단 및 파손이 발생되지 않음을 알 수 있다.
두께 소성변형률 기준 연신률 판단
90도 (%) 180도(%) 파손(%) 국부파단(%)
0.2t 17 17 <32.1 <49.6 OK
제2보조탭(150)은 제2집전부(160)와 레이저 용접될 수 있으며, 제2전극탭(115)과 초음파 용접될 수 있다.
제2집전부(160)는 제2보조탭(150)과 전기적 및 기계적으로 접속된 제2전극 접속부(161)와, 제2전극 접속부(161)의 상단부에서 절곡되어 연장되고, 제2단자부(150)와 전기적 및 기계적으로 접속된 제2단자 접속부(152)를 포함한다.
상기 제2전극 접속부(161)는 제2보조탭(150)과 접촉 및 결합됨으로써, 전극 조립체(110)의 제2전극탭(115)과 전기적으로 연결된다. 상기 제2전극 접속부(161)는 제2보조탭(150)과 에 용접되며, 수직 방향으로 세워진 형태를 갖는다. 상기 제2전극 접속부(161)는 제2보조탭(150)과 레이저 용접에 의해서 결합될 수 있다.
상기 제2단자 접속부(162)는 캡 플레이트(191)와 평행하도록 수평방향으로 누워 있는 플레이트 형태로, 단자부(160)와 결합된다. 상기 제2단자 접속부(162)는 상기 제2단자부(160)에 용접되며, 후술되는 캡 조립체(190)의 캡 플레이트(191)와 전극 조립체(110) 사이에 개재될 수 있다. 상기 제2단자 접속부(162)는 상기 제2전극 접속부(161)의 상단부로부터 수직을 이룰 수 있다.
제2보조탭(150), 제2집전부(160) 및 제2전극탭(115)은 동일 재질로 형성될 수 있다. 즉, 제2전극탭(115)이 알루미늄이라면, 제2보조탭(150) 및 제2집전부(160) 역시 알루미늄 계열일 수 있다.
제2단자부(170)는 제2집전부(160)와 제2보조탭(150)을 통해서, 전극 조립체(110)의 제2전극탭(115)에 전기적으로 연결된다. 여기서 제2단자부(170)는 캡 조립체(190) 중 캡 플레이트(191)를 관통하는 제2단자 기둥(171)을 포함할 수 있고, 케이스(180)의 내측에서 제2단자 기둥(171)에 제2집전부(160)의 제2전극 접속부(161)가 전기적으로 접속된다. 더욱이, 제2집전부(160)에 제2보조탭(150)이 접속되고, 이어서 제2보조탭(150)에 전극 조립체(110)의 제2전극탭(115)이 전기적으로 접속된다.
더욱이, 제2단자부(170)는 캡 플레이트(191) 상에 위치되며 제2단자 기둥(171)에 결합된 제2단자 플레이트(172)(예를 들면, 알루미늄 재질), 제1단자 플레이트(132)와 캡 플레이트(191)의 사이에 설치되는 제2단자 상부 절연부재(173), 제2단자 기둥(171)과 캡 플레이트(191) 사이에 개재되는 제2단자 시일 가스켓(174) 및, 제2단자 기둥(171)에 연결된 제2집전 부재(170)와 캡 플레이트(191)의 사이에 설치되는 제2단자 하부 절연부재(175)를 포함할 수 있다.
여기서, 제2단자 상부 절연부재(173)는 고저항 도전체로 대체될 수 있으며, 이 경우 캡 플레이트(191) 및 케이스(180)는 제2단자부(170)와 같은 극성을 가질 수 있다. 즉, 이차 전지(100)는 케이스(180) 및 캡 플레이트(191)가 양극 대전될 수 있다.
더불어, 이러한 제2단자부(170)는 본 발명의 실시예를 이해하기 위한 일례에 불과하며, 제2단자부(170)는 다양한 형태/구조로 변형될 수 있음을 당업자라면 이해할 것이다.
케이스(180)는 상부에 개구가 형성된 속이 비어 있는 대략 직육면체 형태일 수 있다. 이러한 개구를 통하여 전극 조립체(110)가 케이스(180)의 내부로 인서트될 수 있다. 또한 제1보조탭(120), 제1집전부(130), 제2보조탭(150) 및 제2집전부(160)도 케이스(180)의 내부에 위치할 수 있다.
캡 조립체(190)는 우선 평판 형태의 캡 플레이트(191)를 포함할 수 있다. 즉, 캡 플레이트(191)는 얇은 판재로 이루어지며, 케이스(180)의 개구에 결합되어 개구를 밀폐한다, 또한, 캡 플레이트(191)에는 밀폐된 케이스(180)의 내부로 전해액을 주입하는 전해액 주입부(192)를 포함하고, 전해액 주입부(192)는 전해액 주입 후, 밀봉마개(193)에 의하여 밀봉된다. 또한, 캡 플레이트(191)는 벤트홀(194)을 포함하고, 벤트홀(194)에는 밀폐된 케이스(180)의 내부 압력이 설정된 압력 이상일 때 파단 되는 벤트 플레이트(195)가 설치된다.
도 5a를 참조하면 도 1에 도시된 이차 전지의 제조 공정 중 집전부와 보조탭의 분해 사시도가 도시되어 있으며, 도 5b를 참조하면 도 1에 도시된 이차 전지의 제조 공정 중 집전부와 보조탭이 용접 후의 사시도가 도시되어 있다.
이하에서는 도 5a 및 도 5b를 참조하여, 보조탭(120)과 집전부(130)의 용접에 대해서 설명하고자 한다. 여기서, 보조탭(120)은 제1보조탭(120)을, 집전부(130)는 제1집전부(130)를 의미하며, 이는 제2보조탭(150) 및 제2집전부(160)에도 동일하게 적용될 수 있다.
먼저 보조탭(120)은 평평한 사각의 단일 플레이트가 90도 절곡되어 형성될 수 있다. 상기 보조탭(120)은 길이 방향을 따라 절곡부(123)가 구비되고, 절곡부(123)를 중심으로 양측에 탭 접속부(121)와 집전 접속부(122)가 위치할 수 있다. 상기 보조탭(120)은 절곡부(123)가 90도 절곡되어, 절곡부(123)를 중심으로 탭 접속부(121)와 집전 접속부(122)가 서로 수직할 수 있다.
또한 집전부(130)는 단일 플레이트가 절곡되어 형성될 수 있다. 상기 집전부(130)는 전극 접속부(131)와, 전극 접속부(131)의 상단부에서 절곡되어 연장된 단자 접속부(132)를 포함한다. 상기 전극 접속부(131)의 폭은 단자 접속부(132)의 폭에 비해서 더 좁을 수 있다. 전극 접속부(131)는 단자 접속부(132)로부터 연장된 폭 중심선을 중심으로, 일측에만 구비될 수 있다. 이는 집전부(130)의 전극 접속부(131)가 전극 조립체(110)의 폭방향 중심에 위치하는 전극탭(114,115)과 보조탭(120)을 통해 용접이 용이하게 하기 위함이다. 상기 집전부(130)의 전극 접속부(131)는 보조탭(120)의 집전 접속부(122)에 비해서 그 길이가 더 길 수 있다. 즉, 보조탭(120)의 집전 접속부(122)는 집전부(130)의 전극 접속부(131)의 일부만 덮도록 용접될 수 있다.
상기 보조탭(120)의 집전 접속부(122)가 집전부(130)의 전극 접속부(131)에 접촉된 상태에서 보조탭(120)과 집전부(130)가 용접되어 결합될 수 있다. 이때 절곡부(123)는 전극 접속부(131)의 일측면과 밀착된 상태로 유지될 수 있다. 즉, 보조탭(120)의 절곡부(123)의 내면(123a)이 전극 접속부(131)의 일측면에 접촉되고, 집전 접속부(122)의 내면(122a)이 전극 접속부(131)의 내면(131a)에 접촉된 상태로 보조탭(120)과 집전부(130)가 용접될 수 있다. 상기 집전 접속부(122)는 전극 접속부(131)와 레이저 용접에 의해서 결합되어, 초음파 용접시 발생될 수 있는 용접 불량 및 안전성을 향상 시킬 수 있다.
도 6에서는 도5b에 도시된 집전부와 보조탭의 용접부분을 확대 도시한 확대도의 일예가 도시되어 있다. 이하에서는 집전 접속부(122)와 전극 접속부(131) 사이의 레이저 용접에 대해서 설명하고자 한다.
바람직하게 집전 접속부(122)와 전극 접속부(131)를 결합시키는 레이저 용접부(124)는 보조탭(120)의 절곡부(123)로부터 일정 거리 이격된 직선 형상의 직선 용접부(124a)와, 직선 용접부(124a)에 끝단이 겹치도록 용접된 원 형상의 서클 용접부(124b)를 포함 할 수 있다. 여기서, 상기 직선 용접부(124a)는 절곡부(123)로부터 0.8mm 내지 1.8mm 중 적어도 어느 하나의 거리로 이격될 수 있다. 바람직하게, 상기 직선 용접부(124a)는 전극탭(114,115)의 두께가 0.4mm 내지 0.5mm 중 어느 하나의 두께일 경우, 절곡부(123)로부터 0.8mm 내지 1.2mm 중 적어도 어느 하나의 거리로 이격될 수 있다.
이때, 직선 용접부(124a)가 절곡부(123)로부터 0.8mm미만 이격될 경우, 보조탭(120)과 전극탭(114,115)이 초음파 용접될 경우, 발생하는 피로하중(진동에너지)에 의해서 집전 접속부(122)와 전극 접속부(131) 사이가 도 7과 같이 파단(A)될 수 있다. 이와 같이 직선 용접부(124a)가 절곡부(123)와 인접할수록, 보조탭(120)과 전극탭(114,115)이 초음파 용접시, 보조탭(120)과 집전부(130) 사이의 파단 현상은 더 많이 발생될 수 있다.
또한 직선 용접부(124a)가 절곡부(123)로부터 1.2mm초과하여 이격될 경우, 보조탭(120)과 전극탭(114,115)이 초음파 용접 후 보조탭(120)과 전극 조립체(110)가 절곡될 때, 도 8과 같이 보조탭(120)이 전극 접속부(131)를 따라 밀착되어 절곡되지 않고, 들뜨게 되어 전극탭(114,115)을 누르게 되는 극판 눌림 현상이 발생될 수 있다.
또한 전극탭(114,115)의 두께가 0.5mm 내지 0.7mm 중 어느 하나의 두께일 경우, 절곡부(123)로부터 1.2mm 내지 1.8mm 중 적어도 어느 하나의 거리로 이격될 수 있다. 이때, 직선 용접부(124a)가 절곡부(123)로부터 1.2mm미만 이격될 경우, 보조탭(120)과 전극탭(114,115)이 초음파 용접될 경우, 발생하는 피로하중(진동에너지)에 의해서 집전 접속부(122)와 전극 접속부(131) 사이가 도 7과 같이 파단(A)될 수 있다. 또한 직선 용접부(124a)가 절곡부(123)로부터 1.8mm초과하여 이격될 경우, 보조탭(120)과 전극탭(114,115)이 초음파 용접 후 보조탭(120)과 전극 조립체(110)가 절곡될 때, 도 8과 같이 보조탭(120)이 전극 접속부(131)를 따라 밀착되어 절곡되지 않고, 들뜨게 되어 전극탭(114,115)을 누르게 되는 극판 눌림 현상이 발생될 수 있다.
즉, 직선 용접부(124a)는 전극 조립체(110)의 전극탭(114,115)의 두께에 변경 가능하며, 이는 보조탭(120)과 전극탭(114,115)이 용접된 후 절곡시 파단 또는 극판 눌림이 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
또한 서클 용접부(124b)는 보조탭(120)의 집전 접속부(122)내에 위치할 수 있으며, 서클 용접부(124b)는 일측 끝단이 직선 용접부(124a)와 접촉될 수 있다. 이때, 레이저 용접부(124)인 직선 용접부(124a)와 서클 용접부(124b)의 용접시간은 0.2~0.3초 중 어느 하나일 수 있다. 또한 레이저 용접부(124)인 직선 용접부(124a)와 서클 용접부(124b)의 레이저 용접 진폭은 40 내지 50㎛ 중 어느 하나일 수 있다.
또한 서클 용접부(124)는 도 6에서는 3개로 도시하였으나, 본 발명에서 서클 용접부(124)의 개수를 한정하는 것은 아니다. 다만, 각 서클 용접부(124b)들 간의 이격 거리는 최소 1.0mm일 수 있다.
또한 직선 용접부(124a)는 집전 접속부(122)의 길이 보다 더 길게 연장될 수 있다. 바람직하게 직선 용접부(124a)의 시작점 및 끝점은 집전부(130)의 전극 접속부(131)에 위치할 수 있다. 이는 레이저 용접시 에너지 불균일이 발생될 수 있는 시작점과 끝점이 집전부(130)의 전극 접속부(131)에 위치하도록 하여, 직선 용접부(124a)가 균일하게 용접되도록 할 수 있다.
도 9에서는 도5b에 도시된 집전부와 보조탭의 용접부분을 확대 도시한 확대도의 다른 예가 도시되어 있다. 이하에서는 집전 접속부(122)와 전극 접속부(131) 사이의 레이저 용접의 다른 예에 대해서 설명하고자 한다.
바람직하게 집전 접속부(122)와 전극 접속부(131)를 결합시키는 레이저 용접부(124)는 보조탭(120)의 절곡부(123)로부터 일정 거리 이격된 서클 용접부(124)를 포함 할 수 있다.
또한 서클 용접부(124)는 보조탭(120)의 집전 접속부(122)내에 위치할 수 있다. 이때, 서클 용접부(124)의 용접시간은 0.3 내지 0.4초 중 어느 하나일 수 있다. 또한 서클 용접부(124)의 레이저 용접 진폭은 40 내지 50㎛ 중 어느 하나일 수 있다. 이와 같이 보조탭(120)의 집전 접속부(122)와 집전부(130)의 전극 접속부(131) 사이를 직선 용접부 없이 서클 용접부(124)만으로 용접할 경우, 용접 시간 및 진폭이 증가하여, 높은 강도로 용접할 수 있다.
또한 서클 용접부(124)만으로 용접하므로, 보조탭(120)과 전극탭(114,115)이 초음파 용접될 경우, 발생하는 피로하중(진동에너지)에 의해서 파단을 방지하기 위해서, 서클 용접부(124)는 절곡부(123)로부터 1.5mm 내지 1.8mm 중 어느 하나의 거리로 이격될 수 있다. 즉, 서클 용접부(124)만으로 용접하므로, 초음파 용접에 의한 피로 하중에 의한 파단을 방지하기 위해서, 절곡부(123)부터의 거리가 직선 용접부를 구비할 때에서 비해서 더 많이 이격되는 것이 바람직하다.
이때, 서클 용접부(124)가 절곡부(123)로부터 1.5mm미만 이격될 경우, 보조탭(120)과 전극탭(114,115)이 초음파 용접될 경우, 발생하는 피로하중(진동에너지)에 의해서 집전 접속부(122)와 전극 접속부(131) 사이가 도 7과 같이 파단(A)될 수 있다. 또한 서클 용접부(124)가 절곡부(123)로부터 1.8mm초과하여 이격될 경우, 보조탭(120)과 전극탭(114,115)이 초음파 용접 후 보조탭(120)과 전극 조립체(110)가 절곡될 때, 도 8과 같이 보조탭(120)이 전극 접속부(131)를 따라 밀착되어 절곡되지 않고, 들뜨게 되어 전극탭(114,115)을 누르게 되는 극판 눌림 현상이 발생될 수 있다.
도 10을 참조하면, 도 1에 도시된 이차 전지의 제조 공정 중 보조탭과 전극탭의 초음파 용접에 대한 일 예가 도시되어 있다. 이하에서는 도 10을 참조하여, 전극탭(114)과 보조탭(120)의 용접에 대해서 설명하고자 한다. 여기서, 보조탭(120)은 제1보조탭(120)을, 전극탭(114)은 제1전극탭(114)을 의미하며, 이는 제2보조탭(150) 및 제2전극탭(115)에도 동일하게 적용될 수 있다.
보조탭(120)과 집전부(130)가 레이저 용접된 후, 보조탭(120)의 탭 접속부(121)와 전극탭(114)이 서로 일면이 접촉된 상태로, 초음파 용접 혼(10)에서 가해지는 압력 및 진동에 의해서, 탭 접속부(121)와 전극탭(114) 사이가 초음파 용접에 의해서 결합될 수 있다. 이때 초음파 용접 혼(10)은 보조탭(120)의 탭 접속부(121) 방향에서, 전극탭(114) 방향으로 용접할 수 있다. 이는 박막인 전극탭(114)이 손상되는 것을 방지하기 위해서, 단판으로 이루어진 보조탭(120)의 탭 접속부(121)측에서 초음파 용접 혼(10)이 위치한 상태에서, 탭 접속부(121)와 전극탭(114) 사이를 초음파 용접할 수 있다. 이때, 전극탭(114)이 돌출된 전극 조립체(110)의 측면은 집전 접속부(122)와 인접할 수 있다.
또한 탭 접속부(121)와 전극탭(114)이 초음파 용접되어 결합된 후, 탭 접속부(121)와 전극탭(114)은 집전부(130)의 전극 접속부(131) 방향으로 절곡될 수 있다. 이때, 탭 접속부(121)와 전극탭(114)은 전극 접속부(131)에서 집전 접속부(122)와 용접된 내면(131a)의 반대면인 외면(131b)에 탭 접속부(121)가 밀착되도록 전극 접속부(131) 방향으로 절곡될 수 있다. 즉, 집전부(130)의 전극 접속부(131)는 보조탭(120)의 집전 접속부(122)와, 탭 접속부(121) 사이에 개재될 수 있다. 또한 보조탭(120)은 절곡부(123)가 180도 절곡되어, 집전 접속부(122)와, 탭 접속부(121)가 서로 평행할 수 있다. 즉 보조탭(120)은 절곡부(123)에 의해"U"형으로 절곡될 수 있다.
이와 같은 이차 전지(100)는 단판의 보조탭과 집전 부 사이가 강건하게 레이저 용접되어, 전극탭과 보조탭 사이에 초음파 용접시 발생할 수 있는 피로하중에 의한 손상을 방지할 수 있다. 또한 이차 전지(100)는 연질의 강성 재질의 보조탭을 적용하여, 전극탭과 보조탭이 용접된 후, 절곡시 파단 되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이차 전지 및 그의 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 이차 전지
110: 전극 조립체 120: 제1보조탭
130: 제1집전부 140: 제1단자부
150: 제2보조탭 160: 제2집전부
170: 제2단자부 180: 케이스
190: 캡 조립체

Claims (10)

  1. 전극탭을 갖는 전극 조립체;
    상기 전극탭과 기계적 및 전기적 결합된 금속 단판인 보조탭; 및
    상기 보조탭과 기계적 및 전기적 결합된 집전부를 포함하고,
    상기 보조탭은 상기 전극탭과 용접된 탭 접속부;
    상기 집전부와 용접되고, 상기 탭 접속부와 평행하게 배치된 집전 접속부; 및
    상기 탭 접속부와 상기 집전 접속부 사이를 연결하며, 상기 집전부의 일측을 감싸는 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 집전 접속부는 레이저 용접에 의해 상기 집전부와 결합되는 레이저 용접부를 갖는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 레이저 용접부는
    상기 절곡부로부터 일정거리 이격된 직선 형상의 직선 용접부; 및
    상기 직선 용접부에 끝단이 겹치는 원형상의 서클 용접부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전극탭의 두께가 0.4mm 내지 0.5mm 중 어느 하나의 두께일 경우,
    상기 직선 용접부는 상기 절곡부로부터 0.8mm 내지 1.2mm 중 적어도 어느 하나의 거리로 이격된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 전극탭의 두께가 0.5mm 내지 0.7mm 중 어느 하나의 두께일 경우,
    상기 직선 용접부는 상기 절곡부로부터 1.2mm 내지 1.8mm 중 적어도 어느 하나의 거리로 이격된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 직선 용접부의 길이는 상기 집전 접속부의 길이에 비해서 더 길며, 상기 직선 용접부의 시작점 및 끝점은 상기 집전부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 레이저 용접부는
    상기 절곡부로부터 1.5mm 내지 1.8mm 중 어느 하나의 거리로 이격된 원형상의 서클 용접부인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조탭은 강성과 연신율이 높은 1050-O 알루미늄이거나, 1100-O 구리인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 평평한 사각의 단일 플레이트인 보조탭을 90도 절곡하여, 절곡부를 중심으로 양측에 탭 접속부와 집전 접속부를 갖는 보조탭을 준비하는 단계;
    상기 집전 접속부의 내면이 집전부의 내면과 접촉된 상태로 레이저 용접하는 단계;
    상기 탭 접속부를 전극 조립체의 전극탭과 초음파 용접하는 단계;및
    상기 집전부의 외면과 밀착되도록 상기 탭 접속부와 상기 전극탭을 절곡시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 레이저 용접하는 단계에서는
    상기 절곡부로부터 0.8mm 내지 1.8mm 중 어느 하나의 거리 이격된 직선 형상의 직선 용접부와, 상기 직선 용접부에 끝단이 겹치는 원형상의 서클 용접부를 형성하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
KR1020190020454A 2019-02-21 2019-02-21 이차 전지 및 그의 제조 방법 KR20200102177A (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190020454A KR20200102177A (ko) 2019-02-21 2019-02-21 이차 전지 및 그의 제조 방법
CN202080007297.8A CN113228404A (zh) 2019-02-21 2020-01-03 二次电池及用于制造该二次电池的方法
PCT/KR2020/000101 WO2020171372A1 (ko) 2019-02-21 2020-01-03 이차 전지 및 그의 제조 방법
US17/298,485 US20220029253A1 (en) 2019-02-21 2020-01-03 Secondary battery and method for manufacturing same
EP20758467.3A EP3930032A4 (en) 2019-02-21 2020-01-03 SECONDARY BATTERY AND ITS MANUFACTURING METHOD

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190020454A KR20200102177A (ko) 2019-02-21 2019-02-21 이차 전지 및 그의 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200102177A true KR20200102177A (ko) 2020-08-31

Family

ID=72144919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190020454A KR20200102177A (ko) 2019-02-21 2019-02-21 이차 전지 및 그의 제조 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220029253A1 (ko)
EP (1) EP3930032A4 (ko)
KR (1) KR20200102177A (ko)
CN (1) CN113228404A (ko)
WO (1) WO2020171372A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113851788A (zh) * 2021-08-19 2021-12-28 湖北亿纬动力有限公司 连接结构及电池

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5018087B2 (ja) * 2004-09-29 2012-09-05 株式会社Ｇｓユアサ 密閉形電池、密閉形電池用リード、及び密閉形電池の複数個で構成した組電池
US8574753B2 (en) * 2009-08-27 2013-11-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Battery comprising a conductive nipping member
JP5558569B2 (ja) * 2010-07-21 2014-07-23 株式会社東芝 電池及び組電池
KR20130042954A (ko) * 2011-10-19 2013-04-29 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 이차전지 및 그 제조 방법
US9287550B2 (en) * 2012-06-11 2016-03-15 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable battery
CN104584271B (zh) * 2012-09-12 2018-04-17 株式会社杰士汤浅国际 蓄电元件以及蓄电元件的制造方法
KR102588638B1 (ko) * 2016-04-26 2023-10-11 삼성에스디아이 주식회사 보호부재를 갖는 이차 전지
KR102335021B1 (ko) * 2016-10-21 2021-12-02 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 및 그 모듈
KR102161627B1 (ko) * 2016-11-29 2020-10-05 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR102444273B1 (ko) * 2017-04-25 2022-09-15 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR102371196B1 (ko) * 2017-08-31 2022-03-07 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113851788A (zh) * 2021-08-19 2021-12-28 湖北亿纬动力有限公司 连接结构及电池

Also Published As

Publication number Publication date
US20220029253A1 (en) 2022-01-27
CN113228404A (zh) 2021-08-06
WO2020171372A1 (ko) 2020-08-27
EP3930032A4 (en) 2023-03-22
EP3930032A1 (en) 2021-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10693121B2 (en) Rechargeable battery
US11063303B2 (en) Rechargeable battery having current collector
EP2228852B1 (en) Rechargeable battery comprising current collecting plates with improved structure
US9136538B2 (en) Rechargeable battery having current collection plate with protrusion
US8889292B2 (en) Rechargeable battery
KR102483338B1 (ko) 이차 전지
US10109838B2 (en) Rechargeable battery and manufacturing method thereof
KR101285978B1 (ko) 배터리 및 이를 이용한 배터리 팩
KR102425218B1 (ko) 이차 전지
KR20200108719A (ko) 이차 전지
KR102606100B1 (ko) 이차 전지
US8668998B2 (en) Secondary battery
KR20110057674A (ko) 이차 전지
KR20150044698A (ko) 이차 전지 및 그 제조 방법
EP3544078B1 (en) Secondary battery
KR101222415B1 (ko) 이차 전지
US20200220134A1 (en) Secondary battery
KR20200102177A (ko) 이차 전지 및 그의 제조 방법
KR20230083644A (ko) 이차 전지
EP3537506B1 (en) Rechargeable battery
KR102425219B1 (ko) 이차 전지
KR102502554B1 (ko) 이차 전지
KR20240042822A (ko) 이차 전지
KR20230101248A (ko) 이차 전지
KR20230111660A (ko) 이차 전지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination