KR20210025849A - 원통형 이차전지의 제조방법 - Google Patents

원통형 이차전지의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210025849A
KR20210025849A KR1020190105729A KR20190105729A KR20210025849A KR 20210025849 A KR20210025849 A KR 20210025849A KR 1020190105729 A KR1020190105729 A KR 1020190105729A KR 20190105729 A KR20190105729 A KR 20190105729A KR 20210025849 A KR20210025849 A KR 20210025849A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
welding
laser
battery case
negative electrode
manufacturing
Prior art date
Application number
KR1020190105729A
Other languages
English (en)
Inventor
이진수
손부원
이진영
조경욱
변재규
박정호
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020190105729A priority Critical patent/KR20210025849A/ko
Publication of KR20210025849A publication Critical patent/KR20210025849A/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0422—Cells or battery with cylindrical casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/049—Processes for forming or storing electrodes in the battery container
    • 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
    • H01M50/534—Electrode connections inside a battery casing characterised by the material of the leads or tabs
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체를 원통형 전지 케이스에 봉입하는 원통형 이차전지의 제조방법이 제공된다. 상기 제조방법은 복수의 음극 리드를 용접하는 1차 용접 단계, 및 용접된 음극 리드와 전지 케이스를 용접하는 2차 용접 단계를 포함한다. 상기 1차 용접 단계 및 2차 용접 단계에서 용접은 음극 리드 또는 전지 케이스의 표면에 레이저를 조사하여 수행된다. 상기 원통형 이차전지의 제조방법은 종래의 레이저 용접 및 저항 용접이 갖는 용접대상의 손상 문제, 용접봉의 범용성 문제 등을 해결하고, 용접의 공정성을 향상시킨다.

Description

원통형 이차전지의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING CYLINDRICAL SECONDARY BATTERY}
본 발명은 원통형 이차전지의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 복수의 음극 리드를 전지 케이스에 용접함에 있어서, 1차 용접 단계 및 2차 용접 단계를 수행하는 원통형 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 충방전이 가능한 이차전지는 다양한 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다.
일반적으로, 이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
상기 전지 케이스에 내장되는 전극 조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 및 소정 크기의 다수의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극 조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있기 때문에 고용량의 이차전지의 적용이 필요한 분야에서 널리 사용되고 있다.
상기 원통형 이차전지는 상기 젤리-롤형 전극 조립체가 전해액과 함께 원통형 전지 케이스에 수납되는 방식으로 제조되며, 일반적으로, 상기 젤리-롤형 전극 조립체는 상향 돌출된 양극 리드가 캡 어셈블리에 결합하여 탑 캡이 양극 단자의 역할을 하고, 하향 돌출된 음극 리드는 전지 케이스에 결합하여 전지 케이스가 음극 단자의 역할을 하게 된다.
그러나, 상기 음극 리드는 통상 전지 케이스의 바닥에 용접에 의해 부착되는 바, 용접 과정에서 전극 조립체의 손상을 방지하는 것이 중요한 이슈가 되고 있으며, 손상 방지 차원에서 레이저 용접을 적용하기 어려운 문제가 있다.
이에, 음극 리드의 용접 시 저항용접을 사용되었고, 이러한 저항용접은 젤리-롤형 전극 조립체의 중심부 빈 공간으로 용접봉이 삽입된 상태에서 용접이 진행된다. 그러나, 상기 용접봉은 젤리-롤형 전극 조립체의 중심부의 크기와 형태를 고려하여 적용하여야 하기 때문에, 상기 저항용접의 경우에도 용접봉의 범용성이 낮아 공정성이 떨어지는 문제가 있다.
따라서, 해당 기술 분야에서는 상술한 문제를 해결하면서 공정성이 높은 원통형 이차전지의 제조방법이 요구된다.
대한민국 등록특허공보 제10-0502315호
음극 리드를 전지 케이스에 용접하는 방법에 있어서, 종래의 레이저 용접 및 저항용접이 갖는 용접대상의 손상 문제, 용접봉의 범용성 문제 등을 해결하고, 이에 따라 용접의 공정성을 높일 수 있는 원통형 이차전지의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 측면에 따르면,
본 발명은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체를 원통형 전지 케이스에 봉입하는 원통형 이차전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제조방법은 복수의 음극 리드를 용접하는 1차 용접 단계, 및 용접된 음극 리드와 전지 케이스를 용접하는 2차 용접 단계를 포함하고, 상기 1차 용접 단계 및 2차 용접 단계에서 용접은 음극 리드 또는 전지 케이스의 표면에 레이저를 조사하여 수행된다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 레이저의 빔 사이즈는 5 내지 30㎛이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 1차 용접 단계에서 레이저의 가공속도는 700 내지 1000mm/s이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 2차 용접 단계에서 레이저의 가공속도는 300 내지 600mm/s이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 음극 리드는 구리, 니켈, 니켈-도금 구리 또는 니켈-클래드 구리이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 전지 케이스는 용접 부위가 철, 니켈-도금 철 또는 스테인리스강으로 이루어진다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 레이저의 파장은 750 내지 1500nm이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 1차 용접 단계에서 레이저의 출력은 500 내지 640W이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 2차 용접 단계에서 레이저의 출력은 450 내지 620W이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 음극 리드와 전지 케이스의 두께 비는 1:2 내지 1:5이다.
본 발명에 따른 원통형 이차전지의 제조방법은 복수의 음극 리드를 전지 케이스에 부착할 수 있어 해당 기술 분야의 고출력 및 저저항 전지에 대한 요구를 충족할 수 있다.
복수의 음극 리드를 전지 케이스에 부착함에 있어서, 복수의 음극 리드를 용접하는 제1 용접 단계와 용접된 음극 리드와 전지 케이스를 용접하는 제2 용접 단계를 분리함으로써, 공정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 용접 단계와 제2 용접 단계를 용접대상에 맞게 조건을 특정함으로써, 레이저 용접으로 인해 발생할 수 있는 불량 문제를 해소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 구체예에 따른 음극 리드를 전지 케이스에 용접하는 방법을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 구체예에 따른 제1 용접 단계 및 제2 용접 단계를 나타낸 모식도이다.
도 3a, 3b 및 3c는 실험예 1에 따른 레이저 용접 후 용접 부위를 나타낸 이미지이다.
도 4는 실험예 2에 따른 레이저 용접 후 가공 속도에 대한 강도 만족 출력 범위를 나타낸 그래프이다.
도 5a 및 5b는 실험예 2에 따른 레이저 용접 후 용접 부위 및 용접 하단부를 나타낸 이미지이다.
도 6은 과용접에 따른 백 비드 현상을 나타낸 이미지이다.
본 발명에 따라 제공되는 구체예는 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아님을 이해해야 한다.
본 발명은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체를 원통형 전지 케이스에 봉입하는 원통형 이차전지의 제조방법에 관한 것이다. 일반적으로, 원통형 이차전지는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 권취된 구조의 젤리-롤형 전극 조립체를 사용하고, 상기 젤리-롤형 전극 조립체에는 양극 리드 및 음극 리드가 부착되어 있다. 상기 양극 리드는 상향 연장되어 캡 어셈블리에 결합되고, 상기 음극 리드는 하향 연장되어 전지 케이스 하면에 부착된다. 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 제조방법은 음극 리드를 전지 케이스 하면에 부착시키는 방법을 제외하고는 해당 기술 분야에서 공지된 방법을 이용한다.
본 발명의 구체예에 있어서, 음극 리드를 전지 케이스에 부착시키는 방법은 복수의 음극 리드를 용접하는 1차 용접 단계, 및 용접된 음극 리드와 전지 케이스를 용접하는 2차 용접 단계를 포함한다.
도 1은 본 발명의 구체예에 따른 음극 리드를 전극 케이스에 용접하는 방법을 나타낸 모식도이다. 도 1과 같이, 음극 리드(200)는 젤리-롤형 전극 조립체(400)와 전지 케이스(300) 사이에 위치하며, 최종적으로 전지 케이스 외부에서 레이저(100)을 조사하여 음극 리드와 전극 조립체를 용접한다.
도 2는 본 발명의 구체예에 따른 제1 용접 단계 및 제2 용접 단계를 나타낸 모식도이다. 도 2와 같이, 본 발명에서의 용접은 복수의 음극 리드에 레이저(110)를 조사하는 1차 용접 단계 후 용접된 음극 리드와 전지 케이스를 중첩되게 위치시킨 후 전지 케이스에 레이저(120)를 조사하는 2차 용접 단계로 진행된다.
본 발명은 음극 리드를 전지 케이스에 부착 시, 레이저 용접을 사용하면서도 용접 단계를 2 단계로 분리하고, 각 단계의 레이저 조사 조건을 특정함으로써, 용접 공정성 범위가 넓어져서 전지의 하단부가 관통되어 스패터가 발생할 확률이 감소하기 때문에, 전지 내부의 젤리-롤이 손상되는 것에 대한 문제점을 해결할 수 있다. 또한, 레이저 용접은 종래의 용접봉을 이용한 저항용접에 비해 범용성 및 편의성이 우수하다.
상기 1차 용접 단계 및 2차 용접 단계에 사용되는 레이저는 부식에 대한 영향성을 감소시키기 위해 레이저의 빔 사이즈를 조절하는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명의 구체예에 있어서, 상기 레이저의 빔 사이즈는 5 내지 30㎛, 바람직하게는 10 내지 27㎛, 보다 바람직하게는 15 내지 25㎛일 수 있다. 상기 레이저의 빔 사이즈가 30㎛ 초과인 경우, 부식에 대한 영향성이 증가하고, 용접 비드와 깊이의 비율(Aspect Ratio)이 감소하여 용접 효율이 떨어질 수 있는 단점이 있다. 또한, 상기 레이저의 빔 사이즈가 5㎛ 미만인 경우, 용접되는 면적이 작아 한번의 용접으로 충분한 용접 강도를 확보할 수 없는 단점이 있다.
상기 레이저의 파장은 효율적인 용접이 가능하다면 특별히 제한되지는 않으나, 용접의 대상이 되는 음극 리드와 전지 케이스의 소재를 고려하여, 본 발명의 구체예에 따르면, 750 내지 1500nm, 바람직하게는 900 내지 1350nm, 보다 바람직하게는 1000 내지 1200nm일 수 있다. 상기 파장 범위로 레이저를 설정하는 경우, 고출력으로 조사 시에도 용접 비드가 좁게 형성되어 해당 기술 분야에 적용하기 적합하다.
본 발명에 따른 원통형 이차전지의 제조방법은 음극 리드를 바로 전지 케이스에 용접하기 전에 1차 용접 단계로 복수의 음극 리드를 선행하여 레이저로 용접할 수 있다. 해당 기술 분야에서는 보다 고성능(고출력, 저저항 등)의 전지를 제조하기 위해, 기존에 한 개만 사용하던 양극 리드 또는 음극 리드의 수를 두 개 이상으로 늘려서 사용하는 경우가 증가하고 있다. 그러나, 두 개 이상의 음극 리드를 전지 케이스와 중첩한 후 전지 케이스에 레이저를 조사하는 경우, 전지 케이스 표면 및 음극 리드에 손상을 주지 않고 용접이 가능한 출력 범위가 넓지 않아 공정성이 떨어진다. 낮은 공정성으로 음극 리드의 손상에 의해 관통이 발생하는 경우, 전지 내부의 젤리-롤 손상이 발생할 수 있다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해, 특정 용접 조건으로 복수의 음극 리드를 선행하여 용접한다.
본 발명의 구체예에 따르면, 상기 1차 용접 단계에서 레이저의 가공속도는 700mm/s 이상, 바람직하게는 700 내지 1000mm/s, 보다 바람직하게는 700 내지 800 mm/s일 수 있다. 레이저의 가공속도가 700mm/s 이상인 경우 10% 이상의 강도 만족 출력 범위를 확보할 수 있다(도 4 참조). 여기서, 강도 만족 출력 범위는 1.5kgf 이상의 용접 강도를 가지면서 과용접에 따른 용접 하단부에 백 비드(Back Bead)가 발생하지 않는 출력 범위를 레이저 최대출력에 대한 비율로 나타낸 값이다. 여기서, 백 비드는 과용접에 의해 발생할 수 있는 현상으로 도 6에서 표시된 바와 같이 레이저 용접을 수행한 표면의 반대면 조사 위치에 색상 변화, 용접 비드가 생기는 현상을 의미한다. 10% 이상의 강도 만족 출력 범위를 확보하는 경우, 레이저 장치에서 출력의 오차가 발생하더라도 전지의 불량품이 발생하지 않아 공정성을 높일 수 있다.
본 발명의 구체예에 따르면, 상기 1차 용접 단계에서 레이저의 출력은 500 내지 640W일 수 있다. 상기 1차 용접 단계에서 레이저의 출력을 상기 범위 내에서 조절하는 경우, 음극 리드 간의 용접 효율을 높일 수 있으면서도 백 비드와 같은 문제의 발생을 줄일 수 있다.
상기 음극 리드는 해당 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 소재이면 그 종류는 특별히 제한되지 않는다. 본 발명의 구체예에 따르면, 상기 음극 리드는 구리, 니켈, 니켈-도금 구리 또는 니켈-클래드 구리일 수 있고, 본 발명에 따른 용접 방법은 상기 소재를 대상으로 할 때 보다 바람직하게 적용될 수 있다. 1차 용접 단계에서 용접되는 복수의 음극 리드는 2개 이상, 바람직하게는 2개 내지 5개, 보다 바람직하게는 2개 내지 3개의 음극 리드일 수 있다.
상기 1차 용접 단계 후 2차 용접 단계로 1차 용접 단계에서 용접된 음극 리드와 전지 케이스를 레이저로 용접할 수 있다. 2차 용접 단계는 도 1과 같이 젤리-롤형 전극 조립체 및 음극 리드가 전지 케이스에 삽입된 상태에서 수행되기 때문에 전지 케이스에 레이저를 조사하여 수행할 수 있다.
전지 케이스에 레이저를 조사할 때, 레이저의 가공속도에 따라 전지 케이스 표면 형상이 달라질 수 있기 때문에, 레이저의 가공속도는 중요할 수 있다. 본 발명의 구체예에 따르면, 상기 2차 용접 단계에서 레이저의 가공속도는 700mm/s 미만, 바람직하게는 300 내지 600mm/s, 보다 바람직하게는 400 내지 550mm/s일 수 있다. 레이저의 가공속도가 700mm/s 이상인 경우 용접 부위의 표면 형상 불량이 발생할 수 있다(도 3a, 3b 및 3c 참조).
2차 용접 단계는 음극 리드와 전지 케이스 사이에 용접 강도를 유지하면서 음극 리드에 백 비드가 발생하지 않는 범위 내에서 레이저의 전력을 조절할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 2차 용접 단계에서 레이저의 출력은 450 내지 620W일 수 있다. 이러한 넓은 출력 범위는 1차 용접 단계가 선행하여 수행됨으로써 구현되는 것으로, 1차 용접 단계 없이 복수의 음극 리드와 전지 케이스를 한꺼번에 용접하는 경우에는 출력 범위가 600 내지 620W로 현저하게 좁아질 수 있다.
상기 전지 케이스는 해당 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 소재이면 그 종류는 특별히 제한되지 않는다. 본 발명의 구체예에 따르면, 상기 전지 케이스는 용접 부위가 철, 니켈-도금 철 또는 스테인리스강으로 이루어질 수 있고, 본 발명에 따른 용접 방법은 상기 소재를 대상으로 할 때 보다 바람직하게 적용될 수 있다.
상기 음극 리드와 전지 케이스의 두께는 해당 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 범위 내에서 적절하게 조절될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 음극 리드는 1㎛ 내지 1mm, 바람직하게는 10 내지 500㎛, 보다 바람직하게는 20 내지 300㎛일 수 있고, 상기 전지 케이스의 두께는 10㎛ 내지 3mm, 바람직하게는 50㎛ 내지 2mm, 보다 바람직하게는 100㎛ 내지 1mm일 수 있다. 또한, 상기 음극 리드와 전지 케이스의 두께 비는 1:2 내지 1:5일 수 있다. 상기 두께 비에서 복수의 음극 리드를 적용하기 적합하다.
상기 음극 리드와 전지 케이스의 용접 패턴은 전지 케이스 상단에 존재하는 젤리-롤의 권심 범위 내에서 일정 수준 이상의 용접 강도를 만족하고, 용접 불량 빈도가 높지 않다면, 자유롭게 조절할 수 있다. 레이저 용접은 저항용접에 비해 좁은 면적에 가공이 가능하기 때문에, 젤리-롤의 권심 면적을 감소시키고, 젤리-롤에 포함되는 전극의 길이를 증가시켜 전지의 용량 증가를 추구할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시하지만, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실험예
하기 실험예에서 용접 시 사용된 레이저 스펙은 다음과 같다.
<레이저 스펙>
파장: 1070nm
레이저: IPG사 Fiber Laser
타입: Scan Type
최대 출력: 700W
빔 사이즈: 23.3㎛
용접 면적: Ф 1.5
실험예 1
전지 케이스(일광사 제품, 니켈-도금 철, 300㎛ 두께)의 에 각각 500, 700 및 1000mm/s의 가공속도로 IR 레이저(500W 출력)를 조사하여 용접 부위의 이미지를 도 3a, 3b 및 3c에 나타내었다.
도 3a, 3b 및 3c에 따르면, 전력 케이스에 IR 레이저를 이용하여 700mm/s 이상의 가공속도로 레이저를 조사 시, 전지 케이스에 용융 풀이 제대로 형성되지 못해 붉은 원으로 표시된 부분과 같이 표면 형상 불량(Humping)이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2
2개의 구리 리드(JS사 제품, 니켈-도금 구리, 100㎛ 두께)를 중첩한 후, 각각 200, 500, 700 및 800mm/s의 가공속도로 IR 레이저를 조사하여 가공속도에 대한 강도 만족 출력 범위를 도 4에 나타내었다. 또한, 700mm/s의 가공속도로 IR 레이저(500W 출력)를 조사하여 용접 부위의 이미지를 도 5a에 나타내었고, 용접 하단부의 이미지를 도 5b에 나타내었다.
도 4에 따르면, 구리 리드에 IR 레이저를 이용하여 700mm/s 이상의 가공속도로 레이저를 조사 시, 10% 이상의 강도 만족 출력 범위를 확보할 수 있었다.
도 5a 및 5b에 따르면, 구리 리드에 IR 레이저를 이용하여 700mm/s의 가공속도로 레이저를 조사 시, 용접 부위의 표면 형상 불량이 발생하지 않았고, 용접 하단부에서도 백 비드가 발견되지 않았다.
실험예 3
2 개의 구리 리드와 전지 케이스를 용접하기 위해, 전지 케이스에 500mm/s의 가공속도로 IR 레이저를 조사하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
출력
(최대 출력 기준 %)		 박리 강도(kgf) 결과
구리 리드와 구리 리드의 사이 구리 리드와 전지 케이스 사이
630W (90%) - - 백 비드 발생
620W (89%) 1.963 2.473 2 개의 구리 리드 용접
600W (86%) 1.530 3.018 2 개의 구리 리드 용접
570W (81%) 0.789 2.015 1 개의 구리 리드 용접
550W (79%) - 1.671 1 개의 구리 리드 용접
520W (74%) - 2.280 1 개의 구리 리드 용접
500W (71%) - 1.964 1 개의 구리 리드 용접
480W (69%) - 1.902 1 개의 구리 리드 용접
450W (64%) - 2.020 1 개의 구리 리드 용접
420W (60%) - - 미용접
상기 표 1에 따르면, 구리 리드와 구리 리드를 선행하여 용접하지 않고, 2개의 구리 리드와 전지 케이스를 한번에 용접하는 경우, 반드시 2 개의 구리 리드의 용접이 필요하기 때문에, 용접 가능한 출력(용접 강도 1.5kgf 이상)이 600 내지 620W(강도 만족 출력 범위 3%)로 범위가 넓지 않았다. 이와 달리 구리 리드와 구리 리드를 선행하여 용접하고, 용접된 구리 리드와 전지 케이스를 용접하는 경우, 1 개의 구리 리드의 용접이 필요하기 때문에, 용접 가능한 출력(용접 강도 1.5kgf 이상)이 450 내지 620W(강도 만족 출력 범위 25%)로 범위가 현저하게 넓어졌다. 상기 범위는 레이저 조사 장치의 최대 출력을 기준으로 판단할 때, 강도 만족 출력 범위가 14%로 공정성이 현저하게 개선된 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것이며, 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100: 레이저
110: 1차 용접 단계의 레이저
120: 2차 용접 단계의 레이저
200: 음극 리드
300: 전지 케이스
400: 젤리-롤형 전극 조립체

Claims (10)

  1. 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체를 원통형 전지 케이스에 봉입하는 원통형 이차전지의 제조방법에 있어서,
    상기 제조방법은,
    복수의 음극 리드를 용접하는 1차 용접 단계; 및
    용접된 음극 리드와 전지 케이스를 용접하는 2차 용접 단계를 포함하고,
    상기 1차 용접 단계 및 2차 용접 단계에서 용접은 음극 리드 또는 전지 케이스의 표면에 레이저를 조사하여 수행되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저의 빔 사이즈는 5 내지 30㎛인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 용접 단계에서 레이저의 가공속도는 700 내지 1000mm/s인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 2차 용접 단계에서 레이저의 가공속도는 300 내지 600mm/s인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 음극 리드는 구리, 니켈, 니켈-도금 구리 또는 니켈-클래드 구리인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전지 케이스는 용접 부위가 철, 니켈-도금 철 또는 스테인리스강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저의 파장은 750 내지 1500nm인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 용접 단계에서 레이저의 출력은 500 내지 640W인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 2차 용접 단계에서 레이저의 출력은 450 내지 620W인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 제조방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 음극 리드와 전지 케이스의 두께 비는 1:2 내지 1:5인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 제조방법.
KR1020190105729A 2019-08-28 2019-08-28 원통형 이차전지의 제조방법 KR20210025849A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190105729A KR20210025849A (ko) 2019-08-28 2019-08-28 원통형 이차전지의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190105729A KR20210025849A (ko) 2019-08-28 2019-08-28 원통형 이차전지의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210025849A true KR20210025849A (ko) 2021-03-10

Family

ID=75148727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190105729A KR20210025849A (ko) 2019-08-28 2019-08-28 원통형 이차전지의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210025849A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100502315B1 (ko) 1998-04-08 2005-09-26 삼성에스디아이 주식회사 전지의 전극조립체

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100502315B1 (ko) 1998-04-08 2005-09-26 삼성에스디아이 주식회사 전지의 전극조립체

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1039564B1 (en) Sealed battery suited to production in a slim rectangular form
US20110195288A1 (en) Sealed battery and method for fabricating the same
EP3432405A1 (en) Cylindrical battery cell manufacturing device comprising secondary crimping mold
KR102366429B1 (ko) 전극탭의 용접 특성을 개선한 전극 및 이를 포함하는 이차전지
JP6331079B2 (ja) レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置
US20220184738A1 (en) Tight-Contact Jig for Secondary Battery Tab Laser Welding and Welding Method
JP6725351B2 (ja) 蓄電素子及び蓄電素子の製造方法
US10749204B2 (en) Electric power storage device and method of manufacturing the same
JP4060590B2 (ja) リチウム二次電池の製造方法
JP6853762B2 (ja) 二次電池
US20200259133A1 (en) Sealed cell and method for manufacturing same
US7943253B2 (en) Sealed battery and manufacturing method therefor
WO2023088433A1 (zh) 极片和电池
JP4484497B2 (ja) 角形密閉二次電池およびその製造方法
KR20210034963A (ko) 원통형 이차전지의 제조방법
KR102301294B1 (ko) 파이버 펄스형 레이저를 이용하여 버(Burr)를 제거하는 과정을 포함하는 전지셀 제조방법
KR20210025849A (ko) 원통형 이차전지의 제조방법
KR20210025848A (ko) 원통형 이차전지의 음극과 커넥터의 연결 방법
JP2001118561A (ja) 集電構造及び二次電池
KR102257175B1 (ko) 배터리 셀 및 배터리 셀을 제조하기 위한 방법
KR20220068555A (ko) 레이저 용접법을 이용하여 배터리 셀을 제조하는 방법 및 이를 이용하여 제조된 배터리 셀
KR102261720B1 (ko) 레이저 조사로 표면처리 된 전극집전체를 포함하는 전지셀
CN218769655U (zh) 圆柱形二次电池、电池组以及车辆
US20240139858A1 (en) Ultrasonic welding device
CN218996758U (zh) 一种电池极片、电池、电池包及用电设备

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal