KR20220050509A - 이차전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

이차전지 및 이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220050509A
KR20220050509A KR1020200134263A KR20200134263A KR20220050509A KR 20220050509 A KR20220050509 A KR 20220050509A KR 1020200134263 A KR1020200134263 A KR 1020200134263A KR 20200134263 A KR20200134263 A KR 20200134263A KR 20220050509 A KR20220050509 A KR 20220050509A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery case
thermocouple
temperature measuring
measuring member
crimping
Prior art date
Application number
KR1020200134263A
Other languages
English (en)
Inventor
구진우
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020200134263A priority Critical patent/KR20220050509A/ko
Publication of KR20220050509A publication Critical patent/KR20220050509A/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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • 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
    • H01M10/0404—Machines for assembling batteries
    • 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
    • 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
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/166—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2203/00—Applications of adhesives in processes or use of adhesives in the form of films or foils
    • C09J2203/33—Applications of adhesives in processes or use of adhesives in the form of films or foils for batteries or fuel cells
    • 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

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되고, 상부가 개방된 전지 케이스; 상기 전지 케이스의 개방된 상부에 결합되는 캡 조립체; 및 상기 전극 조립체와 함께 상기 전지 케이스에 수납되고, 일단이 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이를 통과하여 외부로 노출된 온도 측정 부재를 포함한다. 상기 온도 측정 부재는, 써모커플(thermocouple) 및 상기 써모커플을 감싸는 절연 테이프를 포함한다.

Description

이차전지 및 이의 제조 방법{SECONDARY BATTERY AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 이차전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 셀 내부에 대한 정밀한 온도 측정이 가능한 이차전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력 저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 한다. 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리롤형 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형 전극 조립체 등을 들 수 있다. 최근에는 상기 젤리롤형 전극 조립체 및 스택형 전극 조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리롤형과 스택형의 혼합 형태로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위 셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체가 개발되었다.
또한, 이차전지는 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형의 케이스에 내장된 원통형 전지, 전극 조립체가 각형의 케이스에 내장된 각형 전지 및 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류될 수 있다.
한편, 이차전지는 사용 용도에 적합한 성능을 만족시키는 동시에 안전성을 갖추어야 시장에서 적합하게 활용 가능하다. 이차전지를 설계할 때는 이러한 성능과 안전성 측면을 동시에 고려하여 설계 인자를 결정하게 된다. 설계 및 제작이 완료된 전지는 수명, 고율 특성, 고온/저온 특성 등의 성능 평가와 함께 과충전, 과방전, 충격(impact), 네일 테스트(Nail Test), 핫박스(hot box) 등의 안전성 평가를 진행하게 된다.
다양한 형태의 이차전지 중 원통형 이차전지는, 전극 조립체가 금속 소재의 전지 케이스에 수납되어 있고, 전지 케이스 내부에 전해액이 차 있으며, 이차전지의 조립시 상단 부분에서 밀폐를 위해 크림핑(Crimping) 결합이 이루어지기 때문에 셀 내부 온도를 측정하는데 어려움이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 밀폐 상태를 해제하지 않고서도, 내부에 대한 정밀한 온도 측정이 가능한 이차전지 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되고, 상부가 개방된 전지 케이스; 상기 전지 케이스의 개방된 상부에 결합되는 캡 조립체; 및 상기 전극 조립체와 함께 상기 전지 케이스에 수납되고, 일단이 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이를 통과하여 외부로 노출된 온도 측정 부재를 포함한다. 상기 온도 측정 부재는, 써모커플(thermocouple) 및 상기 써모커플을 감싸는 절연 테이프를 포함한다.
상기 절연 테이프는 실리콘 젤 테이프일 수 있다.
상기 절연 테이프가 반으로 접히면서 제1 부분과 제2 부분으로 구분될 수있고, 상기 써모커플이 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에서 감싸질 수 있다.
상기 이차전지는 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 위치하는 가스켓(Gasket)을 더 포함할 수 있고, 상기 전지 케이스의 상부 단부를 상기 캡 조립체 방향으로 구부리고, 크림핑(Crimping) 결합함으로써, 크림핑부를 형성할 수 있다.
상기 전지 케이스의 상기 크림핑부와 상기 캡 조립체 사이에서, 상기 절연 테이프가 상기 써모커플을 감쌀 수 있다.
상기 온도 측정 부재는, 상기 전지 케이스의 상기 크림핑부와 상기 가스켓 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조 방법은, 전극 조립체 및 온도 측정 부재를 상부가 개방된 전지 케이스에 수납하는 수납 단계; 상기 전지 케이스의 개방된 상부에 캡 조립체를 결합하는 결합 단계; 및 상기 온도 측정 부재를 사이에 두고, 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체를 크림핑(Crimping) 결합하는 크림핑 단계를 포함한다. 상기 온도 측정 부재는, 써모커플(thermocouple) 및 상기 써모커플을 감싸는 절연 테이프를 포함한다.
상기 절연 테이프는 실리콘 젤 테이프일 수 있다.
상기 결합 단계에서, 가스켓을 상기 캡 조립체와 함께 상기 전지 케이스의 상부에 결합할 수 있고, 상기 크림핑 단계에서, 상기 온도 측정 부재 및 상기 가스켓을 사이에 두고 상기 전지 케이스와 상기 조립체를 크림핑(Crimping) 결합할 수 있다.
상기 이차전지의 제조 방법은 상기 전지 케이스를 상기 전극 조립체의 중심 방향으로 만입시켜 비딩부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 써모커플(thermocouple)을 포함하는 온도 측정 부재를, 전지 케이스와 캡 조립체 사이를 통해 외부로 노출시켜, 밀폐상태를 유지하면서 내부에 대한 온도 측정이 가능하다.
또한, 본 실시예에 따른 써모커플이 실리콘 젤 테이프 등의 절연 테이프에 감싸져 있어, 크림핑 결합에 따른 물리적 압착으로부터 보호가 가능하다. 이에 따라 써모커플의 손상 및 단선 등의 문제를 방지할 수 있다.
또한, 실리콘 젤 테이프로 써모커플을 감싸기 때문에 테이프의 벌어짐 현상을 줄일 수 있다. 이에 따라 전해액 침투 등의 문제가 없어 정확한 온도 측정이 가능하다
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 단면을 나타낸 단면 사시도이다.
도 2는 도 1의 “A” 부분을 확대하여 나타낸 단면 사시도이다.
도 3은 도 2의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면을 나타낸 부분 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 부재의 형성 과정을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 비교예에 따라 슬릿을 통과하는 형태의 온도 측정 부재 에 대한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 비교예에 따른 써모커플 및 이를 감싸는 절연 테이프에 대한 사진이다.
도 7 내지 도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 단면을 나타낸 단면 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예예 따른 이차전지(100)는, 전극 조립체(120), 전극 조립체(120)가 수납되고 상부가 개방된 전지 케이스(130) 및 전지 케이스(130)의 개방된 상부에 결합되는 캡 조립체(140)를 포함한다.
전극 조립체(120)는 다수의 양극(121) 및 음극(122) 사이에 분리막(123)을 개재하고 권취한 젤리롤 형태의 구조로, 전해액과 함께 전지 케이스(130)에 수납된다.
전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 비수계 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수계 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 이러한 전해액은 전극 조립체(120)와 함께 전지 케이스(130)에 수납되며 도면 상에서 구체적인 표시는 생략하였다.
전지 케이스(130)는 전해액이 함침된 전극 조립체(120)를 수납하는 구조물로써, 금속 소재를 포함할 수 있고, 원통형 케이스일 수 있다.
캡 조립체(140)는 상단 캡(141), 안전 벤트(142) 및 전류 차단 부재(미도시, Current Interrupt Device, CID)를 포함할 수 있다. 상단 캡(141)과 안전 벤트(142)는 상호 밀착된 구조를 형성할 수 있다. 안전 벤트(142)는 전류 차단 부재(미도시) 상에 위치하며, 전류 차단 부재(미도시)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전류 차단 부재(미도시) 의 하단부에는 양극(121)으로부터 돌출된 양극탭(121t)이 연결될 수 있다.
상단 캡(141), 안전 벤트(142), 전류 차단 부재(미도시) 및 양극탭(121t)들이 차례로 연결되어, 상단 캡(141)이 전극 조립체(120)의 전기적 연결을 안내하는 전극 단자로써 기능할 수 있다.
이하에서는, 도 2 및 도 3 등을 참고하여, 본 실시예에 따른 온도 측정 부재에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 도 1의 “A” 부분을 확대하여 나타낸 단면 사시도이고, 도 3은 도 2의 절단선 B-B’를 따라 자른 단면을 나타낸 부분 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 이차전지(100)는, 전극 조립체(120)와 함께 전지 케이스(130)에 수납되고 일단이 전지 케이스(130)와 캡 조립체(140) 사이를 통과하여 외부로 노출된 온도 측정 부재(200)를 포함한다. 이러한 온도 측정 부재(200)는, 써모커플(210, thermocouple) 및 써모커플(210)을 감싸는 절연 테이프(220)를 포함한다.
써모커플(210)은 제벡(Seebeck)효과를 이용하여 온도를 측정하기 위해 금속 소재를 포함하는 부재로써, 소재나 형상에 특별한 제한은 없다. 다만, 후술하는 바 대로 전지 케이스(130)와 캡 조립체(140) 사이를 통과하기 때문에 얇은 극세의 써모커플(210)인 것이 바람직하다. 또한, 절연 테이프(220)로 감싸지기 때문에 피복이 없는 써모커플(210)을 적용할 수 있어, 그 두께를 더욱 얇게 할 수 있다.
본 실시예에 따른 절연 테이프(220)는 실리콘 젤 테이프일 수 있다. 상기 실리콘 젤 테이프는, 경화된 실리콘 고무로 제조되어 별도의 필름이 적용되어 있지 않는 테이프이다. 이러한 상기 실리콘 젤 테이프는 실리콘 젤의 얇은 층으로 구성되며, 자체 융합되어 타 물질에 영구 결합을 형성할 수 있다. 또한 필름이 적용된 다른 테이프와 다르게 실리콘 젤 테이프끼리 접착 시 이음새가 없고, 방수 기능이 있으며, 전기 절연 코팅이 형성 된다. 이로 인해 습기, 산, 연료 및 물리적인 접촉에도 견딜 수 있다는 장점을 갖는다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 부재의 형성 과정을 나타낸 개략도이다.
도 4a 내지 도 4c를 참고하면, 본 실시예에 따른 온도 측정 부재(200)는 써모커플(210)을 절연 테이프(220)로 감싸 제조할 수 있다. 구체적으로, 절연 테이프(220)가 반으로 접히면서, 제1 부분(221)과 제2 부분(222)으로 구분될 수 있다. 제1 부분(221)과 제2 부분(222)이 서로 접착되고, 써모커플(210)이 제1 부분(221)과 제2 부분(222) 사이에서 감싸질 수 있다. 이 때, 외부로 노출되는 온도 측정 부재(200)의 일 단부에서만 써모커플(210)이 노출될 수 있고, 그 외에 부분은 절연 테이프(220)에 의해 감싸질 수 있다. 절연 테이프(220)가 제1 부분(221)과 제2 부분(222)으로 구분되어 제1 부분(221)과 제2 부분(222)이 서로 접착되면, 앞서 설명한 바 대로, 실리콘 젤 테이프끼리의 접착이므로, 이음새가 없고, 방수 기능이 있으며, 전기 절연의 코팅을 형성할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 다시 참고하면, 전지 케이스(130)는 비딩부(130B) 및 크림핑부(130C)를 포함할 수 있다.
비딩부(130B)는 전지 케이스(130) 중 일부가 전극 조립체(120)의 중심 방향을 향해 만입된 부분을 지칭하는 것으로, 캡 조립체(140)의 안정적인 결합 및 전극 조립체(120)의 유동 방지를 위한 것이다.
크림핑부(130C)는 비딩부(130B)의 상부에 위치하여, 캡 조립체(140)를 감싸는 부분을 지칭하는 것으로, 캡 조립체(140)의 안정적인 결합을 위한 것이다. 전지 케이스(130)와 캡 조립체(140)를 크림핑(Crimping) 결합하여 크림핑부(130C)를 형성할 수 있다. 구체적으로, 전지 케이스(130)의 상부 단부를 캡 조립체(140) 방향으로 구부림으로써, 크림핑부(130C)를 형성하고, 캡 조립체(140)를 전지 케이스(130)에 결합할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 이차전지(100)는 전지 케이스(130)와 캡 조립체(140) 사이에 위치하는 가스켓(143)을 더 포함할 수 있다. 가스켓(143)은 크림핑부(130C)와 비딩부(130B)의 내면에 장착되어 전지 케이스(130)와 캡 조립체(140) 간의 밀봉력을 증대시킬 수 있다. 즉, 전지 케이스(130)와 캡 조립체(140) 사이에 가스켓(143)을 위치시키고, 전지 케이스(130)의 상부 단부를 구부려 크림핑(Crimping) 결합함으로써 크림핑부(130C)를 형성할 수 있다.
이 때, 본 실시예에 따른 온도 측정 부재(200)는 전지 케이스(130)의 크림핑부(130C)와 캡 조립체(140) 사이에 위치할 수 있으며, 전지 케이스(130)의 크림핑부(130C)와 캡 조립체(140) 사이에서, 절연 테이프(220)가 써모커플(210)을 감쌀 수 있다. 다시 말해, 전극 조립체(120)와 함께 전지 케이스(130)에 수납된 온도 측정 부재(200)의 써모커플(210) 및 절연 테이프(220)가 전지 케이스(130)의 크림핑부(130C)와 캡 조립체(140) 사이를 통과하여 이차전지(100)의 외부로 노출될 수 있다. 또한, 온도 측정 부재(200)는, 전지 케이스(130)의 크림핑부(130C)와 가스켓(143) 사이에 위치할 수 있다.
캡 조립체(140) 등에 별도의 홀(hole)을 마련하지 않고, 온도 측정 부재(200)를 전지 케이스(130)의 크림핑부(130C)와 가스켓(143) 사이로 통과시킴으로써, 실제 이차전지(100)가 작동하는 상태에서의 그 내부 온도를 정확히 측정할 수 있다. 평가 결과에 대한 교란을 배제할 수 있어, 정확한 온도 정보를 제공 받을 수 있다.
한편, 이에 대한 비교예로써, 도 5에 나타난 슬릿을 통과하는 형태의 온도 측정 부재가 있다. 도 5는 본 발명의 비교예에 따라 슬릿을 통과하는 형태의 온도 측정 부재에 대한 사시도이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 비교예에 이차전지(10)는, 원통형의 전지 케이스(13) 및 전지 케이스(13)에 결합되는 캡 조립체(14)를 포함할 수 있다. 이때 캡 조립체(14)에 별도의 홀이나 슬릿(14S)을 형성되고, 본 발명의 비교예에 따른 온도 측정 부재(20)가 상기 홀이나 슬릿(14S)을 통과하여 외부로 노출될 수 있다.
이와 같이 별도의 홀이나 슬릿(14S)을 마련한다면, 온도 측정 부재(20)와 슬릿(14S) 사이의 밀봉을 위한 별도의 밀봉제(sealant)를 개재해야 한다. 이러한 경우, 밀봉제 개재를 위한 이차전지 내부에 추가적인 공간이 필요하다는 단점이 있고, 또 밀봉제의 변형에 의해 쉽게 밀봉이 해제되는 문제가 있다. 또한 홀이나 슬릿을 형성할 경우, 진공 상태의 전해액 주액 및 활성화 공정 등에서 누액 발생 우려가 있다. 이와 달리 본 실시예에 따른 온도 측정 부재(200)는 크림핑부(130C)와 가스켓(143) 사이에 마련되어 별도의 홀 형성이 불필요하며, 크림핑 결합으로 인해 강하게 고정 및 밀봉될 수 있다. 즉, 이차전지(100)의 구조를 훼손하지 않고 밀봉(sealing)을 유지한 채 온도 측정 부재(200)를 마련할 수 있다. 또한, 온도 측정 부재(200)를 전극 조립체(120)와 함께 전지 케이스(130)에 수납한 뒤 크림핑 결합하여 제조할 수 있어, 제조 공정이 간편하다는 장점을 갖는다. 또한, 본 실시예에 따른 전지 케이스(130)는 SUS의 스테인레스 스틸에 니텔 도금을 실시하여 제조되는데, 별도의 홀이나 슬릿을 형성하는 것 자체가 어려울 수 있다.
한편, 도 3을 다시 참고하면, 본 실시예에 따른 온도 측정 부재(200)는, 상술한 바 대로, 전지 케이스(130)의 크림핑부(130C)와 캡 조립체(140) 사이에 위치할 수 있다. 크림핑 결합으로 인해 밀봉성을 확보할 수 있으나, 크림핑 결합에서의 강한 물리적인 압착으로 인해, 온도 측정 부재(200)의 써모커플(210)이 손상될 수 있다. 또한 크림핑 결합 과정에서 도 3에 도시된 바와 같이 써모커플(210)이 여러 번 휘어지는 굴곡을 형성하므로, 써모커플(210)의 단선이 발생하는 문제가 있을 수 있다.
그러나 본 실시예에 따르면, 전지 케이스(130)의 크림핑부(130C)와 캡 조립체(140) 사이에서, 실리콘 젤 테이프의 절연 테이프(220)가 써모커플(210)을 감싸고 있기 때문에 크림핑 결합에 따른 물리적 압착으로부터 보호가 가능하다. 이에 따라 써모커플(210)의 손상 및 단선 등의 문제를 방지할 수 있다.
한편, 실리콘 젤 테이프에 대한 비교예로써, 도 6에 나타난 폴리이미드(polyimide, PI) 테이프를 적용한 온도 측정 부재가 있다. 도 6은 본 발명의 비교예에 따른 써모커플 및 이를 감싸는 절연 테이프에 대한 사진이다.
도 6을 참고하면, 폴리이미드 테이프가 써모커플을 감싸는 형태의 온도 측정 부재는, 꺽이는 부분에서 폴리이미드 테이프의 벌어짐이 발생할 수 있다. 이로 인해 전해액 침투나 써모커플의 단선 등의 문제가 발생할 수 있다. 이와 달리 본 실시예에 따른 실리콘 젤 테이프는, 제1 및 제2 부분(221, 222, 도 4 참조)끼리 접착에 있어서, 자체 융합으로 써모커플(210)에 강한 접착력을 형성할 수 있으며, 이음새가 없고 폴리이미드 테이프와 같은 벌어짐 현상이 발생하지 않는다. 따라서, 벌어진 틈새 사이로 전해액 침투의 문제의 문제가 발생하지 않아, 정확한 온도 측정이 가능하다.
한편, 도 1을 다시 참고하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체(120)의 중심부에는 센터 핀(150)이 삽입될 수 있고, 전극 조립체(120)의 상부에 상단 절연 부재(160, Top insulator)가 위치할 수 있으며, 전극 조립체(120)와 전지 케이스(130)의 바닥부(131) 사이에 하단 절연 부재(170, Bottom insulator)가 위치할 수 있다.
센터 핀(150)은 일반적으로 소정의 강도를 부여하기 위해 금속 소재를 포함하며, 판재를 둥글게 구부린 원통형 구조로 이루어져 있다. 이러한 센터 핀(150)은, 전극 조립체(120)를 고정 및 지지하고, 충방전 및 작동 시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 기능할 수 있다.
상단 절연 부재(160) 및 하단 절연 부재(170)는, 각각 전극 조립체(120)의 상, 하부에 위치함으로써, 전극 조립체(120)가 의도된 전류 경로 이외에 다른 부분과 접촉하여 이차전지(100) 내부에 단락 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는, 도 7 내지 도 10을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조 방법에 대해 설명하도록 한다. 다만, 앞서 설명한 내용과 중복되는 부분은 설명을 생략하도록 한다.
도 7 내지 도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 7 내지 도 10을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조 방법은, 전극 조립체(120) 및 온도 측정 부재(200)를 상부가 개방된 전지 케이스(130)에 수납하는 수납 단계; 전지 케이스(130)의 개방된 상부에 캡 조립체(140)를 결합하는 결합 단계; 및 온도 측정 부재(200)를 사이에 두고, 전지 케이스(130)와 캡 조립체(140)를 크림핑(Crimping) 결합하는 크림핑 단계를 포함한다. 이 때 온도 측정 부재(200)는, 상술한 바 대로, 써모커플(210) 및 써모커플(210)을 감싸는 절연 테이프(220)를 포함하고, 절연 테이프(220)는 실리콘 젤 테이프일 수 있다.
먼저 도 7을 참고하면, 상기 수납 단계에서, 전극 조립체(120)와 온도 측정 부재(200)를 전지 케이스(130)에 수납할 수 있다. 전극 조립체(120)의 외곽부에 온도 측정 부재(200)를 위치시킨 상태에서 전극 조립체(120)와 온도 측정 부재(200)를 함께 전지 케이스(130)에 수납할 수 있다.
다음, 도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 이차전지의 제조 방법은, 전지 케이스(130)를 전극 조립체(120)의 중심 방향으로 만입시켜 비딩부(130B)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 전지 케이스(130) 중 전극 조립체(120) 보다 위의 영역에 대해, 전극 조립체(120)의 중심 방향을 향해 만입시켜 비딩부(130B)를 형성할 수 있다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 비딩부(130B) 형성 이전에 음극탭의 용접과 상단 절연 부재의 삽입 등이 이루어질 수 있다. 한편, 써모커플(210)가 단선되는 것을 방지하기 위해 써모커플(210)의 일단을 전지 케이스(130) 내부에 위치하도록 조정할 수 있고, 또 별도의 절연 부재로 써모커플(210)의 일단만을 감쌀 수 있다. 한편, 비딩부(130B)를 형성하는 과정에서 온도 측정 부재(200)에 굴곡이 형성될 수 있는데, 본 실시예에 따른 절연 테이프(220)가 써모커플(210)을 보호할 수 있다.
다음, 도 9를 참고하면, 상기 결합단계에서, 전지 케이스(130)의 개방된 상부에 캡 조립체(140)를 결합시킨다. 또한 가스켓(143)를 캡 조립체(140)와 함께 전지 케이스(130)의 상부에 결합할 수 있다. 온도 측정 부재(200)는 전지 케이스(130)와 가스켓(143) 사이에 위치할 수 있다.
다음, 도 10을 참고하면, 상기 크림핑 단계에서, 온도 측정 부재(200) 및 가스켓(143)을 사이에 두고 전지 케이스(130)와 캡 조립체(140)가 크림핑 결합이 이루어져 크림핑부(130C)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 전지 케이스(130)의 상부 단부를 캡 조립체(140) 방향으로 구부림으로써, 크림핑부(130C)를 형성하고, 캡 조립체(140)의 결합 및 밀봉을 완성할 수 있다.
본 실시예에 따른 온도 측정 부재(200)는, 별도의 홀을 형성하지 않고서도, 전지 케이스(130)와 캡 조립체(140) 사이, 특히 크림핑부(130C)와 가스켓(143) 사이를 통과하여 외부로 연장될 수 있다. 별도의 추가 공정 없이도, 전극 조립체(120)를 전지 케이스(130)에 수납하는 공정과 함께 온도 측정을 위한 온도 측정 부재(200)을 간편하게 마련할 수 있다.
또한, 크림핑부(130C)를 형성함에 있어, 인가되는 물리적 압착으로부터 절연 테이프(220)가 써모커플(210)을 보호할 수 있다. 즉, 써모커플(210)의 손상이나 단선 등의 문제를 방지할 수 있다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 이차전지는 복수로 모여 전지 모듈을 형성할 수 있다. 상기 전지 모듈은, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
상기 이차전지, 상기 전지 모듈 또는 상기 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 이차전지
120: 전극 조립체
130: 전지 케이스
140: 캡 조립체
200: 온도 측정 부재
210: 써모커플
220: 절연 테이프

Claims (10)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수납되고, 상부가 개방된 전지 케이스;
    상기 전지 케이스의 개방된 상부에 결합되는 캡 조립체; 및
    상기 전극 조립체와 함께 상기 전지 케이스에 수납되고, 일단이 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이를 통과하여 외부로 노출된 온도 측정 부재를 포함하고,
    상기 온도 측정 부재는, 써모커플(thermocouple) 및 상기 써모커플을 감싸는 절연 테이프를 포함하는 이차전지.
  2. 제1항에서,
    상기 절연 테이프는 실리콘 젤 테이프인 이차전지.
  3. 제1항에서,
    상기 절연 테이프가 반으로 접히면서 제1 부분과 제2 부분으로 구분되고,
    상기 써모커플이 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에서 감싸지는 이차전지.
  4. 제1항에서,
    상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 위치하는 가스켓(Gasket)을 더 포함하고,
    상기 전지 케이스의 상부 단부를 상기 캡 조립체 방향으로 구부리고, 크림핑(Crimping) 결합함으로써, 크림핑부를 형성하는 이차전지.
  5. 제4항에서,
    상기 전지 케이스의 상기 크림핑부와 상기 캡 조립체 사이에서, 상기 절연 테이프가 상기 써모커플을 감싸는 이차전지.
  6. 제4항에서,
    상기 온도 측정 부재는, 상기 전지 케이스의 상기 크림핑부와 상기 가스켓 사이에 위치하는 이차전지.
  7. 전극 조립체 및 온도 측정 부재를 상부가 개방된 전지 케이스에 수납하는 수납 단계;
    상기 전지 케이스의 개방된 상부에 캡 조립체를 결합하는 결합 단계; 및
    상기 온도 측정 부재를 사이에 두고, 상기 전지 케이스와 상기 캡 조립체를 크림핑(Crimping) 결합하는 크림핑 단계를 포함하고,
    상기 온도 측정 부재는, 써모커플(thermocouple) 및 상기 써모커플을 감싸는 절연 테이프를 포함하는 이차전지의 제조 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 절연 테이프는 실리콘 젤 테이프인 이차전지의 제조 방법.
  9. 제7항에서,
    상기 결합 단계에서, 가스켓을 상기 캡 조립체와 함께 상기 전지 케이스의 상부에 결합하고,
    상기 크림핑 단계에서, 상기 온도 측정 부재 및 상기 가스켓을 사이에 두고 상기 전지 케이스와 상기 조립체를 크림핑(Crimping) 결합하는 이차전지의 제조 방법.
  10. 제7항에서,
    상기 전지 케이스를 상기 전극 조립체의 중심 방향으로 만입시켜 비딩부를 형성하는 단계를 더 포함하는 이차전지의 제조 방법.
KR1020200134263A 2020-10-16 2020-10-16 이차전지 및 이의 제조 방법 KR20220050509A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200134263A KR20220050509A (ko) 2020-10-16 2020-10-16 이차전지 및 이의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200134263A KR20220050509A (ko) 2020-10-16 2020-10-16 이차전지 및 이의 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220050509A true KR20220050509A (ko) 2022-04-25

Family

ID=81451853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200134263A KR20220050509A (ko) 2020-10-16 2020-10-16 이차전지 및 이의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220050509A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11437683B2 (en) Battery cell of venting structure using taping
KR100544119B1 (ko) 파우치형 리튬 이차 전지
US8658296B2 (en) Rechargeable battery
US10916795B2 (en) Battery module assembly and manufacturing method therefor
KR101146465B1 (ko) 파우치형 이차전지 및 그 제조방법
KR20180079924A (ko) 내부의 온도를 측정할 수 있는 전지셀
KR102486134B1 (ko) 고효율성 밀봉을 위한 개스킷 와셔를 포함하는 원통형 전지
KR101797694B1 (ko) 보호회로 모듈을 포함하는 전지팩
US20240006707A1 (en) Secondary battery and manufacturing method of the same
US20230006264A1 (en) Secondary battery and manufacturing method of the same
KR20220050509A (ko) 이차전지 및 이의 제조 방법
KR20060000101A (ko) 파우치형 리튬 이차전지
KR20180035510A (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
KR20230052057A (ko) 이차 전지 및 이의 제조 방법
CN220138646U (zh) 二次电池以及包括该二次电池的电池模块
US20240014526A1 (en) Battery Module, Battery Pack Including the Same and Manufacturing Method of the Same
EP4340118A1 (en) Electrode assembly and rechargeable battery including the same
EP4376166A1 (en) Temperature sensing member, and battery module and battery pack including same
KR20170103355A (ko) 젤리-롤형 전극조립체를 포함하는 파우치형 이차전지
KR20220034566A (ko) 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스
KR20220163779A (ko) 이차 전지 및 이의 제조 방법
KR20220069392A (ko) 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈
KR20220105459A (ko) 이차전지의 제조 방법
KR20220092100A (ko) 이차전지 및 이의 제조 방법
KR20220018743A (ko) 엣지 커버가 구비된 전지 셀

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination