KR20220163592A - 제품신뢰성 및 생산성이 증대된 일차전지 제조방법 - Google Patents

제품신뢰성 및 생산성이 증대된 일차전지 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220163592A
KR20220163592A KR1020210071917A KR20210071917A KR20220163592A KR 20220163592 A KR20220163592 A KR 20220163592A KR 1020210071917 A KR1020210071917 A KR 1020210071917A KR 20210071917 A KR20210071917 A KR 20210071917A KR 20220163592 A KR20220163592 A KR 20220163592A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
welding
positive electrode
electrode plate
laser
press
Prior art date
Application number
KR1020210071917A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102539637B1 (ko
Inventor
서영호
Original Assignee
주식회사 아리셀
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 아리셀 filed Critical 주식회사 아리셀
Priority to KR1020210071917A priority Critical patent/KR102539637B1/ko
Publication of KR20220163592A publication Critical patent/KR20220163592A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102539637B1 publication Critical patent/KR102539637B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/14Cells with non-aqueous electrolyte
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/206Laser sealing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34Laser welding for purposes other than joining
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/147Lids or covers
    • H01M50/166Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/147Lids or covers
    • H01M50/166Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids
    • H01M50/169Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids by welding, brazing or soldering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/172Arrangements of electric connectors penetrating the casing
    • H01M50/174Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells
    • H01M50/182Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells for cells with a collector centrally disposed in the active mass, e.g. Leclanché cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572Means for preventing undesired use or discharge
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/60Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/609Arrangements or processes for filling with liquid, e.g. electrolytes
    • H01M50/627Filling ports
    • H01M50/636Closing or sealing filling ports, e.g. using lids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/60Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/668Means for preventing spilling of liquid or electrolyte, e.g. when the battery is tilted or turned over
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36Electric or electronic devices
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

본 발명의 실시예들에 따른 제품신뢰성 및 생산성이 증대된 일차전지 제조방법은 상면이 개방된 원통형 하우징의 내주면 측벽 적어도 일부 영역에 음극을 형성하는 단계와, 음극을 음극에 의해 정의되는 내부공간과 절연시키기 위한 절연막을 형성하는 단계와, 절연막에 의해 정의되는 내부공간에 양극을 압입하는 단계와, 양극의 적어도 일부 상면 영역을 덮는 상부 절연막을 형성하는 단계와, 하우징의 개방된 상면을 덮는 양극판과 적어도 일부 영역이 양극에 삽입 및 결합되는 전류집전체로 구성된 양극판 어셈블리를 하우징 내부로 압입하는 단계와, 양극판의 외주연을 따라서 압입된 양극판 어셈블리와 하우징을 용접 결합하는 양극판 용접 단계와, 양극판의 일측 영역에 형성된 전해액 주입구를 통해 양극판의 하부공간에 전해액을 주입하는 단계와, 전해액 주입구에 용접 볼을 압입하는 단계와, 압입된 용접 볼과 양극판을 용접 결합하는 용접볼 용접 단계를 포함하고, 용접볼 용접 단계는 레이저 용접으로 수행되는 것을 특징으로 한다.

Description

제품신뢰성 및 생산성이 증대된 일차전지 제조방법{PRIMARY BATTERY MANUFACTURING METHOD WITH INCREASED PRODUCT RELIABILITY AND PRODUCTIVITY}
본 발명은 일차전지 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전해액주입구로의 용접볼 압입 및 레이저용접을 수행하여 제품신뢰성과 생산성을 증대시킬 수 있는 리튬일차전지 제조방법에 관한 것이다.
화학전지는 일반적으로 양극, 음극, 양극과 음극을 분리하는 격리막(Separator), 전하의 이동을 도와서 전기화학반응 중 발생하는 분극을 해소하기 위한 전해액(Electrolyte)으로 구성되며, 리튬을 음극으로 사용하는 전지를 통상 리튬전지라 칭한다.
일반적으로, 리튬전지(Lithium battery)는 전지 내의 전기화학반응이 비가역적이기 때문에 재충전이 불가능한 일차전지(一次電池, Primary cell), 일회용 전지를 일컫는다. 상기 리튬전지의 출력전압은 전해액의 농도와 전극의 재질에 따라 결정되며, 그 설계에 따라서 1.5 V~3.9 V의 전압이 출력되고, 이는 종래의 망간 전지나 알칼리 전지의 출력전압의 약 2배에 달하여, 휴대용 전자 장비에 많이 사용되고 있다.
한편, 등록특허공보 제10-0646541호는 이차전지의 제조 시 캡 플레이트를 캔의 개구부에 결합 시 레이저 용접을 수행함을 개시하고 있으나, 전해액 주입구 마감에 특화된 레이저 용접 방법에 대한 내용은 제시하지 못하고 있다.
등록특허공보 제10-0646541호(2006.11.08.)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 제품신뢰성 및 생산성이 증대된 일차전지 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따르면, 상면이 개방된 원통형 하우징의 내주면(內周面) 측벽 적어도 일부 영역에 음극을 형성하는 단계; 상기 음극을 상기 음극에 의해 정의되는 내부공간과 절연시키기 위한 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막에 의해 정의되는 내부공간에 양극을 압입하는 단계; 상기 양극의 적어도 일부 상면 영역을 덮는 상부 절연막을 형성하는 단계; 상기 하우징의 개방된 상면을 덮는 양극판과 적어도 일부 영역이 상기 양극에 삽입 및 결합되는 전류집전체를 포함하도록 구성된 양극판 어셈블리를, 상기 하우징 내부로 압입하는 단계; 상기 양극판의 외주연을 따라서, 압입된 상기 양극판 어셈블리와 상기 하우징을 용접 결합하는 양극판 용접 단계; 상기 양극판의 일측 영역에 형성된 전해액 주입구를 통해, 상기 양극판의 하부공간에 전해액을 주입하는 단계; 상기 전해액 주입구에 용접 볼을 압입하는 단계; 및 압입된 상기 용접 볼과 상기 양극판을 용접 결합하는 용접볼 용접 단계;를 포함하고, 상기 용접볼 용접 단계는 레이저 용접으로 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 용접 볼은 상기 양극판보다 가단성(forgeability)이 높은 금속 또는 합금으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 전해액 주입구의 직경은 상기 용접 볼의 직경의 50% 내지 99%인 것을 특징으로 한다.
상기 용접 볼을 압입하는 단계에서, 상기 용접 볼에는 1kgf/cm2 내지 50kgf/cm2의 외압이 하방으로 가해지며, 상기 용접 볼은 상기 양극판의 상면으로부터 상기 용접 볼의 상측 말단까지의 높이가 상기 용접 볼의 직경의 5% 내지 45%가 될 때까지 상기 전해액 주입구에 압입되는 것을 특징으로 한다.
상기 용접볼 용접 단계는 질소 또는 아르곤 퍼징(purging) 분위기에서 수행되되, 상기 용접볼 용접 단계에서 사용되는 레이저 발생 장치의 레이저 방출부로부터 조사되는 레이저는 상기 양극판의 법선방향에 대하여 소정 각도를 가지도록 기울어진 방향으로 진행되되, 상기 레이저의 진행방향은 하방으로 갈수록 상기 용접 볼의 구심점을 향하는 방향으로 기울어지며, 상기 용접볼 용접 단계가 수행되는 동안 상기 레이저의 초점은 상기 양극판의 상면보다 높은 레벨에 위치하되 압입된 상태에서의 상기 용접 볼의 바깥 영역에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 레이저는 100W 내지 800W의 출력 하에서 0.2초 내지 2.5초동안 조사되는 것을 특징으로 한다.
상기 용접볼 용접 단계가 수행되는 동안 상기 레이저 방출부는 상기 레이저 발생 장치의 지그(jig)에 의해 상기 용접볼의 외주연을 따라서 회전하며, 상기 레이저 방출부는 상기 레이저가 역원뿔 궤도를 형성하도록 회전되는 것을 특징으로 한다.
상기 레이저의 초점으로부터 상기 레이저 방출부까지의 제1 높이는 상기 레이저의 초점으로부터 상기 양극판의 상면까지의 제2 높이의 5배 내지 100배인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 제품신뢰성 및 생산성이 증대된 일차전지 제조방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 용접볼 압입 및 레이저 용접에 따르면 양극판이 얇은 두께를 가지고 양극판에 의해 밀폐되는 내부 공간에 충분한 양의 전해액이 충진되더라도 용접부위의 기밀성을 충분히, 안정적으로 확보할 수 있으며, 다소 높은 범위에서의 전해액 주입구 및 용접볼의 수치적, 형상적, 표면상태 오차 또는 이물질 상태를 커버하여 신뢰성 높은 일차전지를 효율적으로 생산할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 일차전지 제조방법의 흐름도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 일차전지 제조방법의 개별공정들 각각을 예시적으로 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 용접볼 압입공정을 설명하기 위해 도 6의 A영역을 확대도시한 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 용접볼 용접공정을 설명하기 위해 도 6의 A영역을 확대도시한 단면도들이고, 도 9는 상기 용접볼 용접공정을 설명하기 위해 도 6의 A영역을 상면에서 바라본 도면들이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따라 제조된 일차전지를 나타낸 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한, 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함될 수 있다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 일차전지 제조방법의 흐름도이고, 도 2 내지 도 6은 상기 일차전지 제조방법의 개별공정들 각각을 예시적으로 설명하기 위한 단면도들이며, 도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 용접볼 압입공정을 설명하기 위해 도 6의 A영역을 확대도시한 단면도들이고, 도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 용접볼 용접공정을 설명하기 위해 도 6의 A영역을 확대도시한 단면도들이며, 도 9는 상기 용접볼 용접공정을 설명하기 위해 도 6의 A영역을 상면에서 바라본 도면들이고, 도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따라 제조된 일차전지를 나타낸 사진이다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 제품신뢰성 및 생산성이 증대된 일차전지 제조방법은 음극 형성 단계(S100), 음극을 내부공간과 절연시키기 위한 절연막을 형성하는 단계(S200), 절연막에 의해 정의되는 내부공간에 양극을 압입하는 단계(S300), 양극의 적어도 일부 상면 영역을 덮는 상부 절연막을 형성하는 단계(S400), 양극판과 전류집전체를 포함하도록 구성된 양극판 어셈블리를 하우징 내부로 압입하는 단계(S500), 양극판의 외주연을 따라서 압입된 양극판 어셈블리와 하우징을 용접 결합하는 양극판 용접 단계(S600), 양극판의 일측 영역에 형성된 전해액 주입구를 통해 양극판의 하부공간에 전해액을 주입하는 단계(S700), 전해액 주입구에 용접 볼을 압입 후 압입된 용접 볼과 양극판을 용접 결합하는 단계(S800)를 포함할 수 있다.
음극 형성 단계(S100)는, 상면이 개방된 대략 원통형의 하우징(110)의 내주면(內周面) 측벽 적어도 일부 영역에 음극(120)을 형성하는 단계이다. 음극(120)은 하우징(110)의 내주면을 따라서 속이 빈 원기둥 형태로 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 음극(120)은 전압과 에너지 밀도가 높은 리튬금속 또는 리튬합금 등으로 형성될 수 있으며, 하우징(110)은 연성과 전성이 우수한 일루미늄 또는 알루미늄합금 등으로 형성될 수 있다.
절연막 형성 단계(S200)는, 음극(120)을 음극에 의해 정의되는 내부공간, 즉 음극(120)이 형성된 상태에서의 하우징 내부공간과 절연시키기 위한 절연막(131)을 형성하는 단계이다. 절연막(또는 분리막)은 도시된 것처럼 음극(120)을 측벽 및 하부벽으로 덮도록 일체로 형성될 수 있으나, 절연막의 형상이 이에 제한되는 것은 아니다.
양극 압입 단계(S300)는, 절연막(131)에 의해 정의되는 내부공간, 즉 절연막(131)이 형성된 상태에서의 하우징 내부공간에 양극(140)을 압입하는 단계이다.
일부 실시예들에서, 상기 양극(140)은 다공성 탄소재질로 이루어진 양극활물질인 카본(Carbon)양극일 수 있으며, 카본양극은 예를 들어 그라파이트(graphite), 피치코(pitch coke), 아세틸렌블랙(acetylene black), 바인더, 도전성 카본블랙(KJ black) 등을 혼합하여 형성될 수 있다. 경우에 따라, 상기의 카본양극 형성에는 니켈클로라이드, 니켈설파이드, 니켈브로마이드, 니켈카보네이트, 니켈나이트레이트, 리튬클로라이드, 리튬하이드록사이드, 리튬나이트레이트 등의 수용성 금속화합물이 추가적으로 혼합될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상부 절연막 형성 단계(S400)는, 압입된 양극(140)의 적어도 일부 상면 영역을 덮도록 하는 상부 절연막(132)을 형성하는 단계이다. 상부 절연막(132)은 음극(120)의 측벽을 덮는 절연막(131)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.
양극판 어셈블리 압입 단계(S500)는, 양극핀, 양극판(151) 및 전류집전체(152)를 포함하도록 구성된 양극판 어셈블리(150)를 상부 절연막(132)이 형성된 하우징에 압입하는 단계이다.
여기서, 양극판(Header Plate, 151)은 하우징(110)의 개방된 상면을 덮도록 구성되며, 전류집전체(152)는 적어도 일부 영역이 상기 양극에 삽입 및 결합되도록 구성된다. 도시된 것과 같이, 양극판(151)의 일측 영역에는 상부에서 볼 때 대략 원형인 전해액 주입구(151H)가 형성되어 있다.
전류집전체(152)는 양극판(151)과 양극(140) 사이에 전기적 회로를 형성하는 역할을 수행할 수 있으며, 예를 들면 니켈, 스테인레스, 철-니켈도금, STS-Ni Clad 등을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
한편, S500단계는 도시된 것과 달리 양극핀, 양극판 및 전류집전체 각각을 개별적으로 형성하는 공정일 수도 있으나, 도시된 것처럼 양극판 어셈블리(150)를 일체로 구비하는 것이 공정효율성 및 제품신뢰성 측면에서 바람직하다.
양극판 용접 단계(S600)는 양극판(151)의 외주연을 따라서 압입된 양극판 어셈블리(150)와 하우징(110)을 용접 결합하는 단계이며, 이에 따라 하우징(110)의 내부 공간은 전해액 주입구(151H) 영역을 제외하고는 외부로부터 온전히 밀폐되게 된다.
전해액 주입 단계(S700)는, 상기 전해액 주입구(151H)를 통해 양극판의 하부공간에 전해액(160)을 주입하는 단계이다. 즉, 전해액(160)은 양극판의 하면과 상부 절연막(132)의 상면에 의해 정의되는 공간에 충진될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전해액(160)은 유기용매에 리튬염이 용해된 물질일 수 있으며, 예를 들어 전해액(160)에 사용되는 유기용매는 염화티오닐(SOCl2)일 수 있고, 리튬염은 리튬알루미늄클로라이드(LiAlCl4)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
용접 볼 압입 및 용접 단계(S800)는, 전해액 주입을 완료 후 전해액 주입구(151H)에 용접 볼(170)을 압입한 후, 압입된 용접 볼(170)과 양극판(151)을 용접 결합하는 단계이다.
용접 볼(170)은 양극판(151)보다 가단성(forgeability)이 높은 금속 또는 합금으로 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게 상기 용접 볼(170)은 STS(stainless steel)로 이루어질 수 있다.
일부 실시예들에서, 전해액 주입구의 직경(151Hdi)은 용접 볼의 직경(170di)의 50% 내지 99%일 수 있다. 한편, 일부 실시예들에서는, 용접볼 압입과정에서의 양극판의 변형을 최소화하며 충분한 기밀성 확보를 위해서 전해액 주입구의 직경(151Hdi)은 용접 볼의 직경(170di)의 80% 내지 99%, 바람직하게는 96.5% 내지 98.0%, 더욱 바람직하게는 97.0% 내지 97.5%, 가장 바람직하게는 97.2% 내지 97.3%일 수 있다.
이 경우, 용접 볼(170)에는 1kgf/cm2 내지 50kgf/cm2 (바람직하게 10kgf/cm2 내지 30kgf/cm2, 더욱 바람직하게 15kgf/cm2 내지 25kgf/cm2)의 (에어 및/또는 유압에 의한) 외압(P)이 하방으로 가해지는 것이 바람직하고, 이와 동시에 용접 볼(170)은 양극판의 상면으로부터 용접 볼의 상측 말단까지의 높이(170eh)가 용접 볼 직경(170di)의 5% 내지 45%(바람직하게 10% 내지 40%, 더욱 바람직하게 13% 내지 35%)가 될 때까지 전해액 주입구에 압입되는 것이 바람직하다.
용접 볼 및 전해액 주입구가 상기한 수치범위로 조합되되, 상기한 압입 압력 및 압입 높이를 충족할 때 전해액 주입구 및 용접 볼의 수치적, 형상적 오차를 효율적으로 커버할 수 있으며, 용접 이후의 높은 기밀성 또한 안정적으로 확보할 수 있게 된다.
한편, 압입된 용접볼의 용접은 레이저 용접으로 수행된다. 상기 용접볼 레이저 용접은 질소 또는 아르곤 퍼징(purging) 분위기에서 수행되어 용접부위의 부식 저항 성질을 극대화할 수 있다.
바람직하게, 용접볼 레이저 용접에 사용되는 레이저 발생 장치의 레이저 방출부(L)로부터 조사되는 레이저는 도 8에 도시된 것과 같이 양극판(151)의 법선방향에 대하여 소정 각도(L_ag)를 가지도록 기울어진 방향으로 진행될 수 있다. 이 때, 상기 레이저의 진행방향은 도 8에 도시된 것처럼 하방으로 갈수록 용접 볼(170)의 구심점을 향하는 방향, 즉 용접볼의 외부로부터 용접볼의 내부로 향하는 방향으로 기울어지게 된다. 여기서, 상기 레이저가 기울어진 소정 각도(L_ag)는 1° 내지 10°, 바람직하게는 2° 내지 4°, 더욱 바람직하게는 2.5° 내지 3.5°일 수 있다.
이와 더불어, 상기 용접볼 레이저 용접이 수행되는 동안 상기 레이저의 초점(Lf)은 양극판(151)의 상면보다 높은 레벨에 위치(즉, 레이저는 피용접부위에 도달 전에 초점에서 수렴 후, 다시 발산하며 피용접부위에 도달함)하되 압입된 상태에서의 용접 볼(170)의 바깥 영역에 위치(즉, 상측에서 바라볼 때 용접 볼과 오버랩되지 않는 영역)하는 것이 바람직하다.
상기 용접볼 레이저 용접이 수행되는 동안, 상기 레이저 방출부(L)는 상기 레이저 발생 장치의 지그(jig, 미도시) 등에 의해 용접볼의 외주연을 따라서 회전(도 9 참조)되되, 상기 레이저 방출부는 상기 레이저가 역원뿔 궤도(L_rc)를 형성하도록 회전되는 것이 바람직하다.
상기 용접볼 레이저 용접이 수행되는 동안 상기 레이저는 예를 들면 100W 내지 800W의 출력 하에서 약 0.2초 내지 2.5초동안 조사될 수 있다.
한편, 레이저의 초점(Lf)으로부터 레이저 방출부(L)까지의 제1 높이(L_h1)는 레이저의 초점(Lf)으로부터 양극판(151)의 상면까지의 제2 높이(L_h2)의 5배 내지 100배, 바람직하게 30배 내지 50배, 더욱 바람직하게는 35배 내지 45배, 가장 바람직하게는 38배 내지 42배일 수 있다. 레이저의 초점 거리는 초점 위치 감시용 센서 장치 등을 이용하거나, 공초점 원리를 이용하여 초점거리를 계산하는 등의 방식으로 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기한 조건으로 용접볼 레이저 용접을 수행 시 양극판이 얇은 두께를 가지고 양극판에 의해 밀폐되는 내부 공간에 충분한 양의 전해액이 충진되더라도 용접부위(170')의 기밀성을 충분히 확보할 수 있으며, 다소 높은 범위에서의 전해액 주입구 및 용접볼의 수치적, 형상적, 표면상태 오차 또는 이물질 상태를 커버하여 신뢰성 높은 일차전지를 효율적으로 생산할 수 있게 된다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 상면이 개방된 원통형 하우징의 내주면(內周面) 측벽 적어도 일부 영역에 음극을 형성하는 단계;
    상기 음극을 상기 음극에 의해 정의되는 내부공간과 절연시키기 위한 절연막을 형성하는 단계;
    상기 절연막에 의해 정의되는 내부공간에 양극을 압입하는 단계;
    상기 양극의 적어도 일부 상면 영역을 덮는 상부 절연막을 형성하는 단계;
    상기 하우징의 개방된 상면을 덮는 양극판과 적어도 일부 영역이 상기 양극에 삽입 및 결합되는 전류집전체를 포함하도록 구성된 양극판 어셈블리를, 상기 하우징 내부로 압입하는 단계;
    상기 양극판의 외주연을 따라서, 압입된 상기 양극판 어셈블리와 상기 하우징을 용접 결합하는 양극판 용접 단계;
    상기 양극판의 일측 영역에 형성된 전해액 주입구를 통해, 상기 양극판의 하부공간에 전해액을 주입하는 단계;
    상기 전해액 주입구에 용접 볼을 압입하는 단계; 및
    압입된 상기 용접 볼과 상기 양극판을 용접 결합하는 용접볼 용접 단계;를 포함하고,
    상기 용접볼 용접 단계는 레이저 용접으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 제품신뢰성 및 생산성이 증대된 일차전지 제조방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 용접 볼은 상기 양극판보다 가단성(forgeability)이 높은 금속 또는 합금으로 형성된 것을 특징으로 하는, 제품신뢰성 및 생산성이 증대된 일차전지 제조방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전해액 주입구의 직경은 상기 용접 볼의 직경의 50% 내지 99%인 것을 특징으로 하는, 제품신뢰성 및 생산성이 증대된 일차전지 제조방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 용접볼 용접 단계는 질소 또는 아르곤 퍼징(purging) 분위기에서 수행되되,
    상기 용접볼 용접 단계에서 사용되는 레이저 발생 장치의 레이저 방출부로부터 조사되는 레이저는 상기 양극판의 법선방향에 대하여 소정 각도를 가지도록 기울어진 방향으로 진행되되, 상기 레이저의 진행방향은 하방으로 갈수록 상기 용접 볼의 구심점을 향하는 방향으로 기울어지며,
    상기 용접볼 용접 단계가 수행되는 동안 상기 레이저의 초점은 상기 양극판의 상면보다 높은 레벨에 위치하되 압입된 상태에서의 상기 용접 볼의 바깥 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는, 제품신뢰성 및 생산성이 증대된 일차전지 제조방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 용접볼 용접 단계가 수행되는 동안 상기 레이저 방출부는 상기 레이저 발생 장치의 지그(jig)에 의해 상기 용접볼의 외주연을 따라서 회전하며,
    상기 레이저 방출부는 상기 레이저가 역원뿔 궤도를 형성하도록 회전되는 것을 특징으로 하는, 제품신뢰성 및 생산성이 증대된 일차전지 제조방법.
KR1020210071917A 2021-06-03 2021-06-03 제품신뢰성 및 생산성이 증대된 일차전지 제조방법 KR102539637B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210071917A KR102539637B1 (ko) 2021-06-03 2021-06-03 제품신뢰성 및 생산성이 증대된 일차전지 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210071917A KR102539637B1 (ko) 2021-06-03 2021-06-03 제품신뢰성 및 생산성이 증대된 일차전지 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220163592A true KR20220163592A (ko) 2022-12-12
KR102539637B1 KR102539637B1 (ko) 2023-06-02

Family

ID=84391540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210071917A KR102539637B1 (ko) 2021-06-03 2021-06-03 제품신뢰성 및 생산성이 증대된 일차전지 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102539637B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100646541B1 (ko) 2004-09-22 2006-11-23 삼성에스디아이 주식회사 캔형 이차 전지
KR20080077424A (ko) * 2007-02-20 2008-08-25 삼성에스디아이 주식회사 이차전지 및 그 제조방법
KR101743556B1 (ko) * 2016-06-16 2017-06-07 주식회사 비츠로셀 내부 단락 검출 및 자가 방전율 예측이 가능한 리튬 일차 전지

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100646541B1 (ko) 2004-09-22 2006-11-23 삼성에스디아이 주식회사 캔형 이차 전지
KR20080077424A (ko) * 2007-02-20 2008-08-25 삼성에스디아이 주식회사 이차전지 및 그 제조방법
KR101743556B1 (ko) * 2016-06-16 2017-06-07 주식회사 비츠로셀 내부 단락 검출 및 자가 방전율 예측이 가능한 리튬 일차 전지

Also Published As

Publication number Publication date
KR102539637B1 (ko) 2023-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5137291B2 (ja) リチウムイオン2次電池
JP4463512B2 (ja) キャップ組立体を具備した2次電池及びその密閉部材
JP4297367B2 (ja) 二次電池及びその製造方法
KR100995417B1 (ko) 이차전지
KR20110099110A (ko) 고출력 전기 화학 전지 내의 내부 부품들의 외부에서 인가된 레이저 용접을 위한 방법 및 디자인
JP2006310293A (ja) 二次電池
KR100646529B1 (ko) 리튬 이차 전지
JP2006093134A (ja) リチウムイオン二次電池
JP5173095B2 (ja) 密閉型電池
KR100579366B1 (ko) 캔형 이차 전지
KR102618121B1 (ko) 이차 전지
US7754376B2 (en) Cylindrical lithium secondary battery and method of fabricating the same
KR20210012636A (ko) 이차 전지
US20060172192A1 (en) Battery
KR20190093299A (ko) 원통형 리튬 이온 이차 전지
KR20200067897A (ko) 원통형 리튬 이온 이차 전지
KR20190123583A (ko) 전극 조립체, 이를 포함하는 이차전지 및 그 제조 방법
JPH10241651A (ja) 角形非水電解液電池とその封口板の製造法
KR102539637B1 (ko) 제품신뢰성 및 생산성이 증대된 일차전지 제조방법
JP7054454B2 (ja) 二次電池の製造方法
JP4290633B2 (ja) 密閉型電池
WO2023286687A1 (ja) 集電板およびこれを用いた蓄電装置
KR102561215B1 (ko) 이차 전지
KR100884797B1 (ko) 원통형 이차전지의 제조방법
JP4204366B2 (ja) 非水電解質二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant