KR20230097539A - Secondary battery and manufacturing method for same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이차 전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery and a manufacturing method thereof.
전기자동차, 모바일 기기 등 이차 전지의 수요는 급격히 확대되고 있으며, 이차 전지의 상태 진단 및 품질 안정성에 대한 요구가 커지고 있다.Demand for secondary batteries such as electric vehicles and mobile devices is rapidly expanding, and demands for condition diagnosis and quality stability of secondary batteries are increasing.
이러한, 이차 전지는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지로 구분될 수 있다. 이 중에서, 리튬 이차 전지는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 휴대용 전자 기기 또는 고출력의 하이브리드 자동차에 주로 사용되고 있다Such secondary batteries may be classified into nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-hydrogen batteries, and lithium secondary batteries. Among them, the lithium secondary battery has a higher operating voltage than a nickel-cadmium battery or a nickel-metal hydride battery and has excellent energy density characteristics per unit weight, so it is mainly used in portable electronic devices or high-power hybrid vehicles.
일반적으로 리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 분리막을 구비한 전극 조립체, 전극 조립체로부터 연장되어 있는 전극 탭들 및 전극 탭들에 용접되어 있는 전극 리드 등의 구성을 포함한다. 또한, 리튬 이차 전지는 각형 전지, 원형 전지, 파우치형 전지로 구분될 수 있다. 그 중에서도 각형 또는 원형 전지의 외장재는 개방단이 형성된 원형 캔 및 원형 캔의 개방단에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 구비한다.In general, a lithium secondary battery includes a configuration such as an electrode assembly having a positive electrode, a negative electrode, and a separator, electrode tabs extending from the electrode assembly, and electrode leads welded to the electrode tabs. In addition, lithium secondary batteries may be classified into prismatic batteries, circular batteries, and pouch-type batteries. Among them, an exterior material for a prismatic or circular battery includes a circular can having an open end and a cap assembly sealedly coupled to the open end of the circular can.
상기 전극 탭들에 전극 리드를 용접하는 과정에서, 상기 전극 탭들이 접히거나 벌어지지 않도록 예비 용접을 진행한 후 최종 용접을 진행하게 된다. 다만, 2번 용접을 하는 과정에서 전극 탭이 손상(damage)를 입는 경우가 다수 발생하는 문제가 있었다.In the process of welding the electrode leads to the electrode tabs, preliminary welding is performed so that the electrode tabs are not folded or widened, and then final welding is performed. However, there was a problem that a number of cases occurred in which the electrode tab was damaged in the process of welding No. 2.
따라서, 이러한 제약을 극복할 수 있는 새로운 이차 전지의 제조 방법이 필요한 상황이다.Therefore, there is a need for a new secondary battery manufacturing method capable of overcoming these limitations.
본 발명은 이차 전지 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a secondary battery and a manufacturing method thereof.
본 발명의 일 실시상태는, (a) 전극 탭이 구비된 전극판 및 분리막이 교대로 적층되는 전극 조립체를 제조하는 단계; (b) 상기 적층된 전극 탭을 예비 용접(pre-welding)하는 단계; 및 (c) 상기 예비 용접된 전극 탭과 전극 리드를 최종 용접(welding)하여 전기적으로 접합하는 단계를 포함하고, 하기 식 1을 만족하는 것인 이차 전지의 제조방법을 제공한다.An exemplary embodiment of the present invention includes the steps of (a) manufacturing an electrode assembly in which an electrode plate having an electrode tab and a separator are alternately stacked; (b) pre-welding the stacked electrode tabs; and (c) electrically bonding the pre-welded electrode tab and the electrode lead by final welding, and providing a method for manufacturing a secondary battery that satisfies Equation 1 below.
본 발명의 일 실시상태는, 상기 이차 전지의 제조 방법에 의해 제조된 전극 조립체를 포함하고, 하기 식 1을 만족하는 것인 이차 전지를 제공한다.An exemplary embodiment of the present invention provides a secondary battery including an electrode assembly manufactured by the secondary battery manufacturing method and satisfying Equation 1 below.
[식 1][Equation 1]
A/B < 1A/B < 1
상기 식 1에서, In Equation 1 above,
A는 적층된 전극 탭이 예비 용접된 부분의 면적 중에서 전극 탭과 전극 리드가 최종 용접되는 부분의 면적과 중복되는 면적을 의미(단위: ㎟)하고, A means the area overlapping the area of the part where the electrode tab and the electrode lead are finally welded (unit: mm 2) among the areas of the part where the stacked electrode tabs are pre-welded,
B는 전극 탭과 전극 리드가 최종 용접되는 부분의 면적을 의미(단위: ㎟)한다.B means the area of the part where the electrode tab and the electrode lead are finally welded (unit: mm 2 ).
본 발명의 일 실시상태는, 상기 이차 전지를 단위셀로 포함하는 전지모듈을 제공한다.One embodiment of the present invention provides a battery module including the secondary battery as a unit cell.
마지막으로, 본 발명의 일 실시상태는 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.Finally, one embodiment of the present invention provides a battery pack including the battery module.
본 발명의 본 출원의 실시상태에 따른 이차 전지 제조 방법은 용접되는 과정에서 발생하는 전극 탭의 손상을 방지할 수 있다. The secondary battery manufacturing method according to the exemplary embodiment of the present application of the present invention can prevent damage to an electrode tab occurring during welding.
본 발명의 본 출원의 실시상태에 따른 이차 전지는 용접되는 과정에서 발생하는 전극 탭의 손상이 방지되어, 전지의 성능이 더욱 우수하다.In the secondary battery according to the exemplary embodiment of the present application of the present invention, damage to the electrode tab occurring in the welding process is prevented, and thus the battery performance is more excellent.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조방법을 예시적으로 나타낸 도이다.
도 2는 기존의 이차 전지의 제조방법을 예시적으로 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 사용 가능한 초음파 용접 장치의 일 예를 나타낸 도이다.1 is a diagram exemplarily illustrating a method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a conventional manufacturing method of a secondary battery by way of example.
3 is a diagram showing an example of an ultrasonic welding apparatus usable in an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구성에만 한정되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice it. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the configurations described herein.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In this specification, when a certain part 'includes' a certain component, this means that it may further include other components, not excluding other components unless otherwise stated.
그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.In addition, in describing the present invention, detailed descriptions of related known technologies that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.
본 발명의 일 실시상태는, (a) 전극 탭이 구비된 전극판 및 분리막이 교대로 적층되는 전극 조립체를 제조하는 단계; (b) 상기 적층된 전극 탭을 예비 용접(pre-welding)하는 단계; 및 (c) 상기 예비 용접된 전극 탭과 전극 리드를 최종 용접(welding)하여 전기적으로 접합하는 단계를 포함하고, 하기 식 1을 만족하는 것인 이차 전지의 제조방법을 제공한다.An exemplary embodiment of the present invention includes the steps of (a) manufacturing an electrode assembly in which an electrode plate having an electrode tab and a separator are alternately stacked; (b) pre-welding the stacked electrode tabs; and (c) electrically bonding the pre-welded electrode tab and the electrode lead by final welding, and providing a method for manufacturing a secondary battery that satisfies Equation 1 below.
[식 1][Equation 1]
A/B < 1A/B < 1
상기 식 1에서, In Equation 1 above,
A는 적층된 전극 탭이 예비 용접된 부분의 면적 중에서 전극 탭과 전극 리드가 최종 용접되는 부분의 면적과 중복되는 면적을 의미(단위: ㎟)하고, A means the area overlapping the area of the part where the electrode tab and the electrode lead are finally welded (unit: mm 2) among the areas of the part where the stacked electrode tabs are pre-welded,
B는 전극 탭과 전극 리드가 최종 용접되는 부분의 면적을 의미(단위: ㎟)한다.B means the area of the part where the electrode tab and the electrode lead are finally welded (unit: mm 2 ).
상기 식 1을 만족시킴으로써, 상기 전극 탭들이 접히거나 벌어지지 않게 하면서도, 중복되는 용접으로 상기 전극 탭들의 손상을 방지할 수 있고, 이를 통해 전지의 성능 및 공정성을 향상시킬 수 있다.By satisfying Equation 1, it is possible to prevent damage to the electrode tabs due to overlapping welding while preventing the electrode tabs from being folded or opened, thereby improving battery performance and processability.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형, 젤리-롤형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어진다.In one embodiment of the present invention, the electrode assembly is a power generating device in which an anode and a cathode are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, and has a stacked, jelly-roll, or stacked/folded structure.
또한, 상기 전극 조립체는 전극 탭이 구비된 전극판 및 분리막이 교대로 적층되는 구조로, 보다 구체적으로, 분리막 사이사이에 전극 탭이 구비된 전극판이 적층된 구조를 가질 수 있다.In addition, the electrode assembly may have a structure in which electrode plates with electrode tabs and separators are alternately stacked, and more specifically, electrode plates with electrode tabs are stacked between separators.
하나의 구체적인 예에서, 상기 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체의 구체적인 구성은 당업계에 공지된 구성을 참조한다. 구체적으로, 스택형 전극조립체는 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 구조이며, 스택/폴딩형 전극조립체는, 일정한 단위 크기의 양극/분리막/음극 구조의 풀셀(full cell) 또는 양극(음극)/분리막/음극(양극)/분리막/양극(음극) 구조의 바이셀(bicell)을 긴 길이의 연속적인 분리막 필름을 이용하여 폴딩한 구조일 수 있다.In one specific example, the specific configuration of the stacked or stacked/folded electrode assembly refers to configurations known in the art. Specifically, the stacked electrode assembly has a structure in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked with separators interposed therebetween, and the stacked/folded electrode assembly has a full cell structure of positive electrodes/separator/cathode of a certain unit size. It may be a structure in which a bicell having a full cell or anode (cathode)/separator/cathode (anode)/separator/anode (cathode) structure is folded using a long continuous separator film.
즉, 상기 식 1은 예비 용접과 최종 용접이 중복되는 면적이 최종 용접의 면적의 영역을 벗어나지 않는 것을 의미하며, 전극 탭의 손상을 최소화할 수 있다. 또한, 상기 식 1이 상기 조건을 만족시킬 때, 상기 전극 탭들이 접히거나 벌어지지 않게 하면서도, 중복되는 용접으로 상기 전극 탭들의 손상을 방지하기가 더욱 용이할 수 있다. That is, Equation 1 means that the overlapping area of the preliminary welding and the final welding does not exceed the area of the final welding, and damage to the electrode tab can be minimized. In addition, when Equation 1 satisfies the above condition, it may be easier to prevent damage to the electrode tabs by overlapping welding while preventing the electrode tabs from being folded or opened.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 예비 용접이 되는 위치는 전극 조립체의 단부로부터 상기 전극 탭들의 이격 거리가 전극조립체 두께의 20% 이상의 위치인 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the position where the preliminary welding is performed may be a position where the separation distance of the electrode tabs from the end of the electrode assembly is 20% or more of the thickness of the electrode assembly.
상기 예비 용접하는 위치가 상기 전극 조립체의 단부와 너무 가까울 경우, 전극 조립체 자체에 손상이 발생할 수 있으므로, 상기 범위를 충족하는 것이 전지의 성능 측면에서 유리하다.If the pre-welding position is too close to the end of the electrode assembly, damage may occur to the electrode assembly itself, so satisfying the above range is advantageous in terms of battery performance.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극 탭은 양극 탭 또는 음극 탭이고, 상기 전극 리드는 양극 리드 또는 음극 리드이고, 상기 음극 리드와 상기 음극 탭의 최종 용접되는 부분의 면적은 상기 양극 리드와 상기 양극 탭의 최종 용접되는 부분의 면적과 동일한 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the electrode tab is a positive electrode tab or a negative electrode tab, the electrode lead is a positive electrode lead or a negative electrode lead, and an area of a portion where the negative electrode lead and the negative electrode tab are finally welded is equal to that of the positive electrode lead. It may be the same as the area of the final welded portion of the positive electrode tab.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극 조립체에서 상기 전극 탭이 구비된 전극판은 양극 탭이 구비된 양극판 또는 음극 탭이 구비된 음극판이고, 상기 양극 탭들은 상기 양극판의 우측 상단 또는 좌측 상단에 함께 위치하고 상기 음극 탭들은 그에 대응하여 상기 음극판의 좌측 상단 또는 우측 상단에 함께 위치하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, in the electrode assembly, the electrode plate provided with the electrode tab is a positive electrode plate provided with a positive electrode tab or a negative electrode plate provided with a negative electrode tab, and the positive electrode tabs are located on the upper right side or upper left side of the positive electrode plate. It may be characterized in that they are located together and the negative electrode tabs are correspondingly located together on the upper left or upper right side of the negative electrode plate.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극판은 전극 탭이 돌출된 전극판일 수 있다. 즉, 상기 전극탭이 구비된 전극판에서 상기 전극탭은 상기 전극판으로부터 돌출된 형태를 가지고 있다.In one embodiment of the present invention, the electrode plate may be an electrode plate in which an electrode tab protrudes. That is, in the electrode plate provided with the electrode tab, the electrode tab has a shape protruding from the electrode plate.
이때, 상기 돌출된 전극 탭들의 돌출 길이의 증가폭은 전극의 두께에 따라 달라지나, 용접부까지 수직 또는 그의 근접하게 절곡되어 도달하는데 있어서, 가장 먼쪽에 위치하는 극판들로부터 돌출된 전극 탭에 걸리는 인장력이, 중앙부에 위치하는 극판들로부터 돌출된 전극 탭에 걸리는 인장력의 120% 이내, 상세하게는 110% 이내가 되도록 증가될 수 있다.At this time, the increase in the protruding length of the protruding electrode tabs varies depending on the thickness of the electrode, but in reaching the welding portion by bending vertically or close to it, the tensile force applied to the electrode tab protruding from the electrode plates located at the farthest side is , may be increased to be within 120%, specifically, within 110% of the tensile force applied to the electrode tab protruding from the electrode plates located in the central portion.
상기 전극 탭들은 양극 탭들 또는 음극 탭들일 수 있고, 이들의 돌출방향은 서로 동일하거나, 상이할 수 있으나, 전극조립체의 단부와 용접부의 이격거리가 매우 짧아 전극 탭들이 수직 또는 그에 근접하게 절곡되므로, 반대 전극들과의 접촉에 의한 쇼트를 효과적으로 방지하기 위해, 서로 반대 방향으로 전극조립체의 양측에서 돌출되어 있을 수 있다.The electrode tabs may be positive electrode tabs or negative electrode tabs, and their protruding directions may be the same or different from each other, but the separation distance between the end of the electrode assembly and the welded portion is very short, so that the electrode tabs are bent vertically or close to it, In order to effectively prevent a short circuit due to contact with opposite electrodes, they may protrude from both sides of the electrode assembly in opposite directions.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계의 예비 용접 및 상기 (c) 단계의 최종 용접은 각각 초음파 용접에 의한 것일 수 있다. 상기 초음파 용접은 10kHz ~ 75kHz의 초음파 진동을 발생시키고, 금속 간의 초음파 진동 마찰열을 통해 금속을 용접하는 기법이다. 즉, 전극 탭과 전극 리드가 서로 접촉된 상태에서 초음파 용접 장치에 의해 초음파 진동이 가해지면, 전극 탭과 전극 리드 간의 접촉면에서 마찰열이 발생하고, 이 마찰열로 인하여 전극 탭과 전극 리드가 서로 용접된다. 이를 위해서 해당 분야에서 통상적으로 사용되는 초음파 용접 장치가 사용될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the preliminary welding of step (b) and the final welding of step (c) may be performed by ultrasonic welding, respectively. The ultrasonic welding is a technique of generating ultrasonic vibrations of 10 kHz to 75 kHz and welding metals through ultrasonic vibration frictional heat between metals. That is, when ultrasonic vibration is applied by the ultrasonic welding device while the electrode tab and the electrode lead are in contact with each other, frictional heat is generated at the contact surface between the electrode tab and the electrode lead, and due to this frictional heat, the electrode tab and the electrode lead are welded to each other. . For this purpose, an ultrasonic welding device commonly used in the related field may be used.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조방법을 나타낸 것으로, 전극 탭(20)에 예비 용접을 "凹" 모양으로 진행하여 "凹" 모양으로 예비 용접 영역(30)을 형성한다. 이후, 최종 용접을 진행함으로써 최종 용접 영역(40)을 형성한다. 그 결과 용접이 중복된 영역(A)의 면적이 도 1에 A로 표시된 부분과 같다. 이 경우, 상기 식 1을 만족시킴을 확인할 수 있다.1 shows a method of manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention, in which preliminary welding is performed on an
반면, 도 2와 같이 예비 용접을 기존 방법에 의해 진행하여 예비 용접 영역(31)을 형성하고, 도 1과 같은 면적으로 최종 용접을 진행하여 최종 용접 영역(41)을 형성할 경우, 도 2에 나타난 바와 같이 용접이 중복된 영역(B)의 면적이 도 2에 B로 표시된 부분과 같다.On the other hand, when the
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조방법을 적용할 경우, 예비 용접과 최종 용접을 진행하는 과정에 있어서, 용접이 중복되는 면적이 감소할 수 있으며, 이를 통해서 이차 전지를 구성하는 전극 탭들이 접히거나 벌어지지 않게 하면서도, 중복되는 용접으로 상기 전극 탭들의 손상을 방지할 수 있고, 이를 통해 전지의 성능 및 공정성을 향상시킬 수 있다.That is, in the case of applying the method of manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention, in the process of performing preliminary welding and final welding, the overlapped area of welding can be reduced, thereby constituting the secondary battery. It is possible to prevent damage to the electrode tabs by overlapping welding while preventing the electrode tabs from being folded or opened, thereby improving battery performance and processability.
도 3은 상기 초음파 용접 장치(100)의 일 실시예를 보여주는 것으로 초음파 발진부(110), 양극 용접부(120a) 및 음극 용접부(120b)를 포함할 수 있다. 상기 초음파 발진부(110)는 AC 전류를 20kHz 이상의 고주파 전류로 변환시켜 음극 용접부(120b)와 양극 용접부(120a)로 전달하는 기능을 수행한다. 상기 초음파 발진부(110)는 양극 용접부(120a)와 음극 용접부(120b)로 차등적인 고주파 전류를 전달할 수 있다. 또한, 상기 양극 용접부(120a)와 음극 용접부(120b)는 초음파 진동자(121a, 121b), 부스터(booster)(122a, 122b) 및 혼(horn)(123a, 123b)을 각각 포함한다. 상기 초음파 진동자(121a, 121b)는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 역할을 하며, 초음파 압전자라고 불리기도 한다. 즉, 초음파 진동자(121a, 121b)는 초음파 발진부(110)로부터 전달받은 고주파 전류를 초음파로 변환하여 부스터(122a, 122b)로 제공한다. 상기 부스터(122a, 122b)는 초음파 진동자(121a, 121b)에 의해 제공받은 초음파를 증폭시켜 혼(123a, 123b)으로 전달하고, 상기 혼(123a, 123b)은 앤빌(anvil)(130) 상에 놓인 전극 탭들의 표면을 일정 하중으로 가압하고, 동시에 부스터(122a, 122b)로부터 전달받은 증폭된 초음파를 전극 탭으로 인가시킴으로써, 복수의 양극 탭과 복수의 음극 탭을 각각 용접할 수 있다. 도 3에 나타난 초음파 용접 장치(100)는 여러 초음파 장치 중의 일 예에 해당하는 것으로 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 상술한 바와 같이 해당 분야에서 통상적으로 사용되는 초음파 용접 장치가 사용될 수 있다. 3 shows an embodiment of the
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 최종 용접이 된 전극 조립체를 파우치 또는 캔 내부로 삽입하는 단계; 및 상기 파우치 또는 상기 캔 내부에 전해액을 주입하는 단계를 더 포함하는 것인 이차 전지의 제조방법을 제공한다.In one embodiment of the present invention, inserting the final welded electrode assembly into a pouch or can; and injecting an electrolyte solution into the pouch or the can.
또한, 상기 파우치 또는 상기 캔 내부에 전해액을 주입하는 단계 전에 상기 파우치 또는 상기 캔 내부를 밀봉하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the step of sealing the inside of the pouch or the can before the step of injecting the electrolyte solution into the inside of the pouch or the can may be further included.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 이차 전지의 제조 방법에 의해 제조된 전극 조립체를 포함하고, 상기 식 1을 만족하는 것인 이차 전지를 제공한다. In one embodiment of the present invention, a secondary battery including an electrode assembly manufactured by the method for manufacturing a secondary battery according to the present invention and satisfying Equation 1 is provided.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전극 조립체에서 상기 전극 탭이 구비된 전극판은 양극 탭이 구비된 양극판 또는 음극 탭이 구비된 음극판이고, 상기 양극 탭들은 상기 양극판의 우측 상단 또는 좌측 상단에 함께 위치하고 상기 음극 탭들은 그에 대응하여 상기 음극판의 좌측 상단 또는 우측 상단에 함께 위치하는 것을 특징으로 하는 것인 이차 전지를 제공할 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the electrode assembly, the electrode plate equipped with the electrode tab is a positive electrode plate equipped with a positive electrode tab or a negative electrode plate equipped with a negative electrode tab, and the positive electrode tabs are located on the upper right side or upper left side of the positive electrode plate. It is possible to provide a secondary battery characterized in that they are located together and the negative electrode tabs are correspondingly located together on the upper left or upper right side of the negative electrode plate.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 이차 전지를 단위셀로 포함하는 전지모듈을 제공한다.In one embodiment of the present invention, a battery module including the secondary battery according to the present invention as a unit cell is provided.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다. In addition, in one embodiment of the present invention, a battery pack including the battery module according to the present invention is provided.
즉, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 파우치 또는 상기 캔을 전지케이스라고 할 수 있다.That is, in one embodiment of the present invention, the pouch or the can may be referred to as a battery case.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전지케이스는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스일 수 있다. 이 때, 상기 라미네이트 시트는, 알루미늄 라미네이트 시트일 수 있고, 상세하게는 금속 차단층의 일면(외면)에 내구성이 우수한 수지 외곽층이 부가되어 있고, 타면(내면)에 열용융성의 수지 실란트층이 부가되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the battery case may be a pouch-type case of a laminate sheet including a metal layer and a resin layer. At this time, the laminate sheet may be an aluminum laminate sheet, and in detail, a resin outer layer having excellent durability is added to one surface (outer surface) of the metal barrier layer, and a heat-meltable resin sealant layer is added to the other surface (inner surface). It may be made of an added structure.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 수지 외곽층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름 또는 연신 나일론 필름을 사용하는 것일 수 있다. 상기 필름은 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지고 있기 때문에 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가지고 있기 때문이다.In one embodiment of the present invention, the resin outer layer may be a polyethylene terephthalate (PET) film or a stretched nylon film. This is because the film has excellent resistance to the external environment because it has a tensile strength and weatherability above a predetermined level.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 금속 차단층은 알루미늄, 또는 알루미늄 합금이 포함될 수 있다. 이를 통해 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal blocking layer may include aluminum or an aluminum alloy. Through this, in addition to the function of preventing the inflow or leakage of foreign substances such as gas and moisture, the function of improving the strength of the battery case can be exhibited.
또한, 상기 수지 실란트층의 고분자 수지로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 상세하게는 무연신 폴리프로필렌(CPP)이 사용될 수 있다.In addition, the polymer resin of the resin sealant layer is preferably a polyolefin-based resin that has heat sealing property (thermal adhesiveness), low hygroscopicity to suppress the penetration of electrolyte solution, and does not swell or erode by electrolyte solution. may be used, and more specifically, unstretched polypropylene (CPP) may be used.
일반적으로 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀계 수지는 금속과의 접착력이 낮으므로, 상기 금속 차단층과의 접착력을 향상시키기 위한 방안으로서, 상세하게는 상기 금속층과 수지 실란트층 사이에 접착층을 추가로 포함하여 접착력 및 차단 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 접착층의 소재로는, 예를 들어, 우레탄(urethane)계 물질, 아크릴(acryl)계 물질, 열가소성 일래스토머(elastomer)를 함유하는 조성물 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.In general, since polyolefin-based resins such as polypropylene have low adhesive strength with metal, as a method for improving the adhesive strength with the metal barrier layer, in detail, an adhesive layer is additionally included between the metal layer and the resin sealant layer to increase the adhesive strength. and blocking properties. Examples of the material for the adhesive layer include, but are not limited to, urethane-based materials, acryl-based materials, and thermoplastic elastomer-containing compositions.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조될 수 있다. 또한, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.In one embodiment of the present invention, the positive electrode may be prepared by coating a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder on a positive electrode current collector and then drying the mixture. In addition, if necessary, a filler may be further added to the mixture.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 양극 활물질은 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2(여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 등과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합 산화물; 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the positive electrode active material is a material capable of causing an electrochemical reaction, is a lithium transition metal oxide, and includes two or more transition metals, for example, substituted with one or more transition metals. layered compounds such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium nickel oxide (LiNiO 2 ); lithium manganese oxide substituted with one or more transition metals; Chemical formula LiNi 1-y M y O 2 where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn or Ga and at least one of the above elements, 0.01≤y≤0.7 Lithium nickel-based oxide represented by; Li 1+z Ni 1 /3Co 1 /3Mn 1 /3O 2 , Li 1+z Ni 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 , etc. Li 1+z Ni b Mn c Co 1-(b+c+d) M d O (2-e) A e (where -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1 , M = Al, Mg, Cr, Ti, Si or Y, and A = F, P or Cl); Formula Li 1+x M 1-y M' y PO 4-z X z where M = transition metal, preferably Fe, Mn, Co or Ni, M' = Al, Mg or Ti and X = F, S, or N, and -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1), olivine-based lithium metal phosphates, etc., but are not limited thereto.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 20 중량%로 첨가될 수 있다. 상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the conductive material may be added in an amount of 1 wt% to 20 wt% based on the total weight of the mixture including the cathode active material. The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and examples include graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 바인더는, 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 전극 활물질을 포함하는 슬러리 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 30 중량%로 첨가될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the binder is a component that assists in the binding of the active material and the conductive material and the binding to the current collector, and is typically 1% to 30% by weight based on the total weight of the slurry containing the electrode active material may be added in weight percent.
이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butyrene rubber, fluororubber, various copolymers, and the like.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is selectively used as a component that suppresses expansion of the positive electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing chemical change in the battery, and examples thereof include olefinic polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조될 수 있다. 또한, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.In addition, in one embodiment of the present invention, the negative electrode may be prepared by coating a mixture of the negative electrode active material, the conductive material, and the binder on the negative electrode current collector and then drying the mixture. In addition, if necessary, a filler may be further added to the mixture.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, 및 Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료; 티타늄 산화물; 리튬 티타늄 산화물 등을 들 수 있다.In one embodiment of the present invention, the negative active material is, for example, carbon such as non-graphitizing carbon, graphite-based carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal composite oxides such as Al, B, P, Si, elements of groups 1, 2, and 3 of the periodic table, halogens, 0<x≤1;1≤y≤3;1≤z≤8); lithium metal; lithium alloy; silicon-based alloys; tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , and metal oxides such as Bi 2 O 5 ; conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni based materials; titanium oxide; Lithium titanium oxide etc. are mentioned.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 상기 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ㎛ 내지 300 ㎛이다. In one embodiment of the present invention, the separator is interposed between an anode and a cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 μm to 10 μm, and the thickness is generally 5 μm to 300 μm.
상기 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.As the separator, for example, olefin-based polymers such as chemical-resistant and hydrophobic polypropylene; A sheet or non-woven fabric made of glass fiber or polyethylene is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may serve as a separator.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be obvious to those skilled in the art.
20, 21 : 전극 탭
30, 31 : 예비 용접 영역
40, 41 : 최종 용접 영역
A, B : 용접이 중복된 영역
100 : 초음파 용접 장치
110 : 초음파 발진부
120 : 용접부
121 : 초음파 진동자
122 : 부스터
123 : 혼
130 : 앤빌20, 21: electrode tab
30, 31: preliminary welding area
40, 41: final welding area
A, B: Area where welding overlaps
100: ultrasonic welding device
110: ultrasonic oscillation unit
120: welding part
121: ultrasonic vibrator
122: booster
123: Horn
130: Anvil
Claims (10)
(b) 상기 적층된 전극 탭을 예비 용접(pre-welding)하는 단계; 및
(c) 상기 예비 용접된 전극 탭과 전극 리드를 최종 용접(welding)하여 전기적으로 접합하는 단계를 포함하고,
하기 식 1을 만족하는 것인 이차 전지의 제조방법:
[식 1]
A/B < 1
상기 식 1에서,
A는 적층된 전극 탭이 예비 용접된 부분의 면적 중에서 전극 탭과 전극 리드가 최종 용접되는 부분의 면적과 중복되는 면적을 의미(단위: ㎟)하고,
B는 전극 탭과 전극 리드가 최종 용접되는 부분의 면적을 의미(단위: ㎟)한다.(a) manufacturing an electrode assembly in which an electrode plate having an electrode tab and a separator are alternately stacked;
(b) pre-welding the stacked electrode tabs; and
(c) electrically joining the pre-welded electrode tab and the electrode lead by final welding;
A method for manufacturing a secondary battery that satisfies Equation 1 below:
[Equation 1]
A/B < 1
In Equation 1 above,
A means the area overlapping the area of the part where the electrode tab and the electrode lead are finally welded (unit: mm 2) among the areas of the part where the stacked electrode tabs are pre-welded,
B means the area of the part where the electrode tab and the electrode lead are finally welded (unit: mm 2 ).
상기 예비 용접이 되는 위치는 전극 조립체의 단부로부터 상기 전극 탭들의 이격 거리가 전극조립체 두께의 20% 이상의 위치인 것인 이차 전지의 제조방법.The method of claim 1,
The position at which the preliminary welding is performed is a position where the separation distance of the electrode tabs from the end of the electrode assembly is 20% or more of the thickness of the electrode assembly.
상기 (b) 단계의 예비 용접 및 상기 (c) 단계의 최종 용접은 각각 초음파 용접에 의한 것인 이차 전지의 제조방법.The method of claim 1,
The preliminary welding of step (b) and the final welding of step (c) are each performed by ultrasonic welding.
상기 전극 탭은 양극 탭 또는 음극 탭이고,
상기 전극 리드는 양극 리드 또는 음극 리드이고,
상기 음극 리드와 상기 음극 탭의 최종 용접되는 부분의 면적은 상기 양극 리드와 상기 양극 탭의 최종 용접되는 부분의 면적과 동일한 것인 이차 전지의 제조방법.The method of claim 1,
The electrode tab is a positive electrode tab or a negative electrode tab,
The electrode lead is an anode lead or a cathode lead,
The area of the final welded portion of the negative electrode lead and the negative electrode tab is the same as the area of the final welded portion of the positive electrode lead and the positive electrode tab.
상기 전극 조립체에서
상기 전극 탭이 구비된 전극판은 양극 탭이 구비된 양극판 또는 음극 탭이 구비된 음극판이고,
상기 양극 탭들은 상기 양극판의 우측 상단 또는 좌측 상단에 함께 위치하고 상기 음극 탭들은 그에 대응하여 상기 음극판의 좌측 상단 또는 우측 상단에 함께 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조방법.The method of claim 1,
in the electrode assembly
The electrode plate with the electrode tab is a positive electrode plate with a positive electrode tab or a negative electrode plate with a negative electrode tab,
The method of manufacturing a secondary battery, characterized in that the positive electrode tabs are located together on the upper right or upper left side of the positive electrode plate and the negative electrode tabs are located on the upper left side or upper right side of the negative electrode plate correspondingly.
상기 최종 용접이 된 전극 조립체를 파우치 또는 캔 내부로 삽입하는 단계; 및 상기 파우치 또는 상기 캔 내부에 전해액을 주입하는 단계를 더 포함하는 것인 이차 전지의 제조방법.The method of claim 1,
inserting the final welded electrode assembly into a pouch or can; and injecting an electrolyte into the pouch or the can.
[식 1]
A/B < 1
상기 식 1에서,
A는 적층된 전극 탭이 예비 용접된 부분의 면적 중에서 전극 탭과 전극 리드가 최종 용접되는 부분의 면적과 중복되는 면적을 의미(단위: ㎟)하고,
B는 전극 탭과 전극 리드가 최종 용접되는 부분의 면적을 의미(단위: ㎟)한다.A secondary battery comprising an electrode assembly manufactured by the method of manufacturing a secondary battery according to any one of claims 1 to 6 and satisfying the following formula 1:
[Equation 1]
A/B < 1
In Equation 1 above,
A means the area overlapping the area of the part where the electrode tab and the electrode lead are finally welded (unit: mm 2) among the areas of the part where the stacked electrode tabs are pre-welded,
B means the area of the part where the electrode tab and the electrode lead are finally welded (unit: mm 2 ).
상기 전극 조립체에서 상기 전극 탭이 구비된 전극판은 양극 탭이 구비된 양극판 또는 음극 탭이 구비된 음극판이고, 상기 양극 탭들은 상기 양극판의 우측 상단 또는 좌측 상단에 함께 위치하고 상기 음극 탭들은 그에 대응하여 상기 음극판의 좌측 상단 또는 우측 상단에 함께 위치하는 것을 특징으로 하는 것인 이차 전지.The method of claim 7,
In the electrode assembly, the electrode plate with the electrode tab is a positive electrode plate with a positive electrode tab or a negative electrode plate with a negative electrode tab, and the positive electrode tabs are located together on the upper right or upper left side of the positive electrode plate, and the negative electrode tabs correspond thereto The secondary battery, characterized in that located together on the upper left or upper right side of the negative electrode plate.
A battery pack comprising the battery module according to claim 9.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210187139A KR20230097539A (en) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | Secondary battery and manufacturing method for same |
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| KR (1) | KR20230097539A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120133026A (en) | 2011-05-30 | 2012-12-10 | 주식회사 엘지화학 | Secondary battery with enhanced electrode structure strength |
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2021
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