KR20230159930A - 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리튬 이차전지 Stack을 절연 재질의 열수축 튜브(Heat shrink tube)를 사용하여 Stack 고정 및 Cell Dimension을 감소시켜 전지의 에너지 밀도 및 출력 향상시킬 수 있는 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리튬 이차전지 Stack을 절연 재질의 열수축 튜브(Heat shrink tube)를 사용하여 Stack 고정 및 Cell Dimension을 감소시켜 전지의 에너지 밀도 및 출력 향상시킬 수 있는 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 양극 및 음극 전극에서 일어나는 산화 및 환원 반응을 통하여 지속적인 에너지 저장 및 사용이 가능한 전지이다.
다른 이차전지와 비교하여 출력 특성 및 에너지 밀도가 우수하다는 장점이 있다.
리튬 이차전지의 고에너지 밀도화를 위해 전지 구성 요소들의 무게와 부피를 저감하는 연구가 세계적으로 진행 중이며, 또한 압착을 시킴으로써, 리튬이온이 움직이는 거리를 낮추어 저항이 낮아져 고출력 특성이 증가함을 확인할 수 있다.
이때, 리튬 이온전지 압착 Process는 전지 수명, 저항 및 안전성 등의 신뢰성 평가에 큰 영향을 주며, 외관 등의 품질에도 영향을 주게 된다.
따라서, 리튬 이차전지 Stack을 안정적으로 고정시킬 수 있으면서 무게와 부피를 저감시킬 수 있는 기술이 필요하게 되었으며, Cell Dimension을 감소시켜 전지의 에너지 밀도 및 출력 향상을 기대할 수 있는 기술이 필요하게 되었다.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은 리튬 이차전지 Stack을 절연 재질의 열수축 튜브(Heat shrink tube)를 사용하여 Stack 고정 및 Cell Dimension을 감소시켜 전지의 에너지 밀도 및 출력 향상시킬 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 이차전지의 기초성능(CCA) 향상 및 조기 수명 종지를 개선할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법은,
리튬 이차 전지의 탭 웰딩(Tab Welding)이 종료된 스택(Stack)에 열수축 튜브(Heat shrink tube)를 씌우는 열수축튜브씌움단계(S100);와
파우치 상단 실링 전에 열을 가열하여 열수축 튜브가 씌워진 스택을 수축시키기 위한 스택수축단계(S200);와
전해액을 주입하는 전해액주입단계(S300);를 포함함으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.
본 발명인 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법을 통해, 리튬 이차전지 Stack을 절연 재질의 열수축 튜브(Heat shrink tube)를 사용하여 Stack 고정 및 Cell Dimension을 감소시켜 전지의 에너지 밀도 및 출력 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.
또한, 이차전지의 기초성능(CCA) 향상 및 조기 수명 종지를 개선할 수 있음으로써, 이에 따른 전지 성능 향상으로 인한 출력 향상을 기대할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법의 열수축 튜브가 수축 전 스택의 측면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법의 열수축 튜브가 수축 전 스택의 후면 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법의 열수축 튜브가 수축 후 스택의 측면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법의 열수축 튜브가 수축 전 스택의 측면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법의 열수축 튜브가 수축 전 스택의 후면 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법의 열수축 튜브가 수축 후 스택의 측면 모식도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법은,
리튬 이차 전지의 탭 웰딩(Tab Welding)이 종료된 스택(Stack)에 열수축 튜브(Heat shrink tube)를 씌우는 열수축튜브씌움단계(S100);와
파우치 상단 실링 전에 열을 가열하여 열수축 튜브가 씌워진 스택을 수축시키기 위한 스택수축단계(S200);와
전해액을 주입하는 전해액주입단계(S300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 스택수축단계(S200)에서,
열수축 튜브를 수축시킴으로써, 스택 양극 및 음극에 가압 효과를 주어 스택 두께를 감소시키는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전해액주입단계(S300) 이후,
활성화 공정에서 가스에 의해 Cell 내부 팽창에 따른 두께 증가가 억제되어 품질과 Cell 안전성 및 성능을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제조 방법에 의해 제조된 열수축 튜브를 포함하는 스택을 포함하고 있는 이차 전지를 제공함으로써, 리튬 이차전지 Stack을 절연 재질의 열수축 튜브(Heat shrink tube)를 사용하여 Stack 고정 및 Cell Dimension을 감소시켜 전지의 에너지 밀도 및 출력 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.
이하, 본 발명에 의한 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법의 공정도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명인 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법은,
리튬 이차 전지의 탭 웰딩(Tab Welding)이 종료된 스택(Stack)에 열수축 튜브(Heat shrink tube)를 씌우는 열수축튜브씌움단계(S100);와
파우치 상단 실링 전에 열을 가열하여 열수축 튜브가 씌워진 스택을 수축시키기 위한 스택수축단계(S200);와
전해액을 주입하는 전해액주입단계(S300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 공정을 거치게 되면, 리튬 이차전지 Stack을 절연 재질의 열수축 튜브(Heat shrink tube)를 사용하여 Stack 고정 및 Cell Dimension을 감소시켜 전지의 에너지 밀도 및 출력 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.
또한, 리튬 이차전지의 기초성능(CCA) 향상 및 조기 수명 종지를 개선할 수 있음으로써, 이에 따른 전지 성능 향상으로 인한 출력 향상을 기대할 수 있을 것이다.
즉, 리튬 이차전지 Stack을 절연 재질의 Heat shrink tube를 사용하여 Stack 고정 및 Cell Dimension을 감소시켜 전지의 에너지 밀도 및 출력 향상을 기대할 수 있다.
이를 통해 결과적으로 전기 전도도 향상을 통한 리튬 이차전지의 기초성능(CCA) 향상 및 조기 수명 종지를 개선하는 것을 실험을 통해 확인하였다.
상기와 같은 기능을 제공하기 위하여, 본 발명의 각각의 제조 단계를 구체적으로 설명하도록 하겠다.
상기 열수축튜브씌움단계(S100)는 리튬 이차 전지의 탭 웰딩(Tab Welding)이 종료된 스택(Stack)에 열수축 튜브(Heat shrink tube)를 씌우는 과정이다.
즉, 도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 리튬 이차전지 Tab Welding이 끝난 Stack에 Heat shrink tube를 씌우게 되는 것이다.
이후, 스택수축단계(S200)는 파우치 상단 실링 전에 열을 가열하여 열수축 튜브가 씌워진 스택을 수축시키기 위한 과정이다.
예를 들어, 200 ~ 450도의 온도에서 Heat shrink tube에 열을 가하여 열수축 튜브가 씌워진 스택을 수축시키게 되는 것이다.
따라서, 도 4와 같이, 열수축 튜브를 수축을 시킴으로써 Stack 양극 및 음극에 가압 효과를 주게 되어 Stack 두께가 감소하게 되는 것이다.
이후, 전해액주입단계(S300)를 통해 전해액을 주입하게 되는 것이다.
구체적으로, 전해액 주액 후, Heat shrink tube가 적용된 이차전지 Cell은 활성화 공정에서 가스에 의해 Cell 내부 팽창에 따른 두께 증가가 억제되어 품질, Cell 안전성 및 성능 향상에 도움을 줄 수 있게 되는 것이다.
또한, 수축으로 인하여 Stack 내 양극 및 음극 전극 사이 거리를 줄여 Cell 내부 저항 감소에 따른 Cell 고출력 향상 및 Cell Dimension 감소에 따른 Cell 에너지 밀도 향상을 기대할 수 있게 된다.
위에서 상술한 바와 같이 본 발명의 효과를 파악하기 위해 종래의 일반적인 전극과 본 발명에 의해 제조된 전극을 가지고 기초성능 및 수명시험을 하였다.
후술하는 종래품이라 함은, 일반적으로 사용하는 전극을 이용하여 제조된 제품을 말하며, 개선품은 본 발명의 제조 방법을 통해 열수축 튜브를 포함한 전극을 포함하고 있는 제품을 말한다.
1) 충전수입성 시험 (CA: Charge Acceptance test)
만충전된 시료를 상온(25±2℃)에서 5시간율 전류(70Ah 기준 17.5A)로 2.5시간 방전한 후, 0±2℃ 온도에서 12시간이상 방치한다.
이후 정전압 14.4V±0.1V으로 충전하여 충전 10분때 전류를 측정한다.
시험결과, 전기전도도 및 충전 효율이 높아 개선품이 종래품 대비 10분 정도에 전류가 47% 증대되었음을 알 수 있었다.
| 구분 | 시간 | 종래품 | 개선품 |
| 충전수입성 |
1분 | 27.25 | 28.95 |
| 2분 | 24.21 | 28.35 | |
| 3분 | 22.14 | 27.82 | |
| 4분 | 21.25 | 27.32 | |
| 5분 | 20.11 | 26.85 | |
| 6분 | 19.35 | 26.36 | |
| 7분 | 18.74 | 25.81 | |
| 8분 | 17.68 | 25.32 | |
| 9분 | 17.04 | 24.62 | |
| 10분 | 16.43 | 24.32 |
2) 가속 수명 시험(SAE J2801)
이차전지를 75℃ 챔버에서 약 1주일 동안 일반적인 차량 조건과 유사하게 34회 충/방전 싸이클이 진행한다.
34회 싸이클 실시 후 200A로 10초 방전하여 7.2V 이상 유지가 되면 다시 34회 싸이클을 진행하는 방식으로 수명 시험을 진행한다.
또한, 싸이클 중 충전단계의 말기 전류가 15A 이상 올라가거나 휴지 시, 전압이 12.0V 이하 또는 매주 검증 단계에서 200A 방전 시, 전압이 7.2V 이하 시험을 중단한다.
하기 표2는 SAE J2801 시험을 실시한 결과이며, 34회 충/방전 싸이클 마다 200A로 10초 방전 시 전압을 나타내었다.
| 사이클 | 종래품 | 개선품 |
| 34 | 11.81 | 11.84 |
| 68 | 11.76 | 11.77 |
| 102 | 11.73 | 11.75 |
| 136 | 11.69 | 11.72 |
| 170 | 11.64 | 11.70 |
| 204 | 11.54 | 11.62 |
| 238 | 11.42 | 11.57 |
| 272 | 7.2 이하 | 11.53 |
| 306 | 11.51 | |
| 340 | 11.41 | |
| 374 | 7.2 이하 | |
| 408 |
상기 표 2의 경우에는 종래품 수명은 238 싸이클이고, 열수축튜브가 적용된 개선품 수명은 340 사이클로 수명 향상되었음을 알 수 있었다.
3) 성능 시험
| Cell Thickness(mm) | Capacity(Ah) | Energy Density(Wh/L) | DCIR(mΩ) | |
| 종래품 | 14.59 | 15.13 | 155.80 | 3.23 |
| 개선품 | 13.52 | 15.14 | 168.24 | 1.74 |
상기한 표 3의 경우, 종래품보다 개선품이 Cell Thickness이 작아졌으며, Capacity는 높아졌으며, Energy Density는 높아졌으며, DCIR은 낮아지는 성능을 보이고 있다.
따라서, 전해액 주액 후 Heat shrink tube 적용된 이차전지 Cell은 활성화 공정에서 가스에 의해 Cell 내부 팽창에 따른 두께 증가가 억제되어 품질, Cell 안전성 및 성능 향상에 도움을 줄 수 있음을 시험을 통해 확인할 수 있었다.
그리고, 수축으로 인하여 Stack 내 양/음극 전극 사이 거리를 줄여 Cell 내부 저항 감소에 따른 Cell 고출력 향상 및 Cell Dimension 감소에 따른 Cell 에너지 밀도 향상을 기대할 수 있음을 확인할 수 있었다.
상기와 같은 제조 방법을 통해, 리튬 이차전지 Stack을 절연 재질의 열수축 튜브(Heat shrink tube)를 사용하여 Stack 고정 및 Cell Dimension을 감소시켜 전지의 에너지 밀도 및 출력 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.
또한, 이차전지의 기초성능(CCA) 향상 및 조기 수명 종지를 개선할 수 있음으로써, 이에 따른 전지 성능 향상으로 인한 출력 향상을 기대할 수 있을 것이다.
상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
S100 : 열수축튜브씌움단계
S200 : 스택수축단계
S300 : 전해액주입단계
S200 : 스택수축단계
S300 : 전해액주입단계
Claims (4)
- 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법에 있어서,
리튬 이차 전지의 탭 웰딩(Tab Welding)이 종료된 스택(Stack)에 열수축 튜브(Heat shrink tube)를 씌우는 열수축튜브씌움단계(S100);와
파우치 상단 실링 전에 열을 가열하여 열수축 튜브가 씌워진 스택을 수축시키기 위한 스택수축단계(S200);와
전해액을 주입하는 전해액주입단계(S300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 스택수축단계(S200)에서,
열수축 튜브를 수축시킴으로써, 스택 양극 및 음극에 가압 효과를 주어 스택 두께를 감소시키는 것을 특징으로 하는 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 전해액주입단계(S300) 이후,
활성화 공정에서 가스에 의해 Cell 내부 팽창에 따른 두께 증가가 억제되어 품질과 Cell 안전성 및 성능을 향상시키는 것을 특징으로 하는 열수축 튜브를 이용한 이차 전지 제조 방법.
- 제 1항의 제조 방법에 의해,
열수축 튜브를 포함하는 스택을 포함하고 있는 이차 전지.
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