WO2014142525A1 - 이차 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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WO2014142525A1
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secondary battery
welding
cell assembly
positive electrode
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정호섭
정승훈
유인선
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a secondary battery and a method of manufacturing the same, having a minimum effect on the secondary battery by heat generated at a welding point between the electrode tab and the electrode lead.
  • the secondary battery has high applicationability and high electrical energy, such as high energy density, and is widely used in electric vehicles (EVs) or hybrid electric vehicles (HEVs) driven by electric driving sources as well as portable devices. It is applied to.
  • the secondary battery is attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that not only the primary advantage of significantly reducing the use of fossil fuels is generated, but also no by-products of energy use are generated.
  • a large capacity power storage system for storing idle power is required to build an intelligent power grid.
  • a plurality of secondary batteries are connected in series or in parallel to design output and charging capacity required for the power storage system.
  • the secondary battery generates heat when charging and discharging. In a large-capacity power storage system, even a small heat generation may have a large impact on the entire power storage system.
  • the present invention has been made in view of the above-described prior art, and an object thereof is to provide a secondary battery and a method of manufacturing the same, which are less affected by heat generated at a welding point between an electrode tab and an electrode lead.
  • a secondary battery including: a cell assembly in which at least two unit cells including a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are stacked; A positive electrode tab and a negative electrode tab protruding from the positive and negative plates of each unit cell (hereinafter 'electrode tabs'); A positive electrode lead and a negative electrode lead (hereinafter, 'electrode lead') to which a plurality of positive electrode tabs and negative electrode tabs are electrically connected; A welding part for mechanically coupling the electrode tab and the electrode lead; And a case sealing the cell assembly so that a part of the electrode lead is exposed to the outside.
  • the secondary battery may include the welding part adjacent to the cell assembly side.
  • the welding part is formed adjacent to the cell assembly side along the longitudinal direction of the electrode lead based on the center point of the surface where the electrode tab and the electrode lead respectively contact each other.
  • the welding portion is formed in a third area adjacent to the cell assembly side in the longitudinal direction of the electrode lead in the surface where the electrode tab and the electrode lead respectively contact.
  • the welding portion is formed within a range of 10mm from one end of the electrode lead located inside the case.
  • the weld is formed by resistance welding, ultrasonic welding, laser welding or conductive adhesive.
  • the welding part may be formed in the shape of a point, a line or a figure.
  • a plurality of welding parts may be formed.
  • the secondary battery manufacturing method for achieving the above technical problem, (a) at least two unit cells including a positive electrode plate, a separator and a negative electrode plate is stacked, a plurality of protruding from the positive electrode plate and the negative electrode plate of each unit cell Preparing a cell assembly including a positive electrode tab and a negative electrode tab; (b) a welding part is formed at a portion adjacent to the cell assembly among the surfaces in which the positive electrode tab and the positive electrode lead, the negative electrode tab and the negative electrode lead are respectively mechanically coupled to the positive electrode tab and the positive electrode lead, and the negative electrode tab and the negative electrode lead; Doing; And (c) loading the cell assembly between cases so as to expose a portion of the positive lead and negative lead to the outside, and sealing the case.
  • the step (b) is a step of forming a welded portion adjacent to the cell assembly side along the longitudinal direction of the electrode lead with respect to the center point of the surface where the electrode tab and the electrode lead respectively contact.
  • the step (b) is a step of forming a weld in a third area adjacent to the cell assembly side in the longitudinal direction of the electrode lead in the contact with the electrode tab and the electrode lead, respectively to be.
  • the step (b) is a step of forming a weld within a range of 10mm from one end of the electrode lead located in the case.
  • step (b) is a step of forming a weld by resistance welding, ultrasonic welding, laser welding or conductive adhesive.
  • step (b) may be a step of forming a weld in the shape of a point, line or figure.
  • step (b) may be a step of forming a plurality of welds.
  • the present invention it is possible to minimize the influence on the performance of the secondary battery by the heat generated at the welding point between the electrode tab and the electrode lead. Therefore, in designing a large capacity secondary battery, the performance of the battery can be brought close to ideal conditions.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a rechargeable battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an enlarged partial cross-sectional view of the rechargeable battery according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram schematically showing a change according to the position of a welded part.
  • 5a to 7c are heat distribution diagrams showing the degree of heat generation according to the position of the weld.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a flow of a method of manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a rechargeable battery 100 according to an embodiment of the present invention.
  • a pouch type secondary battery as an example of a secondary battery is illustrated.
  • Secondary batteries are classified into cans, squares, and pouches according to the shape of the case.
  • pouch type secondary batteries are most widely used because they are easy to manufacture. Therefore, the secondary battery according to the present invention will be described with reference to the pouch-type secondary battery.
  • the scope of the present invention is not limited according to the form of the case.
  • the secondary battery 100 includes a case 110, a cell assembly 120, a positive electrode tab 130, a negative electrode tab 140, a positive electrode lead 150, and a negative electrode lead 160.
  • the cell assembly 120 includes at least two unit cells including a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate.
  • the positive electrode tab 130 and the negative electrode tab 140 protrude from the positive electrode plate and the negative electrode plate of each unit cell.
  • the positive electrode plate may be a surface treated with stainless steel, nickel, titanium, calcined carbon or carbon, nickel, titanium, silver, or the like on the surface of aluminum or stainless steel. Further, as long as the material has high conductivity without causing chemical change of the secondary battery, there is no limitation in using it as the positive electrode plate.
  • a portion of the positive electrode plate is provided with a positive electrode tab 130, and the positive electrode tab 130 may have a shape in which the positive electrode plate extends.
  • the conductive material may be bonded to a predetermined portion of the positive electrode plate by welding or the like.
  • the anode tab 130 may be formed by applying and drying a cathode material on a portion of the outer circumferential surface of the cathode plate.
  • the negative electrode plate corresponding to the positive electrode plate a copper material is mainly used.
  • the negative electrode plate may be stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like on the surface of copper or stainless steel, and aluminum-cadmium alloy may be used. have.
  • the negative electrode plate is also provided with a negative electrode tab 140 in some areas, and may be implemented in a form extending from the negative electrode plate as described above with the positive electrode tab 130, as well as welding a member of a conductive material to a predetermined portion of the negative electrode plate.
  • the bonding may be performed by a method such as the above, and may be formed by applying a negative electrode material to a part of the outer circumferential surface of the negative electrode plate and drying it.
  • the positive lead 150 is electrically connected to the positive electrode tab 130 provided on the positive electrode plate
  • the negative electrode lead 160 is electrically connected to the negative electrode tab 140 provided on the negative electrode plate.
  • the positive electrode lead 150 and the negative electrode lead 160 are bonded to the plurality of positive electrode tabs 130 and the plurality of negative electrode tabs 140, respectively.
  • the anode tape 150 and the cathode lead 160 may be provided with an insulating tape 170.
  • the insulating tape 170 is not particularly limited as long as it is an insulating material while improving adhesion between the positive lead 150 and the negative lead 160 and the case 110.
  • the insulating tape 170 may be made of polyethylene, polyacetylene, PTFE, nylon, polyimide, polyethylene talephthalate, polypropylene, or a synthetic material thereof.
  • the cathode active material is a lithium-based active material, and representative examples include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 or Li 1 + zNi 1-xy Co x M y O 2 (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1, 0 ⁇ Z ⁇ 1, M may be a metal oxide such as Al, Sr, Mg, La, Mn and the like.
  • the negative electrode active material is a carbon-based active material, and as the negative electrode active material, carbon materials such as crystalline carbon, amorphous carbon, carbon composite, carbon fiber, lithium metal, lithium alloy, and the like may be used. Since the type and chemical composition of the positive electrode active material and the negative electrode active material may vary depending on the type of the secondary battery, it should be understood that the specific examples listed above are just one example.
  • the separator is not particularly limited as long as it has a porous material.
  • the separator is a porous polymer membrane, such as a porous polyolefin membrane, polyvinylidene fluoride-hexafulopropylene, polyvinylidene fluoride-trichloroethylene, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile, polyvinyl Pyrrolidone, polyvinylacetate, ethylene vinyl acetate copolymer, polyethylene oxide, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethyl pullulan, cyanoethyl polyvinyl alcohol, cyanoethyl cellulose, cya Noethyl sucrose, pullulan, carboxyl methyl cellulose, acrylonitrile styrenebutadiene copolymer, polyimide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyester, polyacetal
  • the inorganic particles are preferably inorganic particles having a high dielectric constant of 5 or more, and more preferably inorganic particles having a dielectric constant of 10 or more and low density. This is because lithium ions moving in the battery can be easily transferred.
  • Non-limiting examples of inorganic particles having a high dielectric constant of 5 or more include Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT), Pb 1-x La x Zr 1-y Ti y O 3 (PLZT), PB (Mg 3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), BaTiO 3 , hafnia (HfO 2 ), SrTiO 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, CaO, ZnO, Y 2 O 3 or a mixture thereof.
  • the cell assembly 120 may have a structure in which a plurality of unit cells are simply stacked with an insulating film interposed between the unit cell and the unit cell.
  • the cell assembly 120 may arrange unit cells at upper and / or lower portions of the insulating layer at appropriate intervals, and then fold the insulating layer together with the unit cells in one direction to insert the unit cells between the folded insulating layers. It may have a stack folding structure.
  • the cell assembly 120 may have a jelly roll structure in which a unit cell having a band-like structure is mounted on an insulating film and the unit cell is continuously rolled together with the insulating film in one direction.
  • the insulating layer may be made of a material that can be employed as the separator. In some cases, the insulating film may be formed of the same material film and / or the same structure as the separator.
  • the case 110 includes an upper pouch film 111 and a lower pouch film 112.
  • the lower pouch film 112 is provided with a groove corresponding to the lower shape of the cell assembly 120 so that the lower portion of the cell assembly 120 can be seated.
  • the upper pouch film 111 is provided with a groove corresponding to the upper shape of the cell assembly 120 so that the upper portion of the cell assembly 120 can be seated.
  • the groove may be omitted in some cases.
  • the pouch type case 110 divided into the upper pouch film 111 and the lower pouch film 112 is used, but various types of pouch type cases may be used.
  • a pouch-type case having a structure in which one edge of the upper pouch film and the lower pouch film are combined may be used.
  • the pouch film has a structure in which the upper surface and the lower surface of the metal thin film are laminated with an insulating polymer.
  • the metal thin film prevents external moisture, gas, and the like from penetrating into the cell assembly 120, and improves the mechanical strength of the pouch case 110 and prevents chemicals injected into the pouch case 110 from flowing out. prevent.
  • the metal thin film may be any one selected from an alloy of iron, carbon, chromium and manganese, an alloy of iron, chromium and nickel, aluminum, or an equivalent thereof, but is not limited thereto.
  • the metal thin film is made of iron-containing material, the mechanical strength is increased, and when the metal thin film is made of aluminum, flexibility is improved.
  • aluminum metal foil is used preferably.
  • FIG. 2 is a perspective view of a rechargeable battery 100 according to an embodiment of the present invention.
  • peripheral portions of the upper pouch film 111 and the lower pouch film 112 are thermally fused.
  • the line formed by heat fusion is referred to as heat fusion line 113.
  • a portion of the positive lead 150 and the negative lead 160 is exposed to the outside of the case. Charge and discharge are performed by being electrically connected to the outside through the positive electrode lead 150 and the negative electrode lead 160 exposed to the outside.
  • FIG 3 is a partially enlarged cross-sectional view of the rechargeable battery 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the jig 180 is connected to the anode lead 150 exposed to the outside of the case 110.
  • the anode lead 150 is illustrated, but the cathode lead 160 has the same structure. Therefore, the following description will be made with respect to the positive electrode tab 130 and the positive electrode lead 150, but it should be understood that the same can be applied to the negative electrode tab 140 and the negative electrode lead 160.
  • a jig is a configuration for forming an electrical connection with a secondary battery 100 according to the present invention and an external device or another adjacent secondary battery.
  • the jig 180 attached to each of the anode lead 150 and the cathode lead 160 may have a different material.
  • the jig 180 attached to the anode lead 150 may be made of the same aluminum as the anode lead 150
  • the jig 180 attached to the cathode lead 160 may be made of the same copper as the cathode lead 160.
  • nickel-coated copper may be any material that is conductive.
  • the jig 180 may have various sizes and shapes, and the present invention is not limited by the size, shape, and material of the jig 180.
  • the positive electrode tab 130 and the positive electrode lead 150 are not only electrically connected but also mechanically coupled to each other so as not to be separated or separated by a force applied from the outside.
  • the welding part serves to mechanically couple the positive electrode tab 130 and the positive electrode lead 150.
  • the weld is formed by resistance welding, ultrasonic welding, laser welding or conductive adhesive.
  • the welding part may be variously formed in the shape of a point, a line or a figure.
  • a plurality of welding parts may be formed.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram schematically showing a change according to the position of a welded part.
  • welds are formed at three different points at a portion where the positive electrode tab 130 and the positive electrode lead 150 are in contact with each other.
  • the weld is formed by ultrasonic welding.
  • the generated heat is transferred to the jig 180 or the cell assembly 120 through the conduction phenomenon.
  • the amount of heat transferred toward the jig 180 and the cell assembly 120 varies according to the positions of three different points A, B, and C.
  • the amount of heat transferred toward the cell assembly 120 will be greater than that of the jig 180.
  • the weld is formed at the point C closest to the jig 180, the amount of heat transferred to the jig 180 will be greater than that of the cell assembly 120.
  • the weld is formed in the intermediate point B, the amount of heat transferred will be about halfway between the A and C.
  • 5a to 7c are heat distribution diagrams showing the degree of heat generation according to the position of the weld.
  • temperature rises of the jig 180 and the cell assembly 120 may be color-coded accordingly.
  • the experiment discharged each secondary battery at a rate of 2C at 25 °C.
  • Table 1 below is a specification for the secondary battery used in each experiment.
  • the temperature of the jig 180 increases as the position of the welded portion from the A point to the C point, that is, the closer to the jig 180, the conversely, the cell assembly 120. It can be seen that the temperature of) decreases. However, it can be seen that the position of the welded portion decreases from the point A to the point C as compared with the degree of temperature rise of the jig 180, the degree of decrease of the temperature of the cell assembly 120 is lower.
  • the temperature of the jig 180 increases as the position of the weld portion moves from point A to point C
  • the temperature of the cell assembly 120 increases as the position of the weld portion moves from point C to point A.
  • the temperature of the cell assembly 120 increases as the position of the welding portion moves from the point C to the point A as compared with the degree of the temperature of the jig 180 rising from the point A to the point C. It can be seen that is not large.
  • the charge capacity of the secondary battery increases, it may be confirmed that the influence on the temperature change of the jig 180 is greater than that of the cell assembly 120.
  • the jig 180 is red. Therefore, when the position of the weld is formed at point C, the temperature of the jig 180 is about 43 ° C or more. That is, it can be seen that the temperature of the jig 180 rises as the position of the welded portion moves from point A to C.
  • the cell assembly 120 is generally light blue. Therefore, when the position of the weld is formed at the point A, the temperature of the cell assembly 120 is about 20 degrees to 21 degrees. Subsequently, in the case where the position of the weld is formed at point B, that is, the cell assembly 120 is generally light blue in FIG. 5B, and even when the position of the weld is formed at the point C (see FIG. 5C), the cell is similarly The assembly 120 is generally light blue. That is, it can be seen that the cell assembly 120 is not affected by the position of the weld relative to the jig 180.
  • the jig 180 is yellow in FIG. 6A, and thus, the temperature of the jig 180 is about 72.5 ° C.
  • FIG. 6B the jig 180 is orange, and therefore, the temperature of the jig 180 is about 80 ° C.
  • the jig 180 has a red color in FIG. 6C, and therefore, the temperature of the jig 180 is about 85 ° C.
  • the cell assembly 120 in Figures 6a to 6c although there is a difference in temperature slightly depending on the position of the weld, does not show a significant temperature difference. In the example of FIGS. 6A-6C, the temperature of the cell assembly 120 is about 40 ° C.
  • the jig 180 is yellow in FIG. 7A, and the temperature of the jig 180 is about 120 ° C.
  • FIG. 7B the jig 180 is orange, and the temperature of the jig 180 is about 130 ° C.
  • the jig 180 has a red color in FIG. 7C, and thus the temperature of the jig 180 is about 140 ° C.
  • the cell assembly 120 has a temperature difference depending on the position of the welded part, but does not show a significant temperature difference. 7A-7C, the temperature of the cell assembly 120 is about 50 ° C.
  • the position of the weld has a large influence on the temperature change of the jig 180 but does not significantly affect the temperature change of the cell assembly 120.
  • the jig 180 is greatly affected by the degree of change in the charge capacity, but the cell assembly 120 is relatively to the degree of change in the charge capacity. You can see that it is not much affected.
  • the temperature is increased by about 30 ° C. to about 50 ° C.
  • the temperature is only increased by about 10 °C to 20 °C.
  • the present inventors can see that when forming a welding portion for joining the electrode tab and the electrode lead, it is preferable to form adjacent to the cell assembly 120 side.
  • the welding part is along the longitudinal direction of the electrode leads 150 and 160 with respect to the center point of the surface where the electrode tabs 130 and 140 and the electrode leads 150 and 160 respectively contact. It may be formed adjacent to the cell assembly 120 side.
  • the welding portion of the cell assembly in the longitudinal direction of the electrode lead (150, 160) in the contact with the electrode tab (130, 140) and the electrode lead (150, 160), respectively It may be formed in a third area adjacent to the (120) side.
  • it may be formed within a range of 10mm from one end of the electrode leads 150, 160 located inside the case 110.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a flow of a method of manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • step 200 at least two unit cells including a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are stacked, and each cell includes a plurality of positive electrode tabs and negative electrode tabs protruding from the positive electrode plate and the negative electrode plate of each unit cell. Prepare the assembly 120.
  • the positive electrode tab 130 and the positive electrode lead 150, the positive electrode tab 130 and the positive electrode lead 150 to mechanically couple the negative electrode tab 140 and the negative electrode lead 160 Welds are formed at portions adjacent to the cell assembly 120 among the surfaces where the negative electrode tab 140 and the negative electrode lead 160 respectively contact each other.
  • the cell assembly along the longitudinal direction of the electrode lead (150, 160) relative to the center point of the surface where the electrode tab (130, 140) and the electrode lead (150, 160) respectively contacted
  • the welded portion is formed adjacent to the 120 side.
  • the welding part is the cell assembly side in the longitudinal direction of the electrode leads (150, 160) in the contact with the electrode tab (130, 140) and the electrode leads (150, 160), respectively
  • the weld is formed in a third region adjacent to the.
  • a welded portion is formed within a range of 10 mm from one end of the electrode leads 150 and 160 located inside the case 110.
  • the weld portion may be formed by resistance welding, ultrasonic welding, laser welding or conductive adhesive.
  • the welding part may be variously formed in the shape of a point, a line or a figure.
  • a plurality of welding parts may be formed.
  • the cell assembly 120 is loaded between the cases 110 so that a part of the positive lead 150 and the negative lead 160 is exposed to the outside, and the case 110 is sealed.
  • the present invention it is possible to minimize the influence on the performance of the secondary battery by the heat generated at the welding point between the electrode tab and the electrode lead. Therefore, in designing a large capacity secondary battery, the performance of the battery can be brought close to ideal conditions.

Abstract

본 발명은 이차 전지 및 그 제조 방법을 개시한다. 본 발명에 따르면, 전극 탭과 전극 리드 사이의 용접점에서 발생한 열에 의해 이차 전지의 성능에 미치는 영향을 최소화 할 수 있다. 따라서, 대용량의 이차 전지를 설계함에 있어서, 전지의 성능을 이상적인 조건에 근접시킬 수 있다.

Description

이차 전지 및 그 제조 방법
본 발명은 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전극 탭과 전극 리드 사이의 용접점에서 발생하는 열에 의해 이차 전지에 미치는 영향을 최소한 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2013년 3월 11일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2013-0025690호 및 2014년 3월 11일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2014-0028309호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가진 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
최근에는 스마트 그리드에 대한 관심이 높아지면서 지능형 전력망을 구축하기 위해 유휴 전력을 저장하는 대용량의 전력 저장 시스템이 요구되고 있다. 이러한 대용량의 전력 저장 시스템을 구축하기 위해 다수의 이차 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 전력 저장 시스템에 요구되는 출력 및 충전 용량을 설계한다.
요구되는 전력 저장 시스템의 출력 및 충전 용량이 클수록 이차 전지의 개수가 증가한다. 또한, 요구되는 전력 저장 시스템의 출력 및 충전 용량이 클수록 이차 전지의 크기가 함께 증가한다. 이때, 이차 전지는 충전 및 방전할 때 열이 발생하는데, 대용량의 전력 저장 시스템에서는 작은 발열이라도 전력 저장 시스템 전체에 미치는 영향이 클 수 있다.
따라서, 전력 저장 시스템을 구성하는 이차 전지에서 발생하는 열에 의한 영향을 최소한으로 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 인식하여 안출된 것으로서, 전극 탭과 전극 리드 사이의 용접점에서 발생한 열에 의한 영향을 적게 받는 이차 전지 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지는, 양극판, 분리막 및 음극판을 포함하는 단위 셀이 적어도 2개 이상 적층된 셀 어셈블리; 각 단위 셀의 양극판과 음극판으로부터 돌출된 양극 탭 및 음극 탭(이하 '전극 탭); 다수의 양극 탭과 음극 탭이 전기적으로 접속된 양극 리드 및 음극 리드(이하 '전극 리드'); 상기 전극 탭 및 상기 전극 리드를 기계적으로 결합시키는 용접부; 및 상기 전극 리드의 일부가 외부에 노출되도록 상기 셀 어셈블리를 밀봉하는 케이스;를 포함하는 이차 전지이며, 상기 용접부가 상기 셀 어셈블리 측에 인접하게 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용접부는 상기 전극 탭과 전극 리드가 각각 접한 면의 중심점을 기준으로 상기 전극 리드의 길이방향을 따라 상기 셀 어셈블리 측에 인접하게 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 용접부는 상기 전극 탭과 상기 전극 리드가 각각 접한 면에서 상기 전극 리드의 길이방향 중 상기 셀 어셈블리 측에 인접한 1/3 영역 내에 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 용접부는 상기 케이스 내부에 위치한 상기 전극 리드의 일단으로부터 10mm이내 범위 내에 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용접부는 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 또는 도전성 접착제에 의해 형성된다. 이때, 상기 용접부는 점, 선 또는 도형의 모양으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 용접부는 복수 개가 형성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지 제조 방법은, (a) 양극판, 분리막 및 음극판을 포함하는 단위 셀이 적어도 2개 이상 적층되어 있으며, 각 단위 셀의 양극판과 음극판으로부터 돌출된 다수의 양극 탭 및 음극 탭이 구비된 셀 어셈블리를 준비하는 단계; (b) 상기 양극 탭과 양극 리드, 상기 음극 탭과 음극 리드를 기계적으로 결합시키기 위해 상기 양극 탭과 양극 리드, 상기 음극 탭과 음극 리드가 각각 접한 면 중 상기 셀 어셈블리에 인접한 부분에 용접부를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 양극 리드 및 음극 리드의 일부가 외부에 노출되도록 상기 셀 어셈블리를 케이스 사이에 로딩하고, 상기 케이스를 밀봉하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계는 상기 전극 탭과 전극 리드가 각각 접한 면의 중심점을 기준으로 상기 전극 리드의 길이방향을 따라 상기 셀 어셈블리 측에 인접하게 용접부 형성하는 단계이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계는 상기 전극 탭과 상기 전극 리드가 각각 접한 면에서 상기 전극 리드의 길이방향 중 상기 셀 어셈블리 측에 인접한 1/3 영역 내에 용접부를 형성하는 단계이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계는 상기 케이스 내부에 위치한 상기 전극 리드의 일단으로부터 10mm이내 범위 내에 용접부를 형성하는 단계이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계는 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 또는 도전성 접착제에 의해 용접부를 형성하는 단계이다. 이때, 상기 (b) 단계는 점, 선 또는 도형의 모양으로 용접부를 형성하는 단계가 될 수 있다. 또한, 상기 (b) 단계는 복수 개의 용접부를 형성하는 단계일 수 있다.
본 발명에 따르면, 전극 탭과 전극 리드 사이의 용접점에서 발생한 열에 의해 이차 전지의 성능에 미치는 영향을 최소화 할 수 있다. 따라서, 대용량의 이차 전지를 설계함에 있어서, 전지의 성능을 이상적인 조건에 근접시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 측면에서 바라본 일부 확대 단면도이다.
도 4는 용접부의 위치에 따른 변화를 모식적으로 나타낸 개념도이다.
도 5a 내지 도 7c는 용접부의 위치에 따른 발열 정도를 나타낸 열분포도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법의 흐름을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 이차 전지의 일 예인 파우치형 이차 전지를 도시하였다. 이차 전지는 케이스의 형태에 따라 캔형, 각형, 파우치형 등으로 구분된다. 그 중 파우치형 이차 전지가 제조가 용이하여 가장 널리 사용된다. 따라서, 본 발명에 따른 이차 전지를 설명함에 파우치형 이차 전지를 중심으로 설명하도록 하겠다. 그러나, 본 발명이 케이스의 형태에 따라 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 이차 전지(100)는, 케이스(110), 셀 어셈블리(120), 양극 탭(130), 음극 탭(140), 양극 리드(150) 및 음극 리드(160)를 포함한다.
상기 셀 어셈블리(120)는 양극판, 분리막 및 음극판을 포함하는 단위 셀이 적어도 2개 이상 적층되어 있다. 그리고, 각 단위 셀의 양극판과 음극판으로부터 양극 탭(130) 및 음극 탭(140)이 돌출되어 있다.
상기 양극판의 재질은 알루미늄이 주로 이용된다. 대안적으로, 상기 양극판은 스테인리스 스틸, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것이 사용될 수 있다. 나아가, 이차 전지의 화학적 변화를 야기하지 않고 높은 도전성을 갖는 재질이라면 양극판으로 사용하는데 제한이 없다.
상기 양극판의 일부 영역에는 양극 탭(130)이 구비되는데 양극 탭(130)은 상기 양극판이 연장되는 형태로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 양극판의 소정 부위에 도전성 재질의 부재를 용접 등을 통하여 접합하는 형태로 구성하는 것도 가능하다. 또한, 양극 재료를 상기 양극판 외주면의 일부 영역에 도포 및 건조하여 양극 탭(130)을 형성하여도 무방하다.
상기 양극판에 대응되는 음극판은 주로 구리 재질이 이용된다. 대안적으로, 음극판은 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것이 사용될 수 있고, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.
상기 음극판 또한 일부 영역에 음극 탭(140)이 구비되며, 앞서 설명된 양극 탭(130)과 같이 상기 음극판에서 연장되는 형태로 구현될 수 있음은 물론, 음극판 소정 부위에 도전성 재질의 부재를 용접하는 등의 방법으로 접합할 수도 있으며, 음극 재료를 상기 음극판 외주면의 일부 영역에 도포 및 건조하는 방식 등으로 형성하는 것도 가능하다.
상기 양극 리드(150)는 상기 양극판에 구비된 양극 탭(130)에, 상기 음극 리드(160)는 상기 음극판에 구비된 음극 탭(140)에 전기적으로 접속된다. 바람직하게, 상기 양극 리드(150) 및 상기 음극 리드(160)는 각각 복수의 양극 탭(130) 및 복수의 음극 탭(140)과 접합된다.
상기 케이스(110)와 양극 리드(150) 및 음극 리드(160)의 접착성을 향상시키기 위해 양극 리드(150) 및 음극 리드(160)에는 절연 테이프(170)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 절연 테이프(170)는 양극 리드(150) 및 음극 리드(160)와 케이스(110)의 접착성을 향상시키면서도 절연성이 있는 물질이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다.
일 예로, 상기 절연 테이프(170)는 폴리에틸렌, 폴리아세틸렌, PTFE, 나일론, 폴리이미드, 폴리에틸렌탈레프탈레이트, 폴리프로필렌, 또는 이들의 합성 물질로 이루어질 수 있다.
상기 양극판과 상기 음극판에는 각각 양극 활물질과 음극 활물질이 코팅되어 있다. 일 예로, 상기 양극 활물질은 리튬 계열의 활물질이고, 대표적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiFePO4 또는 Li1+zNi1-x-yCoxMyO2(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1, 0≤Z≤1, M은 Al, Sr, Mg, La, Mn 등의 금속) 등의 금속 산화물이 사용될 수 있다. 상기 음극 활물질은 탄소 계열의 활물질이고, 상기 음극 활물질로는 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬 합금 등이 사용될 수 있다. 상기 양극 활물질과 음극 활물질의 종류와 화학적 조성은 이차 전지의 종류에 따라 얼마든지 달라질 수 있으므로 상기에서 열거한 구체적인 예는 하나의 예시에 불과하다는 것을 이해하여야 한다.
상기 분리막은 다공성 재질을 가진 것이라면 특별히 제한이 없다. 상기 분리막은 다공성이 있는 고분자막, 예컨대 다공성 폴리올레핀막, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로 프로필렌, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐아세테이트, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 시아노에틸풀루란, 시아노에틸폴리비닐알콜, 시아노에틸셀룰로오스, 시아노에틸수크로오스, 풀루란, 카르복실 메틸 셀룰로오스, 아크리로니트릴스티렌부타디엔 공중합체, 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로, 폴리에틸렌나프탈렌, 부직포막, 다공성 웹(web) 구조를 가진 막 또는 이들의 혼합체 등으로 이루어질 수 있다. 상기 분리막의 단면 또는 양면에는 무기 입자가 결착되어 있을 수 있다.
상기 무기 입자는 5 이상의 고유전율 상수를 갖는 무기 입자가 바람직하며, 10 이상의 유전율 상수를 가지며 밀도가 낮은 무기물 입자가 더욱 바람직하다. 이는 전지내에서 이동하는 리튬 이온을 용이하게 전달할 수 있기 때문이다. 5 이상의 고유전율 상수를 갖는 무기 입자의 비제한적인 예로는 Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT), BaTiO3, hafnia(HfO2), SrTiO3, TiO2, Al2O3, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, ZnO, Y2O3 또는 이들의 혼합체 등이 있다.
상기 셀 어셈블리(120)는 단위 셀과 단위 셀 사이에 절연막을 개재시키면서 복수의 단위 셀을 단순 적층한 구조를 가질 수 있다. 다른 예로, 상기 셀 어셈블리(120)는 절연막의 상부 및/또는 하부에 단위 셀을 적절한 간격으로 배열한 후 절연막을 단위 셀과 함께 한쪽 방향으로 폴딩하여 폴딩된 절연막 사이 사이에 단위 셀이 삽입되어 있는 스택 폴딩 구조를 가질 수 있다. 또 다른 예로, 상기 셀 어셈블리(120)는 띠 형태로 연장된 구조를 가진 단위 셀을 절연막 상에 마운트하고 단위 셀을 절연막과 함께 한쪽 방향으로 연속적으로 말아서 형성한 젤리 롤 구조를 가질 수 있다. 상기 절연막은 상기 분리막으로 채용 가능한 물질로 이루어질 수 있다. 경우에 따라, 상기 절연막은 상기 분리막과 동일한 물질막 및/또는 동일한 구조로 이루어질 수 있다.
상기 케이스(110)는 상부 파우치 필름(111)과 하부 파우치 필름(112)으로 구성된다. 상기 하부 파우치 필름(112)에는 셀 어셈블리(120)의 하부가 안착될 수 있도록 셀 어셈블리(120)의 하부 형상에 대응되는 요홈이 마련된다. 또한 상부 파우치 필름(111)에도 셀 어셈블리(120)의 상부가 안착될 수 있도록 셀 어셈블리(120)의 상부 형상에 대응되는 요홈이 마련된다. 상기 요홈은 경우에 따라 생략하여도 무방하다. 본 실시예에서는 상부 파우치 필름(111)과 하부 파우치 필름(112)으로 나누어져 있는 파우치형 케이스(110)가 사용되지만, 다양한 타입의 파우치형 케이스가 사용될 수 있다. 일 예로, 상부 파우치 필름과 하부 파우치 필름의 한쪽 모서리가 결합되어 있는 구조를 가진 파우치형 케이스도 사용이 가능하다.
상기 파우치 필름은 금속 박막의 상부 표면과 하부 표면이 절연성 폴리머로 라미네이트된 구조를 가진다. 상기 금속 박막은 외부의 수분, 가스 등이 셀 어셈블리(120) 측으로 침투하는 것을 방지하며, 파우치 케이스(110)의 기계적 강도 향상과 함께 파우치 케이스(110)에 주입된 화학 물질이 외부로 유출되는 것을 방지한다. 금속 박막은 철, 탄소, 크롬 및 망간의 합금, 철, 크롬 및 니켈의 합금, 알루미늄 또는 그 등가물 중 선택된 어느 하나가 이용될 수 있는데, 이에 한하는 것은 아니다. 상기 금속 박막을 철이 함유된 재질로 할 경우에는 기계적 강도가 강해지고, 알루미늄이 함유된 재질로 할 경우에는 유연성이 좋아진다. 통상, 알루미늄 금속 호일이 바람직하게 사용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 상기 상부 파우치 필름(111) 및 하부 파우치 필름(112)의 주변부가 열로 융착되어 있다. 이때, 열융착에 의해 형성되는 라인을 열융착 라인(113)이라고 한다. 한편, 상기 양극 리드(150) 및 음극 리드(160)의 일부가 케이스 외부에 노출되어 있다. 상기 외부로 노출된 양극 리드(150) 및 음극 리드(160)를 통해서 외부와 전기적으로 접속되어 충전 및 방전이 이루어 진다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 측면에서 바라본 일부 확대 단면도이다.
도 3을 참고하면, 상기 케이스(110) 외부로 노출된 양극 리드(150)에 지그(180)가 접속되어 있다. 도 3에 도시된 예시에서는 양극 리드(150)를 중심으로 도시하였으나, 음극 리드(160)도 동일한 구조를 가진다. 따라서, 이하 양극 탭(130)과 양극 리드(150)를 중심으로 설명하겠으나, 음극 탭(140)과 음극 리드(160)에도 동일하게 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
본 명세서에서 지그(jig)란, 본 발명에 따른 이차 전지(100)와 외부 기기 또는 인접하는 다른 이차 전지와 전기적 연결을 형성하기 위한 구성이다. 상기 양극 리드(150) 및 음극 리드(160) 각각에 부착되는 지그(180)는 그 재질이 서로 다르게 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 양극 리드(150)에 부착되는 지그(180)는 양극 리드(150)와 동일한 알루미늄 재질이며, 상기 음극 리드(160)에 부착되는 지그(180)는 음극 리드(160)와 동일한 구리 또는 니켈이 코팅된 구리 재질이 될 수 있다. 그러나, 상기 지그(180)는 도전성을 띠는 물질이라면 뭐든지 가능하다. 또한, 상기 지그(180)는 다양한 크기 및 모양을 가질 수 있으며, 상기 지그(180)의 크기, 모양, 물질의 종류에 의해 본 발명이 제한되는 것을 아니다.
상기 양극 탭(130)과 상기 양극 리드(150)는 전기적으로 접속될 뿐만 아니라, 외부에서 인가되는 힘에 의해 분리 또는 이탈되지 않도록 기계적으로도 결합된다. 이때, 상기 양극 탭(130)과 상기 양극 리드(150)를 기계적으로 결합시키는 역할을 용접부가 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용접부는 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 또는 도전성 접착제에 의해 형성된다. 이때, 상기 용접부는 점, 선 또는 도형의 모양으로 다양하게 형성되는 것이 가능하다. 또한, 상기 용접부는 복수 개가 형성되는 것도 가능하다.
도 4는 용접부의 위치에 따른 변화를 모식적으로 나타낸 개념도이다.
도 4를 참조하면, 상기 양극 탭(130)과 상기 양극 리드(150)가 접하고 있는 부위에 서로 다른 3개 지점에 용접부가 형성된 경우이다. 본 예시에서는 상기 용접부는 초음파 용접에 의해 형성된 것으로 가정하겠다.
먼저, 상기 케이스(110) 내부에 위치한 상기 양극 리드(150)의 일단으로부터 10mm 떨어진 지점에 'A', 20mm 떨어진 지점에 'B' 그리고 30mm 떨어진 지점에 'C'가 형성된 3가지 경우를 예시로 들겠다. 이차 전지(100)가 충전 또는 방전될 때 상기 양극 탭(130) 및 양극 리드(150)에는 전류가 흐르게 된다. 이때. 상기 용접부에는 접촉 저항이 존재한다. 따라서, 상기 용접부에서 발열 현상이 발생한다.
상기 용접부에서 발생하는 열이 주변에 존재하는 공기에 의한 대류 냉각이 활발하지 않다면, 발생한 열은 전도 현상을 통해서 상기 지그(180) 또는 상기 셀 어셈블리(120) 쪽으로 전달된다. 이때, 서로 다른 3개의 지점 A, B, 및 C의 위치에 따라 상기 지그(180) 및 상기 셀 어셈블리(120) 쪽으로 전달되는 열의 양이 달라지게 된다. 상기 셀 어셈블리(120)에 가장 가까운 A 지점에 용접부가 형성된 경우, 상기 지그(180)보다 상기 셀 어셈블리(120) 쪽으로 전달되는 열의 양이 많을 것이다. 반대로, 상기 지그(180)에 가장 가까운 C 지점에 용접부가 형성된 경우, 상기 셀 어셈블리(120)보다 상기 지그(180)쪽으로 전달되는 열의 양이 많을 것이다. 그리고, 중간 지점인 B에 용접부가 형성된 경우, 전달되는 열의 양은 상기 A와 C의 중간 정도로 일 것이다.
일반적으로 물질은 열을 받아서 온도가 상승하게 되면, 내부 저항이 증가하는 성질을 가지고 있다. 따라서, 이차 전지가 충전 및 방전할 때, 상기 용접부에서 열이 발생하는 현상이 불가피하다면, 본 발명자는 상기 열에 의해 이차 전지의 성능에 가장 영향을 적게 미치는 지점을 찾기 위한 실험을 실시하였다.
도 5a 내지 도 7c는 용접부의 위치에 따른 발열 정도를 나타낸 열분포도이다.
도 5a 내지 도 7c를 참조하면, 서로 다른 지점에 용접부가 형성되었을 때, 이에 따라 상기 지그(180) 및 상기 셀 어셈블리(120)의 온도 상승 정도를 색으로 구분할 수 있다. 또한, 상기 실험은 25℃에서, 2C 비율로 각각의 이차 전지를 방전하였다
이하 표 1은 각 실험에 사용된 이차 전지에 대한 사양이다.
표 1
Figure PCTKR2014002014-appb-T000001
도 5a 내지 도 7c를 함께 참조하면, 용접부의 위치가 A 지점에서 C 지점으로 갈수록, 즉, 상기 지그(180)에 가까울수록, 상기 지그(180)의 온도가 상승하고, 반대로 상기 셀 어셈블리(120)의 온도가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 다만, 용접부의 위치가 A 지점에서 C 지점으로 갈수록 상기 지그(180)의 온도 상승 정도에 비해, 셀 어셈블리(120)의 온도의 감소 정도가 낮음을 알 수 있다.
바꾸어 말해, 용접부의 위치가 A 지점에서 C 지점으로 갈수록 상기 지그(180)의 온도가 상승하고, 용접부의 위치가 C 지점에서 A 지점으로 갈수록 상기 셀 어셈블리(120)의 온도가 상승한다. 다만, 용접부의 위치가 A 지점에서 C 지점으로 갈수록 상기 지그(180)의 온도가 상승하는 정도에 비해, 용접부의 위치가 C 지점에서 A 지점으로 갈수록 상기 셀 어셈블리(120)의 온도가 상승하는 정도가 크지 않음을 확인할 수 있다. 또한, 이차 전지의 충전용량이 클수록, 상기 셀 어셈블리(120)보다 상기 지그(180)의 온도 변화에 미치는 영향이 더 크다는 것을 확인할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 먼저, 용접부의 위치가 A 지점에 형성된 경우에서, 즉, 도 5a에서 지그(180)는 노란색을 띄고 있다. 따라서, 용접부의 위치가 A 지점에 형성된 경우, 지그(180)의 온도는 약 40℃이다. 이어서, 용접부의 위치가 B 지점에 형성된 경우에서, 즉, 도 5b에서 지그(180)는 주황색을 띄고 있다. 따라서, 용접부의 위치가 B 지점에 형성된 경우, 지그(180)의 온도는 약 42℃이다. 다음으로, 용접부의 위치가 C 지점에 형성된 경우에서, 즉, 도 5c에서 지그(180)는 붉은색을 띄고 있다. 따라서, 용접부의 위치가 C 지점에 형성된 경우, 지그(180)의 온도는 약 43℃ 이상이다. 즉, 용접부의 위치가 A 지점에서 C 으로 갈수록, 상기 지그(180)의 온도가 상승하는 것을 확인할 수 있다.
다시 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 먼저, 용접부의 위치가 A 지점에 형성된 경우에서, 즉, 도 5a에서 셀 어셈블리(120)는 전반적으로 하늘색을 띄고 있다. 따라서, 용접부의 위치가 A 지점에 형성된 경우, 셀 어셈블리(120)의 온도는 약 20도 내지 21도이다. 이어서, 용접부의 위치가 B 지점에 형성된 경우에서, 즉, 도 5b에서 셀 어셈블리(120)는 전반적으로 하늘색을 띄고 있으며, 용접부의 위치가 C 지점에 형성된 경우(도 5c 참조)에도, 마찬가지로, 셀 어셈블리(120)는 전반적으로 하늘색을 띄고 있다. 즉, 셀 어셈블리(120)는 지그(180)에 비해 상대적으로 용접부의 위치에 영향을 받지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
이는 도 6a 내지 도 7c를 참조하여도 마찬가지임을 확인할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 도 6a에서 지그(180)는 노란색을 띄고 있고, 따라서, 지그(180)의 온도는 약 72.5℃이다. 그리고, 도 6b에서 지그(180)는 주황색을 띄고 있고, 따라서, 지그(180)의 온도는 약 80℃이다. 또한, 도 6c에서 지그(180)는 붉은색을 띄고 있고, 따라서 지그(180)의 온도는 약 85℃이다. 그런데, 도 6a 내지 도 6c에서 셀 어셈블리(120)는, 용접부의 위치에 따라 다소 온도의 차이가 있지만, 유의미한 온도 차이를 보여주지 아니한다. 도 6a 내지 도 6c의 예에서, 셀 어셈블리(120)의 온도는 약 40℃이다.
다음으로, 도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 도 7a에서 지그(180)는 노란색을 띄고 있고, 지그(180)의 온도는 약 120℃이다. 그리고, 도 7b에서 지그(180)는 주황색을 띄고 있고, 지그(180)의 온도는 약 130℃이다. 또한, 도 7c에서 지그(180)는 붉은색을 띄고 있고, 따라서 지그(180)의 온도는 약 140℃이다. 이에 반해, 도 7a 내지 도 7c에서 셀 어셈블리(120)는, 용접부의 위치에 따라 다소 온도의 차이가 있지만, 유의미한 온도차이를 보여주지 아니한다. 도 7a 내지 도 7c에서, 셀 어셈블리(120)의 온도는 약 50℃이다.
즉, 용접부의 위치는 지그(180)의 온도 변화에는 많은 영향을 미치지만 셀 어셈블리(120)의 온도 변화에는 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
다른 측면에서, 이차 전지의 충전용량에 따른 온도 변화를 살펴보면, 상기 지그(180)는, 충전용량의 변화 정도에 따라 영향을 많이 받지만, 상기 셀 어셈블리(120)는 충전용량의 변화 정도에 상대적으로 영향을 많이 받지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
다시 도 5a 내지 도 7c를 참조하면, 상기 지그(180)의 경우, 충전용량이 15Ah 씩 증가할 경우, 온도는 대략 30℃ 내지 50℃ 정도 상승한다. 이에 반해, 상기 셀 어셈블리(120)의 경우, 충전 용량이 15Ah 씩 증가하더라도 온도는 약 10℃ 내지 20℃ 정도 상승하는 것에 불과하다.
따라서, 상기 실험을 통해 본 발명자는 전극 탭과 전극 리드를 결합시키기 위한 용접부를 형성할 때, 상기 셀 어셈블리(120) 측에 인접하게 형성하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 용접부는 상기 전극 탭(130, 140)과 전극 리드(150, 160)가 각각 접한 면의 중심점을 기준으로 상기 전극 리드(150, 160)의 길이방향을 따라 상기 셀 어셈블리(120) 측에 인접하게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 용접부는 상기 전극 탭(130, 140)과 상기 전극 리드(150, 160)가 각각 접한 면에서 상기 전극 리드(150, 160)의 길이방향 중 상기 셀 어셈블리(120) 측에 인접한 1/3 영역 내에 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 케이스(110) 내부에 위치한 상기 전극 리드(150, 160)의 일단으로부터 10mm이내 범위 내에 형성될 수 있다.
이하, 상술한 이차 전지를 제조하는 방법에 대해서 설명하도록 한다. 본 발명에 따른 이차 전지 제조 방법을 설명함에 있어서, 각 구성에 대한 반복적인 설명은 중복되므로 생략하도록 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법의 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 8을 참조하면, 단계 200에서, 양극판, 분리막 및 음극판을 포함하는 단위 셀이 적어도 2개 이상 적층되어 있으며, 각 단위 셀의 양극판과 음극판으로부터 돌출된 다수의 양극 탭 및 음극 탭이 구비된 셀 어셈블리(120)를 준비하다.
다음 단계 210에서, 상기 양극 탭(130)과 양극 리드(150), 상기 음극 탭(140)과 음극 리드(160)를 기계적으로 결합시키기 위해 상기 양극 탭(130)과 양극 리드(150), 상기 음극 탭(140)과 음극 리드(160)가 각각 접한 면 중 상기 셀 어셈블리(120)에 인접한 부분에 용접부를 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극 탭(130, 140)과 전극 리드(150, 160)가 각각 접한 면의 중심점을 기준으로 상기 전극 리드(150, 160)의 길이방향을 따라 상기 셀 어셈블리(120) 측에 인접하게 용접부가 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 용접부는 상기 전극 탭(130, 140)과 상기 전극 리드(150, 160)가 각각 접한 면에서 상기 전극 리드(150, 160)의 길이방향 중 상기 셀 어셈블리 측에 인접한 1/3 영역 내에 용접부가 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 케이스(110) 내부에 위치한 상기 전극 리드(150, 160)의 일단으로부터 10mm이내 범위 내에 용접부가 형성된다.
상기 용접부는 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 또는 도전성 접착제에 의해 형성될 수 있다. 이때, 상기 용접부는 점, 선 또는 도형의 모양으로 다양하게 형성되는 것이 가능하다. 또한, 상기 용접부는 복수 개가 형성되는 것도 가능하다.
다음 단계 220에서, 상기 양극 리드(150) 및 음극 리드(160)의 일부가 외부에 노출되도록 상기 셀 어셈블리(120)를 케이스(110) 사이에 로딩하고, 상기 케이스(110)를 밀봉한다.
본 발명에 따르면, 전극 탭과 전극 리드 사이의 용접점에서 발생한 열에 의해 이차 전지의 성능에 미치는 영향을 최소화 할 수 있다. 따라서, 대용량의 이차 전지를 설계함에 있어서, 전지의 성능을 이상적인 조건에 근접시킬 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (14)

  1. 양극판, 분리막 및 음극판을 포함하는 단위 셀이 적어도 2개 이상 적층된 셀 어셈블리;
    각 단위 셀의 양극판과 음극판으로부터 돌출된 양극 탭 및 음극 탭(이하 '전극 탭);
    다수의 양극 탭과 음극 탭이 전기적으로 접속된 양극 리드 및 음극 리드(이하 '전극 리드');
    상기 전극 탭 및 상기 전극 리드를 기계적으로 결합시키는 용접부; 및
    상기 전극 리드의 일부가 외부에 노출되도록 상기 셀 어셈블리를 밀봉하는 케이스;를 포함하는 이차 전지에 있어서,
    상기 용접부가 상기 셀 어셈블리 측에 인접하게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용접부는, 상기 전극 탭과 전극 리드가 각각 접한 면의 중심점을 기준으로 상기 전극 리드의 길이방향을 따라 상기 셀 어셈블리 측에 인접하게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용접부는, 상기 전극 탭과 상기 전극 리드가 각각 접한 면에서 상기 전극 리드의 길이방향 중 상기 셀 어셈블리 측에 인접한 1/3 영역 내에 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용접부는, 상기 케이스 내부에 위치한 상기 전극 리드의 일단으로부터 10mm이내 범위 내에 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 용접부는, 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 또는 도전성 접착제에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 용접부는, 점, 선 또는 도형의 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 용접부는, 복수 개가 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. (a) 양극판, 분리막 및 음극판을 포함하는 단위 셀이 적어도 2개 이상 적층되어 있으며, 각 단위 셀의 양극판과 음극판으로부터 돌출된 다수의 양극 탭 및 음극 탭이 구비된 셀 어셈블리를 준비하는 단계;
    (b) 상기 양극 탭과 양극 리드, 상기 음극 탭과 음극 리드를 기계적으로 결합시키기 위해 상기 양극 탭과 양극 리드, 상기 음극 탭과 음극 리드가 각각 접한 면 중 상기 셀 어셈블리에 인접한 부분에 용접부를 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 양극 리드 및 음극 리드의 일부가 외부에 노출되도록 상기 셀 어셈블리를 케이스 사이에 로딩하고, 상기 케이스를 밀봉하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 상기 전극 탭과 전극 리드가 각각 접한 면의 중심점을 기준으로 상기 전극 리드의 길이방향을 따라 상기 셀 어셈블리 측에 인접하게 용접부 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 상기 전극 탭과 상기 전극 리드가 각각 접한 면에서 상기 전극 리드의 길이방향 중 상기 셀 어셈블리 측에 인접한 1/3 영역 내에 용접부를 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 상기 케이스 내부에 위치한 상기 전극 리드의 일단으로부터 10mm이내 범위 내에 용접부를 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 또는 도전성 접착제에 의해 용접부를 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 점, 선 또는 도형의 모양으로 용접부를 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 복수 개의 용접부를 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
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