WO2021157909A1 - 이차전지 제조방법 및 그를 포함하는 전지팩 제조방법 - Google Patents

이차전지 제조방법 및 그를 포함하는 전지팩 제조방법 Download PDF

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김지은
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a secondary battery and a method for manufacturing a battery pack including the same, and more particularly, to a method for manufacturing a secondary battery that easily discharges gas and a method for manufacturing a battery pack including the same.
  • a secondary battery refers to a battery capable of charging and discharging unlike a primary battery that cannot be charged, and such secondary batteries are widely used in high-tech electronic devices such as phones, notebook computers, and camcorders.
  • the secondary battery is classified into a can-type secondary battery and a pouch-type secondary battery, and the can-type secondary battery includes an electrode assembly, an electrolyte, a can accommodating the electrode assembly and the electrolyte, and a cap assembly mounted in the opening of the can.
  • the cap-type secondary battery has a sealed structure inside the can, the gas generated inside the can during the activation process cannot be discharged to the outside, and thus there is a limit in improving the battery performance.
  • the present invention was invented to solve the above problems, and the present invention is a secondary battery manufacturing method capable of discharging the gas generated inside the can to the outside after the activation process, thereby greatly improving the battery performance, and An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a battery pack including the same.
  • a top cap having a top hole is disposed on the top, a safety vent having a vent hole is disposed under the top cap, and a CID hole is formed in the lower part of the safety belt
  • a cap assembly manufacturing step (S10) of disposing a CID filter to prepare a cap assembly An electrode assembly and electrolyte accommodating step (S20) of accommodating the electrode assembly in the inside of the can, and then impregnating the electrode assembly by injecting an electrolyte;
  • the top hole, the vent hole, and the CID hole may be formed to be positioned on the same vertical line.
  • the vent hole may have a larger diameter than the top hole and the CID hole.
  • the cap assembly manufacturing step (S10) may further include a step of coupling the safety vent to the upper surface of the CID filter to connect the vent hole and the CID hole through the top hole.
  • the outer peripheral surface of the vent hole and the outer peripheral surface of the CID hole corresponding to each other may be sealedly coupled.
  • the positive electrode tab includes a lower tab portion connected to the electrode assembly and an upper tab portion connected to the lower tab portion, and in the coupling process, the upper tab portion is brought into close contact with the bottom surface of the CID filter, and then the other end of the upper tab portion is moved to close the CID hole, and then one end of the upper tab part can be coupled to the bottom surface of the CID filter.
  • a sealing protrusion is formed on the upper tab part, and in the coupling process, when the CID hole is closed by moving the other end of the upper tab part, the sealing protrusion may be inserted into the CID hole to increase sealing force.
  • a welding step (S60) of welding the lower end of the inner circumferential surface of the CID hole to the positive electrode tab through the vent hole and the top hole of the cap assembly may be further included.
  • the CID filter and the positive electrode tab may be sealed by welding along the inner circumferential surface of the CID hole in close contact with the positive electrode tab.
  • the sealing ball insertion step (S70) of inserting the sealing ball into the CID hole through the top hole and the vent hole may be further included.
  • a bonding step (S80) of sealingly bonding the sealing ball and the CID hole by partially melting the sealing ball through the top hole and the vent hole may be further included.
  • a finishing step (S90) of closing the top hole by coupling a closing cover to the top hole may be further included.
  • the closing cover may be made of the same material as the top cap.
  • the battery pack manufacturing method of the present invention comprises the steps of manufacturing a secondary battery; It may include accommodating the secondary battery in a battery case.
  • the secondary battery manufacturing method of the present invention includes manufacturing a cap assembly having a top cap, a safety belt and a CID filter, wherein the top cap has a top hole, the safety belt has a vent hole, and the CID filter has a CID hole,
  • the CID hole is characterized in that the positive electrode tab coupled to the CID filter is closed while the surface is closely adhered.
  • the anode tab that closes the CID hole of the CID filter can be pressed through the top hole, the vent hole, and the CID hole, and as a result, the CID hole is opened and the gas generated inside the can is discharged into the CID hole, It can be discharged to the outside through the vent hole and the top hole, and as a result, the gas generated inside the can is discharged, thereby greatly improving the battery performance.
  • the top hole, the vent hole and the CID hole are formed on the same vertical line. It can be seen from the outside through the CID hole, and thus the CID hole can be opened by easily pressing the positive electrode tab.
  • the top hole, the vent hole, and the CID hole may be formed to overlap on the same vertical line. That is, when viewed from the top of the cap assembly, only a portion of the top hole, the vent hole, and the CID hole may be formed to overlap, thereby preventing unnecessary foreign substances from being inserted.
  • the vent hole has a larger diameter than the top hole and the CID hole. Due to such a feature, it is possible to more effectively penetrate the tool passing through the top hole through the vent hole, and in particular, it is possible to prevent the vent hole from being damaged by the tool.
  • the safety vent and the CID filter are coupled to each other and the vent hole and the CID hole are connected. can be inserted.
  • the positive electrode tab is characterized in that it is formed of a material having elastic restoring force. Due to these characteristics, the positive electrode tab can be elastically adhered to the bottom surface of the CID filter, thereby stably closing the CID hole, and as a result, it is possible to prevent the CID hole from being unintentionally opened.
  • the positive electrode tab is characterized in that a hemispherical sealing protrusion for sealing the CID hole is formed while being inserted into the CID hole. Due to these characteristics, the CID hole can be finished more stably.
  • the secondary battery manufacturing method of the present invention is characterized in that it includes a step of inserting a sealing ball into the interconnected CID hole.
  • the vent hole and the CID hole can be sealed to prevent discharge, and as a result, safety can be improved.
  • the secondary battery manufacturing method of the present invention is characterized in that it includes the step of coupling the closing cover to the top hole of the top cap. Due to such a characteristic, it is possible to increase the bondability between the external terminal and the top cap.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a partial enlarged view of Figure 1;
  • FIG 3 is a view showing a state in which the positive electrode tab is pressed in the secondary battery according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a sealing protrusion formed on the positive electrode tab of the secondary battery according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is a cross-sectional view showing a sealing ball of the secondary battery according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the closing cover of the secondary battery according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a cap assembly manufacturing step of the secondary battery manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an electrode assembly and an electrolyte solution receiving step of the secondary battery manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a preliminary battery manufacturing step of the secondary battery manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating an activation step of a method for manufacturing a secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a gas discharging step of a method for manufacturing a secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a welding step of a method for manufacturing a secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a sealing ball insertion step of the secondary battery manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
  • 15 is a cross-sectional view illustrating a bonding step of a method for manufacturing a secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • 16 is a cross-sectional view illustrating a finishing step of a method for manufacturing a secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a view showing a battery pack according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing a cap assembly according to a third embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 100 includes an electrode assembly 110 , an electrolyte solution 120 , the electrode assembly 110 and the electrolyte solution 120 . It includes a can 130 for accommodating the can 130 and a cap assembly 140 mounted in the opening of the can 130 .
  • the electrode assembly 110 has a structure provided with a positive electrode tab. That is, the electrode assembly 110 has a structure in which a plurality of electrodes and a plurality of separators are alternately stacked and wound in a roll shape. And the plurality of electrodes includes an anode and a cathode.
  • the positive electrode includes a positive electrode tab 111 coupled to the cap assembly 140
  • the negative electrode includes a negative electrode tab coupled to the bottom surface of the can 130 .
  • the electrolyte 120 is to improve the performance of the electrode assembly, and is impregnated into the electrode assembly 110 while being injected into the can 130 .
  • the can 130 has a cylindrical shape with an open top, and includes a receiving part for accommodating the electrode assembly 110 and the electrolyte 120 at the bottom, and a sealing part on which the cap assembly 140 is mounted.
  • the cap assembly 140 is mounted in the opening of the can, and in particular, has a structure capable of discharging the gas generated inside the can 130 in the secondary battery activation process to the outside.
  • the cap assembly 140 includes a top cap 141 having a top hole 141a to penetrate vertically, a safety belt 142 provided under the top cap 141 and having a vent hole 142a to penetrate vertically. and a positive electrode tab 111 provided under the safety belt 142 and provided in the electrode assembly 110 is coupled thereto, and a CID hole 143a is formed to penetrate vertically, and the CID hole 143a is and a CID filter (Current Interrupt Device) 143 closed or opened by the positive electrode tab 111 .
  • a CID filter Current Interrupt Device
  • the CID hole 143a is closed when the positive electrode tab 111 is in close contact with the CID filter 143 including the CID hole 143a, and the positive electrode tab 111 is removed from the CID filter 143 including the CID hole 143a. When it is separated, it is opened.
  • the top hole 141a of the top cap 141, the vent hole 142a of the safety belt 142, and the CID of the long stick-shaped tool 1 are shown in FIG.
  • the positive electrode tab 111 having the CID hole 143a closed can be pressed, and accordingly, the CID hole 143a is opened and generated inside the can 130.
  • the gas can be discharged to the outside through the CID hole 143a, the vent hole 142a, and the top hole 141a, and as a result, the performance of the secondary battery can be greatly improved.
  • the CID hole 143a is closed by the positive electrode tab 111 in the activation process, charging and discharging can be stably performed, and after the activation process , through the cap assembly 140, the gas generated inside the can in the activation process can be discharged to the outside, and after the gas is discharged, the positive electrode tab 111 and the CID hole 143a are sealed to be welded to prevent leakage of the electrolyte.
  • the secondary battery 100 according to the first embodiment of the present invention is characterized in that it includes the cap assembly 140 having a gas discharge structure.
  • the gas can be discharged to the outside, and as a result, the battery performance can be greatly improved.
  • the top hole 141a, the vent hole 142a, and the CID hole 143a have a minimum diameter into which the tool 1 can be inserted.
  • the top hole 141a, the vent hole 142a, and the CID hole 143a have a diameter of 1 to 3 mm, thereby discharging the gas inside the can to the outside, while the top hole 141a and the vent hole 142a. And it is possible to significantly prevent the inflow of foreign substances into the CID hole (143a).
  • the top hole 141a, the vent hole 142a and the CID hole 143a may be formed on the same vertical line, that is, referring to FIG. 1 , the top hole 141a of the top cap 141, the safety vent 142 ) and the CID hole 143a of the CID filter 143 are arranged in the vertical direction and located on the same vertical line. Accordingly, the positive electrode tab 111 having the CID hole 143a closed can be seen from the outside through the top hole 141a, the vent hole 142a, and the CID hole 143a. It is possible to easily check whether the CID hole 143a is finished in The hole 143a may be opened.
  • the top hole 141a is formed at the center point of the top cap
  • the vent hole 142a is formed at the center point of the safety vent
  • the CID hole 143a is formed at the center point of the CID filter 143, thereby minimizing strength deterioration.
  • top hole 141a, the vent hole 142a, and the CID hole 143a may be positioned on the same vertical line.
  • only half of the top hole 141a, the vent hole 142a, and the CID hole 143a may be located on the same vertical line, and the other half may be located on different vertical lines. Accordingly, it is possible to greatly prevent unnecessary objects from flowing into the top hole 141a, the vent hole 142a, and the CID hole 143a, and in particular, it is possible to prevent the positive electrode tab from being pressed by the unnecessary object.
  • a diameter ⁇ of the vent hole 142a is larger than a diameter ⁇ of the top hole 141a and the CID hole 143a. That is, the vent hole 142a located in the middle between the top hole 141a and the CID hole 143a may be difficult to easily insert due to the flow phenomenon of the tool when the tool for pressing the positive electrode tab 111 is inserted. Accordingly, the vent hole 142a has a larger diameter than the top hole 141a and the CID hole 143a, so that the tool passing through the top hole 141a can easily pass through. In particular, it is possible to prevent the vent hole 142a from being damaged by a tool for pressing the positive electrode tab 111 .
  • the safety vent 142 is cut to prevent explosion of the secondary battery, and defects may occur due to damage to the vent hole 142a.
  • the vent hole 142a has a larger diameter than the top hole 141a and the CID hole 143a, thereby preventing damage to the vent hole 142a.
  • the diameter ⁇ of the top hole 141a and the CID hole 143a is formed to be 2 mm, and the CID hole 143a is formed to be 3 mm.
  • the safety vent 142 and the CID filter 143 are coupled to each other and the vent hole 142a and the CID hole 143a are connected, and accordingly, the vent hole 142a and the CID hole 143a are connected. ) can be placed on the same vertical line.
  • the outer circumferential surface of the vent hole 142a and the outer circumferential surface of the CID hole 143a are sealedly coupled, and accordingly, the vent hole 142a and the CID filter 143 pass between the safety vent 142 and the CID filter 143. Leakage of foreign substances or electrolyte can be prevented through the CID hole 143a.
  • the positive electrode tab 111 includes a lower tab portion 111a and an upper tab portion 111b, and the lower tab portion 111a is connected to the positive electrode of the electrode assembly 110, and the upper tab portion 111b.
  • One end connected to the lower tab part 111a is coupled to the CID filter 143, and the other end is in close contact with the bottom surface of the CID filter 143 where the CID hole 143a is located, thereby closing the CID hole.
  • the upper tab portion 111b is surface-adhered to the CID filter 143, one end is coupled to the CID filter 143 by welding, and the other end of the CID filter 143 including the CID hole 143a. It closes the CID hole as it adheres to the surface.
  • the CID hole 143a is opened while the other end of the upper tab portion 111b is spaced apart from the CID hole 143a, and the upper tab portion
  • the other end of the upper tab portion 111b is in close contact with the CID filter 143 including the CID hole 143a by the restoring force of the upper tab portion, thereby closing the CID hole.
  • the positive electrode tab 111 can stably close the CID hole until the activation process of the secondary battery, and after the activation process, when it is spaced apart from the CID filter 143, the CID hole is opened and the gas inside the can is easily discharged outside. can be discharged with
  • the inner circumferential surface of the CID hole 143a and the positive electrode tab 111 are sealedly coupled. That is, the other end of the upper tab portion 111b, which is in close contact with the bottom surface of the CID filter 143, is sealedly coupled to the CID filter 143 after gas is discharged, thereby preventing the CID hole from being opened again, and as a result, the electrolyte Leakage can be prevented.
  • the positive electrode tab 111 is formed of a material having an elastic restoring force. Accordingly, the other end of the upper tab portion 111b is elastically adhered to the bottom surface of the CID filter 143, and as a result, the CID hole 143a can be stably closed. In particular, when the external force pressing the other end of the upper tab part 111b is removed, the other end of the upper tab part 111b quickly returns to its original position by the elastic restoring force, and as a result, the CID hole 143a can be quickly and stably closed.
  • the positive electrode tab 111 may be an alloy steel containing a material having elastic restoring force.
  • the positive electrode tab 111 includes a sealing protrusion 111b-1 inserted into the CID hole 143a. That is, the sealing protrusion 111b-1 is for increasing the sealing force between the positive electrode tab 111 and the CID hole 143a, and has the same diameter as the CID hole 143a, and the CID hole 143a. ) while increasing the sealing force between the positive electrode tab 111 and the CID hole 143a.
  • the sealing protrusion 111b-1 is formed as a hemispherical protrusion, and thus the sealing protrusion 111b-1 may be easily coupled to the CID hole 143a or may be easily separated.
  • the sealing ball 150 is inserted into the CID hole 143a.
  • the sealing ball 150 is for sealing the CID hole 143a, has a spherical shape, and is inserted into the CID hole 143a through the top hole 141a and the vent hole 142a while the CID hole ( 143a) is sealed.
  • the sealing ball 150 is melted through a heat sealing device (not shown), and accordingly, the sealing ball 150 is joined to the inner circumferential surface of the CID hole 143a and the CID hole 143a and the sealing ball 150. The sealing force between them can be increased.
  • the cap assembly 140 further includes a closing cover 160 coupled to the top hole 141a. That is, the closing cover 160 is to increase the connectivity of the connection terminals connected to the top cap 141 , and is formed of the same material as the top cap 141 . Accordingly, it is possible to block the inflow of foreign substances through the top hole 141a and improve the connectivity of the connection terminals.
  • the secondary battery manufacturing method includes a cap assembly manufacturing step (S10), an electrode assembly and an electrolyte receiving step (S20), and a preliminary battery manufacturing step (S30). ), an activation step (S40), a gas discharge step (S50), a welding step (S60), a sealing ball insertion step (S70), a bonding step (S80), and a closing step (S90).
  • the cap assembly manufacturing step (S10) includes a cap assembly perforating process and a cap assembly assembling process, wherein the cap assembly perforating process uses a perforating device (not shown) to the center of the upper surface of the top cap 141
  • a perforating device not shown
  • the top hole 141a, the vent hole 142a, and the CID hole 143a are perforated so as to be positioned on the same vertical line when the cap assembly is manufactured. This is to stably insert the tool to pass through the top hole 141a, the vent hole 142a, and the CID hole 143a.
  • the vent hole 142a is drilled with a larger diameter than the top hole 141a and the CID hole 143a, and thus the vent hole 142a can be prevented from being damaged by a tool passing through the top hole 141a.
  • the vent hole 142a has a diameter of 1 mm to 2 mm larger than that of the top hole 141a and the CID hole 143a.
  • a top cap 141 having a top hole 141a is disposed on an upper portion, a safety belt 142 having a vent hole 142a formed in a lower portion of the top cap 141 is disposed, and then the safety belt ( 142) A CID filter 143 having a CID hole 143a formed therein is disposed.
  • the top hole 141a of the top cap 141, the vent hole 142a of the safety vent 142, and the CID hole 143a of the CID filter 143 are located on the same vertical line.
  • the gasket 144 is coupled to surround the outer peripheral surface of the top cap and the safety belt.
  • the cap assembly manufacturing step (S10) further includes a safety vent and CID filter combining process, and the safety vent and CID filter combining process inserts a bonding device through the top hole 141a, and then the safety belt ( 142) in close contact with the upper surface of the CID filter 143 so that the vent hole 142a and the CID hole 143a are connected, and heat is applied in this state to the safety vent 142 and the CID filter 143 ) are combined.
  • the safety vent 142 and the CID filter 143 are coupled so that the gap between the vent hole 142a and the CID hole 143a is completely sealed. That is, the outer peripheral surface of the vent hole corresponding to each other and the outer peripheral surface of the CID hole are coupled to each other to be sealed.
  • the cap assembly manufacturing step (S10) When the cap assembly manufacturing step (S10) is completed, the cap assembly in which the top hole, the vent hole, and the CID hole are formed may be manufactured.
  • the electrode assembly 110 is accommodated through the opening of the can 130 , and then the electrolyte 120 is injected into the can 130 . Then, the electrolyte is impregnated into the electrode assembly 110 .
  • the electrode assembly 110 has a structure in which a plurality of electrodes and a plurality of separators are alternately stacked and wound in a roll shape, and the plurality of electrodes includes an anode and a cathode.
  • the positive electrode includes a positive electrode tab 111 coupled to the cap assembly 140
  • the negative electrode includes a negative electrode tab coupled to the bottom surface of the can 130 .
  • the preliminary battery manufacturing step ( S30 ) is for manufacturing an uncharged/discharged preliminary battery, and includes a batch process and a combining process.
  • the cap assembly 140 is placed on the can 130 . At this time, the cap assembly 140 is disposed so that the CID filter 143 of the cap assembly 140 and the positive electrode tab 111 of the electrode assembly 110 are close to each other.
  • the positive electrode tab 111 provided in the electrode assembly 110 is coupled to the CID filter 143 of the cap assembly 140 with the CID hole 143a closed. Meanwhile, the positive electrode tab 111 includes a lower tab portion 111a connected to the electrode assembly 110 and an upper tab portion 111b connected to the lower tab portion 111a.
  • the upper tab portion 111b is surface-adhered to the bottom surface of the CID filter 143a, and then the other end of the upper tab portion 111b is moved to close the CID hole 143a, and then the upper tab portion One end of (111b) is welded to the bottom surface of the CID filter 143 and joined.
  • the upper tab part 111b closes the CID hole 143a while the other end is in close contact with the bottom surface of the CID filter 143 including the CID hole 143a, and one end is welded to the CID filter 143a while being welded to the CID filter 143a.
  • the positive electrode tab 111 has an elastic force in the direction of the CID hole 143a, and thus the CID hole 143a can be stably closed.
  • the other end of the upper tab portion 111b of the positive electrode tab 111 includes a sealing protrusion 111b-1 formed as a hemispherical protrusion. That is, in the coupling process, the sealing protrusion 111b-1 is inserted into the CID hole 143a to increase the coupling force and sealing force between the positive electrode tab and the CID hole.
  • the cap assembly 140 is coupled to the opening of the can 130 . Then, the spare battery 100A is completed.
  • the activation step S40 is activated by charging and discharging the spare battery 100A. At this time, gas is generated inside the can due to the interaction between the electrode assembly and the electrolyte, and the gas is accumulated inside the can 130 to increase the pressure.
  • the gas generated inside the can 130 is discharged to the outside through the cap assembly 140 of the spare battery 100A. That is, by inserting the tool 1 through the top hole 141a, the vent hole 142a, and the CID hole 143a of the cap assembly 140, the positive electrode tab 111 in close contact with the CID filter 143 is lowered. Press. Then, as the CID hole 143a is opened, the gas generated inside the can 130 is discharged to the outside through the CID hole 143a, the vent hole 142a, and the top hole 141a.
  • the CID hole is closed so that the electrolyte inside the can is not discharged to the outside through the CID hole, the vent hole, and the top hole of the cap assembly. That is, in the welding step (S60), a welding device is inserted through the top hole 141a, the vent hole 142a, and the CID hole 143a of the cap assembly 140, and the lower end of the inner peripheral surface of the CID hole 143a is taped to a positive electrode. Weld to (111). In particular, it is welded along the inner circumferential surface of the CID hole 143a in close contact with the positive electrode tab 111 to seal between the CID filter 143 and the positive electrode tab 111 .
  • the sealing ball 150 is inserted into the CID hole 143a through the top hole 141a and the vent hole 142a by force fitting. Then, the CID hole can be effectively sealed.
  • a sealing ball ( 150) and the CID hole 143a are sealed. Then the CID hole can be completely sealed.
  • the top hole 141a is closed by coupling the closing cover 160 to the top hole 141a.
  • the closing cover 160 is made of the same material as the top cap 141 .
  • the method for manufacturing a secondary battery according to the first embodiment of the present invention can manufacture a secondary battery in which gas is discharged.
  • the battery pack 10 includes a secondary battery 100 and a battery case 200 accommodating one or more of the secondary batteries 100 .
  • the secondary battery 100 has the same configuration and function as the secondary battery according to the first embodiment described above, and thus a redundant description thereof will be omitted.
  • the battery pack 10 according to the second embodiment of the present invention can significantly improve battery performance by including the secondary battery in which the gas is discharged inside the can.
  • a method for manufacturing a battery pack according to a second embodiment of the present invention includes manufacturing a secondary battery 100 and accommodating the secondary battery 100 in a battery case 200 .
  • the step of manufacturing the secondary battery 100 has the same method as the secondary battery manufacturing method described above, and thus overlapping description will be omitted.
  • the battery pack manufacturing method according to the second embodiment of the present invention can manufacture the battery pack 10 including the secondary battery 100 from which gas is discharged in the activation step.
  • the cap assembly 140 includes a top cap 141 in which a top hole 141a is formed to penetrate vertically, and the top cap 141 is provided under the upper and lower portions. and a safety belt 142 having a vent hole 142a penetrating therethrough, and a CID filter 143 provided under the safety belt 142 and having a CID hole 143a penetrating vertically.
  • the top hole 141a, the bent hole 142a, and the CID hole 143a are formed on the same vertical line O. As shown in FIG.
  • the cap assembly according to the third embodiment of the present invention has the same configuration and function as the cap assembly included in the secondary battery described above, and thus overlapping description will be omitted.
  • the cap assembly according to the third embodiment of the present invention can discharge the gas generated inside the can to the outside through the top hole 141a, the vent hole 142a, and the CID hole.

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Abstract

본 발명은 이차전지 제조방법에 관한 것으로, 상부에 탑홀이 형성된 탑캡을 배치하고, 상기 탑캡 하부에 밴트홀이 형성된 안전밴트를 배치한 다음, 상기 안전밴트 하부에 CID홀이 형성된 CID필터를 배치하여 캡조립체를 제조하는 캡조립체 제조단계(S10); 캔의 내부에 전극조립체를 수용한 다음, 전해액을 주입하여 전극조립체에 함침시키는 전극조립체 및 전해액 수용단계(S20); 캔의 상부에 상기 캡조립체를 배치하는 배치공정, 상기 전극조립체에 구비된 양극탭을 상기 캡조립체의 CID필터 저면에 결합하되, 상기 양극탭의 선단이 CID홀을 마감하도록 하는 결합공정을 포함하는 예비전지 제조단계(S30); 예비전지를 충방전하는 활성화단계(S40); 및 캡조립체의 CID홀, 밴트홀, 및 탑홀을 통해 CID필터에 밀착된 양극탭을 하부로 누르면, CID홀이 개방되면서 상기 캔 내부에 발생한 가스가 CID홀, 밴트홀, 및 탑홀을 통해 외부로 배출되는 가스배출단계(S50)를 포함한다.

Description

이차전지 제조방법 및 그를 포함하는 전지팩 제조방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2020년 02월 06일자 한국특허출원 제10-2020-0014553호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명의 이차전지 제조방법 및 그를 포함하는 전지팩 제조방법에 관한 것으로, 특히 가스 배출이 용이한 이차전지 제조방법 및 그를 포함하는 전지팩 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
상기한 이차전지는 캔형 이차전지와, 파우치형 이차전지로 분류되며, 상기 캔형 이차전지는 전극조립체, 전해액, 전극조립체와 전해액을 수용하는 캔, 및 캔의 개구부에 실장되는 캡 조립체를 포함한다.
그러나 캡형 이차전지는 캔 내부가 실링된 구조이기 때문에 활성화공정에서 캔 내부에 발생한 가스를 외부로 방출시킬 수 없으며, 이에 따라 전지 성능을 향상시키는데 한계가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명은 활성화 공정 후, 캔 내부에 발생한 가스를 외부로 방출시킬 수 있으며, 이에 따라 전지 성능을 크게 향상시킬 수 있는 이차전지 제조방법 및 그를 포함하는 전지팩 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지 제조방법은 상부에 탑홀이 형성된 탑캡을 배치하고, 상기 탑캡 하부에 밴트홀이 형성된 안전밴트를 배치한 다음, 상기 안전밴트 하부에 CID홀이 형성된 CID필터를 배치하여 캡조립체를 제조하는 캡조립체 제조단계(S10); 캔의 내부에 전극조립체를 수용한 다음, 전해액을 주입하여 전극조립체에 함침시키는 전극조립체 및 전해액 수용단계(S20); 캔의 상부에 상기 캡조립체를 배치하는 배치공정, 상기 전극조립체에 구비된 양극탭을 상기 캡조립체의 CID필터 저면에 결합하되, 상기 양극탭의 선단이 CID홀을 마감하도록 하는 결합공정을 포함하는 예비전지 제조단계(S30); 예비전지를 충방전하는 활성화단계(S40); 및 캡조립체의 CID홀, 밴트홀, 및 탑홀을 통해 CID필터에 밀착된 양극탭을 하부로 누르면, CID홀이 개방되면서 상기 캔 내부에 발생한 가스가 CID홀, 밴트홀, 및 탑홀을 통해 외부로 배출되는 가스배출단계(S50)를 포함할 수 있다.
상기 캡조립체 제조단계(S10)에서 상기 탑홀, 상기 밴트홀 및 상기 CID홀은 동일한 수직선 상에 위치하게 형성될 수 있다.
상기 캡조립체 제조단계(S10)에서 상기 밴트홀은 상기 탑홀 및 상기 CID홀 보다 큰 직경을 가질 수 있다.
상기 캡조립체 제조단계(S10)는, 상기 탑홀을 통해 상기 밴트홀과 상기 CID홀을 연결하도록 상기 안전밴트를 상기 CID필터의 상면에 결합하는 공정을 더 포함할 수 있다.
상호 대응하는 상기 밴트홀의 외주면과 상기 CID홀의 외주면은 밀봉되게 결합될 수 있다.
상기 양극탭은 상기 전극조립체에 연결되는 하측탭부와, 상기 하측탭부에 연결되는 상측탭부를 포함하고, 상기 결합공정은, 상측탭부를 CID필터 저면에 면밀착시킨 다음, 상기 상측탭부의 타단을 이동시켜서 상기 CID홀을 마감하고, 다음으로 상측탭부의 일단을 CID필터 저면에 결합할 수 있다.
상기 상측탭부에는 밀봉돌기가 형성되며, 상기 결합공정은, 상기 상측탭부의 타단을 이동시켜서 상기 CID홀을 마감할 때 상기 밀봉돌기를 상기 CID홀에 삽입하여 밀폐력을 높일 수 있다.
상기 가스배출단계(S50)에서, 상기 양극탭을 누르는 힘을 제거하면, 양극탭이 원위치로 복귀하면서 CID홀을 다시 마감할 수 있다.
상기 가스배출단계(S50) 후, 캡조립체의 밴트홀, 및 탑홀을 통해 CID홀의 내주면 하단을 양극탭에 용접하는 용접단계(S60)를 더 포함할 수 있다.
상기 용접단계(S60)는 양극탭에 밀착된 상기 CID홀의 내주면을 따라 용접하여 CID필터와 양극탭 사이를 밀봉할 수 있다.
상기 용접단계(S60) 후, 탑홀과 밴트홀을 통해 CID홀에 밀폐볼을 삽입하는 밀폐볼 삽입단계(S70)를 더 포함할 수 있다.
상기 밀폐볼 삽입단계(S70) 후, 탑홀과 밴트홀을 통해 상기 밀폐볼을 일부 용융시켜서 밀폐볼과 CID홀을 밀봉되게 접합하는 접합단계(S80)를 더 포함할 수 있다.
상기 접합단계(S80) 후, 상기 탑홀에 마감덮개를 결합하여 상기 탑홀을 마감하는 마감단계(S90)를 더 포함할 수 있다.
상기 마감덮개는 상기 탑캡과 동일한 소재로 제조될 수 있다.
한편, 본 발명의 전지팩 제조방법은 이차전지를 제조하는 단계; 상기 이차전지를 전지케이스에 수용하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 이차전지 제조방법은 탑캡, 안전밴트 및 CID필터를 구비한 캡조립체 제조단계를 포함하되, 상기 탑캡은 탑홀이, 상기 안전밴트는 밴트홀이, 상기 CID필터는 CID홀이 형성되고, 상기 CID홀은 CID필터에 결합된 양극탭이 면밀착되면서 마감되는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 상기 탑홀, 상기 밴트홀, 및 상기 CID홀을 통해 CID필터의 CID홀을 마감하는 양극탭을 누를 수 있고, 이에 따라 CID홀이 개방되면서 캔 내부에 발생한 가스를 상기 CID홀, 상기 밴트홀 및 상기 탑홀을 통해 외부로 배출시킬 수 있으며, 그 결과 캔 내부에 발생한 가스가 배출되면서 전지 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지 제조방법에서 탑홀, 밴트홀 및 CID홀은 동일한 수직선 상에 형성되는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 상기 CID홀을 마감한 양극탭이 상기 탑홀, 상기 밴트홀 및 상기 CID홀을 통해 외부에서 보여지게 되고, 이에 따라 양극탭을 용이하게 눌러서 CID홀을 개방시킬 수 있다.
한편, 상기 탑홀, 상기 밴트홀 및 상기 CID홀은 일부만 동일한 수직선 상에 겹치게 형성될 수 있다. 즉, 캡조립체의 상부에서 보았을 때 탑홀, 밴트홀 및 CID홀의 일부만 겹치도록 형성될 수도 있으며, 이에 따라 불필요한 이물질이 삽입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지 제조방법에서 밴트홀은 탑홀 및 CID홀 보다 큰 직경을 가지는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 탑홀을 통과한 도구를 밴트홀에 보다 효과적으로 관통시킬 수 있고, 특히 상기 도구에 의해 밴트홀이 훼손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지 제조방법에서 안전밴트와 CID필터는 상호 결합되면서 밴트홀과 CID홀이 연결되는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 탑홀을 통과한 도구를 밴트홀과 CID홀에 효과적으로 삽입할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지 제조방법에서 양극탭은, 탄성 복원력을 가진 소재로 형성되는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 양극탭을 상기 CID필터의 저면에 탄력적으로 면밀착시킬 수 있고, 이에 따라 CID홀을 안정적으로 마감할 수 있으며, 그 결과 의도치 않게 CID홀이 개방되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지 제조방법에서 양극탭은, 상기 CID홀에 삽입되면서 상기 CID홀을 밀봉하는 반구형의 밀봉돌기가 형성되는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 CID홀을 보다 안정적으로 마감할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지 제조방법는 상호 연결된 CID홀에 밀폐볼이 삽입되는 단계를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 캔 내부에 발생한 가스가 모두 배출되면, 캔 내부의 전해액이 외부로 배출되지 않도록 밴트홀과 CID홀을 밀폐할 수 있으며, 그 결과 안전성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지 제조방법는 탑캡의 탑홀에 마감덮개가 결합되는 단계를 포함하는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 외부 단자와 탑캡의 결합성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 부분 확대도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 양극탭이 눌린 상태를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 양극탭에 형성된 밀봉돌기를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 밀폐볼을 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 마감덮개를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 제조방법을 나타낸 순서도.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 제조방법의 캡조립체 제조단계를 도시한 단면도.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 제조방법의 전극조립체 및 전해액 수용단계를 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 제조방법의 예비전지 제조단계를 도시한 단면도.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 제조방법의 활성화단계를 도시한 단면도.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 제조방법의 가스배출단계를 도시한 단면도.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 제조방법의 용접단계를 도시한 단면도.
도 14는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 제조방법의 밀폐볼 삽입단계를 도시한 단면도.
도 15는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 제조방법의 접합단계를 도시한 단면도.
도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 제조방법의 마감단계를 도시한 단면도.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지팩을 도시한 도면.
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 캡조립체를 도시한 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
[본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지]
본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(100)는 도 1 내지 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(110), 전해액(120), 상기 전극조립체(110)와 상기 전해액(120)을 수용하는 캔(130) 및 상기 캔(130)의 개구부에 실장되는 캡조립체(140)를 포함한다.
상기 전극조립체(110)는 양극탭이 구비된 구조를 가진다. 즉, 전극조립체(110)는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층되고 롤 형태로 권취되는 구조를 가진다. 그리고 상기 복수의 전극은 양극과 음극을 포함한다. 그리고, 상기 양극은 캡조립체(140)에 결합되는 양극탭(111)이 구비되고, 상기 음극은 캔(130)의 바닥면에 결합되는 음극탭이 구비된다.
상기 전해액(120)은 전극조립체의 성능을 향상시키기 위한 것으로, 상기 캔(130)에 주입되면서 상기 전극조립체(110)에 함침된다.
상기 캔(130)은 상부가 개방된 원통형태를 가지며, 하부에 전극조립체(110)와 전해액(120)을 수용하는 수용부와, 상부에 캡조립체(140)가 실장되는 실링부를 포함한다.
상기 캡조립체(140)는 캔의 개구부에 실장되는 것으로, 특히 이차전지 활성화공정에서 캔(130) 내부에 발생한 가스를 외부로 배출시킬 수 있는 구조를 가진다.
즉, 상기 캡조립체(140)는 상하로 관통되게 탑홀(141a)이 형성된 탑캡(141), 상기 탑캡(141) 하부에 구비되고 상하로 관통되게 밴트홀(142a)이 형성된 안전밴트(142), 및 상기 안전밴트(142) 하부에 구비되고 상기 전극조립체(110)에 구비된 양극탭(111)이 결합되며, 상하로 관통되게 CID홀(143a)이 형성되되, 상기 CID홀(143a)은 상기 양극탭(111)에 의해 마감되거나 또는 개방되는 CID필터(Current Interrupt Device)(143)를 포함한다.
여기서 CID홀(143a)은 CID홀(143a)을 포함한 CID필터(143)에 양극탭(111)이 면밀착되면 마감되고, CID홀(143a)을 포함한 CID필터(143)로부터 양극탭(111)이 이격되면 개방된다.
이와 같은 구조를 가진 캡 조립체(140)는 도 3을 참조하면, 긴 막대기 형태의 도구(1)를 탑캡(141)의 탑홀(141a), 안전밴트(142)의 밴트홀(142a), 및 CID필터(143)의 CID홀(143a)을 관통시킨 다음, CID홀(143a)을 마감한 양극탭(111)을 누를 수 있으며, 이에 따라 CID홀(143a)이 개방되면서 캔(130) 내부에 발생한 가스를 CID홀(143a), 밴트홀(142a) 및 탑홀(141a)을 통해 외부로 배출시킬 수 있고, 그 결과 이차전지 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(100)는 활성화 공정에서 양극탭(111)에 의해 CID홀(143a)이 마감되어 있기 때문에 안정적으로 충방전을 수행할 수 있고, 활성화 공정 후, 캡 조립체(140)를 통해 활성화 공정에서 캔 내부에 발생한 가스를 외부로 배출시킬 수 있으며, 가스 배출 후, 양극탭(111)과 CID홀(143a)을 밀봉되게 용접하여 전해액 누출을 방지한다.
따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(100)는 가스 배출 구조를 가진 캡조립체(140)를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 캡형 이차전지도 활성화 공정 후 캔 내부에 발생한 가스를 외부로 배출시킬 수 있고, 그 결과 전지성능을 크게 향상시킬 수 있다.
여기서 탑홀(141a), 밴트홀(142a) 및 CID홀(143a)은 도구(1)가 삽입될 수 있는 최소한의 직경을 가진다. 예로, 탑홀(141a), 밴트홀(142a) 및 CID홀(143a)은 1~3mm의 직경을 가지며, 이에 따라 캔 내부의 가스를 외부로 배출하는 한편, 탑홀(141a), 밴트홀(142a) 및 CID홀(143a)로 이물질 유입을 현저히 방지할 수 있다.
한편, 여기서 탑홀(141a), 밴트홀(142a) 및 CID홀(143a)은 동일한 수직선 상에 형성될 수 있다, 즉, 도 1을 참조하면 탑캡(141)의 탑홀(141a), 안전밴트(142)의 밴트홀(142a) 및 CID필터(143)의 CID홀(143a)이 상하방향으로 배치되고 동일한 수직선상에 위치한다. 이에 따라 상기 CID홀(143a)을 마감한 양극탭(111)이 상기 탑홀(141a), 상기 밴트홀(142a) 및 상기 CID홀(143a)을 통해 외부에서 보여질 수 있고, 그 결과 이차전지 외부에서 상기 CID홀(143a)의 마감 여부를 손쉽게 확인할 수 있으며, 특히 탑홀(141a), 밴트홀(142a) 및 CID홀(143a)이 일직선상에 위치함에 따라 양극탭(111)을 보다 효과적으로 눌러서 CID홀(143a)을 개방할 수 있다. 여기서 탑홀(141a)은 탑캡의 중심점에, 밴트홀(142a)은 안전밴트의 중심점에, CID홀(143a)은 CID필터(143) 중심점에 형성되며, 이에 따라 강도 약화를 최소화할 수 있다.
한편, 탑홀(141a), 밴트홀(142a) 및 CID홀(143a)은 일부만 동일한 수직선 상에 위치할 수 있다. 예로, 탑홀(141a), 밴트홀(142a) 및 CID홀(143a)은 절반만 동일한 수직선 상에 위치하고, 나머지 절반은 서로 다른 수직선 상에 위치할 수 있다. 이에 따라 탑홀(141a), 밴트홀(142a) 및 CID홀(143a)로 불필요한 물체가 유입되는 것을 크게 방지할 수 있고, 특히 불필요한 물체로 인해 양극탭이 눌리는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 밴트홀(142a)의 직경(β)은 상기 탑홀(141a) 및 상기 CID홀(143a)의 직경(α) 보다 큰 직경을 가진다. 즉, 상기 탑홀(141a)과 상기 CID홀(143a)의 중간에 위치한 상기 밴트홀(142a)은 양극탭(111)을 누르기 위한 도구 삽입할 경우 도구의 유동현상으로 인해 쉽게 삽입하기 어려울 수 있다. 이에 따라 상기 밴트홀(142a)은 상기 탑홀(141a) 및 상기 CID홀(143a) 보다 크게 직경을 가짐으로써 탑홀(141a)을 통과한 도구를 용이하게 관통시킬 수 있다. 특히 양극탭(111)을 누르기 위한 도구에 의해 밴트홀(142a)이 훼손되는 것을 방지할 수 있다. 즉 안전밴트(142)는 이차전지의 폭발 방지를 위해 절개되는 것으로, 밴트홀(142a)의 훼손으로 인해 불량이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 상기 밴트홀(142a)은 상기 탑홀(141a) 및 상기 CID홀(143a) 보다 큰 직경을 가지며, 이에 따라 밴트홀(142a)의 훼손을 방지한다. 예로, 상기 탑홀(141a) 및 상기 CID홀(143a)의 직경(α)은 2mm로 형성하고, 상기 CID홀(143a)은 3mm로 형성한다.
한편, 상기 안전밴트(142)와 상기 CID필터(143)는 상호 결합되면서 상기 밴트홀(142a)과 상기 CID홀(143a)이 연결되며, 이에 따라 상기 밴트홀(142a)과 상기 CID홀(143a)을 동일한 수직선 상에 위치시킬 수 있다. 특히 상기 밴트홀(142a)의 외주면과 상기 CID홀(143a)의 외주면은 밀봉되게 결합되며, 이에 따라 상기 안전밴트(142)와 상기 CID필터(143) 사이를 통해 상기 밴트홀(142a)과 상기 CID홀(143a)로 이물질 또는 전해액 누출을 방지할 수 있다.
한편, 상기 양극탭(111)은, 하측탭부(111a)와 상측탭부(111b)를 포함하고, 상기 하측탭부(111a)는 상기 전극조립체(110)의 양극에 연결되며, 상기 상측탭부(111b)은 상기 하측탭부(111a)와 연결된 일단이 상기 CID필터(143)에 결합되고, 타단이 상기 CID홀(143a)이 위치한 CID필터(143)의 저면에 면밀착되면서 CID홀을 마감한다. 즉, 상측탭부(111b)는 상기 CID필터(143)에 면밀착된 다음, 일단이 CID필터(143)에 용접에 의해 결합되고, 타단이 상기 CID홀(143a)을 포함한 상기 CID필터(143)에 면밀착되면서 CID홀을 마감한다. 이때 상기 CID홀(143a)을 마감한 상측탭부(111b)의 타단을 누르면, 상측탭부(111b)의 타단이 상기 CID홀(143a)로부터 이격되면서 상기 CID홀(143a)이 개방되고, 상측탭부의 타단을 누른 힘을 제거하면, 상측탭부의 복원력에 의해 상측탭부(111b)의 타단이 상기 CID홀(143a)을 포함한 상기 CID필터(143)에 다시 면밀착되면서 CID홀을 마감한다.
이에 따라 상기 양극탭(111)은, 이차전지의 활성화 공정까지 CID홀을 안정적으로 마감할 수 있고, 활성화 공정 후, CID필터(143)로부터 이격되면 CID홀이 개방되면서 캔 내부의 가스를 간편하게 외부로 배출할 수 있다.
한편, 가스 배출 후, 상기 CID홀(143a)의 내주면과 상기 양극탭(111)은 밀봉되게 결합된다. 즉, CID필터(143)의 저면에 면밀착된 상측탭부(111b)의 타단은 가스배출 후 CID필터(143)에 밀봉되게 결합되며, 이에 따라 CID홀이 다시 개방되는 것을 방지하고, 그 결과 전해액 누출을 방지할 수 있다.
한편, 상기 양극탭(111)은 탄성 복원력을 가진 소재로 형성된다. 이에 따라 상측탭부(111b)의 타단이 상기 CID필터(143)의 저면에 탄력적으로 면밀착되며, 그 결과 CID홀(143a)을 안정적으로 마감할 수 있다. 특히 상측탭부(111b)의 타단을 누른 외력을 제거하면 탄성 복원력에 의해 상측탭부(111b)의 타단이 원위치로 신속하게 복귀하며, 그 결과 CID홀(143a)을 신속하고 안정적으로 마감할 수 있다. 여기서 양극탭(111)은 탄성 복원력을 가진 소재를 함유한 합금강일 수 있다.
한편, 상기 양극탭(111)은, 상기 CID홀(143a)에 삽입되는 밀봉돌기(111b-1)를 포함한다. 즉, 상기 밀봉돌기(111b-1)는 상기 양극탭(111)과 상기 CID홀(143a)의 밀봉력을 높이기 위한 것으로, CID홀(143a)의 직경과 동일한 지름을 가지며, 상기 CID홀(143a)에 삽입되면서 상기 양극탭(111)과 상기 CID홀(143a) 사이의 밀봉력을 높인다. 특히 상기 밀봉돌기(111b-1)는 반구형태의 융기부로 형성되며, 이에 따라 상기 밀봉돌기(111b-1)를 상기 CID홀(143a)에 용이하게 결합할 수도 있고, 용이하게 분리시킬 수도 있다.
한편, 캔 내부에 발생한 가스 배출이 완료되면, 상기 CID홀(143a)에는 밀폐볼(150)이 삽입된다. 상기 밀폐볼(150)은 상기 CID홀(143a)을 밀봉하기 위한 것으로, 구 형태를 가지며, 여기서 탑홀(141a), 밴트홀(142a)을 통해 상기 CID홀(143a)에 삽입되면서 상기 CID홀(143a)을 밀봉한다. 특히 밀폐볼(150)는 열융착장치(미도시)를 통해 용융되며, 이에 따라 밀폐볼(150)이 상기 CID홀(143a)의 내주면에 접합되면서 상기 CID홀(143a)과 밀폐볼(150) 사이의 밀봉력을 높일 수 있다.
한편, 상기 캡조립체(140)는 상기 탑홀(141a)에 결합되는 마감덮개(160)를 더 포함한다. 즉, 상기 마감덮개(160)는 탑캡(141)에 연결되는 연결단자의 연결성을 높이기 위한 것으로, 탑캡(141)과 동일한 소재로 형성된다. 이에 따라 탑홀(141a)을 통해 이물질 유입을 차단하고, 연결단자의 연결성을 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 이차전지 제조방법을 설명한다.
[본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 제조방법]
본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 도 7 내지 도 16에 도시되어 있는 것과 같이, 캡조립체 제조단계(S10), 전극조립체 및 전해액 수용단계(S20), 예비전지 제조단계(S30), 활성화단계(S40), 가스배출단계(S50), 용접단계(S60), 밀폐볼 삽입단계(S70), 접합단계(S80), 마감단계(S90)를 포함한다.
캡조립체 제조단계(S10)는 도 8을 참조하면, 캡조립체 천공공정과, 캡조립체 조립공정을 포함하며, 상기 캡조립체 천공공정은 천공장치(미도시)를 사용하여 탑캡(141)의 상면 중앙을 상하로 관통되는 탑홀(141a)을 천공하고, 안전밴트(142)의 상면 중앙에 상하로 관통되는 밴트홀(142a)을 천공하며, CID필터(143)의 상면 중앙에 상하로 관통되는 CID홀(143a)을 천공한다.
이때 상기 탑홀(141a), 밴트홀(142a) 및 CID홀(143a)은 캡조립체 제조시 동일한 수직선 상에 위치하도록 천공한다. 이는 상기 탑홀(141a), 밴트홀(142a) 및 CID홀(143a)을 통과되게 도구를 안정적으로 삽입하기 위한 것이다.
여기서 상기 밴트홀(142a)은 상기 탑홀(141a), 상기 CID홀(143a) 보다 큰 직경으로 천공되며, 이에 따라 상기 탑홀(141a)을 통과하는 도구로부터 밴트홀(142a)의 훼손을 방지할 수 있다. 일례로, 밴트홀(142a)은 상기 탑홀(141a), 상기 CID홀(143a) 보다 1mm~2mm 큰 직경을 가진다.
상기 캡조립체 조립공정은 상부에 탑홀(141a)이 형성된 탑캡(141)을 배치하고, 상기 탑캡(141) 하부에 밴트홀(142a)이 형성된 안전밴트(142)를 배치한 다음, 상기 안전밴트(142) 하부에 CID홀(143a)이 형성된 CID필터(143)를 배치한다. 이때 탑캡(141)의 탑홀(141a), 안전밴트(142)의 밴트홀(142a) 및 CID필터(143)의 CID홀(143a)은 동일한 수직선 상에 위치한다. 그리고 탑캡과 안전밴트의 외주면을 감싸게 가스켓(144)을 결합한다.
한편, 상기 캡조립체 제조단계(S10)는, 안전밴트 및 CID필터 결합공정을 더 포함하며, 안전밴트 및 CID필터 결합공정은 상기 탑홀(141a)을 통해 접합장치를 삽입한 다음, 상기 안전밴트(142)를 상기 CID필터(143)의 상면에 밀착시켜서 상기 밴트홀(142a)과 상기 CID홀(143a)이 연결시키고, 이와 같은 상태로 열을 가하여 상기 안전밴트(142)와 상기 CID필터(143)를 결합한다.
이때 상기 밴트홀(142a)과 상기 CID홀(143a) 사이가 완전히 밀봉되도록 상기 안전밴트(142)와 상기 CID필터(143)를 결합한다. 즉, 상호 대응하는 상기 밴트홀의 외주면과 상기 CID홀의 외주면은 밀봉되게 결합된다.
상기 캡조립체 제조단계(S10)가 완료되면 탑홀, 밴트홀 및 CID홀이 형성된 캡조립체를 제조할 수 있다.
따라서 상기와 같은 공정이 완료되면 캡조립체(140)가 완성된다.
전극조립체 및 전해액 수용단계(S20)는 도 9를 참조하면, 캔(130)의 개구부를 통해 전극조립체(110)를 수용한 다음, 캔(130) 내부에 전해액(120)을 주입한다. 그러면 전해액이 전극조립체(110)에 함침된다.
여기서 상기 전극조립체(110)는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층되고 롤 형태로 권취되는 구조를 가지며, 상기 복수의 전극은 양극과 음극을 포함한다. 그리고, 상기 양극은 캡조립체(140)에 결합되는 양극탭(111)이 구비되고, 상기 음극은 캔(130)의 바닥면에 결합되는 음극탭이 구비된다.
예비전지 제조단계(S30)는 도 10을 참조하면, 미충방전된 예비전지를 제조하기 위한 것으로, 배치공정과 결합공정을 포함한다.
상기 배치공정은 캔(130)의 상부에 상기 캡조립체(140)를 배치한다. 이때 캡조립체(140)의 CID필터(143)와 전극조립체(110)의 양극탭(111)이 근접되게 상기 캡조립체(140)를 배치한다.
상기 결합공정은 상기 전극조립체(110)에 구비된 양극탭(111)이 CID홀(143a)을 마감한 상태로 상기 캡조립체(140)의 CID필터(143)에 결합된다. 한편 상기 양극탭(111)은 상기 전극조립체(110)에 연결되는 하측탭부(111a)와, 상기 하측탭부(111a)에 연결되는 상측탭부(111b)를 포함한다.
즉, 상기 결합공정은, 상측탭부(111b)를 CID필터(143a) 저면에 면밀착시킨 다음, 상기 상측탭부(111b)의 타단을 이동시켜서 상기 CID홀(143a)을 마감하고, 다음으로 상측탭부(111b)의 일단을 CID필터(143) 저면에 용접하여 결합한다. 다시 말해, 상기 상측탭부(111b)은 타단이 상기 CID홀(143a)을 포함한 CID필터(143) 저면에 면밀착되면서 CID홀(143a)을 마감하고, 일단이 CID필터(143a)에 용접되면서 CID필터와 양극탭을 결합한다. 특히 양극탭(111)은 상기 CID홀(143a) 방향으로 탄성력을 가지며, 이에 따라 상기 CID홀(143a)을 안정적으로 마감할 수 있다.
한편, 양극탭(111)의 상측탭부(111b) 타단에는 반구형태의 융기부로 형성된 밀봉돌기(111b-1)를 포함한다. 즉 상기 결합공정은, 상기 밀봉돌기(111b-1)를 상기 CID홀(143a)에 삽입하여 양극탭과 CID홀의 결합력과 밀폐력을 높일 수 있다.
상기와 같이 양극탭과 캡조립체의 결합이 완료되면 캡조립체(140)를 캔(130)의 개구부에 결합한다. 그러면 예비전지(100A)가 완성된다.
활성화단계(S40)는 도 11을 참조하면, 예비전지(100A)를 충방전하여 활성화시킨다. 이때 전극조립체와 전해액의 상호 반응으로 인해 캔 내부에 가스가 발생하고, 상기 가스는 캔(130) 내부에 축척되면서 압력을 증대시킨다.
가스배출단계(S50)는 도 12를 참조하면, 예비전지(100A)의 캡조립체(140)를 통해 캔(130) 내부에 발생한 가스를 외부로 배출시킨다. 즉, 캡조립체(140)의 탑홀(141a), 밴트홀(142a), 및 CID홀(143a)을 통해 도구(1)를 삽입하여 CID필터(143)에 밀착된 양극탭(111)을 하부로 누른다. 그러면, CID홀(143a)이 개방되면서 상기 캔(130) 내부에 발생한 가스가 CID홀(143a), 밴트홀(142a), 및 탑홀(141a)을 통해 외부로 배출된다.
이후, 양극탭(111)을 누른 도구(1)를 제거하면, 양극탭(111)이 원위치로 복귀하면서 CID홀(143a)을 다시 마감할 수 있다.
상기 용접단계(S60)는 도 13을 참조하면, 캔 내부의 전해액이 캡조립체의 CID홀, 밴트홀, 및 탑홀을 통해 외부로 배출되지 않도록 CID홀을 마감한다. 즉, 상기 용접단계(S60)는 캡조립체(140)의 탑홀(141a), 밴트홀(142a), 및 CID홀(143a)을 통해 용접장치를 삽입하여 CID홀(143a)의 내주면 하단을 양극탭(111)에 용접한다. 특히 양극탭(111)에 밀착된 상기 CID홀(143a)의 내주면을 따라 용접하여 CID필터(143)와 양극탭(111) 사이를 밀봉한다.
상기 밀폐볼 삽입단계(S70)는 도 14를 참조하면, 탑홀(141a)과 밴트홀(142a)을 통해 CID홀(143a)에 밀폐볼(150)을 억지끼움으로 삽입한다. 그러면 CID홀을 효과적으로 밀봉할 수 있다.
상기 접합단계(S80)는 도 15를 참조하면, 탑홀(141a)과 밴트홀(142a)을 통해 용융장치(2)를 삽입한 다음 상기 밀폐볼(150)을 일부 용융시켜서 상호 밀착되는 밀폐볼(150)과 CID홀(143a)을 밀봉되게 접합한다. 그러면 CID홀을 완벽하게 밀봉할 수 있다.
상기 마감단계(S90)는 도 16을 참조하면, 상기 탑홀(141a)에 마감덮개(160)를 결합하여 상기 탑홀(141a)을 마감한다. 이때 마감덮개(160)는 상기 탑캡(141)과 동일한 소재로 제조된다. 상기 마감단계가 완료되면 완제품 이차전지(100)가 완성된다.
따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 가스가 배출된 이차전지를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예를 설명함에 있어 전술한 실시예와 동일한 기능을 가지는 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.
[본 발명의 제2 실시예에 따른 전지팩]
본 발명의 제2 실시예에 따른 전지팩(10)는 도 17에 도시되어 있는 것과 같이, 이차전지(100) 및 상기 이차전지(100)를 하나 이상 수용하는 전지케이스(200)를 포함한다.
여기서 이차전지(100)는 앞에서 설명한 제1 실시예에 따른 이차전지와 동일한 구성과 기능을 가지며, 이에 따라 중복되는 설명은 생략한다.
따라서 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지팩(10)는 캔 내부에 가스가 배출된 이차전지를 포함함으로써 전지 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
[본 발명의 제2 실시예에 따른 전지팩 제조방법]
본 발명의 제2 실시예에 따른 전지팩 제조방법은 이차전지(100)를 제조하는 단계 및 상기 이차전지(100)를 전지케이스(200)에 수용하는 단계를 포함한다.
여기서 이차전지(100)를 제조하는 단계는 앞에서 설명한 이차전지 제조방법과 동일한 방법을 가지며, 이에 따라 중복되는 설명은 생략한다.
따라서 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지팩 제조방법은 활성화단계에서 가스가 배출된 이차전지(100)를 포함한 전지팩(10)을 제조할 수 있다.
[본 발명의 제3 실시예에 따른 캡조립체]
본 발명의 제3 실시예에 따른 캡조립체(140)는 도 18에 도시되어 있는 것과 같이, 상하로 관통되게 탑홀(141a)이 형성된 탑캡(141), 상기 탑캡(141) 하부에 구비되고, 상하로 관통되게 밴트홀(142a)이 형성된 안전밴트(142), 및 상기 안전밴트(142) 하부에 구비되고, 상하로 관통되게 CID홀(143a)이 형성되는 CID필터(143)를 포함한다.
상기 탑홀(141a), 상기 밴트홀(142a) 및 상기 CID홀(143a)은 동일한 수직선(O) 상에 형성된다.
여기서 본 발명의 제3 실시예에 따른 캡조립체는 앞에서 설명한 이차전지에 포함된 캡조립체와 동일한 구성과 기능을 가지며 이에 따라 중복되는 설명은 생략한다.
따라서 본 발명의 제3 실시예에 따른 캡조립체는 상기 탑홀(141a), 상기 밴트홀(142a) 및 상기 CID홀을 통해 캔 내부에 발생하는 가스를 외부로 배출할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 가능하다.
[부호의 설명]
10: 전지팩
100: 이차전지
110: 전극조립체
120: 전해액
130: 캔
140: 캡조립체
141: 탑캡
142: 안전밴트
143: CID필터
150: 밀폐볼
160: 마감덮개
200: 전지케이스

Claims (15)

  1. 상부에 탑홀이 형성된 탑캡을 배치하고, 상기 탑캡 하부에 밴트홀이 형성된 안전밴트를 배치한 다음, 상기 안전밴트 하부에 CID홀이 형성된 CID필터를 배치하여 캡조립체를 제조하는 캡조립체 제조단계(S10);
    캔의 내부에 전극조립체를 수용한 다음, 전해액을 주입하여 전극조립체에 함침시키는 전극조립체 및 전해액 수용단계(S20);
    캔의 상부에 상기 캡조립체를 배치하는 배치공정, 상기 전극조립체에 구비된 양극탭을 상기 캡조립체의 CID필터 저면에 결합하되, 상기 양극탭의 선단이 CID홀을 마감하도록 하는 결합공정을 포함하는 예비전지 제조단계(S30);
    예비전지를 충방전하는 활성화단계(S40); 및
    캡조립체의 CID홀, 밴트홀, 및 탑홀을 통해 CID필터에 밀착된 양극탭을 하부로 누르면, CID홀이 개방되면서 상기 캔 내부에 발생한 가스가 CID홀, 밴트홀, 및 탑홀을 통해 외부로 배출되는 가스배출단계(S50)를 포함하는 이차전지 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 캡조립체 제조단계(S10)에서 상기 탑홀, 상기 밴트홀 및 상기 CID홀은 동일한 수직선 상에 위치하게 형성되는 이차전지 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 캡조립체 제조단계(S10)에서 상기 밴트홀은 상기 탑홀 및 상기 CID홀 보다 큰 직경을 가지는 이차전지 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 캡조립체 제조단계(S10)는, 상기 탑홀을 통해 상기 밴트홀과 상기 CID홀을 연결하도록 상기 안전밴트를 상기 CID필터의 상면에 결합하는 공정을 더 포함하는 이차전지 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상호 대응하는 상기 밴트홀의 외주면과 상기 CID홀의 외주면은 밀봉되게 결합되는 이차전지 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극탭은 상기 전극조립체에 연결되는 하측탭부와, 상기 하측탭부에 연결되는 상측탭부를 포함하고,
    상기 결합공정은, 상측탭부를 CID필터 저면에 면밀착시킨 다음, 상기 상측탭부의 타단을 이동시켜서 상기 CID홀을 마감하고, 다음으로 상측탭부의 일단을 CID필터 저면에 결합하는 이차전지 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 상측탭부에는 밀봉돌기가 형성되며,
    상기 결합공정은, 상기 상측탭부의 타단을 이동시켜서 상기 CID홀을 마감할 때 상기 밀봉돌기를 상기 CID홀에 삽입하여 밀폐력을 높이는 이차전지 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스배출단계(S50)에서, 상기 양극탭을 누르는 힘을 제거하면, 양극탭이 원위치로 복귀하면서 CID홀을 다시 마감하는 이차전지 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스배출단계(S50) 후, 캡조립체의 밴트홀, 및 탑홀을 통해 CID홀의 내주면 하단을 양극탭에 용접하는 용접단계(S60)를 더 포함하는 이차전지 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 용접단계(S60)는 양극탭에 밀착된 상기 CID홀의 내주면을 따라 용접하여 CID필터와 양극탭 사이를 밀봉하는 이차전지 제조방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 용접단계(S60) 후, 탑홀과 밴트홀을 통해 CID홀에 밀폐볼을 삽입하는 밀폐볼 삽입단계(S70)를 더 포함하는 이차전지 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 밀폐볼 삽입단계(S70) 후, 탑홀과 밴트홀을 통해 상기 밀폐볼을 일부 용융시켜서 밀폐볼과 CID홀을 밀봉되게 접합하는 접합단계(S80)를 더 포함하는 이차전지 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 접합단계(S80) 후, 상기 탑홀에 마감덮개를 결합하여 상기 탑홀을 마감하는 마감단계(S90)를 더 포함하는 이차전지 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 마감덮개는 상기 탑캡과 동일한 소재로 제조되는 이차전지 제조방법.
  15. 청구항 1에 의해 이차전지를 제조하는 단계; 및
    상기 이차전지를 전지케이스에 수용하는 단계를 포함하는 전지팩 제조방법.
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