WO2023022501A1 - 전극탭 및 전극탭의 절단방법 - Google Patents

전극탭 및 전극탭의 절단방법 Download PDF

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Definitions

  • the uncoated portion of the current collector to which the anode slurry or the anode slurry is not applied is processed into an electrode tab (anode is a cathode tab and a cathode is a cathode tab) that serves as a passage for current to flow outside, or the uncoated portion is made of nickel or the like.
  • a separate tab is additionally welded to provide an electrode tab.
  • welding is performed in a state where the lower surface is in close contact with the upper surface of the electrode lead 40.

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Abstract

본 발명에 따른 전극탭의 절단방법은, 전극에서 돌출된 전극탭을 절단하는 전극탭의 절단방법에 있어서, 전극탭의 일측면을 받침부가 지지하도록 상기 받침부를 전극탭에 밀착시키는 밀착단계; 및 상기 전극탭의 타측면으로 압력이 가해지도록 절단나이프가 전극탭을 가압하여 절단하는 절단단계;를 포함하고, 상기 절단나이프는 전극탭과 사이에 형성되는 각도가 예각이 되도록 진입하는 것을 특징으로 한다. 상기 절단방법으로 절단된 본 발명에 따른 전극탭은, 전극에서 돌출되며, 평평한 일측면 및 상기 일측면과 평행한 타측면을 갖는 전극탭으로써, 일단은 일측면으로 이어지고 타단은 타측면으로 이어지는 절단면을 가지며, 상기 절단면은 일측면 또는 타측면 중 어느 하나와의 사잇각이 예각으로 형성되도록 경사면으로 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

전극탭 및 전극탭의 절단방법
본 출원은 2021년 8월 17일자 한국특허출원 제10-2021-0108326호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전극에서 돌출된 전극탭을 절단하는 절단방법에 관한 것으로써 더 상세하게는 절단된 끝단이 최대한 얇게 형성되어 절단면에서 크랙발생이 억제될 수 있고 전극리드와의 접촉면에서 밀착이 이뤄질 수 있는 전극탭의 절단방법 및 상기 절단방법에 의해 절단된 전극탭에 관한 것이다.
전기 에너지를 저장하는 전지는 일반적으로 일차 전지와 이차 전지로 구분될 수 있다. 일차 전지는 일회용 소모성 전지인 반면에, 이차 전지는 전류와 물질 사이의 산화 및 환원 과정이 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 충전식 전지이다. 즉, 전류에 의해 소재에 대한 환원 반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화 반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성된다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
이중, 리튬 이차 전지는 일반적으로 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)이 적층되어 형성된다. 그리고 이들의 재료는 전지수명, 충방전 용량, 온도특성 및 안정성 등을 고려하여 선택된다. 리튬 이온이 양극의 리튬 금속 산화물로부터 음극으로 삽입(Intercalation) 및 탈리(Deintercalation)되는 과정이 반복되면서, 리튬 이차 전지의 충방전이 진행된다.
일반적으로 이차전지는 양극, 분리막, 음극이 반복적층된 전극조립체가 원통형 캔 또는 각형 파우치 등과 같은 케이스에 수용되어 제조된다.
한편, 양극과 음극은 금속재 집전체(음극의 경우 구리재, 양극의 경우 알루미늄재)를 미리정해진 크기를 갖도록 가공한 후, 끝단 일부분을 제외하고 표면에 각각 양극슬러리 또는 음극슬러리를 도포하여 제조된다.
이때, 양극슬러리 또는 음극슬러리가 도포되지 않은 집전체의 무지부는 외부로 전류가 흐르는 통로가 되는 전극탭(양극은 양극탭, 음극은 음극탭)으로 가공되거나, 또는 상기 무지부에는 니켈 등으로 제조된 별도의 탭이 추가로 용접되어 전극탭이 마련된다.
여러 종류의 이차전지들 중에서, 원통형 캔에 삽입되는 권취형(젤리롤형) 전극조립체(3)는 음극, 양극, 분리막 각각을 요구되는 폭과 길이를 갖도록 재단하여 제조한 다음에 상기 음극과 양극 사이에 분리막을 적층한 후, 나선형으로 감아서 제조된다.
원통형 이차전지의 종단면도 및 캔에서 전극조립체 및 탑캡이 분해된 모습이 도시된 도 1a 를 참조하면, 전극조립체(3)는 캔(1)에 탑재되기 전에 전극탭이 상기 캔(1) 또는 탑캡(2)에 용접될 수 있게 전극탭(10: 참고로 도 1a 에서 상단에서 돌출된 것은 양극탭이고 하단에서 돌출된 것은 음극탭)의 절단이 이뤄진다.
하지만, 종래의 방식에 따라 전극탭을 절단 했을 때 절단부위에 버(b)가 발생한 모습을 도시되 도 1b 에 나타난 바와 같이, 종래의 나이프(4)는 위에서 아랫쪽으로 압력을 가해 절단이 이뤄지므로, 전극탭(10)의 절단면이 아랫쪽으로 변형되어 버(b: burr) 및/또는 변형이 발생하는 문제가 생기고, 이에 따라 전극리드와 밀착되지 못해 용접부위에 들뜸이나 틈이 발생하거나(도 6 참조), 전극리드(40)의 표면에서 갑자기 단차가 발생된 상태로 충방전이 이뤄짐에 따라 발열과 냉각이 반복되어 크랙(crack)이 발생할 수도 있었다.
그러므로, 본 발명은 종래의 절단방법에서 발생하는 문제를 해소할 수 있도록 절단 부위에서 단차 및 변형 발생을 방지할 수 있게 버(burr) 발생을 억제하여 전극리드와의 접촉면이 밀착될 수 있는 전극탭의 절단방법 및 상기 절단방법을 통해 절단된 전극탭을 제공하는 것에 주목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극탭의 절단방법은, 전극(양극 또는 음극)에서 돌출된 전극탭(양극탭 또는 음극탭)을 절단하는 전극탭의 절단방법으로써, 전극탭의 일측면을 받침부가 지지하도록 상기 받침부를 전극탭에 밀착시키는 밀착단계; 및 상기 전극탭의 타측면으로 압력이 가해지도록 절단나이프가 전극탭을 가압하여 절단하는 절단단계;를 포함하고, 상기 절단나이프는 전극탭과 사이에 형성되는 각도가 예각이 되도록 진입하는 것을 특징으로 한다.
절단단계에서 상기 절단나이프와 전극탭과 사이에 형성되는 예각은 10° 내지 80°로 형성된다.
상기 절단나이프의 끝단은 일면은 길이방향을 따라 연장된 평면이고, 타면은 경사면을 갖도록 형성된다.
이때, 상기 절단나이프는 경사면이 전극탭에 가깝게 위치하도록 배치된 상태에서 진입한다.
상기 절단단계에서, 상기 절단나이프는 수직방향으로 하강하고, 받침부가 전극탭이 경사지도록 기울어지게 배치될 수 있다. 또는, 상기 절단단계에서, 상기 받침부는 전극탭이 수평에 놓이도록 평평하게 위치하고, 상기 절단나이프가 기울어진 상태로 활주하게 구성될 수도 있다.
상기 절단나이프는 전극탭 보다 더 큰 경도(hardness)를 갖는 금속재로 제조되고, 상기 받침부는 절단나이프가 전극탭을 가압할 때 탄성변형이 이뤄지지 않는 재질로 제조된다.
아울러, 본 발명은 전술한 바와 같은 절단방법으로 절단이 이뤄진 전극탭을 추가적으로 제공한다.
본 발명에 따른 전극탭은 전극에서 돌출되며, 평평한 일측면 및 상기 일측면과 평행한 타측면을 갖는 전극탭으로써, 일단은 일측면으로 이어지고 타단은 타측면으로 이어지는 절단면을 가지며, 상기 절단면은 일측면 또는 타측면 중 어느 하나와의 사잇각이 예각으로 형성되도록 경사면으로 형성된다.
상기 절단면에서 일측면 또는 타측면 중 어느 하나와 경사면 사이의 사잇각은 10° 내지 80°로 형성된다.
한편, 본 발명에서 상기 전극은 음극이고, 상기 전극탭은 상기 음극에 마련된 음극탭일 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 전극탭의 절단방법은 절단나이프가 전극탭과 사이에 형성되는 각도가 예각이 되도록 절단하여 종래의 절단방법에서 발생하던 버(burr)를 제거할 수 있다.
이에 따라, 절단부위는 경사면으로 형성되되, 전극리드와 접촉하게되는 면은 평면으로 형성되므로, 전극탭과 전극리드의 용접시 접촉면에서 발생하는 들뜸, 틈 발생을 억제할 수 있고, 버(burr)가 발생한 부위에서 발생하던 크랙 및 상기 크랙에 기인하는 단락 발생을 억제될 수 있다.
도 1a 는 원통형 이차전지의 종단면도 및 캔에서 전극조립체 및 탑캡이 분해된 모습이 도시된 도면.
도 1b 는 종래의 방식에 따라 전극탭을 절단 했을 때 절단부위에 버(b)가 발생한 모습을 도시한 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 전극탭의 절단방법으로 전극탭을 절단하되, 절단나이프가 수직방향으로 활주하는 모습이 도시된 도면.
도 3 은 본 발명에 따른 전극탭의 절단방법으로 전극탭을 절단하되, 절단나이프가 경사진 방향으로 활주하는 모습이 도시된 도면.
도 4 는 절단된 전극탭의 측면모습이 도시된 도면.
도 5 는 본 발명에 따른 절단방법으로 절단된 전극탭이 전극리드와 접합된 모습(a) 및 종래의 절단방법으로 절단된 전극탭이 전극리드와 접합된 모습(b)이 도시된 도면.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 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.
본 발명은 전극(음극 및 양극)의 일측 또는 양측 모두에서 돌출되는 전극탭(음극탭 또는 양극탭)을 전극리드(양극리드 또는 음극리드)에 용접하기 전에 절단하는 전극탭의 절단방법 및 상기 절단방법으로 절단된 전극탭에 관한 것으로써, 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세히 설명한다.
제1실시예
도 2 는 본 발명에 따른 전극탭의 절단방법으로 전극탭을 절단하되, 절단나이프가 수직방향으로 활주하는 모습이 도시된 도면이고, 도 3 은 절단나이프가 경사진 방향으로 활주하는 모습이 도시된 도면이다.
도 2, 3 을 참조하면, 본 발명은 전극탭(10)이 전극리드(40)와 용접되기 전에 절단이 이뤄지는 전극탭(10)의 절단방법을 제1실시예로써 제공하되, 이 실시예에서 제공되는 절단방법은 전극탭(10)을 절단하는 절단나이프(20)가 상기 전극탭(10)에서 비스듬하게 경사진 상태로 진입하여 절단이 이뤄지는 것을 특징으로 한다.
더 상세하게는, 전극탭(10)의 일측면(10b: 도 4 참조)을 받침부(30)가 지지하도록 상기 받침부(30)를 전극탭(10)에 밀착시키는 밀착단계 및 상기 전극탭(10)의 타측면(10a)으로 압력이 가해지도록 절단나이프(20)가 전극탭(10)을 가압하여 절단하는 절단단계를 포함한다.
이때, 본 발명에서 제공되는 상기 절단나이프(20)는 전극탭(10) 보다 더 큰 경도(hardness)를 갖는 금속재로 제조되고, 상기 받침부(30)는 절단나이프(20)가 전극탭(10)을 가압할 때 탄성변형이 이뤄지지 않는 재질로 제조된다.
그리고, 상기 절단나이프(20)의 끝단은 일면은 길이방향을 따라 연장된 평면(20a)이고, 타면은 경사면(20b)을 갖도록 형성된다.
또한, 전극탭(10)의 절단이 이뤄질 때, 상기 절단나이프(20)는 전극탭(10)과 사이에 형성되는 각도가 예각이 되도록 예를 들어 상기 절단나이프(20)와 전극탭(10)과 사이의 각도(d) 10° 내지 80°로 형성되도록 진입한다.
아울러, 이때 도 2, 3 에 나타난 바와 같이, 전극탭(10)의 끝단이 더 뾰족한 모양을 갖도록 상기 절단나이프(20)는 경사면(20b)이 전극탭(10)에 가깝게 위치하도록 배치된 상태에서 진입이 이뤄진다.
이 실시예에서 제공되는 절단단계는 두 가지 방식으로 이뤄질 수 있다.
우선, 도 2 에 나타난 바와 같이, 상기 절단단계에서 상기 절단나이프(20)는 수직방향으로 하강하고, 받침부(30)가 전극탭이 경사지도록 기울어지게 배치될 수 있다. 이때, 받침부(30)와 지면이 이루는 각도(c)는 10° 내지 80°범위로 형성될 수 있지만, 절단나이프(20)와 전극탭(10) 사이의 슬립(slip)이 발생하지 않도록 가급적 50°이하로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 이때, 전극탭(10)의 기울어짐이 발생함에 따라 전극탭(10)의 움직임을 고정할 수 있도록 이 경우에는 받침부(30)와 전극탭(10)이 접촉하는 면에서 부분적으로 또는 전체적으로 가접착이 이뤄질 수 도 있다. 즉, 받침부(30) 위로 전극탭(10)이 놓이기 전에 접착제 등이 도포되어 절단나이프(20)가 가압하여 절단하는 동안 전극탭(10)이 밀려나지 않도록 가접착되어 고정될 수 있다. 이때, 가고정되는 접착력은 전극탭(10)의 절단이 이뤄진 후 용이하게 분리될 수 있을 정도로 정해질 수 있다. 그리고, 받침부(30)의 표면에 마찰력이 높은 재질을 선택적으로 부착 또는 코팅하여 전극탭(10)의 밀림을 방지할 수도 있을 것이다.
또는, 도 3 에 나타난 바와 같이, 상기 절단단계에서, 상기 받침부(30)는 전극탭(10)이 수평에 놓이도록 평평하게 위치하고, 상기 절단나이프(20)가 기울어진 상태로 활주하게 구성될 수도 있다. 이때, 받침부(30)와 지면이 이루는 각도는 0°가 되므로, 절단나이프(20)와 전극탭(10)의 각도각도(d) 10° 내지 80°로 형성되는 것이 바람직하다.
제2실시예
도 4 는 절단된 전극탭(10)의 측면모습이 도시된 도면이고, 도 5 는 본 발명에 따른 절단방법으로 절단된 전극탭(10)이 전극리드(40)와 접합된 모습(a) 및 종래의 절단방법으로 절단된 전극탭이 전극리드(40)와 접합된 모습(b)이 도시된 도면이다.
본 발명은 제1실시예에서 제공된 절단방법으로 절단된 전극탭(10)을 제2실시에로써 제공한다.
본 발명에 따른 전극탭(10)은 전극(미도시)의 일측변 또는 양측변 각각에서 돌출되며(양극탭 또는 음극탭은 양극이나 음극에서 각각 돌출되며), 평평한 일측면(10b) 및 상기 일측면(10b)과 평행한 타측면(10a)을 갖는다.
상기 전극탭(10)은 전극리드(40)와 면접촉한 상태로 용접이 이뤄지기 전에 절단이 이뤄진다. 이때, 일단(도 4 기준 좌측 모서리의 하단)은 일측면(도 4 기준 하면)으로 이어지고 타단(도 4 기준 좌측 모서리의 상단)은 타측면(도 4 기준 상면)으로 이어지는 절단면(11)을 갖는다.
상기 절단면(11)은 일측면(10b) 또는 타측면(10a) 중 어느 하나와의 사잇각이 예각으로 형성되도록 경사면으로 형성된다. 가령, 도 4 를 기준으로 경사면과 하면 사이의 각도는 10° 내지 80°범위로 형성되어 도시된 바와 같이, 하단이 상단 보다 더 길게 돌출되게 끝단(10c)의 단면이 '∠' 모양을 갖도록 형성된다.
이때, 본 발명에서 상기 전극은 음극이며 상기 전극탭은 음극에 마련된 음극탭일 수 있고 또는, 상기 전극은 양극이며 상기 전극탭은 양극에 마련된 양극탭일 수 있다.
그리고, 도 5 에 도시된 바와 같이, 하면이 전극리드(40)의 상면에 밀착된 상태에서 용접이 이뤄진다.
따라서, 종래의 방식으로 절단된 전극탭들은 끝단에 버(burr)가 발생함에 따라 그 사이에서 들뜸 또는 틈이 발생하는 반면에 본 발명의 전극탭(10)은 (버 또는 변형이 발생하지 않으므로) 전극리드(40)에 밀착된 상태로 용접이 이뤄질 수 있다. 이에 따라, 더 안정적인 용접이 이뤄질 수 있고 크랙이 발생하는 불량을 억제할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 전극탭(10)의 절단방법은 절단나이프(20)가 전극탭(10)과 사이에 형성되는 각도가 예각이 되도록 절단하여 종래의 절단방법에서 발생하던 버(burr)를 제거할 수 있다.
이에 따라, 절단부위는 경사면으로 형성되되, 전극리드와 접촉하게되는 면은 평면으로 형성되므로, 전극탭과 전극리드의 용접시 접촉면에서 발생하는 들뜸, 틈 발생을 억제할 수 있고, 버(burr)가 발생한 부위에서 발생하던 크랙 및 상기 크랙에 기인하는 단락 발생을 억제될 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 실시가 가능하다.
[부호의 설명]
10 : 전극탭
11 : 경사면
20 : 절단나이프
30 : 받침부
40 : 전극리드

Claims (10)

  1. 전극에서 돌출된 전극탭을 절단하는 전극탭의 절단방법에 있어서,
    전극탭의 일측면을 받침부가 지지하도록 상기 받침부를 전극탭에 밀착시키는 밀착단계; 및
    상기 전극탭의 타측면으로 압력이 가해지도록 절단나이프가 전극탭을 가압하여 절단하는 절단단계;를 포함하고,
    상기 절단나이프는 전극탭과 사이에 형성되는 각도가 예각이 되도록 진입하는 것을 특징으로 하는 전극탭의 절단방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    절단단계에서 상기 절단나이프와 전극탭과 사이에 형성되는 예각은 10° 내지 80°로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극탭의 절단방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 절단나이프의 끝단은 일면은 길이방향을 따라 연장된 평면이고, 타면은 경사면을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 전극탭의 절단방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 절단나이프는 경사면이 전극탭에 가깝게 위치하도록 배치된 상태에서 진입하는 것을 특징으로 하는 전극탭의 절단방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 절단단계에서, 상기 절단나이프는 수직방향으로 하강하고, 받침부가 전극탭이 경사지도록 기울어진 것을 특징으로 하는 전극탭의 절단방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 절단단계에서, 상기 받침부는 전극탭이 수평에 놓이도록 평평하게 위치하고, 상기 절단나이프가 기울어진 상태로 활주하는 것을 특징으로 하는 전극탭의 절단방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 절단나이프는 전극탭 보다 더 큰 경도(hardness)를 갖는 금속재로 제조되고,
    상기 받침부는 절단나이프가 전극탭을 가압할 때 탄성변형이 이뤄지지 않는 재질로 제조된 것을 특징으로 하는 전극탭의 절단방법.
  8. 전극에서 돌출되며, 평평한 일측면 및 상기 일측면과 평행한 타측면을 갖는 전극탭에 있어서,
    일단은 일측면으로 이어지고 타단은 타측면으로 이어지는 절단면을 가지며,
    상기 절단면은 일측면 또는 타측면 중 어느 하나와의 사잇각이 예각으로 형성되도록 경사면으로 형성된 것을 특징으로 하는 전극탭.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 절단면에서 일측면 또는 타측면 중 어느 하나와 경사면 사이의 사잇각은 10° 내지 80°로 형성된 것을 특징으로 하는 전극탭.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전극은 음극이고, 상기 전극탭은 음극에 마련된 음극탭인 것을 특징으로 하는 전극탭.
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