WO2023140588A1 - 탭 가이드 및 이를 포함하는 전극탭 용접 장치 - Google Patents

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WO2023140588A1
WO2023140588A1 PCT/KR2023/000782 KR2023000782W WO2023140588A1 WO 2023140588 A1 WO2023140588 A1 WO 2023140588A1 KR 2023000782 W KR2023000782 W KR 2023000782W WO 2023140588 A1 WO2023140588 A1 WO 2023140588A1
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tab
guide
contact portion
electrode
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PCT/KR2023/000782
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Inventor
박환영
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/10Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/536Electrode connections inside a battery casing characterised by the method of fixing the leads to the electrodes, e.g. by welding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/54Connection of several leads or tabs of plate-like electrode stacks, e.g. electrode pole straps or bridges
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a tab guide that presses a plurality of electrode tabs to gather together, and an electrode tab welding device including the tab guide.
  • a secondary battery means a battery that can be charged and discharged, unlike a primary battery that cannot be charged, and is widely used in electronic devices such as mobile phones, laptop computers, and camcorders, or electric vehicles.
  • the lithium secondary battery since the lithium secondary battery has a larger capacity than a nickel-cadmium battery or a nickel-hydrogen battery and has a high energy density, the degree of its utilization is rapidly increasing.
  • the secondary battery can be classified into a cylindrical battery and a prismatic battery in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or prismatic metal can, and a pouch-type battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch-type case of an aluminum laminate sheet.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a pouch type secondary battery.
  • the pouch-type secondary battery 1 includes an electrode assembly 10 formed by alternately stacking electrodes and a separator, and a pouch 20 accommodating the electrode assembly 10 therein.
  • the pouch 20 includes an indented cup portion 21 for accommodating the electrode assembly 10 .
  • the cup portion 21 of the pouch 20 may be formed of one or two. 1 shows a pouch 20 including a pair of cup parts 21 .
  • a peripheral portion 23 is formed around the circumference of the cup portion 21 by sealing. The periphery 23 may be referred to as a terrace.
  • a plurality of electrode tabs 15 may be connected to a plurality of electrodes of the electrode assembly 10 .
  • the plurality of electrode tabs 15 may be welded to each other in a predetermined area and then connected to the electrode lead 17 .
  • the plurality of electrode tabs 15 may be welded to each other while being gathered together by a tab guide, and the tab guide is worn little by little while repeating the welding process. For maintenance and repair, replacement work is required at regular intervals.
  • One problem to be solved by the present invention is to provide a tab guide that can be rapidly replaced and has low consumption cost, and an electrode tab welding device including the same.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide a tab guide capable of maintaining high welding quality of a plurality of electrode tabs and an electrode tab welding apparatus including the same.
  • the tab guide according to the embodiment of the present invention can be pressed so that a plurality of electrode tabs come together.
  • the tab guide may include a contact portion contacting the electrode tab; and a mounting portion in which the contact portion is detachably mounted and has higher rigidity than the contact portion.
  • a surface friction coefficient of the contact part may be lower than that of the mounting part.
  • a surface friction coefficient of the contact portion may be 0.1 or less.
  • the mounting part may have a metallic material, and the contact part may have a non-metallic material.
  • the contact part may have a material of polyetheretherketone, polyamide, or alumina.
  • Wear resistance of the contact portion may be lower than wear resistance of the mounting portion.
  • the material constituting the contact portion is subjected to an abrasion test in which a ball made of alumina is pressed against a disk rotating at 100 RPM with a load of 15 kgf for 2 hours, and the wear amount of the disk is 0.15 g or less. It can satisfy the condition.
  • the contact part may include a main body detachably mounted on the mounting part; and a protrusion connected to the main body, protruding toward the electrode tab, and having a thickness smaller than that of the main body.
  • a fastening protrusion may be formed on one of the mounting portion and the contact portion, and a fastening groove for restraining the fastening protrusion may be formed on the other of the mounting portion and the contact portion.
  • the fastening protrusion and the fastening groove may extend parallel to the width direction of the electrode tab.
  • a size of the mounting portion may be greater than a size of the contact portion.
  • a fastening hole fastened to an elevating device for elevating the tap guide may be formed in the mounting portion.
  • An electrode tab welding apparatus may weld a plurality of electrode tabs to each other.
  • the electrode tab welding device may include a tab guide that presses the plurality of electrode tabs to come together; and a welding portion for welding a plurality of electrode tabs collected by the tab guide.
  • the tab guide may include a contact portion contacting the electrode tab; and a mounting portion in which the contact portion is detachably mounted and has higher rigidity than the contact portion.
  • the contact portion can be detachably mounted relative to the mounting portion. Accordingly, when abrasion or the like occurs in the contact part, maintenance can be performed by replacing only the contact part without replacing the entire tap guide, thereby reducing the cost of consumables of the tap guide and simplifying the maintenance of the tap guide.
  • the high rigidity of the mounting portion minimizes the risk of misalignment of the tab guide, and when the contact portion is replaced with the mounting portion, the alignment of the contact portion can be reliably maintained. Accordingly, there is an advantage in maintaining high welding quality of the plurality of electrode tabs.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a pouch type secondary battery.
  • FIGS 2 to 4 are schematic diagrams for explaining the configuration and operation of an electrode tab welding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 and 6 are front views of a tab guide according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 to 4 are schematic diagrams for explaining the configuration and operation of an electrode tab welding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a state before the tab guide 100 gathers the plurality of electrode tabs 15
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which the plurality of electrode tabs 15 are gathered by the tab guide 100
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which the plurality of electrode tabs 15 are welded by the welding part 50.
  • the electrode tab welding apparatus may weld a plurality of electrode tabs 15 provided in the electrode assembly 10 to each other.
  • the electrode assembly 10 may be formed by alternately stacking a plurality of electrodes 11 and a plurality of separators 13 .
  • the plurality of electrodes 11 may include an anode and a cathode, and an electrode tab 15 may be connected to each electrode 11 .
  • the negative electrode tab connected to the negative electrode is shown in the drawings for convenience of description, those skilled in the art can easily understand that the positive electrode tab connected to the positive electrode may also be provided in the electrode assembly 10 and welded in the same manner as the negative electrode tab.
  • the electrode tab welding device may include a tab guide 100 that presses a plurality of electrode tabs 15 to come together, and a plurality of electrode tabs 15 gathered by the tab guide 100. Welding portion 50 for welding.
  • the tab guide 100 may be located on at least one side of the plurality of electrode tabs 15 .
  • the tab guide 100 may be provided with a pair facing each other with a plurality of electrode tabs 15 interposed in the height direction of the electrode assembly 10 (eg, a direction parallel to the Z axis of FIG. 2).
  • the tab guide 100 can press the plurality of electrode tabs 15 from both sides.
  • the pair of tab guides 100 may include a lower tab guide 100A located below the plurality of electrode tabs 15 and an upper tab guide 100B located above the plurality of electrode tabs 15.
  • the pair of tap guides 100 may be adjusted in distance from each other. To this end, at least one of the pair of tab guides 100 may be provided to move up and down. As shown in FIG. 3 , the pair of tab guides 100 approach each other and press the plurality of electrode tabs 15 to gather the plurality of electrode tabs 15 .
  • the pair of tap guides 100 can strongly press the plurality of electrode tabs 15 .
  • the tab guide 100 is located on one side of the plurality of electrode tabs 15 and a general support (not shown) is located on the other side.
  • the welding portion 50 may weld the plurality of electrode tabs 15 collected by the tab guide 100 . That is, the welded portion 50 may form the welded portion 16 by welding the plurality of electrode tabs 15 .
  • the welding part 50 may ultrasonically weld the plurality of electrode tabs 15 .
  • the welding portion 50 may include an anvil located on one side (eg, lower side) of the plurality of electrode tabs 15 and a horn located on the other side (eg, upper side) of the plurality of electrode tabs 15.
  • the welding part 50 may be configured such that the distance between the anvil and the horn is adjusted. In a state where the plurality of electrode tabs 15 are pressed between the anvil and the horn, the horn may vibrate at a high frequency, whereby the plurality of electrode tabs 15 may be welded to each other.
  • the welded portion 50 may be positioned farther than the pair of tab guides 100 .
  • the portion to be welded 16 may be farther than a point where the pair of tab guides 30 press the plurality of electrode tabs 15 .
  • an electrode assembly 10 having a plurality of electrode tabs 15 welded to each other at the welded portion 16 can be manufactured.
  • a pouch-type battery may be manufactured by connecting electrode leads to a plurality of electrode tabs 15 welded to each other and accommodating the electrode assembly 10 in a pouch.
  • the tab guide 100 may include a contact portion 110 that contacts the electrode tab 15 and a mounting portion 120 in which the contact portion 110 is detachably mounted and has higher rigidity than the contact portion 110.
  • the contact portion 110 is detachably mounted from the mounting portion 120, maintenance can be performed by replacing only the contact portion 110 without replacing the entire tab guide 100 when wear or the like occurs on the contact portion 110. Accordingly, the cost of consumables of the tab guide 100 can be reduced and maintenance of the tab guide 100 can be simplified.
  • the material of the mounting part 120 may have higher rigidity than the material of the contact part 110 .
  • the mounting part 120 may have a metallic material and the contact part 110 may have a non-metallic material.
  • the mounting part 120 may have a steel material.
  • the contact part 110 may have a polyetheretherketone (PEEK) material.
  • PEEK polyetheretherketone
  • the surface friction coefficient of the contact part 110 may be lower than that of the mounting part 120 . Accordingly, it is possible to prevent the electrode tab 15 from being damaged by friction due to the contact portion 110 .
  • the surface friction coefficient of the contact portion 110 may be 0.1 or less. This coefficient of surface friction can be measured by DIN 53375, a well-known test.
  • the surface friction coefficient of the contact portion 110 may be 0.03 or more, but is not limited thereto.
  • Wear resistance of the contact portion 110 may be lower than wear resistance of the mounting portion 120 . As described above, this is because the rigidity of the mounting portion 120 is higher than that of the contact portion 110 . However, if the wear resistance of the contact portion 110 is too low, the replacement cycle of the contact portion 110 is short, resulting in increased consumption costs. It is preferable that the material constituting the contact portion 110 has a certain wear resistance.
  • the wear amount of the material constituting the contact portion 110 may be 0.15 g or less.
  • the condition that the wear amount of the disk is 0.15 g or less can be satisfied. If the material of the disk having an abrasion amount of 0.15 g or more is used as the material of the contact portion 110, the wear resistance of the contact portion 110 is too low and is not suitable.
  • the amount of wear was measured as 0.103 g
  • the material of the disk was polyetheretherketone (PEEK)
  • the amount of wear was measured as 0.001 g
  • the material of the disk was alumina
  • the amount of wear was measured as 0.013. That is, polyetheretherketone, polyamide, or alumina may be selected as the material of the contact portion 110.
  • the wear amount was measured as 0.892. That is, zirconia is not suitable as a material for the contact portion 110 .
  • the contact portion 110 may include a body 111 detachably mounted on the mounting portion 120 and a protrusion 112 connected to the body 111 and protruding toward the electrode tab 15 .
  • the body 111 and the protrusion 112 may be integrally formed.
  • the main body 111 and the protruding portion 112 may have a predetermined thickness with respect to the longitudinal direction of the electrode tab 15 (eg, a direction parallel to the X axis of FIG. 2 ).
  • the protrusion 112 may have a thickness smaller than that of the body 111 .
  • the body 111 may have a first thickness t1
  • the protrusion 112 may have a second thickness t2 smaller than the first thickness t1.
  • the main body 111 is relatively thick, it can be firmly mounted on the mounting portion 120 . Since the protrusions 112 are formed relatively thin, the electrode tabs 115 can be precisely pressed and collected.
  • the contact portion 110 may be detachably fastened to the mounting portion 120 .
  • a fastening protrusion 115 is formed on one of the contact part 110 and the mounting part 120, and the other of the contact part 110 and the mounting part 120 has a fastening protrusion 115.
  • a fastening groove 125 may be formed.
  • the fastening protrusion 115 is formed on the contact portion 110 and the fastening groove 125 is formed on the mounting portion 120 will be described as an example.
  • the tab guide 100 may extend parallel to the width direction of the electrode tab 15 .
  • the fastening protrusion 115 and the fastening groove 125 may extend parallel to the width direction of the electrode tab 15 . Accordingly, the contact portion 110 may move in the width direction of the electrode tab 15 with respect to the mounting portion 120 to be coupled and separated. Also, the contact portion 110 may be constrained to the mounting portion 120 in the width and height directions of the tab guide 100 .
  • the fastening protrusion 115 may include a protrusion 116 protruding from the contact portion 110 toward the mounting portion 120 and a hooking portion 117 protruding from both ends of the protrusion 116 in the thickness direction.
  • the fastening groove 125 may include a narrow groove part 126 into which the protrusion part 116 is inserted, and a wide groove part 117 into which the hooking part 117 is inserted. Accordingly, the locking portion 117 of the fastening protrusion 115 may not pass through the narrow groove 126 of the fastening groove 125 and may be restricted in the height direction of the electrode assembly 100 .
  • FIG. 5 and 6 are front views of a tab guide according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a front view of the lower tab guide 100A of the pair of tab guides 100
  • FIG. 6 is a front view of the upper tab guide 100B of the pair of tab guides 100.
  • the height h2 of the mounting portion 120 may be longer than the height h1 of the contact portion 110 .
  • the widths of the mounting portion 120 and the contact portion 110 may be the same or similar to each other. Accordingly, the size of the mounting portion 120 may be greater than that of the contact portion 110 . Accordingly, the consumption cost of the contact portion 110 can be reduced, and the alignment of the contact portion 110 can be maintained more reliably by the mounting portion 120 .
  • a fastening hole 129 fastened to an elevating device (not shown) for elevating the tap guide 110 may be formed in the mounting portion 120 . Since the mounting portion 120 has high rigidity, the fastening hole 129 can be firmly fastened to the lifting device by a fastening member such as a screw. Accordingly, the alignment of the tab guide 100 can be maintained more reliably.
  • electrode assembly 11 electrode
  • fastening protrusion 120 mounting part

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 탭 가이드는, 복수개의 전극탭이 서로 모아지도록 누를 수 있다. 상기 탭 가이드는, 상기 전극탭과 접촉하는 접촉부; 및 상기 접촉부가 분리 가능하게 장착되고 상기 접촉부보다 높은 강성을 갖는 장착부를 포함할 수 있다.

Description

탭 가이드 및 이를 포함하는 전극탭 용접 장치
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2022년 01월 24일자 한국특허출원 제10-2022-0010291호 및 2023년 01월 13일자 한국특허출원 제 10-2023-0005565호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은, 복수개의 전극탭이 서로 모아지도록 누르는 탭 가이드와, 이를 포함하는 전극탭 용접 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 큰 용량을 가지며, 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지 등으로 분류될 수 있다.
도 1은 파우치형 이차전지의 일례를 도시하는 도면이다.
파우치형 이차전지(1)는 전극과 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극 조립체(10)와, 전극 조립체(10)가 내부에 수용되는 파우치(20)를 포함한다.
파우치(20)는 전극 조립체(10)의 수용을 위해 만입 형상의 컵부(21)를 포함한다. 파우치(20)의 컵부(21)는 1개 또는 2개로 형성될 수 있다. 도 1에는 한 쌍의 컵부(21)를 포함하는 파우치(20)가 도시되어 있다. 컵부(21)의 둘레 주변에는 실링에 의해 주변부(23)가 형성된다. 상기 주변부(23)는 테라스로 명명될 수 있다.
전극 조립체(10)의 복수개의 전극에는 복수개의 전극탭(15)이 연결될 수 있다. 복수개의 전극탭(15)은 소정 영역에서 서로 용접된 후 전극리드(17)에 연결될 수 있다.
이러한 복수개의 전극탭(15)의 용접 공정 시 복수개의 전극탭(15)은 탭 가이드에 의해 서로 모아진 상태에서 서로 용접될 수 있으며, 상기 탭 가이드는 용접 공정을 반복하면서 조금씩 마모되므로 유지 및 보수를 위해 일정 주기로 교체 작업이 요구된다.
종래에는 이러한 교체 작업이 번거로워 소요 시간이 길어지고, 탭 가이드의 소모 비용이 큰 문제점이 있었다. 또한, 탭 가이드의 교체 시에 탭 가이드의 수평도나 평행도 등과 같은 얼라인이 틀어지게 되어, 복수개의 전극탭의 용접 품질이 저하될 우려가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 신속한 교체가 이뤄질 수 있으며 소모 비용이 적은 탭 가이드 및 이를 포함하는 전극탭 용접 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 복수개의 전극탭의 용접 품질을 높게 유지 가능한 탭 가이드 및 이를 포함하는 전극탭 용접 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 탭 가이드는, 복수개의 전극탭이 서로 모아지도록 누를 수 있다. 상기 탭 가이드는, 상기 전극탭과 접촉하는 접촉부; 및 상기 접촉부가 분리 가능하게 장착되고 상기 접촉부보다 높은 강성을 갖는 장착부를 포함할 수 있다.
상기 접촉부의 표면 마찰계수는, 상기 장착부의 표면 마찰계수보다 낮을 수 있다.
상기 접촉부의 표면 마찰계수는 0.1 이하일 수 있다.
상기 장착부는 금속 재질을 가지고, 상기 접촉부는 비금속 재질을 가질 수 있다.
상기 접촉부는 폴리에테르에테르케톤 (Polyetheretherketone), 폴리아미드 또는 알루미나 재질을 가질 수 있다.
상기 접촉부의 내마모성은, 상기 장착부의 내마모성보다 낮을 수 있다.
상기 접촉부를 이루는 재질은, 상기 재질로 이루어지며 100 RPM으로 회전하는 디스크에 대해 알루미나 재질을 갖는 볼을 15 kgf의 하중으로 2시간동안 가압하는 마모 테스트 시, 상기 디스크의 마모량이 0.15 g 이하인 조건을 만족할 수 있다.
상기 접촉부는, 상기 장착부에 분리 가능하게 장착되는 본체; 및 상기 본체에 연결되고 상기 전극탭을 향해 돌출되며 상기 본체보다 얇은 두께를 갖는 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 장착부 및 접촉부 중 어느 하나에는 체결 돌기가 형성되고, 상기 장착부 및 접촉부 중 다른 하나에는 상기 체결 돌기를 구속하는 체결홈이 형성될 수 있다.
상기 체결 돌기 및 체결홈은, 상기 전극탭의 폭 방향과 나란하게 연장될 수 있다.
상기 장착부의 크기는 상기 접촉부의 크기보다 클 수 있다.
상기 장착부에는, 상기 탭 가이드를 승강시키는 승강 장치에 체결되는 체결홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전극탭 용접 장치는, 복수개의 전극탭을 서로 용접시킬 수 있다. 상기 전극탭 용접 장치는, 상기 복수개의 전극탭이 서로 모아지도록 누르는 탭 가이드; 및 상기 탭 가이드에 의해 모아진 복수개의 전극탭을 용접시키는 용접부를 포함할 수 있다. 상기 탭 가이드는, 상기 전극탭과 접촉하는 접촉부; 및 상기 접촉부가 분리 가능하게 장착되고 상기 접촉부보다 높은 강성을 갖는 장착부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 접촉부가 장착부에 대해 분리 가능하게 장착될 수 있다. 이로써, 접촉부에 마모 등이 발생한 경우에 탭 가이드 전체를 교체할 필요 없이 접촉부만을 교체하여 유지 보수가 가능하므로, 탭 가이드의 소모품 비용이 절감되고 탭 가이드의 유지 보수가 간단해지는 이점이 있다.
또한, 장착부의 높은 강성에 의해 탭 가이드의 얼라인이 틀어질 우려를 최소화할 수 있고, 장착부에 대해 접촉부를 교체하는 경우에 접촉부의 얼라인이 신뢰성있게 유지될 수 있다. 이로써, 복수개의 전극탭의 용접 품질을 높게 유지 가능한 이점이 있다.
이 외에도, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성들로부터 당업자가 용이하게 예측 가능한 효과들을 포함할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 파우치형 이차전지의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극탭 용접 장치의 구성 및 작용을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탭 가이드의 정면도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 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.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극탭 용접 장치의 구성 및 작용을 설명하기 위한 개략도이다. 좀 더 상세히, 도 2는 탭 가이드(100)가 복수개의 전극탭(15)을 모으기 이전 상태가 도시된 개략도이고, 도 3은 탭 가이드(100)에 의해 복수개의 전극탭(15)이 모인 상태가 도시된 개략도이고, 도 4는 용접부(50)에 의해 복수개의 전극탭(15)이 용접된 상태가 도시된 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극탭 용접 장치는 전극 조립체(10)에 구비된복수개의 전극탭(15)을 서로 용접시킬 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전극 조립체(10)는 복수개의 전극(11) 및 복수개의 분리막(13)이 번갈아 적층되어 형성될 수 있다. 복수개의 전극(11)은 양극과 음극을 포함할 수 있고, 각 전극(11)에는 전극탭(15)이 연결될 수 있다. 도면에는 설명의 편의를 위해 음극에 연결된 음극탭만 도시되어 있으나, 당업자는 양극에 연결된 양극탭도 전극 조립체(10)에 구비되어 음극탭과 동일 방식으로 용접될 수 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
좀 더 상세히, 상기 전극탭 용접 장치는, 복수개의 전극탭(15)이 서로 모아지도록 누르는 탭 가이드(100)와, 탭 가이드(100)에 의해 모아진 복수개의 전극탭(15)을 용접시키는 용접부(50)를 포함할 수 있다.
탭 가이드(100)는 복수개의 전극탭(15)의 적어도 일측에 위치할 수 있다.
예를 들어, 탭 가이드(100)는, 전극 조립체(10)의 높이 방향(예를 들어, 도 2의 Z축과 나란한 방향)에 대해 복수개의 전극탭(15)을 사이에 두고 서로 마주보는 한 쌍이 구비될 수 있다. 이 경우, 탭 가이드(100)는 복수개의 전극탭(15)을 양측에서 누를 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 탭 가이드(100)는, 복수개의 전극탭(15)의 하측에 위치한 로어 탭 가이드(100A)와, 복수개의 전극탭(15)의 상측에 위치한 어퍼 탭 가이드(100B)를 포함할 수 있다.
한 쌍의 탭 가이드(100)는 상호간 거리가 조절될 수 있다. 이를 위해, 한 쌍의 탭 가이드(100) 중 적어도 하나는 승강 가능하도록 구비될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 탭 가이드(100)는 서로 접근하며 복수개의 전극 탭(15)을 가압하여 복수개의 전극 탭(15)을 모을 수 있다.
한 쌍의 탭 가이드(100) 사이의 간격이 좁을수록, 한 쌍의 탭 가이드(100)는 복수개의 전극 탭(15)을 강하게 가압할 수 있다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니며 복수개의 전극탭(15)의 일측에는 탭 가이드(100)가 위치하고, 타측에는 일반적인 지지부(미도시)가 위치하는 것도 가능함은 물론이다.
다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, 용접부(50)는 탭 가이드(100)에 의해 모아진 복수개의 전극 탭(15)을 용접시킬 수 있다. 즉, 용접부(50)는 복수개의 전극탭(15)을 용접하여 피용접부(16)를 형성할 수 있다.
예를 들어, 용접부(50)는 복수개의 전극탭(15)을 초음파 용접할 수 있다. 이 경우, 용접부(50)는 복수개의 전극 탭(15)의 일측(예를 들어, 하측)에 위치한 엔빌(Anvil)과, 복수개의 전극 탭(15)의 타측(예를 들어, 상측)에 위치한 혼(Horn)을 포함할 수 있다. 용접부(50)는, 앤빌 및 혼 사이의 거리가 조절되도록 구성될 수 있다. 복수개의 전극탭(15)이 엔빌 및 혼의 사이에서 눌린 상태에서 혼은 고주파 진동할 수 있으며, 이로써 복수개의 전극탭(15)이 서로 용접될 수 있다.
전극 조립체(10)를 기준으로, 용접부(50)는 한 쌍의 탭 가이드(100)보다 멀게 위치할 수 있다. 좀 더 상세히, 전극 조립체(10)를 기준으로, 피용접부(16)는, 한 쌍의 탭 가이드(30)가 복수개의 전극탭(15)을 가압하는 지점보다 멀 수 있다.
이런 과정들을 거쳐, 피용접부(16)에서 서로 용접된 복수개의 전극탭(15)이 구비된 전극 조립체(10)가 제조될 수 있다. 서로 용접된 복수개의 전극탭(15)에 전극 리드를 연결한 후 전극 조립체(10)를 파우치에 수용시킴으로써 파우치형 전지가 제조될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 탭 가이드(100)는, 전극탭(15)과 접촉하는 접촉부(110) 및 접촉부(110)가 분리 가능하게 장착되고 접촉부(110)보다 높은 강성을 갖는 장착부(120)를 포함할 수 있다.
접촉부(110)가 장착부(120)에 대해 분리 가능하게 장착됨으로써, 접촉부(110)에 마모 등이 발생한 경우에 탭 가이드(100) 전체를 교체할 필요 없이 접촉부(110)만을 교체하여 유지 보수가 가능하다. 따라서, 탭 가이드(100)의 소모품 비용이 절감되고 탭 가이드(100)의 유지 보수가 간단해질 수 있다.
장착부(120)의 재질은 접촉부(110)의 재질보다 높은 강성을 가질 수 있다. 좀 더 상세히, 장착부(120)는 금속 재질을 가지고 접촉부(110)는 비금속 재질을 가질 수 있다. 더욱 상세히, 장착부(120)는 스틸 재질을 가질 수 있다. 접촉부(110)는 폴리에테르에테르케톤 (Polyetheretherketone, PEEK) 재질을 가질 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 접촉부(110)가 폴리아미드(polyamide) 또는 알루미나 등 다른 재질을 포함하는 것도 가능함은 물론이다. 이로써, 장착부(120)의 높은 강성에 의해 탭 가이드(100)의 얼라인이 틀어질 우려를 최소화할 수 있고, 장착부(120)에 대해 접촉부(110)를 교체하는 경우에 접촉부(110)의 얼라인이 신뢰성있게 유지될 수 있다.
접촉부(110)의 표면 마찰계수는, 장착부(120)의 표면 마찰계수보다 낮을 수 있다. 따라서, 접촉부(110)에 의해 전극탭(15)이 마찰에 의해 손상될 우려를 방지할 수 있다. 바람직하게는, 접촉부(110)의 표면 마찰계수는 0.1 이하일 수 있다. 이러한 표면 마찰 계수는, 공지의 테스트인 DIN 53375 에 의해 측정될 수 있다. 그 외, 접촉부(110)의 표면 마찰계수는 0.03 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
접촉부(110)의 내마모성은 장착부(120)의 내마모성보다 낮을 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 접촉부(110)보다 장착부(120)의 강성이 더 높기 때문이다. 다만, 접촉부(110)의 내마모성이 지나치게 낮으면 접촉부(110)의 교체 주기가 짧아서 소모 비용이 커지는 문제점이 있는바, 접촉부(110)를 이루는 재질이 소정의 내마모성을 갖는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 공지의 볼 온 디스크(ball on disk) 마모 테스트 시, 접촉부(110)를 이루는 재질의 마모량은 0.15 g 이하일 수 있다. 좀 더 상세히, 상기 재질로 이루어지며 100 RPM으로 회전하는 디스크에 대해 알루미나 재질을 갖는 볼을 15 kgf의 하중으로 2시간동안 가압한 경우, 상기 디스크의 마모량이 0.15 g 이하인 조건을 만족할 수 있다. 만일 마모량이 0.15 g 이상인 디스크의 재질을 접촉부(110)의 재질로서 채택할 경우, 접촉부(110)의 내마모성이 지나치게 낮아 적합하지 않다.
실험예로서, 상기 볼 온 디스크 시험에서 상기 디스크의 재질이 폴리아미드인 경우 마모량은 0.103 g으로 측정되었고, 상기 디스크의 재질이 폴리에테르에테르케톤(PEEK)인 경우 마모량은 0.001 g으로 측정되었고, 상기 디스크의 재질이 알루미나인 경우 마모량은 0.013으로 측정되었다. 즉, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아미드 또는 알루미나는 접촉부(110)의 재질로서 선택될 수 있다. 반면, 상기 디스크의 재질이 지르코니아인 경우 마모량은 0.892로 측정되었다. 즉, 지르코니아는 접촉부(110)의 재질로서 부적절하다.
접촉부(110)는, 장착부(120)에 분리 가능하게 장착되는 본체(111)와, 본체(111)에 연결되고 전극탭(15)을 향해 돌출된 돌출부(112)를 포함할 수 있다. 본체(111)와 돌출부(112)는 일체로 형성될 수 있다.
본체(111) 및 돌출부(112)는 전극탭(15)의 길이 방향(예를 들어, 도 2의 X축과 나란한 방향)에 대해 소정의 두께를 가질 수 있다. 돌출부(112)는 본체(111)보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 좀 더 상세히, 본체(111)는 제1두께(t1)를 가지고, 돌출부(112)는 상기 제1두께(t1)보다 얇은 제2두께(t2)를 가질 수 있다.
본체(111)는 상대적으로 두껍게 형성되므로, 장착부(120)에 견고하게 장착될 수 있다. 돌출부(112)는 상대적으로 얇게 형성되므로, 전극탭(115)을 정밀하게 가압하여 모을 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 접촉부(110)는 장착부(120)에 대해 분리 가능하게 체결될 수 있다. 좀 더 상세히, 접촉부(110) 및 장착부(120) 중 어느 하나에는 체결 돌기(115)가 형성되고, 접촉부(110) 및 장착부(120) 중 다른 하나에는 체결 돌기(115)를 구속하는 체결홈(125)이 형성될 수 있다. 이하에서는 접촉부(110)에 체결 돌기(115)가 형성되고, 장착부(120)에 체결홈(125)이 형성된 경우를 예로 들어 설명한다.
탭 가이드(100)는 전극 탭(15)의 폭 방향과 나란하게 연장될 수 있다. 체결 돌기(115) 및 체결홈(125)은 전극 탭(15)의 폭 방향과 나란하게 연장될 수 있다. 따라서, 접촉부(110)는 장착부(120)에 대해 전극 탭(15)의 폭 방향으로 이동하여 체결 및 분리될 수 있다. 그리고, 접촉부(110)는 탭 가이드(100)의 폭 방향 및 높이 방향에 대해서는 장착부(120)에 구속될 수 있다.
좀 더 상세히, 체결 돌기(115)은 접촉부(110)에서 장착부(120)를 향해 돌출된 돌기부(116)와 돌기부(116)의 단부에서 두께 방향 양측으로 돌출된 걸림부(117)를 포함할 수 있다. 체결홈(125)은 돌기부(116)가 삽입되는 좁은 홈부(126)과, 걸림부(117)가 삽입되는 넓은 홈부(117)을 포함할 수 있다. 따라서, 체결 돌기(115)의 걸림부(117)는 체결홈(125)의 좁은 홈부(126)를 통과하지 못하고 전극 조립체(100)의 높이 방향에 대해 구속될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탭 가이드의 정면도이다. 좀 더 상세히, 도 5는 한 쌍의 탭 가이드(100) 중 로어 탭 가이드(100A)의 정면도이고, 도 6은 한 쌍의 탭 가이드(100) 중 어퍼 탭 가이드(100B)의 정면도이다.
이하, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략한다.
각 탭 가이드(100)에서, 장착부(120)의 높이(h2)는, 접촉부(110)의 높이(h1)보다 길 수 있다. 그리고, 장착부(120)와 접촉부(110)의 폭은 서로 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 장착부(120)의 크기는 접촉부(110)의 크기보다 클 수 있다. 이로써, 접촉부(110)의 소모 비용이 절감될 수 있고, 장착부(120)에 의해 접촉부(110)의 얼라인이 더욱 신뢰성있게 유지될 수 있다.
장착부(120)에는, 탭 가이드(110)를 승강시키는 승강 장치(미도시)에 체결되는 체결홀(129)이 형성될 수 있다. 장착부(120)는 높은 강성을 가지므로 상기 체결홀(129)은 스크류 등의 체결 부재에 의해 상기 승강 장치에 견고하게 체결될 수 있다. 따라서, 탭 가이드(100)의 얼라인이 더욱 신뢰성있게 유지될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
10: 전극 조립체 11: 전극
13: 분리막 15: 전극탭
16: 피용접부 50: 용접부
100: 탭 가이드 100A: 로어 탭 가이드
100B: 어퍼 탭 가이드 110: 접촉부
111: 본체 112: 돌출부
115: 체결 돌기 120: 장착부
125: 체결 홈 129: 체결 홀

Claims (13)

  1. 복수개의 전극탭이 서로 모아지도록 누르는 탭 가이드에 있어서,
    상기 전극탭과 접촉하는 접촉부; 및
    상기 접촉부가 분리 가능하게 장착되고 상기 접촉부보다 높은 강성을 갖는 장착부를 포함하는 탭 가이드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉부의 표면 마찰계수는, 상기 장착부의 표면 마찰계수보다 낮은 탭 가이드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉부의 표면 마찰계수는 0.1 이하인 탭 가이드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 장착부는 금속 재질을 가지고, 상기 접촉부는 비금속 재질을 갖는 탭 가이드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉부는 폴리에테르에테르케톤 (Polyetheretherketone), 폴리아미드 또는 알루미나 재질을 갖는 탭 가이드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉부의 내마모성은, 상기 장착부의 내마모성보다 낮은 탭 가이드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉부를 이루는 재질은,
    상기 재질로 이루어지며 100 RPM으로 회전하는 디스크에 대해 알루미나 재질을 갖는 볼을 15 kgf의 하중으로 2시간동안 가압하는 마모 테스트 시, 상기 디스크의 마모량이 0.15 g 이하인 조건을 만족하는 탭 가이드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉부는,
    상기 장착부에 분리 가능하게 장착되는 본체; 및
    상기 본체에 연결되고 상기 전극탭을 향해 돌출되며 상기 본체보다 얇은 두께를 갖는 돌출부를 포함하는 탭 가이드.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 장착부 및 접촉부 중 어느 하나에는 체결 돌기가 형성되고,
    상기 장착부 및 접촉부 중 다른 하나에는 상기 체결 돌기를 구속하는 체결홈이 형성된 탭 가이드.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 체결 돌기 및 체결홈은, 상기 전극탭의 폭 방향과 나란하게 연장된 탭 가이드.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 장착부의 크기는 상기 접촉부의 크기보다 큰 탭 가이드.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 장착부에는, 상기 탭 가이드를 승강시키는 승강 장치에 체결되는 체결홀이 형성된 탭 가이드.
  13. 복수개의 전극탭을 서로 용접시키는 전극탭 용접 장치에 있어서,
    상기 복수개의 전극탭이 서로 모아지도록 누르는 탭 가이드; 및
    상기 탭 가이드에 의해 모아진 복수개의 전극탭을 용접시키는 용접부를 포함하고,
    상기 탭 가이드는,
    상기 전극탭과 접촉하는 접촉부; 및
    상기 접촉부가 분리 가능하게 장착되고 상기 접촉부보다 높은 강성을 갖는 장착부를 포함하는 전극탭 용접 장치.
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