WO2023146331A1 - 전지 셀 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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WO2023146331A1
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이창제
윤승재
김상훈
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Definitions

  • the present invention relates to a battery cell and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a battery cell in which cracks of an electrode tab are prevented and a manufacturing method thereof.
  • a secondary battery capable of charging and discharging is a method for solving air pollution such as existing gasoline vehicles using fossil fuels, electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles ( P-HEV), etc., the need for development of secondary batteries is increasing.
  • secondary batteries are classified into cylindrical batteries and prismatic batteries in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or prismatic metal can, and pouch-type batteries in which the electrode assembly is embedded in a pouch-type case made of an aluminum laminate sheet. .
  • secondary batteries are also classified according to the structure of the electrode assembly having a laminated structure of a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.
  • a jelly-roll type (wound type) electrode assembly having a structure in which long sheet-type positive and negative electrodes are wound with a separator interposed therebetween, a plurality of positive and negative electrodes cut in units of a predetermined size with a separator interposed therebetween and stacked (stacked) electrode assemblies sequentially stacked.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating electrode tabs and electrode leads included in a conventional battery cell.
  • the battery cell 10 may be a pouch type battery in which a stack type electrode assembly is accommodated in a cell case.
  • the battery cell 10 includes a laminate 11 including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, an electrode tab 12 extending from the positive electrode or the negative electrode, and an electrode lead connected to the electrode tab 12 ( 13) may be included.
  • a plurality of electrode tabs 12 extending from each electrode of the stack 11 may be pre-welded by a welding machine and gathered at one point, and then connected to the electrode lead 13. there is.
  • a welding portion connecting the plurality of electrode tabs 12 may be referred to as a pre-welding portion 20, and a welding portion connecting the electrode tab 12 and the electrode lead 13 may be referred to as a main welding portion 30.
  • the laminate 11, the electrode tab 12, and the electrode lead 13 are built into a cell case and manufactured as a battery cell 10, and at this time, the electrode lead 13 is connected to an external bus bar. One end may be positioned to protrude out of the cell case.
  • the electrode lead 13 and the bus bar may also be connected through a welding process.
  • the electrode lead 13 When high energy is applied to the electrode lead 13 according to welding conditions, the battery A problem in which the electrode lead 13 and the electrode tab 12 inside the cell 10 are separated may occur.
  • the electrode tab 12 is applied for the purpose of strengthening the welding conditions of the main welding part 30 during the manufacture of the battery cell 10 If the welding energy or pressure is excessive, there is a problem in that a crack may occur in the electrode tab 12 or a preformed crack may grow.
  • An object to be solved by the present invention is to provide a battery cell and a manufacturing method thereof for reducing the risk of disconnection of an electrode tab.
  • a battery cell is a laminate including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, an electrode tab extending from the positive electrode or the negative electrode of the laminate, and an electrode coupled to the electrode tab.
  • a lead is formed on the electrode tab, and a pre-welding portion connecting the respective electrode tabs and a main welding portion combining the electrode tab and the electrode lead are formed, and the pre-welding portion includes an inner edge and an outer edge, At least one of the welding spots of the main welding part overlaps the inner edge of the pre-welding part, and the inner edge of the pre-welding part is closer to the laminate than the outer edge of the pre-welding part in the longitudinal direction of the electrode tab.
  • the main welding part includes a first welding line, a second welding line, and a third welding line disposed side by side with each other, the first welding line being disposed between the second welding line and the third welding line,
  • the second welding line may overlap the pre-welding portion, and the third welding line may not overlap the pre-welding portion.
  • the second welding line may form an edge of the main welding part, and an outer edge of the pre-welding part may be positioned outside the second welding line in a direction away from the laminate in a longitudinal direction of the electrode tab.
  • the third welding line may be located outside an inner edge of the pre-welding part in a direction closer to the laminate in a longitudinal direction of the electrode tab.
  • At least one of the welding spots of the main welding part may be located inside the pre-welding part.
  • the pre-welding portion may be formed to be spaced apart from an edge of the electrode tab in a width direction of the electrode tab.
  • a length of the electrode tab of the pre-welding portion in a width direction may be smaller than a width of the electrode tab.
  • a part of the main welding part may be formed outside an edge of the electrode tab of the pre-welding part in a width direction.
  • the pre-welding part may be formed in a pyramidal pattern.
  • the pre-welding part may be formed in a straight pattern.
  • a corner portion of the electrode lead may be formed in a round shape.
  • the electrode lead may be positioned on one surface of the electrode tab, and a rear plate may be positioned on the other surface of the electrode tab facing one surface of the electrode tab.
  • An additional welding part may be formed between the back plate and the electrode tab.
  • a battery cell includes a laminate including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, an electrode tab extending from the positive electrode or the negative electrode of the stack, and the electrode tab, respectively. and a pre-welding portion connecting the electrode tabs to form a tab bundle, wherein the pre-welding portion is spaced apart from an edge of the electrode tab in a width direction of the electrode tab.
  • the battery cell further includes an electrode lead coupled to the electrode tab, and a main welding portion combining the electrode tab and the electrode lead, the pre-welding portion including an inner edge and an outer edge, and a welding spot of the main welding portion. At least one of them may overlap an inner edge of the pre-welding part.
  • a method for manufacturing a battery cell includes forming a laminate including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and extending from the positive electrode or the negative electrode to an electrode tab.
  • the main welding part is located closer to the laminate than the pre-welding part.
  • the method may further include removing the electrode tab that is not welded.
  • the method may further include forming a corner portion of the electrode lead into a round shape before forming the main welding portion.
  • Forming the main welding part may include disposing an electrode lead on one surface of the electrode tab and disposing a rear plate on the other surface of the electrode tab.
  • the risk of disconnection of the electrode tab can be reduced by adjusting the position and size of the welding portion formed on the electrode lead and the electrode tab during manufacture of the battery cell of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating electrode tabs and electrode leads included in a conventional battery cell.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an electrode tab and an electrode lead included in a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of area A of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a diagram for explaining stress that may occur in an electrode tab.
  • FIG. 5 is a view for explaining a change in stress according to the size and location of a pre-welding portion formed on an electrode tab.
  • FIG. 6 is examples of pre-welding parts formed on the electrode tab of FIG. 2 .
  • FIG. 7 is a view illustrating a process of forming a corner portion of the electrode lead of FIG. 2 .
  • FIG. 8 is a view showing an example in which a rear plate is provided to the battery cell of FIG. 2 .
  • planar it means when the corresponding part is viewed from above, and when it is referred to as “cross-section”, it means when the cross section of the corresponding part cut vertically is viewed from the side.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an electrode tab and an electrode lead included in a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of area A of FIG. 2 .
  • the battery cell 100 of this embodiment is a laminate 110 including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, from the positive electrode or negative electrode of the stack 110 It may include an extended electrode tab 120 and an electrode lead 130 coupled with the electrode tab 120 .
  • the laminate 110 , the electrode tab 120 , and the electrode lead 130 may be manufactured as the battery cell 100 by being sealed in a cell case together with an electrolyte solution in a state in which one end of the electrode lead 130 protrudes. 2 and 3 show the battery cell 100 in a state where the cell case is omitted.
  • the laminate 110 may be a power generating device capable of charging and discharging.
  • the electrodes included in the laminate 110 may include an anode and a cathode, and since a separator is interposed between each electrode, the laminate 110 may have a structure in which an anode/separator/cathode are alternately stacked.
  • the positive electrode or the negative electrode may be a current collector coated with a positive electrode active material or a negative electrode active material, and the separator may be made of an insulating material to electrically insulate between the positive electrode and the negative electrode.
  • a plurality of mono-cells in which a separator/anode/separator/cathode or a separator/cathode/separator/anode are stacked from the bottom, are manufactured as unit cells and stacked in plurality.
  • a separator or a half-cell stacked in the order of a separator/anode/separator may be stacked on the outermost layer.
  • the electrode tabs 120 may be positioned at one end of the stack 110 or at one end of an electrode included in the stack 110 .
  • the electrode tab 120 may be a portion extending from each electrode in one direction or in both directions.
  • the electrode tab 120 may be a portion on which an electrode active material is not applied.
  • the electrode tab 120 connected to the positive electrode may be referred to as a positive electrode tab
  • the electrode tab 120 connected to the negative electrode may be referred to as a negative electrode tab.
  • the positive electrode tab may be positioned at one end of the stack 110 and the negative electrode tab may be positioned at the other end of the stack 110 .
  • the electrode lead 130 may be used to form an electrical connection between the laminate 110 in the cell case and an external member of the cell case. One end of the electrode lead 130 may be drawn out of the cell case, and the other end of the electrode lead 130 may be coupled to the electrode tab 120 within the cell case. Here, the electrode lead 130 and the electrode tab 120 may be coupled through welding.
  • the plurality of electrode tabs 120 extending from the electrode may be coupled to each other by a welding device before being connected to the electrode lead 130 to form an electrode tab bundle.
  • a pre-welding portion 200 for coupling the plurality of electrode tabs 120 may be formed on the electrode tab 120 .
  • the pre-welding portion 200 may be a joint formed by welding a plurality of electrode tabs 120 .
  • the plurality of electrode tabs 120 may be concentrated at one point by being pressed by a tab guide or the like, and may be combined in a liquid or solid state by a welding device.
  • a welding device used to form the pre-welding portion 200 may be a device using an ultrasonic welding method.
  • the welding device may include a horn, anvil, and/or an actuator that vibrates the horn, and the electrode tabs 120, which are workpieces, are inserted between the horn and the anvil and then ultrasonically welded. can be combined with each other.
  • the main welding part 300 may be formed on the electrode tab 120 and the electrode lead 130 .
  • the main welding part 300 may be formed through a welding machine.
  • the electrode tab 120 and the electrode lead 130 may be partially heated by a welding device, and may be coupled to each other by bonding the heated portions.
  • a welding device used to form the main welding part 300 may be a device using a laser welding method.
  • the main welding part 300 may include a plurality of welding spots 302 formed by the irradiated laser.
  • the laser welding method is used to form the main welding portion 300 and is used to form the ultrasonic welding method pre-welding portion 200, but this is not necessarily the case, and laser welding is used to form the pre-welding portion 200. It may also be possible that an ultrasonic welding method is used to form the main welding part 300 .
  • the pre-welding portion 200 and the main welding portion 300 formed on one surface of the electrode tab 120 may overlap each other.
  • the main welding part 300 may be formed outside the pre-welding part 200 in the width direction (X-axis direction) of the electrode tab 120 and/or in the length direction (Y-axis direction) of the electrode tab 120 .
  • At least one of the welding spots 302 included in the main welding part 300 may overlap an edge located on one side of the pre-welding part 200 . At least one of the welding spots 302 included in the main welding part 300 may overlap the inner edge 210 of the pre-welding part 200 .
  • the inner edge 210 may be a portion located relatively close to the stacked body 110 compared to the outer edge 220 described later in the area of the pre-welding portion 200 .
  • the pre-welding portion 200 includes an inner edge 210 and an outer edge 220, and at least one of the welding spots 302 of the main welding portion 300 is the inner edge of the pre-welding portion 200. (210) can overlap.
  • the inner edge 210 of the pre-welding part 200 may be located closer to the laminate 110 than the outer edge 220 of the pre-welding part 200 in the longitudinal direction of the electrode tab.
  • the main welding part 300 has a first welding line 310, a second welding line 320, and a third welding line 330 disposed side by side with each other.
  • the welding spot 302 of the main welding part 300 is formed in the width direction (X) of the tab electrode 120.
  • axial direction) may include those arranged in plurality.
  • each second welding line 320 and third welding line 330 are shown, but two or more of each second welding line 320 and third welding line 330 may be formed.
  • the first welding line 310 is disposed between the second welding line 320 and the third welding line 330, the second welding line 320 overlaps the pre-welding part 200, and the third welding line 320 overlaps the pre-welding part 200.
  • the line 330 may not overlap the pre-welding part 200 .
  • the second welding line 320 forms an edge of the main welding part 300 and extends away from the laminate 110 in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the electrode tab 120.
  • the outer edge 220 of the pre-welding portion may be located on the outer side of ).
  • the third welding line 320 is located outside the inner edge 210 of the pre-welding portion 200 in a direction closer to the laminate 110 in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the electrode tab 120. can do.
  • cracks may occur in the electrode tab 120, but welding is performed on the inner edge 210 of the pre-welding part 200 as in the present embodiment.
  • the inner edge 210 of the pre-welding part 200 may correspond to a point at which a crack starts when the main welding part 300 is formed.
  • the inner side of the electrode tab 120 is a direction from the electrode tab 120 toward the laminate 110 (-Y axis direction), and may be a direction toward the inside of the cell case in the longitudinal direction of the battery cell 100.
  • the outer side may be a direction from the electrode tab 120 toward the electrode lead 130, and may be a direction toward the outside of the cell case in the longitudinal direction of the battery cell 100.
  • the main welding part 300 may be located inside the pre-welding part 200 .
  • An edge located on one side of the pre-welding part 200 may be located in the main welding part 300 .
  • the inner edge 210 of the pre-welding part 200 may be overlapped with the main welding part 300 .
  • the main welding part 300 In the longitudinal direction of the electrode tab 120 , the main welding part 300 may be located closer to the laminate 110 than the pre-welding part 200 .
  • One or more of the welding spots 302 included in the main welding part 300 may be located closer to the laminate 110 than the pre-welding part 200 .
  • the area around the inner edge 210 of the pre-welding part 200 is a mechanical restraint area by welding the main welding part 300. Formation of a crack generated in the corresponding region may be prevented by the welding spot 302 of the main welding part 300 .
  • the inner edge 210 of the pre-welding part 200 may be re-melted to remove cracks.
  • the electrode tab 120 may receive a tensile force due to volume expansion due to cell swelling that occurs during the manufacturing process or during driving of the battery cell, and thus may cause contraction due to stress. Since some of the welding spots 302 included in the welding part 300 are formed inside the pre-welding part 200, the rigidity of the electrode tab 120 is supplemented, and the strength of the electrode tab 120 according to tension and stress Damage can be prevented.
  • the pre-welding portion 200 formed on one surface of the electrode tab 120 is the electrode tab 120 in the width direction of the electrode tab 120 It may be formed to be spaced apart from the edge of. Alternatively, the length of the electrode tab 120 of the pre-welding portion 200 in the width direction may be smaller than the width of the electrode tab 120 . This will be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 5 .
  • FIGS. 4 and 5 are diagrams for explaining stress that may occur in an electrode tab.
  • 5 is a view for explaining a change in stress according to the size and location of a pre-welding portion formed on an electrode tab.
  • tension refers to pulling the electrode tab toward both ends in the longitudinal direction, and in FIGS. 4 and 5 , the direction of tension is indicated by upward and downward arrows.
  • the stress according to the tension is shown by arrows pointing left and right in FIGS. 4 and 5 .
  • contraction in the width direction may occur in the electrode tab 12 according to stress caused when the electrode tab 12 is tensioned.
  • the stress and consequent shrinkage may be somewhat different.
  • FIG. 5 (a) in the conventional electrode tab 12 in which the pre-welding portion 200 is formed up to the edge of the electrode tab 12 in the width direction, the pre-welding portion 200 is part of the electrode tab 12. Since the entire length section is fixed, stress is concentrated around the inner edge 21 of the pre-welding portion 20 when the electrode tab 12 is tensioned. In this way, when stress is concentrated on the inner edge 21 of the pre-welding part 20, cracks are easily formed around the inner edge 21 of the pre-welding part 20, or a small crack can grow larger.
  • the pre-welding portion 200 may be formed to be spaced apart from the edge of the electrode tab 120 in the width direction of the electrode tab 120 .
  • a part of the main welding part 300 may be formed outside the edge in the width direction (X-axis direction) of the electrode tab 120 of the pre-welding part 200.
  • the welding spot 302 of the main welding part 300 may be formed outside the edge of the pre-welding part 200 .
  • the pre-welding portion 200 when the pre-welding portion 200 is formed to be spaced apart from the edge of the electrode tab 120 in the width direction of the electrode tab 120, the pre-welding portion 200 is formed to form the electrode tab 120. Since a partial length section of ) is partially fixed, contraction due to stress during tension of the electrode tab 120 may not be concentrated on the inner edge 210 of the pre-welding portion 200 . Shrinkage of the electrode tab 120 due to stress may be caused in a wider range including the pre-welding portion 200, and accordingly, cracks are generated around the inner edge 210 or cracks grow. can be minimized. Accordingly, since the pre-welding portion 200 is formed as in the present embodiment, generation or growth of cracks that may occur in the electrode tab 120 may be alleviated.
  • the embodiment in which the pre-welding portion 200 is formed to be spaced apart from the edge of the electrode tab 120 in the width direction, and the pre-welding portion 200 and the main welding portion ( 300) is shown in the same drawing, but is not limited thereto, and the pre-welding part 200 described in FIGS. 4 and 5 is spaced apart from the edge of the electrode tab 120 in the width direction.
  • An embodiment formed to be formed is not limited to a specific structure of the main welding unit 300 and may be implemented.
  • FIG. 6 is examples of pre-welding parts formed on the electrode tab of FIG. 2 .
  • the pre-welding portion 200 of this embodiment may be formed in various patterns.
  • the pattern of the pre-welding part 200 may vary according to the specifications of the horn included in the welding device.
  • the pattern of the pre-welding part 200 may vary according to the knurl pattern of the horn.
  • the pattern of the pre-welding part 200 may be formed in a pyramid shape as shown in FIG. 6 (a), or may be formed in a line shape or window shape as shown in FIGS. 6 (b) and 6 (c). .
  • the pressing force applied to the electrode tab 120 per knurl may be greater than that of a straight shape as shown in FIGS. 6 (b) and 6 (c), and accordingly, the electrode tab ( 120) may be damaged. Therefore, in order to disperse the pressing force applied to the electrode tab 120, it may be preferable to form a straight line as shown in FIG. 6(b) or FIG. 6(c).
  • FIG. 7 is a view illustrating a process of forming a corner portion of the electrode lead of FIG. 2 .
  • the corner portion 132 of the electrode lead 130 may have a round shape.
  • the corner portion 132 of the electrode lead 130 may come into contact with the electrode tab 120 in the process of manufacturing or using the battery cell 100.
  • the electrode You can poke the tab 120 and damage it. Therefore, in order to prevent disconnection of the electrode tab 120, it may be desirable to process the corner portion 132 of the electrode lead 130 to have a round shape.
  • a laser device as shown in FIG. 7 may be used.
  • FIG. 8 is a view showing an example in which a rear plate is provided to the battery cell of FIG. 2 .
  • a rear plate 140 may be provided to the battery cell 100 of this embodiment.
  • the rear plate 140 may be provided on one surface of the electrode tab 120 .
  • the rear plate 140 may be positioned to face the electrode lead 130 with the electrode tab 120 interposed therebetween.
  • the electrode lead 130 is disposed on one surface of the electrode tab 120, and the rear plate ( 140) and combining the electrode lead 130, the electrode tab 120, and the back plate 140 using a welding machine.
  • the battery cell 100 according to the present embodiment may include an additional welding part 300' formed between the back plate 140 and the electrode tab 120.
  • the back plate 140 is added to reinforce the welding part of the main welding part 300. As a result, it may be a welded portion formed between the rear plate 140 and the electrode tab 120 .
  • the welding strength between the electrode tabs 120 and between the electrode tab 120 and the electrode lead 130 is strengthened to bond the electrode tabs 120 and the electrode tab 120 and the electrode
  • the ability to withstand the shear force of the coupled portion between the leads 130 can be strengthened.
  • the area of the additional welding part 300' may overlap the main welding part 300, and the area of the additional welding part 300' may have substantially the same area as the area of the main welding part 300. there is.
  • the rear plate 140 has an area of the portion where the electrode lead 130 overlaps the electrode tab 120 and may have the same area.
  • the rear plate 140 may be formed using the same material as the electrode lead 130, for example, aluminum or copper.
  • the method for manufacturing a battery cell according to the present embodiment includes forming a laminate 110 including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode (S110), from the positive electrode or the negative electrode.
  • Forming the pre-welding part 200 on the extended electrode tab 120 (S120), the main welding part for connecting the electrode tab 120 and the electrode lead 130 to one surface of the electrode tab 120 ( 300) may include forming a step (S130).
  • the step of forming the laminate 110 can be explained through a known method of forming a stacked electrode assembly.
  • the laminate 110 may be formed by stacking a plurality of monocells and stacking a half cell on the outermost part of the stacked monocells.
  • Forming the pre-welding portion 200 may be for forming connections between the plurality of electrode tabs 120 .
  • ultrasonic welding may be used to form the pre-welding portion 200 as described above, it is also possible to form the pre-welding portion 200 by other known welding methods such as resistance welding.
  • the pre-welding portion 200 may be formed to be spaced apart from the edge of the electrode tab 120 in the width direction, as described in FIGS. 2 to 5 . Also, the pre-welding part 200 may be formed in various patterns as described in FIG. 6 .
  • the non-welded electrode tab 120 is removed. It may include more steps.
  • the non-welded section may be removed from the electrode tab 120 by cutting around the outer edge of the pre-welding portion 200 . In this case, the cutting position may be a position spaced apart by a predetermined distance from the outer edge of the pre-welding part 200 to the inside.
  • the outer end of the electrode tab 120 can be welded by preventing the non-welded portion from being located at the outer end of the electrode tab 120 through the step of cutting the non-welded electrode tab 120 . Accordingly, the size of the main welding part 300 or the number of welding spots 302 may be reduced.
  • Forming the main welding part 300 may be for forming a connection between the electrode tab 120 and the electrode lead 130 .
  • laser welding may be used to form the main welding part 300 as described above, it is also possible to form the main welding part 300 by other known welding methods such as resistance welding.
  • a lead film may be attached to one surface of the electrode lead 130, and the lead film may be used to form adhesion between the cell case and the electrode lead 130 or to prevent damage to the cell case. there is.
  • the corner portion 132 of the electrode lead 130 may be processed to have a round shape as described in FIG. 7 . Therefore, in the manufacturing method (S100) of the battery cell of the present embodiment, before the step (S130) of forming the main welding part 300, the step of forming the corner portion 132 of the electrode lead 130 into a round shape is further performed.
  • the step of forming the corner portion 132 of the electrode lead 130 into a round shape is further performed.
  • the back plate 140 may be provided on the electrode tab 120 . Therefore, in the step of forming the main welding part 300 (S130), at least a part of one surface of the electrode lead 130 is overlapped with one surface of the electrode tab 120, and the other surface of the electrode tab 120 is placed on the back surface.
  • the step of disposing the plate 140, the step of combining the electrode tab 120, the electrode lead 130, and the rear plate 140 with a welding device may be embodied. In this case, an additional welding part 300' may be formed between the rear plate 140 and the electrode tab 120.
  • the above-described battery cells may be stacked in one direction to form a battery cell stack, and may be accommodated in a module case accommodating the battery cell stack to be modularized into a battery module.
  • the battery module may form a battery pack together with a battery management system (BMS) that manages temperature or voltage of the battery and/or a cooling device.
  • BMS battery management system
  • Battery packs can be applied to a variety of devices.
  • a device to which the battery pack is applied may be a vehicle such as an electric bicycle, an electric vehicle, or a hybrid vehicle.
  • the above-described device is not limited thereto, and the battery pack according to the present embodiment may be used in various devices other than the above-described examples, which also fall within the scope of the present invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀은 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 적층체, 상기 적층체의 양극 또는 음극으로부터 연장된 전극 탭 및 상기 전극 탭과 결합된 전극 리드를 포함하고, 상기 전극 탭에는 각각의 상기 전극 탭들을 연결하는 프리 웰딩부 및 상기 전극 탭과 상기 전극 리드를 결합하는 메인 웰딩부가 형성되며, 상기 프리 웰딩부는 내측 가장자리와 외측 가장자리를 포함하고, 상기 메인 웰딩부의 용접 스팟 중 적어도 하나는 상기 프리 웰딩부의 내측 가장자리와 중첩되며, 상기 전극 탭의 길이 방향상, 상기 프리 웰딩부의 내측 가장자리는 상기 프리 웰딩부의 외측 가장자리보다 상기 적층체와 가까이 위치한다.

Description

전지 셀 및 이의 제조 방법
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2022년 01월 28일자 한국 특허 출원 제10-2022-0013633호 및 2023년 01월 26일자 한국 특허 출원 제10-2023-0010154호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 셀 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 전극 탭의 크랙이 방지된 전지 셀 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기와 같은 모바일 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기 자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기 자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는 바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점이 있어 가장 많은 주목을 받고 있다.
이차 전지는 전지케이스의 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 전지로 분류된다.
또, 이차 전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 한다. 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극 들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체 등을 들 수 있다.
도 1은 종래의 전지 셀에 포함된 전극 탭 및 전극 리드를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 전지 셀(10)은 스택형 전극 조립체가 셀 케이스 내에 수용된 파우치형 전지일 수 있다. 전지 셀(10)은 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막이 포함된 적층체(11), 양극 또는 음극으로부터 연장되는 전극 탭(12) 및 전극 탭(12)과 연결되는 전극 리드(13)를 포함할 수 있다.
파우치형 전지에 있어서, 적층체(11)의 각 전극으로부터 연장되는 다수의 전극 탭(12)은 용접 기기에 의해 프리-웰딩(pre welding)되어 일 지점으로 모아진 후 전극 리드(13)와 연결될 수 있다. 여기서, 다수의 전극 탭(12)들을 연결하는 용접 부위는 프리 웰딩부(20)로, 전극 탭(12)과 전극 리드(13)를 연결하는 용접 부위는 메인 웰딩부(30)로 지칭될 수 있다. 이후, 적층체(11), 전극 탭(12) 및 전극 리드(13)는 셀 케이스에 내장되어 전지 셀(10)로 제조되며, 이 때, 전극 리드(13)는 외부 버스바와 연결되기 위해 그 일단이 셀 케이스의 외부로 돌출되도록 위치할 수 있다.
한편, 전지 셀(10)이 모듈 또는 팩에 장착될 때 전극 리드(13)와 버스바 또한 용접 공정을 통해 연결될 수 있는데, 용접 조건에 따라 전극 리드(13)에 높은 에너지가 가해지는 경우에는 전지 셀(10) 내부의 전극 리드(13)와 전극 탭(12)이 분리되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 이러한 전극 리드(13)와 전극 탭(12)의 분리를 방지하기 위해 전지 셀(10)의 제조 시 메인 웰딩부(30)의 용접 조건을 강화하려는 목적으로 전극 탭(12)에 가해지는 용접 에너지 또는 가압력이 과도해지면 전극 탭(12)에 크랙이 발생하거나 또는 기형성된 크랙이 성장할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극 탭의 단선 위험을 줄이기 위한 전지 셀 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀은 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 적층체, 상기 적층체의 양극 또는 음극으로부터 연장된 전극 탭 및 상기 전극 탭과 결합된 전극 리드를 포함하고, 상기 전극 탭에는 각각의 상기 전극 탭들을 연결하는 프리 웰딩부 및 상기 전극 탭과 상기 전극 리드를 결합하는 메인 웰딩부가 형성되며, 상기 프리 웰딩부는 내측 가장자리와 외측 가장자리를 포함하고, 상기 메인 웰딩부의 용접 스팟 중 적어도 하나는 상기 프리 웰딩부의 내측 가장자리와 중첩되며, 상기 전극 탭의 길이 방향상, 상기 프리 웰딩부의 내측 가장자리는 상기 프리 웰딩부의 외측 가장자리보다 상기 적층체와 가까이 위치한다.
상기 메인 웰딩부는 서로 나란히 배치되는 제1 웰딩 라인, 제2 웰딩 라인, 및 제3 웰딩 라인을 포함하고, 상기 제1 웰딩 라인은, 상기 제2 웰딩 라인과 상기 제3 웰딩 라인 사이에 배치되고, 상기 제2 웰딩 라인은 상기 프리 웰딩부와 중첩하며, 상기 제3 웰링 라인은 상기 프리 웰딩부와 중첩하지 않을 수 있다.
상기 제2 웰딩 라인은 상기 메인 웰딩부의 가장자리를 형성하고, 상기 전극 탭의 길이 방향상, 상기 적층체와 멀어지는 방향으로 상기 제2 웰딩 라인의 외측에 상기 프리 웰딩부의 외측 가장자리가 위치할 수 있다.
상기 전극 탭의 길이 방향상, 상기 적층체와 가까워지는 방향으로 상기 프리 웰딩부의 내측 가장자리 외측에 상기 제3 웰딩 라인이 위치할 수 있다.
상기 메인 웰딩부의 용접 스팟 중 적어도 하나는 상기 프리 웰딩부 보다 내측에 위치할 수 있다.
상기 프리 웰딩부는 상기 전극 탭의 폭 방향상 상기 전극 탭의 가장자리와 이격되도록 형성될 수 있다.
상기 프리 웰딩부의 상기 전극 탭의 폭 방향상 길이는 상기 전극 탭의 폭보다 작을 수 있다.
상기 프리 웰딩부의 상기 전극 탭의 폭 방향상 가장자리의 외측에 상기 메인 웰딩부 일부가 형성될 수 있다.
상기 프리 웰딩부는 피라미드형 패턴으로 형성될 수 있다.
상기 프리 웰딩부는 일자형 패턴으로 형성될 수 있다.
상기 전극 리드의 모서리부는 라운드 형상으로 형성될 수 있다.
상기 전극 탭의 일면에는 상기 전극 리드가 위치하고, 상기 전극 탭의 일면과 마주보는 상기 전극 탭의 타면에는 배면 플레이트가 위치할 수 있다.
상기 배면 플레이트와 상기 전극 탭 사이에 추가 웰딩부가 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 셀은 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 적층체, 상기 적층체의 양극 또는 음극으로부터 연장된 전극 탭, 및 상기 전극 탭에는 각각의 상기 전극 탭들을 연결하여 탭 다발을 형성하는 프리 웰딩부를 포함하고, 상기 프리 웰딩부는 상기 전극 탭의 폭 방향상 상기 전극 탭의 가장자리와 이격되도록 형성된다.
상기 전지 셀은 상기 전극 탭과 결합된 전극 리드, 및 상기 전극 탭과 상기 전극 리드를 결합하는 메인 웰딩부를 더 포함하고, 상기 프리 웰딩부는 내측 가장자리와 외측 가장자리를 포함하며, 상기 메인 웰딩부의 용접 스팟 중 적어도 하나는 상기 프리 웰딩부의 내측 가장자리와 중첩될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지 셀의 제조 방법은 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 적층체를 형성하는 단계, 상기 양극 또는 음극으로부터 연장된 전극 탭에 프리 웰딩부를 형성하는 단계, 상기 전극 탭의 일면에 전극 리드를 연결하기 위한 메인 웰딩부를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 프리 웰딩부와 상기 메인 웰딩부의 적어도 일부는 서로 중첩되고, 상기 전극 탭의 길이 방향상, 상기 메인 웰딩부는 상기 프리 웰딩부 보다 적층체에 가까이 위치한다.
상기 프리 웰딩부를 형성하는 단계 이후에, 용접되지 않은 상기 전극 탭을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 메인 웰딩부를 형성하는 단계 이전에, 상기 전극 리드의 모서리부를 라운드 형상으로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 메인 웰딩부를 형성하는 단계는 전극 탭의 일면에 전극 리드를 배치하는 단계 및 전극 탭의 타면에 배면 플레이트를 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명의 전지 셀의 제조 시 전극 리드 및 전극 탭에 형성되는 용접 부위의 위치 및 크기를 조절함으로써 전극 탭의 단선 위험을 줄일 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전지 셀에 포함된 전극 탭 및 전극 리드를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀에 포함된 전극 탭 및 전극 리드를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 A영역의 부분 확대도이다.
도 4는 전극 탭에 발생할 수 있는 응력을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 전극 탭에 형성된 프리 웰딩부의 크기 및 위치에 따른 응력의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 2의 전극 탭에 형성된 프리 웰딩부의 예시들이다.
도 7은 도 2의 전극 리드의 모서리부의 형성 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 도 2의 전지 셀에 배면 플레이트가 제공된 예를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 설명한 것 외에 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 본 발명의 범위는 여기에서 설명하는 실시예들에 의해 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 확대하거나 축소하여 나타낸 것이므로, 본 발명의 내용이 도시된 바에 한정되지 않음은 자명하다. 이하의 도면에서는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 각 층의 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 이하의 도면에서는 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 설명할 때, 이는 해당하는 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 이와 반대로 해당하는 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 설명할 때에는 그 사이에 다른 부분이 없는 것을 의미할 수 있다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아닐 수 있다. 한편, 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 설명하는 것과 마찬가지로, 다른 부분 "아래에" 또는 "하에" 있다고 설명하는 것 또한 상술한 내용을 참조하여 이해될 수 있을 것이다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 해당 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 해당 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀에 포함된 전극 탭 및 전극 리드를 도시한 도면이다. 도 3은 도 2의 A영역의 부분 확대도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예의 전지 셀(100)은 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 적층체(110), 적층체(110)의 양극 또는 음극으로부터 연장된 전극 탭(120) 및 전극 탭(120)과 결합된 전극 리드(130)를 포함할 수 있다. 적층체(110), 전극 탭(120) 및 전극 리드(130)는 전극 리드(130)의 일단이 돌출된 상태로 전해액과 함께 셀 케이스 내에 밀봉되어 전지 셀(100)로 제조될 수 있다. 도 2 및 도 3는 셀 케이스가 생략된 상태의 전지 셀(100)을 도시한 것이다.
적층체(110)는 충방전이 가능한 발전소자일 수 있다. 적층체(110)에 포함된 전극은 양극 및 음극을 포함할 수 있고, 각 전극 사이에 분리막이 개재됨으로써 적층체(110)는 양극/분리막/음극이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 양극 또는 음극은 집전체 상에 양극 활물질 또는 음극 활물질이 도포된 것일 수 있고, 분리막은 절연 재질로 이루어짐으로써, 양극과 음극 사이를 전기적으로 절연하기 위한 것일 수 있다.
또, 적층체(110)는 아래서부터 분리막/양극/분리막/음극 또는 분리막/음극/분리막/양극이 적층된 모노셀(mono-cell)이 단위셀로 제조되어 복수 개 적층되되, 분리막/음극/분리막 또는 분리막/양극/분리막 순서로 적층된 하프셀(half-cell)이 최외각에 적층된 것일 수 있다.
적층체(110)의 일단 또는 적층체(110)에 포함된 전극의 일단에는 전극 탭(120)들이 위치할 수 있다. 전극 탭(120)은 각 전극으로부터 일 방향 또는 양 방향으로 연장되는 부분일 수 있다. 전극 탭(120)은 전극 활물질이 도포되지 않은 부분일 수 있다. 전극 탭(120) 중 양극과 연결된 전극 탭(120)은 양극 탭으로, 음극과 연결된 전극 탭(120)은 음극 탭으로 지칭될 수 있다. 이 때, 양극 탭은 적층체(110)의 일단에 위치하고, 음극 탭은 적층체(110)의 타단에 위치할 수 있다.
전극 리드(130)는 셀 케이스 내의 적층체(110)와 셀 케이스의 외부 부재 사이의 전기적 연결을 형성하기 위한 것일 수 있다. 전극 리드(130)의 일단은 셀 케이스의 외부로 인출되고, 전극 리드(130)의 타단은 셀 케이스 내에서 전극 탭(120)과 결합할 수 있다. 여기서, 전극 리드(130)와 전극 탭(120)은 용접을 통해 결합될 수 있다.
한편, 전극으로부터 연장되는 다수의 전극 탭(120)은 전극 리드(130)와 연결되기 전에, 용접 기기에 의해 상호 결합되어 전극 탭 다발을 형성할 수 있다. 전극 탭(120)에는 다수의 전극 탭(120)들은 결합하기 위한 프리 웰딩부(200)가 형성될 수 있다. 프리 웰딩부(200)는 다수의 전극 탭(120)들을 용접 기기를 통해 접합부가 형성된 것일 수 있다. 다수의 전극 탭(120)들은 탭 가이드 등에 의해 가압됨으로써 일 지점으로 밀집될 수 있고, 용접 기기에 의해 액상 또는 고상 상태로 결합될 수 있다. 프리 웰딩부(200)의 형성에 사용되는 용접 기기는 초음파 용접 방식을 이용하는 기기일 수 있다. 이 때, 용접 기기는 혼(horn), 앤빌(anvil) 및/또는 혼을 진동시키는 액추에이터를 포함할 수 있으며, 피작업물인 전극 탭(120)들은 혼 및 앤빌 사이에 삽입된 후 초음파 용접을 통해 서로 결합될 수 있다.
또, 전극 탭(120)과 전극 리드(130)의 결합을 위하여, 전극 탭(120) 및 전극 리드(130)에는 메인 웰딩부(300)가 형성될 수 있다. 메인 웰딩부(300)는 용접 기기를 통해 형성될 수 있다. 용접 기기에 의해 전극 탭(120) 및 전극 리드(130)는 부분적으로 가열될 수 있고, 가열된 부분이 접합됨으로써 상호 결합될 수 있다. 메인 웰딩부(300)의 형성에 사용되는 용접 기기는 레이저 용접 방식을 이용하는 기기일 수 있다. 레이저 용접 방식을 이용하는 경우, 메인 웰딩부(300)는 조사된 레이저에 의해 형성된 다수의 용접 스팟(302)을 포함할 수 있다.
여기서, 레이저 용접 방식은 메인 웰딩부(300)를 형성하는데 이용되고, 초음파 용접 방식 프리 웰딩부(200)를 형성하는데 이용되는 것으로 설명하였으나, 반드시 그러한 것은 아니고, 레이저 용접이 프리 웰딩부(200)를 형성하는데 사용되거나 초음파 용접 방식이 메인 웰딩부(300)를 형성하는데 사용되는 것도 가능할 것이다.
도 2 및 도 3을 다시 참조하면, 전극 탭(120)의 일면에 형성된 프리 웰딩부(200)와 메인 웰딩부(300)의 적어도 일부는 서로 중첩될 수 있다. 전극 탭(120)의 폭 방향(X축 방향) 및/또는 전극 탭(120)의 길이 방향(Y축 방향)으로 프리 웰딩부(200) 외측에 메인 웰딩부(300)가 형성될 수 있다. 또한, 프리 웰딩부(200)가 차지하는 영역 중에서 외측 부분에 메인 웰딩부(300)가 형성되지 않은 영역이 존재할 수 있다.
메인 웰딩부(300)에 포함된 용접 스팟(302) 중 적어도 하나는 프리 웰딩부(200)의 일측에 위치한 가장자리와 중첩될 수 있다. 메인 웰딩부(300)에 포함된 용접 스팟(302) 중 적어도 하나는 프리 웰딩부(200)의 내측 가장자리(210)와 중첩될 수 있다. 여기서, 내측 가장자리(210)는 프리 웰딩부(200)의 영역 중에서 후술하는 외측 가장자리(220) 대비하여 적층체(110)에 상대적으로 가깝게 위치하는 부분일 수 있다.
구체적으로, 프리 웰딩부(200)는 내측 가장자리(210)와 외측 가장자리(220)를 포함하고, 메인 웰딩부(300)의 용접 스팟(302) 중 적어도 하나는 프리 웰딩부(200)의 내측 가장자리(210)와 중첩할 수 있다. 이때, 전극 탭의 길이 방향상, 프리 웰딩부(200)의 내측 가장자리(210)는 프리 웰딩부(200)의 외측 가장자리(220)보다 적층체(110)와 가까이 위치할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 도 3에 도시한 바와 같이, 메인 웰딩부(300)는 서로 나란히 배치되는 제1 웰딩 라인(310), 제2 웰딩 라인(320), 및 제3 웰딩 라인(330)을 포함할 수 있다. 제1 웰딩 라인(310), 제2 웰딩 라인(320), 및 제3 웰딩 라인(330) 각각은, 메인 웰딩부(300)의 용접 스팟(302)이 탭 전극(120)의 폭 방향(X축 방향)으로 복수개 배열된 것을 포함할 수 있다.
도 3에서, 제2 웰딩 라인(320)과 제3 웰딩 라인(330)이 각각 하나씩 도시되어 있으나, 제2 웰딩 라인(320)과 제3 웰딩 라인(330) 각각은 둘 이상 형성될 수도 있다. 제1 웰딩 라인(310)은, 제2 웰딩 라인(320)과 제3 웰딩 라인(330) 사이에 배치되고, 제2 웰딩 라인(320)은 프리 웰딩부(200)와 중첩하며, 제3 웰링 라인(330)은 프리 웰딩부(200)와 중첩하지 않을 수 있다.
제2 웰딩 라인(320)은 메인 웰딩부(300)의 가장자리를 형성하고, 전극 탭(120)의 길이 방향(Y축 방향)상, 적층체(110)와 멀어지는 방향으로 제2 웰딩 라인(320)의 외측에 프리 웰딩부의 외측 가장자리(220)가 위치할 수 있다. 또한, 전극 탭(120)의 길이 방향(Y축 방향)상, 적층체(110)와 가까워지는 방향으로 프리 웰딩부(200)의 내측 가장자리(210) 외측에 제3 웰딩 라인(320)이 위치할 수 있다.
도 1을 통해 도시된 것과 같이, 메인 웰딩부(300)의 형성 시 전극 탭(120)에는 크랙이 발생할 수 있는데, 본 실시예와 같이 프리 웰딩부(200)의 내측 가장자리(210) 상에 용접 스팟(302)이 형성됨으로써, 프리 웰딩부(200)의 내측 가장자리(210)에서 발생하는 크랙의 형성 또는 형성된 크랙의 전파가 최소화될 수 있다. 프리 웰딩부(200)의 내측 가장자리(210)는 메인 웰딩부(300) 형성 시 크랙이 시작되는 포인트와 대응할 수 있다.
여기서, 전극 탭(120)의 내측이란 전극 탭(120)에서 적층체(110)를 향하는 방향(-Y축 방향)으로, 전지 셀(100)의 길이 방향상 셀 케이스의 내부를 향하는 방향일 수 있다. 또, 외측이란 전극 탭(120)에서 전극 리드(130)를 향하는 방향으로, 전지 셀(100)의 길이 방향상 셀 케이스의 외부를 향하는 방향일 수 있다.
전극 탭(120)에서 메인 웰딩부(300)는 프리 웰딩부(200) 보다 내측에 위치할 수 있다. 프리 웰딩부(200)의 일측에 위치한 가장자리는 메인 웰딩부(300) 내에 위치할 수 있다. 프리 웰딩부(200)의 내측 가장자리(210)는 메인 웰딩부(300) 내에 중첩하여 위치할 수 있다. 전극 탭(120)의 길이 방향상, 메인 웰딩부(300)는 프리 웰딩부(200) 보다 적층체(110)에 가까이 위치할 수 있다. 메인 웰딩부(300)에 포함된 용접 스팟(302) 중 하나 이상은 프리 웰딩부(200)보다 적층체(110)에 가까이 위치할 수 있다. 이처럼, 메인 웰딩부(300)가 프리 웰딩부(200) 보다 내측까지 확장하여 형성되면 프리 웰딩부(200)의 내측 가장자리(210) 주변이 메인 웰딩부(300) 용접에 의한 기구적 구속 영역이 형성되어 해당 영역에서 발생하는 크랙의 형성이 메인 웰딩부(300)의 용접 스팟(302)에 의해 저지될 수 있다. 또한, 메인 웰딩부(300)를 형성할 때 프리 웰딩부(200)의 내측 가장자리(210)가 재용융 되면서 크랙이 제거될 수도 있다.
또, 후술하는 것과 같이 전극 탭(120)은 제조 공정 상 또는 전지 셀 구동 중에 발생하는 셀 스웰링에 의한 부피 팽창에 의해 인장력을 받을 수 있고, 이에 따라 응력에 따른 수축이 야기될 수 있는데, 메인 웰딩부(300)에 포함된 용접 스팟(302) 중 일부가 프리 웰딩부(200) 보다 내측에 형성됨으로써, 전극 탭(120)의 강성이 보완되고, 인장 및 응력에 따른 전극 탭(120)의 손상이 방지될 수 있다.
도 2 및 도 3을 다시 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 전극 탭(120)의 일면에 형성된 프리 웰딩부(200)는 전극 탭(120)의 폭 방향상 전극 탭(120)의 가장자리와 이격되도록 형성될 수 있다. 또는, 프리 웰딩부(200)의 전극 탭(120)의 폭 방향상 길이는 전극 탭(120)의 폭보다 작을 수 있다. 이에 관하여는 도 4 및 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 전극 탭에 발생할 수 있는 응력을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 전극 탭에 형성된 프리 웰딩부의 크기 및 위치에 따른 응력의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 인장은 전극 탭을 길이 방향상 양단을 향해 당기는 것을 의미하며, 도 4 및 도 5에서 인장 방향은 상하를 향하는 화살표로 도시되었다. 또한 인장에 따른 응력은 도 4 및 도 5에서 좌우를 향하는 화살표로 도시되었다.
도 4를 참조하면, 통상적으로 전극 탭(12)의 인장 시 야기되는 응력(stress)에 따라 전극 탭(12)에는 폭 방향상 수축이 발생할 수 있다. 그러나, 도 5에 도시된 것과 같이, 전극 탭(12)에 프리 웰딩부(20)가 형성된 경우에는 응력 및 이에 따른 수축 양상이 다소 달라질 수 있다. 도 5(a)와 같이, 프리 웰딩부(200)가 전극 탭(12)의 폭 방향상 가장자리까지 형성되었던 종래의 전극 탭(12)에서는 프리 웰딩부(200)가 전극 탭(12)의 일부 길이 구간을 전체적으로 고정하므로, 전극 탭(12)의 인장 시 응력이 프리 웰딩부(20)의 내측 가장자리(21) 주변으로 집중되는 양상이 나타났다. 이와 같이 프리 웰딩부(20)의 내측 가장자리(21)로 응력이 집중되면, 프리 웰딩부(20)의 내측 가장자리(21) 주변에서 크랙이 쉽게 형성되거나, 작게 형성된 크랙이 더욱 크게 성장할 수 있는 문제가 있다.
반면, 본 실시예에서는 상술한 문제를 해결하기 위하여 프리 웰딩부(200)가 전극 탭(120)의 폭 방향상 전극 탭(120)의 가장자리와 이격되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 5(b)에 도시한 바와 같이, 프리 웰딩부(200)의 전극 탭(120)의 폭 방향(X축 방향)상 가장자리의 외측에 메인 웰딩부(300) 일부가 형성될 수 있다. 일예로 도 3에 도시한 바와 같이, 메인 웰딩부(300)의 용접 스팟(302)이 프리 웰딩부(200)의 가장자리 외측에 형성될 수 있다.
도 5(b)에 도시한 바와 같이 프리 웰딩부(200)가 전극 탭(120)의 폭 방향상 전극 탭(120)의 가장자리와 이격되도록 형성되면, 프리 웰딩부(200)가 전극 탭(120)의 일부 길이 구간을 부분적으로 고정하므로 전극 탭(120)의 인장 시 응력에 따른 수축이 프리 웰딩부(200)의 내측 가장자리(210)로 집중되지 않을 수 있다. 응력에 따른 전극 탭(120)의 수축은 프리 웰딩부(200)를 포함하는 더 넓은 범위에서 야기될 수 있으며, 이에 따라 내측 가장자리(210) 주변에서 크랙이 발생되거나 발생된 크랙이 성장하는 양상이 최소화될 수 있다. 따라서, 본 실시예와 같이 프리 웰딩부(200)가 형성됨으로써, 전극 탭(120)에 발생가능한 크랙의 발생 또는 성장이 완화될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하여 설명한 실시예에서, 프리 웰딩부(200)가 전극 탭(120)의 폭 방향상 가장자리와 이격되도록 형성되는 실시예와, 프리 웰딩부(200)와 메인 웰딩부(300)의 적어도 일부가 서로 중첩하는 실시예를 동일한 도면 내에 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 도 4 및 도 5에서 설명하는 프리 웰딩부(200)가 전극 탭(120)의 폭 방향상 가장자리와 이격되도록 형성되는 실시예는 메인 웰딩부(300)의 특정 구조에 한정되지 않고 실시될 수 있다.
도 6은 도 2의 전극 탭에 형성된 프리 웰딩부의 예시들이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 프리 웰딩부(200)는 다양한 패턴으로 형성될 수 있다. 프리 웰딩부(200)의 패턴은 용접 기기에 포함된 혼의 사양에 따라 달라질 수 있다. 프리 웰딩부(200)의 패턴은 혼의 널(knurl) 패턴에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 프리 웰딩부(200)의 패턴은 도 6(a)과 같이 피라미드형으로 형성될 수도 있고, 도 6(b) 및 도 6(c)와 같이 일자형 또는 윈도우형으로 형성될 수도 있다. 도 6(a)과 같은 피라미드형의 경우 널(knurl) 당 전극 탭(120)에 가해지는 가압력이 도 6(b) 및 도 6(c)와 같은 일자형보다 클 수 있고, 이에 따라 전극 탭(120)이 손상될 수 있다. 따라서, 전극 탭(120)에 가해지는 가압력을 분산시키기 위해서는 도 6(b) 또는 도 6(c)와 같은 일자형으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
도 7은 도 2의 전극 리드의 모서리부의 형성 과정을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 전극 리드(130)의 모서리부(132)는 라운드 형상을 가질 수 있다. 전극 리드(130)의 모서리부(132)는 전지 셀(100)의 제조 과정 또는 사용 과정에서 전극 탭(120)과 접촉할 수 있는데, 모서리부(132)에 버(burr)가 형성되는 경우 전극 탭(120)을 찔러 손상시킬 수 있다. 따라서, 전극 탭(120)의 단선을 방지하기 위해 전극 리드(130)의 모서리부(132)는 라운드 형상을 가지도록 처리되는 것이 바람직할 수 있다. 모서리부(132)에 형성된 버를 제거하기 위하여, 도 7에 도시된 것과 같이 레이저 기기가 사용될 수 있다.
도 8은 도 2의 전지 셀에 배면 플레이트가 제공된 예를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 전지 셀(100)에는 배면 플레이트(140)가 제공될 수 있다. 배면 플레이트(140)는 전극 탭(120)의 일면에 제공될 수 있다. 배면 플레이트(140)는 전극 탭(120)을 사이에 두고 전극 리드(130)와 마주보도록 위치할 수 있다. 전극 탭(120)의 일면에 배면 플레이트(140)가 부가됨으로써, 용접 시 단선이 방지되고, 전극 탭(120)에 전달되는 가압력이 분산될 수 있다. 또한, 배면 플레이트(140)에 의해 제조 공상 상에 발생할 수 있는 전극 탭(120)의 인장 및 이에 따른 응력에 대한 저항성이 강화될 수 있다.
따라서, 본 실시예의 전지 셀(100)의 메인 웰딩부(300)는 전극 탭(120)의 일면에 전극 리드(130)를 배치하고, 전극 탭(120)의 일면과 마주보는 타면에 배면 플레이트(140)를 배치하며, 용접 기기를 이용해 전극 리드(130), 전극 탭(120) 및 배면 플레이트(140)를 결합함으로써 형성될 수 있다. 이때, 본 실시예에 따른 전지 셀(100)은 배면 플레이트(140)와 전극 탭(120) 사이에 형성된 추가 웰딩부(300’)를 포함할 수 있다. 추가 웰딩부(300’)는 전극 탭(120)과 전극 리드(130) 사이에 메인 웰딩부(300)를 형성할 때, 메인 웰딩부(300)의 용접부 강화를 위해 배면 플레이트(140)가 추가됨으로써, 배면 플레이트(140)와 전극 탭(120) 사이에 형성되는 용접부일 수 있다. 추가 웰딩부(300’)로 인해 전극 탭(120)들 사이 및 전극 탭(120)과 전극 리드(130) 사이의 용접 강도를 강화하여 전극 탭들(120)의 결합 및 전극 탭(120)와 전극 리드(130) 사이의 결합된 부분의 전단력에 대한 견딜 수 있는 힘을 강화시킬 수 있다.
이때, 추가 웰딩부(300’)의 영역은 메인 웰딩부(300)와 중첩할 수 있고, 추가 웰딩부(300’)의 영역은 메인 웰딩부(300)의 영역과 실질적으로 면적이 동일할 수 있다. 추가 웰딩부(300’)의 영역이 메인 웰딩부(300)의 영역과 실질적으로 동일하도록 하기 위해, 배면 플레이트(140)는 전극 리드(130)가 전극 탭(120)과 중첩하는 부분의 면적과 동일한 면적을 가질 수 있다. 또한, 배면 플레이트(140)는 전극 리드(130)와 동일한 재료, 예를 들어 알루미늄이나 구리 등을 사용하여 형성할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 셀의 제조 방법에 관하여 설명한다. 이하에서 설명되는 제조 방법은 상술한 실시예의 내용을 모두 포함하는 것으로써, 중복 기재를 피하기 위해 상술한 실시예와 동일한 내용은 생략하기로 한다. 또한, 본 실시예에 따른 전지 셀의 제조 방법을 설명함에 있어서, S100 과 같은 부호는 각 단계를 구분하기 위해 표시한 것일 뿐, 도면에 표시된 것은 아니다.
본 실시예에 따른 전지 셀의 제조 방법(S100)은, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 적층체(110)를 형성하는 단계(S110), 상기 양극 또는 음극으로부터 연장된 전극 탭(120)에 프리 웰딩부(200)를 형성하는 단계(S120), 상기 전극 탭(120)의 일면에 전극 탭(120)과 전극 리드(130)를 연결하기 위한 메인 웰딩부(300)를 형성하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
적층체(110)를 형성하는 단계(S110)는 공지된 스택형 전극 조립체를 형성하는 방법을 통해 설명될 수 있다. 예를 들어, 적층체(110)는 다수의 모노셀을 적층하고, 적층된 모노셀의 최외각에 하프셀을 적층함으로써 형성될 수 있다.
프리 웰딩부(200)를 형성하는 단계(S120)는 다수의 전극 탭(120)간의 연결을 형성하기 위한 것일 수 있다. 프리 웰딩부(200)의 형성에는 상술한 것과 같이 초음파 용접이 이용될 수 있으나, 저항 용접 등 공지된 다른 용접 방법에 의해 프리 웰딩부(200)가 형성되는 것도 가능하다.
여기서, 프리 웰딩부(200)는 도 2 내지 도 5에서 설명한 것과 같이, 전극 탭(120)의 폭 방향상 가장자리와 이격되도록 형성될 수 있다. 또, 프리 웰딩부(200)는 도 6에서 설명한 것과 같이 다양한 패턴으로 형성될 수 있다.
한편, 비용접 구간이 전극 탭(120)에 잔존하는 경우 전극 리드(130)와 전극 탭(120)의 결합 시 메인 웰딩부(300)가 더 크게 형성되어야 할 수 있으므로, 본 실시예에 따른 전지 셀의 제조 방법(S100)은 프리 웰딩부(200)를 형성하는 단계(S120) 이후, 메인 웰딩부(300)를 형성하는 단계(S130) 이전에, 용접되지 않은 전극 탭(120)을 제거하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 비용접 구간은 프리 웰딩부(200)의 외측 가장자리 주변을 절단함으로써 전극 탭(120)으로부터 제거될 수 있다. 이 때, 절단 위치는 프리 웰딩부(200)의 외측 가장자리로부터 내측으로 소정의 거리만큼 이격된 위치일 수 있다. 이처럼, 용접되지 않은 전극 탭(120)을 절단하는 단계를 통해 전극 탭(120)의 외측 말단에 비용접 부분이 위치하지 않도록 함으로써, 전극 탭(120)의 외측 말단은 용접될 수 있다. 이에 따라, 메인 웰딩부(300)의 크기 또는 용접 스팟(302)의 개수는 줄어들 수 있다.
메인 웰딩부(300)를 형성하는 단계(S130)는 전극 탭(120)과 전극 리드(130)의 연결을 형성하기 위한 것일 수 있다. 메인 웰딩부(300)의 형성에는 상술한 것과 같이 레이저 용접이 이용될 수 있으나, 저항 용접 등 공지된 다른 용접 방법에 의해 메인 웰딩부(300)가 형성되는 것도 가능하다. 또, 구체적으로 도시되지는 않았으나, 전극 리드(130)의 일면에는 리드 필름이 부착될 수 있으며, 리드 필름은 셀 케이스와 전극 리드(130) 사이의 접착 형성 또는 셀 케이스의 손상 방지를 위한 것일 수 있다.
여기서, 전극 리드(130)의 모서리부(132)는 도 7에서 설명한 것과 같이, 라운드 형상을 가지도록 처리될 수 있다. 따라서, 본 실시예의 전지 셀의 제조 방법(S100)은 메인 웰딩부(300)를 형성하는 단계(S130) 이전에, 전극 리드(130)의 모서리부(132)를 라운드 형상으로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또, 여기서, 전극 탭(120)에는 도 8에서 설명한 것과 같이 배면 플레이트(140)가 제공될 수 있다. 따라서, 메인 웰딩부(300)를 형성하는 단계(S130)는 전극 탭(120)의 일면에 전극 리드(130)의 일면 중 적어도 일부가 중첩되도록 배치하는 단계, 전극 탭(120)의 타면에 배면 플레이트(140)를 배치하는 단계, 전극 탭(120), 전극 리드(130) 및 배면 플레이트(140)를 용접 기기로 결합시키는 단계로 구체화될 수 있다. 이때, 배면 플레이트(140)와 전극 탭(120) 사이에 추가 웰딩부(300’)가 형성될 수 있다.
한편, 상술한 전지 셀은, 일 방향으로 적층되어 전지 셀 적층체를 형성할 수 있으며, 전지 셀 적층체를 수용하는 모듈 케이스 내부에 수용되어 전지 모듈로 모듈화 될 수 있다. 또한, 전지 모듈은 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS) 및/또는 냉각 장치 등과 함께 전지 팩을 형성할 수 있다. 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 예를 들어, 전지 팩이 적용되는 디바이스는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단일 수 있다. 그러나, 상술한 디바이스가 이에 제한되는 것은 아니며, 상술한 예시 외에 다양한 디바이스에 본 실시예에 따른 전지 팩이 사용될 수 있고, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
100: 전지 셀
110: 적층체
120: 전극 탭
130: 전극 리드
140: 배면 플레이트
200: 프리 웰딩부
210: 내측 가장자리
220: 외측 가장자리
300: 메인 웰딩부
300’: 추가 웰딩부
310, 320, 330: 제1, 2, 3 웰딩 라인

Claims (22)

  1. 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 적층체,
    상기 적층체의 양극 또는 음극으로부터 연장된 전극 탭, 및
    상기 전극 탭과 결합된 전극 리드를 포함하고,
    상기 전극 탭에는 각각의 상기 전극 탭들을 연결하는 프리 웰딩부 및 상기 전극 탭과 상기 전극 리드를 결합하는 메인 웰딩부가 형성되며,
    상기 프리 웰딩부는 내측 가장자리와 외측 가장자리를 포함하고,
    상기 메인 웰딩부의 용접 스팟 중 적어도 하나는 상기 프리 웰딩부의 내측 가장자리와 중첩되며,
    상기 전극 탭의 길이 방향상, 상기 프리 웰딩부의 내측 가장자리는 상기 프리 웰딩부의 외측 가장자리보다 상기 적층체와 가까이 위치하는 전지 셀.
  2. 제1항에서,
    상기 메인 웰딩부는 서로 나란히 배치되는 제1 웰딩 라인, 제2 웰딩 라인, 및 제3 웰딩 라인을 포함하고,
    상기 제1 웰딩 라인은, 상기 제2 웰딩 라인과 상기 제3 웰딩 라인 사이에 배치되고, 상기 제2 웰딩 라인은 상기 프리 웰딩부와 중첩하며, 상기 제3 웰링 라인은 상기 프리 웰딩부와 중첩하지 않는 전지 셀.
  3. 제2항에서,
    상기 제2 웰딩 라인은 상기 메인 웰딩부의 가장자리를 형성하고,
    상기 전극 탭의 길이 방향상, 상기 적층체와 멀어지는 방향으로 상기 제2 웰딩 라인의 외측에 상기 프리 웰딩부의 외측 가장자리가 위치하는 전지 셀.
  4. 제2항에서,
    상기 전극 탭의 길이 방향상, 상기 적층체와 가까워지는 방향으로 상기 프리 웰딩부의 내측 가장자리 외측에 상기 제3 웰딩 라인이 위치하는 전지 셀.
  5. 제1항에서,
    상기 메인 웰딩부의 용접 스팟 중 적어도 하나는 상기 프리 웰딩부 보다 내측에 위치하는 전지 셀.
  6. 제1항에서,
    상기 프리 웰딩부는 상기 전극 탭의 폭 방향상 상기 전극 탭의 가장자리와 이격되도록 형성되는 전지 셀.
  7. 제6항에서,
    상기 프리 웰딩부의 상기 전극 탭의 폭 방향상 길이는 상기 전극 탭의 폭보다 작은 전지 셀.
  8. 제6항에서,
    상기 프리 웰딩부의 상기 전극 탭의 폭 방향상 가장자리의 외측에 상기 메인 웰딩부 일부가 형성되는 전지 셀.
  9. 제1항에서,
    상기 프리 웰딩부는 피라미드형 패턴으로 형성되는 전지 셀.
  10. 제1항에서,
    상기 프리 웰딩부는 일자형 패턴으로 형성되는 전지 셀.
  11. 제1항에서,
    상기 전극 리드의 모서리부는 라운드 형상으로 형성되는 전지 셀.
  12. 제1항에서,
    상기 전극 탭의 일면에는 상기 전극 리드가 위치하고,
    상기 전극 탭의 일면과 마주보는 상기 전극 탭의 타면에는 배면 플레이트가 위치하는 전지 셀.
  13. 제12항에서,
    상기 배면 플레이트와 상기 전극 탭 사이에 추가 웰딩부가 형성되는 전지 셀.
  14. 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 적층체,
    상기 적층체의 양극 또는 음극으로부터 연장된 전극 탭, 및
    상기 전극 탭에는 각각의 상기 전극 탭들을 연결하여 탭 다발을 형성하는 프리 웰딩부를 포함하고,
    상기 프리 웰딩부는 상기 전극 탭의 폭 방향상 상기 전극 탭의 가장자리와 이격되도록 형성되는 전지 셀.
  15. 제14항에서,
    상기 전극 탭과 결합된 전극 리드, 및
    상기 전극 탭과 상기 전극 리드를 결합하는 메인 웰딩부를 더 포함하고,
    상기 프리 웰딩부는 내측 가장자리와 외측 가장자리를 포함하며,
    상기 메인 웰딩부의 용접 스팟 중 적어도 하나는 상기 프리 웰딩부의 내측 가장자리와 중첩되는 전지 셀.
  16. 제15항에서,
    상기 전극 탭의 길이 방향상, 상기 프리 웰딩부의 내측 가장자리는 상기 프리 웰딩부의 외측 가장자리보다 상기 적층체와 가까이 위치하는 전지 셀.
  17. 제16항에서,
    상기 메인 웰딩부는 서로 나란히 배치되는 제1 웰딩 라인, 제2 웰딩 라인, 및 제3 웰딩 라인을 포함하고,
    상기 제1 웰딩 라인은, 상기 제2 웰딩 라인과 상기 제3 웰딩 라인 사이에 배치되고, 상기 제2 웰딩 라인은 상기 프리 웰딩부와 중첩하며, 상기 제3 웰링 라인은 상기 프리 웰딩부와 중첩하지 않는 전지 셀.
  18. 제15항에서,
    상기 프리 웰딩부의 상기 전극 탭의 폭 방향상 가장자리의 외측에 상기 메인 웰딩부 일부가 형성되는 전지 셀.
  19. 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 적층체를 형성하는 단계,
    상기 양극 또는 음극으로부터 연장된 전극 탭에 프리 웰딩부를 형성하는 단계,
    상기 전극 탭의 일면에 전극 리드를 연결하기 위한 메인 웰딩부를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 프리 웰딩부와 상기 메인 웰딩부의 적어도 일부는 서로 중첩되고,
    상기 전극 탭의 길이 방향상, 상기 메인 웰딩부는 상기 프리 웰딩부 보다 적층체에 가까이 위치하는 전지 셀의 제조 방법.
  20. 제19항에서,
    상기 프리 웰딩부를 형성하는 단계 이후에, 용접되지 않은 상기 전극 탭을 제거하는 단계를 더 포함하는 전지 셀의 제조 방법.
  21. 제19항에서,
    상기 메인 웰딩부를 형성하는 단계 이전에, 상기 전극 리드의 모서리부를 라운드 형상으로 형성하는 단계를 더 포함하는 전지 셀의 제조 방법.
  22. 제19항에서,
    상기 메인웰딩부를 형성하는 단계는 전극 탭의 일면에 전극 리드를 배치하는 단계 및 전극 탭의 타면에 배면 플레이트를 배치하는 단계를 포함하는 전지 셀의 제조 방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160087220A (ko) * 2015-01-13 2016-07-21 삼성에스디아이 주식회사 이차전지 및 이차전지 배열
KR20170044941A (ko) * 2015-10-16 2017-04-26 현대자동차주식회사 배터리 셀
KR20170050999A (ko) * 2015-11-02 2017-05-11 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
KR20170101857A (ko) * 2017-08-23 2017-09-06 주식회사 코캄 2차 전지의 그리드와 전극 탭의 연결 방법
KR20180085942A (ko) * 2017-01-20 2018-07-30 주식회사 엘지화학 이차전지

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160087220A (ko) * 2015-01-13 2016-07-21 삼성에스디아이 주식회사 이차전지 및 이차전지 배열
KR20170044941A (ko) * 2015-10-16 2017-04-26 현대자동차주식회사 배터리 셀
KR20170050999A (ko) * 2015-11-02 2017-05-11 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
KR20180085942A (ko) * 2017-01-20 2018-07-30 주식회사 엘지화학 이차전지
KR20170101857A (ko) * 2017-08-23 2017-09-06 주식회사 코캄 2차 전지의 그리드와 전극 탭의 연결 방법

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