JP-2026514586-A - 二次電池を製造する方法

Abstract

例示的な実施形態によれば、二次電池を製造する方法が提供される。上記方法は、電極タブのエンボス構造を崩壊させるステップと、上記電極タブの上記エンボス構造の崩壊された部分と電池ケースを溶接するステップと、を含む。

Inventors

• パク セオン ゲウン
• リム スン サン
• キム スン リュル

Assignees

• エルジー エナジー ソリューション リミテッド

Dates

Publication Date

20260512

Application Date

20241205

Priority Date

20231207

Claims (17)

1. 電極タブのエンボス構造を崩壊させるステップと、 前記電極タブの前記エンボス構造の崩壊された部分と電池ケースを溶接するステップと、を含む、二次電池を製造する方法。
2. 前記電極タブの前記エンボス構造の崩壊により、前記電池ケースと前記電極タブとの間の通電面積が増加する、請求項１に記載の二次電池を製造する方法。
3. 前記電極タブのエンボス構造を崩壊させるステップは、第１電極棒で前記電極タブに第１電圧波形を印加することを含み、 前記電池ケースを溶接するステップは、前記第１電極棒で前記電極タブに前記第１電圧波形とは異なる第２電圧波形を印加することを含む、請求項１に記載の二次電池を製造する方法。
4. 前記電極タブに印加された前記第１電圧波形は、前記電極タブを軟化させる、請求項３に記載の二次電池を製造する方法。
5. 前記第１電圧波形が印加された前記電極タブの温度は、溶融点以下である、請求項３に記載の二次電池を製造する方法。
6. 前記電極タブに印加された前記第２電圧波形は、前記電極タブを溶融させる、請求項３に記載の二次電池を製造する方法。
7. 前記第２電圧波形が印加された前記電極タブの温度は、溶融点以上である、請求項３に記載の二次電池を製造する方法。
8. 前記第１電圧波形および前記第２電圧波形のそれぞれは、ランプ区間を含む四角波形を有する、請求項３に記載の二次電池を製造する方法。
9. 前記第１電圧波形の第１ピークは、前記第２電圧波形の第２ピークと異なる、請求項３に記載の二次電池を製造する方法。
10. 前記第１電圧波形の第１ピークは、前記第２電圧波形の第２ピークより小さい、請求項３に記載の二次電池を製造する方法。
11. 前記第１電圧波形の持続時間の長さは、前記第２電圧波形の持続時間の長さと異なる、請求項３に記載の二次電池を製造する方法。
12. 前記第１電圧波形の持続時間の長さは、前記第２電圧波形の持続時間の長さより短い、請求項３に記載の二次電池を製造する方法。
13. 前記電極タブのエンボス構造を崩壊させるステップは、第１電極棒で前記電極タブに第１電流波形を印加することを含み、 前記電池ケースを溶接するステップは、前記第１電極棒で前記電極タブに前記第１電流波形とは異なる第２電流波形を印加することを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の二次電池を製造する方法。
14. 前記第１電流波形の第１ピークは、前記第２電流波形の第２ピークより小さい、請求項１３に記載の二次電池を製造する方法。
15. 前記第１電流波形の第１ピークは、前記第２電流波形の第２ピークと異なる、請求項１３に記載の二次電池を製造する方法。
16. 前記第１電流波形の持続時間の長さは、前記第２電流波形の持続時間の長さと異なる、請求項１３に記載の二次電池を製造する方法。
17. 前記第１電流波形の持続時間の長さは、前記第２電流波形の持続時間の長さより短い、請求項１３に記載の二次電池を製造する方法。

Description

本発明は、二次電池を製造する方法に関するものである。より具体的には、本発明は、円筒形ケースを有する二次電池を製造する方法に関するものである。本出願は、２０２３年１２月７日に出願された韓国出願番号１０－２０２３－０１７６２４８の利益を主張し、当該出願はここに全体として参照される。 二次電池は一次電池とは違って、複数回の充放電が可能である。二次電池は、ハンドセット、ノートパソコン、無線掃除機などの多様な無線機器のエネルギー源として広く使用されている。近年、エネルギー密度の改善および規模の経済により、二次電池の単位容量当たりの製造コストが画期的に低減され、ＢＥＶ（ｂａｔｔｅｒｙ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ）の航続距離が燃料車両と同等のレベルに増加するにつれて、二次電池の主な用途は、モバイル機器からモビリティに移っている。 二次電池の製造は、ミキシング、コーティング、ロールプレッシング、スリッティング、ノッチング工程を含む電極工程、電極アセンブリをケースに内蔵させる組み立て工程、バッテリセルを電気的に活性化して安定化する活性化工程を含む。活性化工程の後、バッテリセルは、セルスタックを構成するように積層されることができる。セルスタックは、モジュールフレームと共にハウジングに実装されてもよく、モジュールフレームなしで直接ハウジングに実装されてもよい。 例示的な実施形態に係る二次電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。例示的な実施形態に係る二次電池の製造方法を説明するための断面図である。図２の部分を拡大した部分断面図である。図２の部分を拡大した部分断面図である。図２の部分を拡大した部分断面図である。例示的な実施形態に係る二次電池の製造方法を説明するためのグラフである。例示的な実施形態に係る二次電池を製造する方法の効果を説明するための図面である。例示的な実施形態に係る二次電池を製造する方法の効果を説明するための図面である。他の例示的な実施形態に係る溶接方法を説明するためのグラフである。 以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。前提として、本明細書および特許請求の範囲で使用される用語や単語は通常的または辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者が発明者自身の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定めることができるという原則に基づいて本発明の技術的思想に合致する意味と概念として解釈され得る。 したがって、本明細書に記載される実施形態と図面に示される構成は本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想をすべて表すものではないので、本出願時点においてこれらを代替することができる多様な均等物と変形例があり得る。 また、本発明の説明において、関連する公知の構成または機能に関する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にするおそれがあると判断される場合には、その詳細な説明は省略する。 本発明の実施形態は、通常の技術者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであるため、図面における構成要素の形状およびサイズなどはより明確な説明のために誇張、省略、または概略的に示されてもよい。したがって、各構成要素のサイズや割合は実際のサイズや割合を完全に反映するものではない。 （第１実施形態） 図１は、例示的な実施形態に係る二次電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図２は、例示的な実施形態に係る二次電池の製造方法を説明するための断面図である。 図３～図５は、図２の部分ＰＯＲを拡大した部分断面図である。 図６は、例示的な実施形態に係る二次電池の製造方法を説明するためのグラフである。図６において、横軸は任意単位（Ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｕｉｎｔ）で表される時間を、縦軸は任意単位で表される電圧を示す。 図１～図３を参照すると、Ｐ１１０において、電極アセンブリ１１０の電極タブ１２０と電池ケース１３０を整列させることができる。 電極アセンブリ１１０は、正極１１１、分離膜１１２、および負極１１３を含むことができる。電極アセンブリ１１０は、ジェリーロールタイプであり得る。正極１１１は、正極集電体および正極活物質を含むことができる。負極１１３は、負極集電体および負極活物質を含むことができる。 正極集電体の厚さは、約３μｍ～約５００μｍの範囲にあり得る（Ｒａｎｇｅｓ ｆｒｏｍ ａｂｏｕｔ ３μｍ ｔｏ ａｂｏｕｔ ５００μｍ）。正極集電体は、最終的に製造される二次電池に化学的変化を誘発しない場合があり、高い導電性を有することができる。正極集電体は、例えば、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素およびアルミニウムを含むことができる。正極集電体は、カーボン、ニッケル、チタン、銀などによって表面処理されたステンレススチールを含むこともできる。正極集電体の表面は、活物質の接着力を高めるための微細凹凸構造を含むことができる。正極集電体は、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質、発泡体、不織布などの形状を有することができる。 負極集電体の厚さは、約３μｍ～約５００μｍの範囲にあり得る。負極集電体は、最終的に製造される二次電池に化学的変化を誘発しない場合があり、高い導電性を有することができる。負極集電体は、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素およびアルミニウム－カドミウム合金を含むことができる。負極集電体は、カーボン、ニッケル、チタン、銀などによって表面処理されたステンレススチールを含むこともできる。負極集電体の表面は、活物質の接着力を高めるための微細凹凸構造を含むことができる。負極集電体は、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質、発泡体、不織布などの形状を有することができる。 正極活物質は、電気化学的反応を起こすことができる物質である。正極活物質は、リチウム遷移金属酸化物であり得る。正極活物質は、例えば、１つまたはそれ以上の遷移金属で置換されたリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）およびリチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）などの層状化合物；１つまたはそれ以上の遷移金属で置換されたリチウムマンガン酸化物；化学式ＬｉＮｉ１－ｙＭｙＯ２（ここで、ＭはＣｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ、Ｃｒ、ＺｎおよびＧａのうちいずれか１つであり、０．０１≦ｙ≦０．７）で表されるリチウムニッケル系酸化物；Ｌｉ１＋ｚＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、Ｌｉ１＋ｚＮｉ０．４Ｍｎ０．４Ｃｏ０．２Ｏ２のようなＬｉ１＋ｚＮｉｂＭｎｃＣｏ１－（ｂ＋ｃ＋ｄ）ＭｄＯ（２－ｅ）Ａｅ（ここで、－０．５≦ｚ≦０．５であり、０．１≦ｂ≦０．８であり、０．１≦ｃ≦０．８であり、０≦ｄ≦０．２であり、０≦ｅ≦０．２、ｂ＋ｃ＋ｄ＜１であり、ＭはＡｌ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＳｉおよびＹのうちいずれか１つであり、ＡはＦ、ＰおよびＣｌのうちいずれか１つ）で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物；化学式Ｌｉ１＋ｘＭ１－ｙＭ'ｙＰＯ４－ｚＸｚ（ここで、Ｍは遷移金属であり、より具体的には、Ｆｅ、Ｍｎ、ＣｏおよびＮｉのうちいずれか１つであり、Ｍ'はＡｌ、ＭｇおよびＴｉのうちいずれか１つであり、ＸはＦ、ＳおよびＮのうちいずれか１つであり、－０．５≦ｘ≦＋０．５であり、０≦ｙ≦０．５であり、０≦ｚ≦０．１）で表されるオリビン系リチウム金属ホスフェートを含むことができる。 負極活物質は、例えば、難黒鉛化炭素、黒鉛系炭素などの炭素を含むことができる。負極活物質は、例えば、ＬｉｘＦｅ２Ｏ３（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＷＯ２（０≦ｘ≦１）、ＳｎｘＭｅ１－ｘＭｅ'ｙＯｚ（ここで、ＭｅはＭｎ、Ｆｅ、ＰｂおよびＧｅのうちいずれか１つであり、Ｍｅ'はＡｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期律表の１族、２族、３族元素およびハロゲンのうちいずれか１つであり；０＜ｘ≦１であり；１≦ｙ≦３であり；１≦ｚ≦８）などの金属複合酸化物を含むことができる。負極活物質は、例えば、リチウム金属；リチウム合金；ケイ素系合金；錫系合金を含むことができる。負極活物質は、例えば、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ２Ｏ３、Ｐｂ３Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ５、ＧｅＯ、ＧｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ４、Ｂｉ２Ｏ５などの金属酸化物を含むことができる。負極活物質は、例えば、ポリアセチレンなどの導電性高分子；Ｌｉ－Ｃｏ－Ｎｉ系材料などを含むことができる。 正極１１１は、正極活物質が適用された部分である有地部と、正極活物質が適用されずに正極集電体が露出した無地部とを含むことができる。負極１１３は、負極活物質が適用された部分である有地部と、負極活物質が適用されずに負極集電体が露出した無地部とを含むことができる。負極１１３の無地部に負極タブ１２０が結合されることができる。負極タブ１２０は、例えば、超音波溶接などの方法によって負極１１３に固定されることができる。 電極アセンブリ１１０の下に、電池ケース１３０と電極アセンブリ１１０との短絡を防止するための絶縁プレート１４０が提供されることができる。また、電極アセンブリ１１０上に、電極アセンブリ１１０とキャップアセンブリ（図示せず）との短絡を防止するための絶縁プレート１４０が提供されることができる。キャップアセンブリは、電池ケース１３０に結合されることができ、キャップアセンブリは、電池ケース１３０と共にバッテリセルの内部を外部から隔離することができる。 電池ケース１３０は、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）またはそれらの合金を含むことができる。電池ケース１３０は、円筒形電極アセンブリ１１０を収容することができる。電池ケースは、底板１３１と、側面１３２とを含むことができる。側面１３２の上部は、上記電極アセンブリ１１０を挿入するための開口を含むことができる。側面１３２の開口は、キャップアセンブリによって閉鎖されることができる。非限定的な例示として、側面１３２は、円筒形状を有することができる。側面１３２は、四角柱形状を有してもよい。 電極タブ１２０と電池ケース１３０との整列において、電極タブ１２０および電池ケース１３０は、第１溶接棒Ｗ１および第２溶接棒Ｗ２によって加圧されることができる。第１溶接棒Ｗ１は、電極アセンブリ１１０のコアを貫通することができる。第１溶接棒Ｗ１は、電極タブ１２０と接することができる。第２溶接棒Ｗ２は、電池ケース１３０の底板１３１と接することができる。第１溶接棒Ｗ１および第２溶接棒Ｗ２の加圧によって、電極タブ１２０と電池ケース１３０とは互いに接することができる。 次に図１、図４および図６を参照すると、Ｐ１２０において、電極タブ１２０のエンボス構造ＥＢＳを崩壊させることができる。電極タブ１２０のエンボス構造ＥＢＳの崩壊により、電池ケース１３０の底板１３１と電極タブ１２０との間の通電面積が増加することができる。 電極タブのエンボス構造ＥＢＳを崩壊させることは、第１電極棒Ｗ１で電極タブ１２０に第１電圧波形ＶＦ１を印加することを含むことができる。第１電極棒Ｗ１で電極タブ１２０に第１電圧波形ＶＦ１を印加することは、第１電極棒Ｗ１と第２電極棒Ｗ２との間の電圧差が第１電圧波形ＶＦ１に従うように第１電極棒Ｗ１と第２電極棒Ｗ２との間の電圧差を調節することを意味する。 第１電圧波形ＶＦ１の印加により、第１電極棒Ｗ１、電極タブ１２０、電池ケース１３０および第２電極棒Ｗ２を順次経由する電流が誘導されることができ、上記電流の伝熱作用により電極タブ１２０の温度が上昇することができる。第１電圧波形ＶＦ１が印加された電極タブ１２０の温度は、電極タブ１２０の溶融点以下であり得る。これにより、第１電圧波形ＶＦ１の印加にもかかわらず、電極タブ１２０を溶融しない場合がある。電極タブ１２０は、第１電圧波形ＶＦ１の印加によって軟化することができ、これにより、電極タブ１２０のエンボス構造ＥＢＳが崩壊されることができる。 次に図１、図５